JP4322617B2

JP4322617B2 - 管路更新計画支援装置

Info

Publication number: JP4322617B2
Application number: JP2003349895A
Authority: JP
Inventors: 栄作難波; 達雄芦木; 省二郎環; 和義西山; 義弘本蔵
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2003-10-08
Filing date: 2003-10-08
Publication date: 2009-09-02
Anticipated expiration: 2023-10-08
Also published as: JP2005114583A

Description

本発明は、浄水場で生産した上水を需要家へ供給するための設備である配水管路の老朽化を診断する管路更新計画支援装置に関する。

この種の上水プロセスを、図１３を参照して説明する。すなわち、上水プロセスでは、図示しない浄水場で上水を生産し、該上水は、配水池１、流量計２を設けた配水管路３などの設備を用いて需要家へ供給している。この配水管路３は定期的に更新計画を行い、該計画に基づき更新工事が行われる。配水管路３の更新は、漏水が発生している配水管路３又は漏水が発生しそうな古い配水管路を優先的に行っている。

漏水の発見は、巡回点検車（点検員）５が配水ブロック４を巡回し、漏水６を確認した場合、その周辺を音響棒や漏水検知器等の漏水検知手段７を用いて、漏水箇所６′を特定する方法を取っている。図１３において、符号８は圧力計、９は消火栓を示している。

また、上水プロセスにおける漏水位置を検出する装置として特許文献１に示されるものがある。
特許第２５１１１０５号公報

上述したように、配水管路の更新は漏水している配水管路から優先的に行うために、必ずしも効率の良い配水管路更新が行えているわけではない。

また、漏水の発見は巡回点検車（点検員）５が漏水検知手段７を用いて行っているが、漏水箇所６′の発見までには、多大の労力を要しているのが現状である。

本発明の目的は、容易且つ効率的に配水管路の更新を行うことが可能な管路更新計画支援装置を提供することにある。

上記目的を達成するために本発明は、浄水場で生産した上水を需要家へ供給するための設備である配水管路の老朽化を診断する管路更新計画支援装置において、配水ブロック内に設置された流量計、圧力計で計測した信号を収集する収集手段と、この収集手段にて収集した計測信号を格納する実時間特性データベースと、この実時間特性データベースに格納されてなる任意の計測信号の周波数特性を分析する周波数特性分析手段と、この周波数特性分析手段により分析した周波数特性の周波数帯域０．０５〜０．０８ＨZの振幅に基づいて前記配水ブロックの老朽化を検証する周波数検証手段と、この周波数検証手段により検証した結果をオペレータに提示する出力手段とを具備することを特徴とする。

また、上記目的を達成するために本発明は、浄水場で生産した上水を需要家へ供給するための設備である配水管路の老朽化を診断する管路更新計画支援装置において、配水ブロック内に設置された流量計、圧力計で計測した信号を収集する収集手段と、前記配水ブロック内の消火栓で予め計測された圧力信号を収集する消火栓圧力収集手段と、消火栓圧力を推定する消火栓圧力推定手段と、前記収集手段および前記消火栓圧力収集手段にて収集した計測信号を格納する実時間特性データベースと、この実時間特性データベースに格納されてなる任意の計測信号の周波数特性を分析する周波数特性分析手段と、この周波数特性分析手段により分析した周波数特性の周波数帯域０．０５〜０．０８ＨZの振幅に基づいて前記配水ブロックの老朽化を検証する周波数検証手段と、この周波数検証手段により検証した結果をオペレータに提示する出力手段とを具備することを特徴とする。

本発明によれば、漏水発生地区情報の提供による配水管路更新計画の支援、配水管路の老朽化情報の提供による配水管路更新計画の支援、更新した方が良い配水管路情報の提供による配水管路更新計画の支援を行うことができる。

（第１の実施形態）
以下、図１〜図５を参照して本発明の第１実施形態に係る管路更新計画支援装置について説明する。

本実施形態の管路更新計画支援装置１０−１は、収集部１０Ａと、実時間特性データベース１０Ｂと、周波数特性分析部１０Ｃと、周波数特性検証部１０Ｄと、周波数特性データベース１０Ｅと、出力部１０Ｆとから構成される。

収集部１０Ａは、配水ブロック４に設置されている流量計２や圧力計８から時々刻々に計測信号を収集し、計測時刻とともに、実時間特性データベース１０Ｂに格納する。

周波数特性分析部１０Ｃは、予め設定した分析対象データおよび分析期間に該当するデータを実時間特性データベース１０Ｂより得、該データの周波数特性を算出する。周波数特性の算出には、高速フーリエ変換やウェーブレット変換を用いる。

一例として、高速フーリエ変換を用いたデータの周波数特性の算出を説明する。

計測信号は、時間ｔの関数ｈ（ｔ）を用いて時間領域で記述することができ、周波数ｆの関数である振幅Ｈ（ｆ）（−∞＜ｆ＜∞）を用いて周波数領域で記述することもできる。多くの場合、ｈ（ｔ）とＨ（ｆ）は同じ関数の２つの異なる表現と考えるのが便利で、これらの表現間を行き来するために（１）式に示すフーリエ変換（ＦｏｕｒｉｅｒｅＴｒａｎｓｆｏｒｍ：ＦＴ）を使う。これの演算時間を高速にしたものを高速フーリエ変換（ＦａｓｔＦｏｕｒｉｅｒｅＴｒａｎｓｆｏｒｍ：ＦＦＴ）と呼ぶ。

尚、ｔが秒単位なら式（１）のｆの単位はＨｚである。また、式（１）は他の単位でも使える。例えば、ｈ（ｘ）が位置ｘ［ｍ］の関数なら、Ｈ（）は波長の逆数の関数になる。

パワースペクトルを次式で定義する。

図２に配水管路に設置された圧力計の信号に対して高速フーリエ変換を行った結果を示す。図２の縦軸は（２）式のＰｈ（ｆ）、横軸は周波数［Ｈｚ］を表している。

周波数特性検証手部１０Ｄでは、過去に分析した周波数特性を格納している周波数特性データベース１０Ｂから周波数特性を取出し、上記の周波数特性分析部１０Ｃで得た周波数特性と比較する。例として、図３（ａ）に古い配水管路における圧力信号周波数特性を示し、図３（ｂ）に新しい管路における圧力信号周波数特性を示す。これらの周波数特性を比較し、過去と同じ特性ならば、周波数特性データベース１０Ｅに「正常データ」として格納し、過去と違う特性ならば、周波数特性データベース１０Ｅに「老朽データ」として格納する。

また、上述した古い配水管路における圧力信号周波数特性と新しい管路における圧力信号周波数特性との比較方法には多種多様な方法が考えられる。例として２つの方法を、図４及び図５を参照して説明する。

第１の比較方法
ある周波数帯域におけるパワースペクトルの振幅に対してしきい値を設け、それを越えたら「老朽データ」とする方法。例えば、図４の例で説明すると、０〜０．１［Ｈｚ］の特性を示しており、ある周波数帯域を０．０５〜０．０８［Ｈｚ］と設定し、しきい値をαと設定した場合、図４（ａ）の周波数特性はしきい値を越えていないので「正常データ」と判断し、図４（ｂ）の周波数特性はしきい値を越えているので「老朽データ」と判定する。

第２の比較方法
ある周波数帯域におけるパワースペクトルの振幅幅（（２）式のＰｈ（ｆ））の推移から、「老朽化が進んでいる」、「老朽化があまり進んでいない」などの判定を行う方法であり、例えば、図５で説明すると、図５（ａ）に示すようにある周波数帯域の最大振幅が２年前はγ、図５（ｂ）に示すようにある周波数帯域の最大振幅が１年前はβ、図５（ｃ）に示すようにある周波数帯域の最大振幅が現在がαである時に（α＞β＞γである）一年ごとにＰｈ（ｆ）が大きくなっていることから「老朽化が進んでいる」と判定する。なお、ここでは、Ｐｈ（ｆ）の推移で判定したが、Ｐｈ（ｆ）の微分を取って判定しても良い。

出力部１０Ｆでは、周波数特性検証手部１０Ｄで検証した結果を、モニタ表示、携帯電話、メール、Ｗｅｂ等を用いてオペレータに提示する。

以上の構成により実績データの周波数特性を検証することが可能となり、配水ブロック４の配水管路の老朽化を知ることができる。すなわち、老朽化に伴う漏水が発生しそうな配水ブロック４を把握することが可能となり、配水管路更新計画時において優先する配水ブロック４を決定することが可能となる。

（第２の実施形態）
次に、図１と同一部分には同一符号を付した図６を参照して本発明の第２実施形態に係る管路更新計画支援装置について説明する。

本実施形態の管路更新計画支援装置１０−２は、第１実施形態の管路更新計画支援装置１０−１に、異常エリア推定部１０Ｇを付加した構成である。

本実施形態において、異常エリア推定部１０Ｇは、周波数特性検証手部１０Ｄにて、「老朽データ」等の判定を下された場合に、老朽化が進んでいる配水管路があるエリアを推定するものであり、老朽エリアを推定する方法について、図５および図７を参照して説明する。

図５で説明したように、現在の周波数特性と２年前の周波数特性に対して、任意の周波数帯域を決定し、その最大振幅の差異を求める。なお、ここでは、２年前の周波数特性は配水管路を更新後、すなわち漏水が起きていない時の周波数特性と仮定する。配水ブロック４に設置された複数の圧力計８で計測した圧力信号に対して、上記処理を行い、各圧力信号での任意周波数帯域での最大振幅の変動量が算出される。また、配水管路が老朽化してきた場合に最も近い圧力計で計測した圧力信号にその特性がでてくると仮定すると、最大振幅の変動量に応じて、老朽化してきた範囲を推定できる。例えば、各圧力計からの老朽化エリアを推定して図７における推定１〜推定３を配水ブロック４に置き、そのエリアの重なった部分が老朽化エリアと推定できることになる。

以上のように本実施形態によれば、配水ブロック４内で老朽化が進んでいる配水管路が存在する可能性があるエリア情報を提供することで、より効率的な配水管路更新計画を計画することが可能となる。

（第３の実施形態）
次に、図１，図６と同一部分には同一符号を付した図８を参照して本発明の第３実施形態に係る管路更新計画支援装置について説明する。

本実施形態の管路更新計画支援装置１０−３は、第２実施形態の管路更新計画支援装置１０−２に、配水ブロック４内の消火栓９の圧力を収集する消火栓圧力収集部１０Ｈ及び消火栓圧力推定部１０Ｉを付加した構成である。

消火栓圧力収集部１０Ｈでは、配水ブロック４に点在する消火栓９に設置した圧力計で時々刻々と計測した信号を収集する手段である。消火栓９に設置した圧力計には、通常、通信機能もなく数日間の計測信号及び計測時間を格納するだけの機能しかないものが使われる。例えば、ＩＣカード搭載型の小型圧力計等。この消火栓に設置された圧力計で計測された圧力信号は計測時刻とともに、実時間特性データベース１０Ｂに格納される。なお、この計測信号はオンラインで管路更新計画支援装置１０−３に取込みはできない。

消火栓圧力推定部１０Ｉでは、消火栓圧力収集部１０Ｈにて収集した消火栓圧力信号をもとに、圧力計８および流量計２で計測した信号から推定するモデルを作成するとともに、圧力計８および流量計２で時々刻々と計測された信号から消火栓圧力を推定する。この消火栓圧力の推定には、特願２００２−２９５１４０号の「圧力推定モデル構築システム」を用いることで実現できる。

周波数特性分析部１０Ｃ、周波数特性検証手部１０Ｄおよび、異常エリア推定部１０Ｇは、それぞれ、消火栓圧力推定部１０Ｉで推定した消火栓圧力も対象となる。

以上のように構成された実施形態では、消火栓圧力を推定することで、配水ブロック４内のいたるところの圧力を把握することができる。すなわち、老朽化エリアをより正確に把握することができる効果がある。

（第４の実施形態）
次に、図１，図６，図８と同一部分には同一符号を付した図９を参照して本発明の第４実施形態に係る管路更新計画支援装置について説明する。

本実施形態の管路更新計画支援装置１０−４は、第２実施形態の管路更新計画支援装置１０−２に、多機能センサー１１と、センサー情報収集部１０Ｊとを付加した構成である。

多機能センサー１１は、配水ブロック４に点在する消火栓や弁などに設置することができ、高周期（例えば、１秒周期）で長期間（例えば、２年間）、計測した信号を格納しておくことが可能である。また、計測できる信号は圧力、流量、水質（残留塩素、濁度、ｐＨ）である。また、計測した信号の収集は、記録媒体、無線、インターネット等の通信手段を介して行われる。さらに、多機能センサー１１は、自家発電機能を備えたものを採用することもできる。

センサー情報収集部１０Ｊでは、多機能センサー１１にて計測された信号を、インターネットなどの通信手段を用いて、時々刻々と、実時間特性データベース１０Ｂへ格納する。また、インターネットなどの常用回線が使用できない時などのバックアップとして、無線での収集機能も備えている。すなわち、点検巡回員が配水ブロックを巡回するときに、同時に無線で多機能センサー１１で計測した信号を収集できる。

周波数特性分析部１０Ｃ、周波数特性検証手部１０Ｄおよび、異常エリア推定部１０Ｇは、それぞれ、多機能センサー１１で計測した信号をオンラインで使用できる。

以上のように構成された実施形態では、オンラインで消火栓圧力、流量の信号が使用できるため、より正確に老朽化の判断が可能となるうえに、老朽化エリアの推定でも高精度になる。

（第５の実施形態）
次に、図１，図６，図８，図９と同一部分には同一符号を付した図１０を参照して本発明の第５実施形態に係る管路更新計画支援装置について説明する。

本実施形態の管路更新計画支援装置１０−５は、第４実施形態の管路更新計画支援装置１０−４に、ワークフロー部１０Ｋを付加した構成である。

ワークフロー部１０Ｋでは、異常エリア推定部１０Ｇにて推定した異常エリアに布設されている配水管路に対して、更新計画を作成するために、必要となる情報を提供する。

以上のように実施形態によれば、ワークフロー部１０Ｋを取入れることで、ミスの無い更新計画を立案可能となる。すなわち、経験や技術レベルに関係なく、同質の更新計画が立案できる。

（第６の実施形態）
次に、図１，図６，図８〜図１０と同一部分には同一符号を付した図１１を参照して本発明の第６実施形態に係る管路更新計画支援装置について説明する。

本実施形態の管路更新計画支援装置１０−６は、第４実施形態の管路更新計画支援装置１０−４に、ＧＩＳ部１０Ｌと、異常管路推定部１０Ｍとを付加した構成である。

ＧＩＳ部１０Ｌは、ＧＩＳを利用して、配水ブロック４に布設してある配水管路、圧力計８、流量計２、多機能センサー１１に関するあらゆる情報（位置情報、土木情報など）を管理する手段である。

異常管路推定部１０Ｍは、異常エリア推定部１０Ｇにて推定された老朽化エリア内に埋設されている配水管路を割出す。割出しにはＧＩＳ部１０Ｌに格納されている配水管路情報を用いる。すなわち、ＧＩＳ部１０Ｌで管理されている配水管路が老朽化エリアに埋設されているかを検索し、ヒットした配水管路の埋設位置、埋設日、種類等の情報を取得する。

以上のように本実施形態によれば、老朽化エリアに埋設されている配水管路情報を提供することで、より効率的な更新計画を立案することが可能となる。

（第７の実施形態）
次に、図１２を参照して本発明の第７実施形態に係る管路更新計画支援システムについて説明する。

本実施形態の管路更新計画支援システムは、プラントを運用する為のプラント運用設備１００，１０１と、第１〜第６実施形態の管路更新計画装置をパッケージ化したソフトウェアを管理するセンター管理サーバー１０２と、それらを接続するインターネット１０３とから構成される。ここに、プラント運用設備１００は機場Ａにかかるものであり、またプラント運用設備１０１は機場Ｂにかかるものであり、それぞれプラント１００Ａ，１００Ｂに接続されている。ここでは、機場Ａに係るプラント運用設備１００について詳細に説明する。

プラント運用設備１００は、プラント１００Ａを運用するための機器を制御する制御盤１００Ｂと、プラント１００Ａを運用管理（監視も含む）する為の監視サーバー１００Ｃと、プラント１００Ａを監視するパーソナルコンピュータ１００Ｄと、それらを接続する場内ＬＡＮ１００Ｅと、場内ＬＡＮ１００Ｅをインターネット１０３に接続するためのルータ１００Ｆと、機場監視を遠隔から行える遠隔監視パーソナルコンピュータ１００Ｇとから構成される。

センター管理サーバー１０２は、第１〜第６実施形態の管路更新計画装置をパッケージ化して管理している。インターネット（専用線での接続も可能）１０３を通して、パッケージを提供する。また、配水管路の老朽化診断の依頼も受けており、依頼者側から送られてきたデータ（圧力、流量等）から第１〜第６実施形態の管路更新計画装置に係るソフトウェアにて老朽化を診断し、依頼者に診断結果を提供する。

プラント運用設備１００によりプラント１００Ａを効率良く運用・管理・監視を行うため、監視サーバー１００Ｃでは、センター管理サーバー１０２から第１〜第６実施形態の管路更新計画装置のパッケージをダウンロードし、配水管路の老朽化診断を行うことが可能である。制御盤１００Ｂでは監視サーバー１００Ｃの指示に従ってプラント１００Ａを運用する。パーソナルコンピュータ１００Ｄは、プラント状態を監視する。遠隔監視パーソナルコンピュータ１００Ｇでは場外からプラント１００Ａの状況を監視する。プラントデータはインターネット１０３を経由して送られる。インターネット１０３を利用することにより、場内へ指示を出すことも可能、かつ、指示を受けることも可能である。

インターネット１０３では、複数、例えば機場Ｂに係るプラント運用設備１０１ともセンター管理サーバー１０２を接続している。尚、インターネットでなく、専用線を使ってそれぞれを接続しても良い。

以上のように本実施形態のシステムにより、管路更新計画支援装置を機場毎に改めて作成する必要がないため、監視設備構築費のコストダウンがはかれる。また、遠隔地からでもプラント状況が把握および、配水管路の老朽化診断ができる。

なお、本願発明は、上記各実施形態に限定されるものでなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。また、各実施形態は可能な限り適宜組み合わせて実施してもよく、その場合、組み合わされた効果が得られる。さらに、上記各実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば実施形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が省略されることで発明が抽出された場合には、その抽出された発明を実施する場合には省略部分が周知慣用技術で適宜補われるものである。

本発明による管路更新計画支援装置の第１の実施形態を示す構成図。同実施形態における圧力信号のＦＦＴ結果を示す特性図。同実施形態における周波数特性の違いを示す特性図。同実施形態における判定方法の一例を示す特性図。同実施形態における判定方法の他例を示す特性図。本発明による管路更新計画支援装置の第２の実施形態を示す構成図。同実施形態における老朽化エリアの推定を示す説明する図。本発明による管路更新計画支援装置の第３の実施形態を示す構成図。本発明による管路更新計画支援装置の第４の実施形態を示す構成図。本発明による管路更新計画支援装置の第５１の実施形態を示す構成図。本発明による管路更新計画支援装置の第６の実施形態を示す構成図。本発明による管路更新計画支援システムの好適実施形態を示す構成図。従来例を説明する上水プロセスを示す図。

符号の説明

１…配水池、２…漏水、３…配水管路、４…配水ブロック、８…圧力計、９…消火栓、１１…多機能センサー、１０−１，１０−２，１０−３，１０−４，１０−５，１０−６…管路更新計画支援装置、１０Ａ…収集部、１０Ｂ…実時間特性データベース、１０Ｃ…周波数特性分析部、１０Ｄ…周波数特性検証部、１０Ｅ…周波数特性データベース、１０Ｆ…出力部、１０Ｇ…異常エリア推定部、１０Ｈ…消火栓圧力収集部、１０Ｉ…消火栓圧力推定部。

Claims

浄水場で生産した上水を需要家へ供給するための設備である配水管路の老朽化を診断する管路更新計画支援装置において、
配水ブロック内に設置された流量計、圧力計で計測した信号を収集する収集手段と、
この収集手段にて収集した計測信号を格納する実時間特性データベースと、
この実時間特性データベースに格納されてなる任意の計測信号の周波数特性を分析する周波数特性分析手段と、
この周波数特性分析手段により分析した周波数特性の周波数帯域０．０５〜０．０８ＨZの振幅に基づいて前記配水ブロックの老朽化を検証する周波数検証手段と
この周波数検証手段により検証した結果をオペレータに提示する出力手段と
を具備することを特徴とする管路更新計画支援装置。
浄水場で生産した上水を需要家へ供給するための設備である配水管路の老朽化を診断する管路更新計画支援装置において、
配水ブロック内に設置された流量計、圧力計で計測した信号を収集する収集手段と、
前記配水ブロック内の消火栓で予め計測された圧力信号を収集する消火栓圧力収集手段と、
消火栓圧力を推定する消火栓圧力推定手段と、
前記収集手段および前記消火栓圧力収集手段にて収集した計測信号を格納する実時間特性データベースと、
この実時間特性データベースに格納されてなる任意の計測信号の周波数特性を分析する周波数特性分析手段と、
この周波数特性分析手段により分析した周波数特性の周波数帯域０．０５〜０．０８ＨZの振幅に基づいて前記配水ブロックの老朽化を検証する周波数検証手段と、
この周波数検証手段により検証した結果をオペレータに提示する出力手段と
を具備することを特徴とする管路更新計画支援装置。
前記周波数検証手段により検証した結果に基づき前記配水ブロック内で老朽化したエリアを推定する異常エリア推定手段を更に具備することを特徴とする請求項１または２に記載の管路更新計画支援装置。