JP4862698B2 - 流量計測装置およびこの装置を用いたガス供給システム - Google Patents

Description

本発明は、例えば、流体であるガスにおいて、各家庭でのガス供給管の入り口部分に設置され、ガス流量を計測するガスメータを応用して、ガス器具別料金等の使用器具やその使い方に合わせた新料金やサービスを提供するために使用中のガス器具を判別検知する技術に関するものである。

従来、この種の流量計測装置の事例としては、以下に示すような構成がある（例えば特許文献１参照）。

一般的に各家庭にはガス供給ラインの入り口にガスの流量計を内蔵した流量計測装置としてのガスメータが取り付けられている。

従来のガスメータにおいて器具別料金を実施する場合、ガスメータに接続された複数の積算装置を用い、特定の時間使用された場合の積算流量や特定の範囲の流量が使用されている場合の積算値を求め、すなわち時間区分別流量や流量区分別流量を求め、その積算値でもって料金体系を決めるものである。図８をもとに料金体系の１例について説明を加える。予め所定の割引流量区分、及び所定の割引時間帯を設定し、その割引流量区分かつ割引時間帯に該当する流量のガス料金を割引対象とする。すなわち図８で斜線で区分された部分が対象となる。しかしながら、この方法では、器具の特定判断が曖昧であり、特定器具に対して料金を課金する等のより消費者にわかりやすく利便性のある料金設定を行うことは困難である。そこで、特定の器具を判別するための方法として、以下に示すような提案がなされている。

提案例の動作について説明する。ガスメータでは２秒間隔毎にガス流量を計測し、そのデータを演算手段に送り流量値を微分して２秒毎の流量の差分データとして出力している。

この差分データは逐次、判別手段に送られ、記憶手段に登録されている比較判別値との比較を行っている。差分値が比較判別値を超えた場合、ガス器具に状態変化があったと判断する。変化が検知されると、さらにどのガス器具がどのような状態なのか判断するため、判別手段は記憶手段に登録されている各ガス器具の比較変化値と比較し、器具の判別とその器具の状態の判別を行う。
特開２００２−７１４２１号公報

しかしながら、前記従来の構成では、ガスの状態変化を計測時間単位で逐一探索して、その結果を判定データと比較して器具を判別するため、器具の詳細な特性が判っている必要があり、また特異な特徴を抽出して判定するためその特異点を見逃してしまうと判定できなくなるなど特化された状態では効果的に判別できるが、汎用的に使うには使用全器具を調べ尽くさないといけない等の課題を有し、特に新しい器具に対しては汎用性を持たせることが難しいという課題を有している。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、汎用性を有し新しい器具についても使用器具判別ができる流量計測装置を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明の流量計測装置は、流路に流れる流体流量を計測する流量計測手段と、前記流路の下流に接続されたガス器具の流量情報を登録する登録手段と、前記流量情報の第１の時系列流量値と前記流量計測手段で計測された第２の時系列流量値との相関係数を演算し、前記ガス器具が使用されたかどうかを判別する器具判別手段とを備え、前記相関係数が所定値以上の場合、前記ガス器具が使用されたと判断し、前記第１の時系列流量値と前記第２の時系列流量値の平均化処理を行い前記第１の時系列流量値として再登録することを特徴とする。

これによって、基本性能として流路にどんな器具が接続されているかを判別することが可能であるとともに、流量パターンを数値に置き換えてしますので、判別のロジックに汎用性が高くどのような器具にたいしても器具の判別対応が可能となる。さらに、計測されたデータを既存登録データに加えて平均化処理を行い、再度登録することにより、登録されている器具のデータが実際にその家庭で使われている状態として登録されることになり、器具判別の精度向上が図れる。

本発明の流量計測装置は、計測された計測流量情報を記憶登録することで、登録した器具流量情報の時系列流量パターンと計測された時系列流量パターンとの２つの情報の相関係数を用いて類似性を判定し前記流量計測手段の下流側に接続された使用器具を判別することができる。

第１の発明は、流路に流れる流体流量を計測する流量計測手段と、前記流路の下流に接続されたガス器具の流量情報を登録する登録手段と、前記流量情報の第１の時系列流量値と前記流量計測手段で計測された第２の時系列流量値との相関係数を演算し、前記ガス器具が使用されたかどうかを判別する器具判別手段とを備え、前記相関係数が所定値以上の場合、前記ガス器具が使用されたと判断し、前記第１の時系列流量値と前記第２の時系列流量値の平均化処理を行い前記第１の時系列流量値として再登録することにより、登録した器具流量情報の時系列流量パターンと計測された時系列流量パターンとの２つの情報の相関係数を用いて類似性を判定し流量計測手段の下流側に接続された使用器具を判別することができるものである。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態における流量計測装置の構成を示すものである。

図１において、１は流量計測装置であり、ガス供給管の途中に設けられ、その下流側の配管には各顧客宅内に設置された１台以上のガス器具が接続されている。

流量計測装置内部はガス管に接続されたガスの流路内に設けられたガス遮断弁２とガス流量計測手段３と流量計測手段３からの信号を演算処理して使用ガス流量を表示する表示部４、また地震などの振動を検出する感震器５、及び本発明に係わるガス器具判別を行うため、演算手段６、器具登録手段７、器具判別手段８とこれらの機能その他を統括制御処理する制御回路９及びそれらの動力源となる電池（図示せず）を内蔵している。

制御回路９は、器具登録手段７に登録された器具流量情報の時系列流量パターンと流量計測手段３で計測された時系列流量パターンとの２つの情報の相関係数を演算する相関係数演算部９ａと、基準となる相関係数を記憶する閾値記憶部９ｂとを備えている。

器具登録手段７には、器具流量情報が記録されている。記録されたデータを記憶保持する器具登録手段７は本発明では半導体メモリを使用しているが、記録の追加、書き換えができるものであれば、磁気記録媒体その他でも可能である。

なお、本発明の流量計測手段３に関しては、超音波方式の流量計測手段を使用しているが、計測方式としては、他の流量計測方式でもフルディック方式などの短時間に一定サイクルで連続計測可能であれば使用可能である。

以下、動作について説明する。

まず超音波方式の流速計測に関して図２をもとに説明する。計測流路１０は矩形断面を持っており、計測流路１０のガスの流れる方向と直角方向にある壁面には計測流路１０を挟んで一対の超音波送受信器１１、１２が流路の上流側と下流側で角度φを有して斜めに対向して装着されている。超音波送受信器１１、１２間で交互に超音波を送受信させて流体の流れに対して順方向と逆方向の超音波の伝搬時間の差を一定間隔を置いて計り、伝搬時間差信号として出力する働きを持つ。この伝搬時間差信号を受けて計算手段（図示せず）により被計測流体の流速及び流量を算出するものである。

演算式を下記に示す。

図２において、Ｌは測定距離であり、ｔ１を上流からの伝達時間、ｔ２を下流からの伝達時間、Ｃを音速とすると、流速Ｖは
（数１） Ｖ＝（Ｌ／２ｃｏｓφ）（（１／ｔ１）−（１／ｔ２））
計測の時間間隔は超音波の送受信が可能な範囲で設定できるが、本発明では２秒間隔の計測を行っている。更に時間間隔を小さくすることは測定原理上可能であり、ガス器具によっては２秒より短時間で起動する器具もあるため、測定時間間隔を小さくすることは器具判別を瞬時に行う点では有利となるが、計測間隔を短くすると電池の消耗が大きくなるなどの課題がある、また計測時間を従来のガスメータで使用している膜式方式と同等の計測間隔が２桁オーダーの秒数間隔になると、本発明のアルゴリズムの流量変化の差分を見て判断することが困難になり、コストや器具判別の性能面からバランスの良い時間として本発明では２秒間隔計測で行っている。

次に、ガス器具の動作状態の判別手順について、図３の判別動作の流れ図と、図４の登録された器具流量情報と計測された計測流量情報とを重ねて記述した特性図を参照して説明する。

流量計測手段３で計測流路１０を流れるガスの流速Ｖを所定の計測サンプリング間隔（例えば、２秒間隔）で計測する（ステップＳ１）。計測された流速Ｖ、計測流路１０の断面積、および所定の係数とから瞬時流量が求まり、計測された流量と計測起点からの計測時間とが対応付けられ時系列流量値が形成される（ステップＳ２）。制御回路９の相関係数演算部９ａは、器具登録手段７に登録された器具流量情報の時系列流量パターンと計測された時系列流量パターンとの２つの情報の相関係数を演算する（ステップＳ３）。

器具判別手段８において、２つの流量情報である器具流量情報の時系列流量値と計測された時系列流量値との相互相関係数と、閾値記憶部９ｂに記憶された相関係数とを比較することで（ステップＳ４）、使用器具が登録されたガス器具であるかどうか判別できる（ステップＳ５）。すなわち、演算して求められた相関係数と登録された相関係数（例えば、０．９）とを比較して、求められた相関係数が大きければ（例えば、０．９以上）、登録されたガス器具であると判別することができる。

相関係数は、（数２）で求められる。

なお、図５に示すように、器具登録手段７により登録されたデータが、データ相互の相関係数より、同一器具のものであると器具判別手段８によって判別された場合は（ステップＳ１１）、今回計測されたデータを既存登録データに加えて平均化処理を行い（ステップＳ１２）、再度器具登録手段７に登録する（ステップＳ１３）。また、ステップＳ１１において、データ相互の相関係数より、同一器具のものではないと器具判別手段８によって判別された場合は、新規にデータを器具登録手段７に登録する（ステップＳ１４）。

同一器具のものであると器具判別手段８によって判別された場合に、今回計測されたデータを既存登録データに加えて平均化処理を行い、再度器具登録手段７に登録することにより、器具登録手段７に登録されている器具のデータが実際にその家庭で使われている状態がより詳細に登録されることになり、器具判別の精度向上が図れる。

また、図６に示すように、器具登録手段７内には予め登録された時系列流量パターンの器具データを有し、器具データに対して流量計測手段３の流量データと相関を取って比較し、データに相関を有し器具判別手段８が同じ器具のデータと判断した場合（ステップＳ２１）、既に登録された器具データと今回計測されたデータとの差分演算を行い（ステップＳ２２）、相互のデータの差分の分だけ登録された器具データを補正し（ステップＳ２３）、補正後のデータを器具登録手段７に新たに器具データとして登録し直す（ステップＳ２４）。また、ステップ２１で、同じ器具のデータと判断しなかった場合には、計測されたデータを器具登録手段７に、新規に登録する（ステップＳ２５）。

以上のように、季節要因等でガス器具の流量パターンが微妙に変化してもその変化を自動的に補正することが可能で常に精度良くガス器具の判別が可能となる。

また、相関係数を用いる際のガス器具の流量データを式で近似し、その近似式を器具の流量データの代わりとして相関係数の比較に使うことも可能であり、式で記憶するので記憶領域の節約になる。

また、近似式として直線近似を用いても、判別するガス器具が少ない場合や、大きく特性の違うガス器具を判別する場合は可能であり、記憶領域の節約や計算の簡略化が可能である。

また、器具流量情報と計測流量情報を比較してパターンの合致を判別する方法は、様々な方法が想定され、どの方法を用いても同様の効果が得られるが、相関係数による方法は、演算が容易で、データ長にも拘束されず、いろいろな流量波形データに対応できる特長がある。その結果、判別処理が統一でき、いろいろな器具を一つの処理方法によって判別できるのでマイコンなどのソフト負荷、メモリーなどのハード負荷を少なくすることができる。そして、消費電力も少なく抑えることができ、電池で動作するガスメータにも使用できるのである。

なお、判別された情報としては器具判別手段８内からの情報を制御回路９を介して表示
部への表示または、外部の端末機（図示せず）へのデータ転送など確認できる手段であればいずれも使用可能である。

（実施の形態２）
次に未登録の器具が使われた場合の処理手順について説明する。

図７に示すように、流量計測手段３で測定された流量パターンが、既に器具登録手段７に登録されている器具流量データが有る場合（ステップＳ３１）、その器具流量データとの相関係数を計算し（ステップＳ３２）、２つのデータに相関が無いと判断された場合、新たに計測された流量データを新規器具の流量データパターンとして器具登録手段７に登録し（ステップＳ３３）、次回以降の判別の際には登録したデータも相関を求める器具データの候補として扱うことで（ステップＳ３２）、未登録の新規器具の判別への適用が可能なだけでなく、初期状態においては、全く器具のデータ登録が無い状態でも自動的に使用した器具のデータを登録することが可能となる。

なお、流量計測装置内に器具別流量積算手段（図示せず）を有する構成で、各ガス量の変化値を積分し機器・機能別の使用ガス変化を求めることができ機器別、機能別のガス使用量を算出することが可能である。

また、更には機器・機能別の使用ガス流量に対して個別の料金が課金できるように個別流量に対する料金演算手段（図示せず）を設けることでガス事業者の設定により器具・機能別の任意の料金を算出することも可能である。

また提供しうるサービスの例の一つに新たなガス料金体系として、暖房器具だけに割引制度を適用することが考えられ、消費者にとってはガス料金に割安感が出、暖房機の長時間使用によりガス事業社のガス拡販及び更には機器の増販に繋げることもできる。

以上のように、本発明にかかる流量計測装置は、流路にどんな器具が接続されているかを判別することが可能であるとともに、流量パターンを数値に置き換えているので、判別のロジックの汎用性が高くどのような器具に対しても器具の判別対応が可能となる。

本発明の実施の形態１における流量計測装置の構成図 本発明の実施の形態１における流量計測部構成図 本発明の実施の形態１における判別動作の流れ図 本発明の実施の形態１における流量パターンの図 本発明の実施の形態１における再登録の流れ図 本発明の実施の形態１における再登録の流れ図 本発明の実施の形態２における新規登録の流れ図 従来の流量計測装置としてのガスメータ装置の判別方法概念図

符号の説明

１ 流量計測装置
２ ガス遮断弁
３ 流量計測手段
４ 表示部
５ 感震器
６ 演算手段
７ 器具登録手段
８ 器具判別手段
９ 制御回路
１０ 計測流路
１１，１２ 超音波送受信器

Claims (9)

1. 流路に流れる流体流量を計測する流量計測手段と、
   前記流路の下流に接続されたガス器具の流量情報を登録する登録手段と、
   前記流量情報の第１の時系列流量値と前記流量計測手段で計測された第２の時系列流量値との相関係数を演算し、前記ガス器具が使用されたかどうかを判別する器具判別手段とを備え、
   前記相関係数が所定値以上の場合、前記ガス器具が使用されたと判断し、前記第１の時系列流量値と前記第２の時系列流量値の平均化処理を行い前記第１の時系列流量値として再登録することを特徴とする流量計測装置。
2. 前記相関係数が前記所定値未満の場合、前記登録手段に前記第２の時系列流量値を新規登録することを特徴とする請求項１記載の流量計測装置。
3. 前記登録手段は、前記第１の時系列流量値を予め登録していることを特徴とする請求項１または２に記載の流量計測装置。
4. 前記登録手段は、前記第１の時系列流量値を予め登録しておらず、前記計測手段によって所定期間計測した流量情報を前記第１の時系列流量情報として登録することを特徴とする請求項１または２に記載の流量計測装置。
5. 前記器具判別手段は、前記第１の時系列流量値に対する近似式の値と前記第２の時系列流量値との相関係数を演算し、前記ガス器具が使用されたかどうかを判別することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の流量計測装置。
6. 前記近似式は１次の直線であることを特徴とする請求項５記載の流量計測装置。
7. 器具判別手段の結果に基づいて器具ごとの流量を算出する器具別流量算出手段を備えたことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の流量計測装置。
8. 前記流量計測手段は、超音波流量計であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１
   項に記載の流量計測装置。
9. 家庭用ガス供給管に接続された請求項１乃至８のいずれか１項に記載の流量計測装置を用いたガス供給システム。

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