JP5961525B2 - 管網計算装置 - Google Patents

Description

本発明は、水道、ガス、オイル（油）等を扱うプラントの管網施設で管網計算の結果を反映させた管網図面を付設される表示部の表示画面上に表示するコンピュータの演算制御処理機能を持つ管網計算装置に関する。

従来、この種の管網施設で利用される管網計算装置では、表示部の表示画面の管網図面上に配管を線で表示し、圧力や流量等の負荷物理量のデータをノードと呼ばれる点で表示している。配管やノードに設定された属性値（属性管理データ）に基づいて管網計算装置により管網計算を行う際、配管やノードについての圧力値や流量値を格納し、これらのデータを使用して圧力分布や流量分布等の各種の負荷物理量分布表示を行う。例えば圧力分布の表示を行う場合には、管網計算装置による管網計算によって求められた圧力値を管網図面上の管のノードに直接割付けて設定し、割付けた圧力値に基づいてノードの色を予め設定された閾値に応じて色分けすることでシミュレーション結果を表示する。こうして得られる圧力分布は、予め設定された設定範囲に従って色分け表示されるものであり、例えば浄水場等の管網計算装置を操作する運転員（管理人）はノード間の色変化から配水状況を予測して運用に活用している。

ところが、ノードの色を変化させる手法では、ノード以外の色変化を確認することができず、例えば実際の水道管ではメイン配管から枝管が網目（メッシュ）状に分布しているためにノード以外の部分の圧力状況も把握することが重要となっているが、こうした用途には適さないという問題がある。また、水道、ガス、オイル（油）等を扱うプラントの管網施設では、一般的にノード数が多大になることが多く、管網全体を表示したときにノードが密集するため、ユーザである運転員（管理人）に対して視認性が低下してしまうという問題もある。係る問題を生じる要因は、ノードから離れた管網の圧力分布が考慮されていないことに加え、ノードが密集する点ではノードの表示が互いに重なり合い、管網の状態を表示した際に正確に圧力分布を把握することが困難となってしまうことに起因している。

そこで、このような各種分布の表示における視認性の低下を改善する目的に関連する周知技術も提案されており、一例として、地域毎の来店客数の顧客分布が視覚的、感覚的に捉え易く、また地域相互間の比較もし易い「顧客分布表示装置」（特許文献１参照）が挙げられる。

特開平８−７０８１号公報

上述した特許文献１記載の技術では、予め分割された地域毎に地域に含まれる店舗の来店客数を集計し、店舗の各地域での数値表示や色分け表示を行うものであるため、地域から離れた場所については処理対象にすることができず、しかも画面を拡大・縮小してノード表示を拡大・縮小する機能を考慮せずに常に一定の大きさで表示しているため、ユーザ向けの視認性の向上を十分に図り得ないものとなっている。これにより、特許文献１記載の技術について、水道、ガス、オイル（油）等を扱うプラントの管網施設で利用される管網計算装置における各種の負荷物理量分布表示（例えば圧力分布）に適用した場合を想定すれば、ノードから離れた管網の圧力分布が考慮されず、管網の状態を表示した際に正確に圧力分布を把握できないという問題が解決されないため、不向きなものとなっている。

本発明は、このような問題点を解決すべくなされたもので、その技術的課題は、管網施設での管網計算に基づく管網図面の表示時にノードから離れた管網の負荷物理量分布を考慮し、ユーザが正確に負荷物理量分布を把握できる機能を持つ管網計算装置を提供することにある。

上記技術的課題を解決するため、本発明は、管網施設での管網計算によって求められた負荷物理量のデータを付設される表示部の表示画面の管網図面上の管のノードに直接割付けて設定する機能を持つ管網計算装置であって、割付けた負荷物理量のデータを表示画面の拡大率に応じて予め設定された値で管網図面をメッシュ状に可変的に分割すると共に、当該分割された局所領域毎に負荷物理量のデータを求めた結果に応じて予め設定された段階別の負荷物理量範囲に対応する表示パターンに基づいて識別表示する演算表示処理の機能を持つことを特徴とする。

本発明の管網計算装置によれば、管網施設での管網計算に基づく管網図面の表示時に管のノードに割付けた負荷物理量のデータを表示画面の拡大率に応じて予め設定された値で管網図面をメッシュ状に分割し、分割された局所領域毎に負荷物理量のデータを求めた結果に応じて予め設定された段階別の負荷物理量範囲に対応する表示パターンに基づいて識別表示するため、ノードから離れた管網の負荷物理量分布を考慮し、ユーザが正確に負荷物理量分布を把握することができる。

本発明の実施例１に係る管網計算装置の基本構成を示した概略ブロック図である。 図１に示す管網計算装置における中央処理装置による演算表示処理に係る全体の動作処理を示したフローチャートである。 図２に示す演算表示処理を段階別に表示画面上の管網図面の状態推移として示した図であり、（ａ）は管網解析によるノードへの圧力値設定を示した図、（ｂ）はノードへの圧力値設定後の表示画面を拡大率に応じてメッシュ状に分割した様子を示した図、（ｃ）は分割された局所領域毎の圧力値の算出表示を示した図、（ｄ）はガウシアンフィルタを用いた空白値の補間を示した図、（ｅ）は所定数段階の圧力範囲に基づく局所領域毎の色分け表示を示した図、（ｆ）は管網図面の全体画面表示時におけるノード間引きを示した図である。

以下に、本発明の管網計算装置について、図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明の実施例１に係る管網計算装置２００の基本構成を示した概略ブロック図である。但し、ここでの管網計算装置２００は、水道を扱うプラントの管網施設での管網計算によって求められる負荷物理量のデータとして、圧力値を扱う場合について説明する。

この管網計算装置２００は、映像化出力された管網の圧力分布を入力して表示する表示部としての映像出力装置２０１と、管網計算を行うと共に、演算表示処理により管網の圧力分布を映像化して映像出力装置２０１へ出力する中央処理装置２０２と、中央処理装置２０２に接続されて操作入力装置となるキーボード２０３、マウス２０４、及びタッチパネル２０５と、中央処理装置２０２に接続されて演算表示処理に供される管網修正機能２１１及び管網属性管理機能２１２を持つ管網管理部２１０、演算表示処理に供される管網表示機能２２１及び（圧力）分布表示機能２２２を持つ表示部２２０、並びに演算表示処理に供される管網解析機能２３１及び管網チューニング機能２３１を持つ管網計算部２３０を有する主記憶装置としてのメインメモリ２０６と、中央処理装置２０２に接続されて演算表示処理に供される管網データ２４０及び圧力データ（圧力値）２４１を保管するファイル装置２４０と、を備えて構成される。

この管網計算装置２００において、中央処理装置２０２は、従来通りに水道、ガス、オイル（油）等を扱うプラントの管網施設での管網計算によって求められた圧力値を付設される表示部である映像出力装置２０１の表示画面の管網図面上の管のノードに直接割付けて設定する機能を持つ他、割付けた圧力値を表示画面の拡大率に応じて予め設定された値で管網図面をＮ×Ｎ（但し、Ｎは整数であり、ここでは簡略したＮ＝３とした３×３の場合を想定する）のメッシュ状に可変的に分割すると共に、分割された局所領域毎に圧力値を求めた結果に応じて予め設定された段階別の圧力範囲に対応する表示パターンに基づいて識別表示する演算表示処理の機能を持つ。

また、中央処理装置２０２は、分割された局所領域全体を走査してノードを含む局所領域内のノードの圧力値を予め所定数段階（例えば８段階）に分けられた圧力範囲に分類して圧力値の最頻出範囲を決定すると共に、最頻出範囲が複数個存在する場合には圧力値が最小となる範囲を最頻出範囲とし、決定された最頻出範囲に含まれるノードの圧力値の平均値を局所領域の圧力値として局所領域に設定する機能を持つ。更に、中央処理装置２０２は、分割された局所領域でノードの圧力値が設定されていない局所領域に所定数の分割機能（例えば３×３）を持つガウシアンフィルタを適用することで空白値の平滑化を行い、空白値の補間を行う機能と、予め設定された所定数段階別（例えば８段階別）の圧力範囲に対応する色パターンに基づいて局所領域を色分け表示し、管網図面の圧力分布を局所領域毎に色分け表示する機能と、管網図面の全体図を表示している場合について、局所領域内に密集しているノードを間引くと共に、管網計算により局所領域内のノード位置の平均値を局所領域における代表ノードとして表示する機能と、を持つ。

図２は、この管網計算装置２００における中央処理装置２０２による演算表示処理に係る全体の動作処理を示したフローチャートである。中央処理装置２０２による演算表示処理では、まず管網計算装置２００が管網図面において管網解析により、管網のノード圧力を計算する処理（ステップＳ１００）を行って、計算結果の圧力値をノードに設定した後、表示画面の拡大率に応じて、画面全体（管網図面の全体）を予め設定されたＮ×Ｎ（但し、Ｎは整数とする）のメッシュ状に可変に分割（ステップＳ１０１）する処理を行う。尚、図２中では以降、分割された局所領域をメッシュと呼ぶ。

この後、分割されたメッシュ（ｉ,ｊ）を移動させて全体を走査（ステップＳ１０２）し、該当メッシュがノードを含んでいるか否かの判定（ステップＳ１０３）を行う。但し、メッシュ（ｉ,ｊ）について、ｉ＝０，１，２，３…Ｎ、ｊ＝０，１，２，３…Ｎとする。この判定の結果、該当メッシュがノードを含んでいれば、該当メッシュ内のノード圧力値を予め８段階に分けられた圧力範囲に分類し、圧力値の最頻出範囲を決定すると共に、最頻出範囲が複数個ある場合は最小となる範囲を最頻出範囲とする（ステップＳ１０４）処理を行う。引き続き、決定された最頻出範囲に含まれるノード圧力値を平均し、その値（平均値）をメッシュ圧力値とする（ステップＳ１０５）処理を行って該当するメッシュに設定する。因みに、先の該当メッシュがノードを含んでいるか否かの判定（ステップＳ１０３）の結果、該当メッシュがノードを含んでいなければ、これらの処理をジャンプして全メッシュに対して走査が行われるまで処理を繰り返して続行する。

次に、全メッシュに対して走査が行われると、メッシュ圧力値の設定されていないメッシュに３×３のガウシアンフィルタを適用して空白メッシュの平滑化を行う（ステップＳ１０６）処理を実行した後、予め決められた８段階の圧力範囲に基づいてＮ×Ｎメッシュ全体を色分け表示（ステップＳ１０７）する。更に、画面が全体図表示であるか否かの判定（ステップＳ１０８）を行う。この判定の結果、全体図表示でなければ、動作処理を終了するが、全体図表示であれば、メッシュ内に存在するノード位置の平均としてｍ個のノード座標(Ｘ_１〜ｍ,Ｙ_１〜ｍ)の平均座標を求め、その平均座標を該当するメッシュの代表ノード座標（Ｘ，Ｙ）とし、この代表ノード座標（Ｘ，Ｙ）による代表ノードを表示することでメッシュ内に密集しているノードを間引く処理を行う（ステップＳ１０６）ようにしてから動作処理を終了する。

図３は、図２で説明した演算表示処理を段階別に映像出力装置２０１の表示画面上の管網図面３００の状態推移として示した図であり、同図（ａ）は管網解析によるノード３０１への圧力値設定を示した図、同図（ｂ）はノード３０１への圧力値設定後の表示画面を拡大率に応じてメッシュ状に分割した様子を示した図、同図（ｃ）は分割された局所領域３０３毎の圧力値の算出表示を示した図、同図（ｄ）はガウシアンフィルタ３０４を用いた空白値の補間を示した図、同図（ｅ）は所定数段階の圧力範囲に基づく局所領域３０３毎の色分け表示を示した図、同図（ｆ）は管網図面３００の全体画面表示時におけるノード間引きを示した図である。

図３（ａ）を参照すれば、ここでは管網図面３００において、複数のノード３０１及び管路（配管）３０２から構成される管網が存在するため、管網解析で各ノード３０１へ圧力値を設定した様子を示している。図３（ｂ）を参照すれば、ここでは表示画面の拡大率に応じてＮ×Ｎ（Ｎは整数）の局所領域（メッシュ）３０３に可変に分割した様子を示している。その他、局所領域３０３のサイズを変化させることもできる。

図３（ｃ）を参照すれば、ここでは各局所領域３０３に含まれるノード３０１から圧力値を平均値として計算した結果を各局所領域３０３に設定する様子、並びに圧力値が設定されていない局所領域３０３が散在している様子を示している。因みに、平均値の計算は、四捨五入で行うものとする。図３（ｄ）を参照すれば、圧力分布の平滑化を行うために圧力値が設定されていない局所領域３０３にガウシアンフィルタ３０４を適用して分布の補間を行う。これにより、左側最上部、左側最下部、右側最下部の圧力値０の局所領域３０３についても、それぞれ０．１２、０．１１、０．１２の圧力値が変更設定される。

図３（ｅ）を参照すれば、ここでは各局所領域３０３について、予め設定された８段階の圧力範囲、具体的には０．１０未満、０．１０以上で０．１５未満、０．１５以上で０．２０未満、０．２０以上で０．２５未満、０．２５以上で０．３０未満、０．３０以上で０．３５未満、０．３５以上で０．４０未満、０．４０以上の８段階で識別可能な色分け表示することで圧力分布を表示する。図３（ｆ）を参照すれば、ここでは全体図表示の場合に、局所領域３０３内に存在するノード位置の平均としてｍ個のノード座標(Ｘ_１〜ｍ,Ｙ_１〜ｍ)の平均座標を求め、その平均座標を該当する局所領域３０３の代表ノード座標（Ｘ，Ｙ）とし、この代表ノード座標（Ｘ，Ｙ）による代表ノード３０５を表示することで局所領域３０３内に密集しているノード３０１を間引く処理を行う。即ち、該当する局所領域３０３では、各ノード３０１のノード位置の平均（値）を代表ノード３０５とするようにし、各ノード３０１を間引きして代表ノード３０５のみを表示する。このとき、各局所領域３０３では段階別に圧力範囲が色分け表示されているため、各ノード３０１及び代表ノード３０５の圧力値は非表示としている。

以上に説明した実施例１に係る管網計算装置２００では、中央処理装置２０２が管網計算による圧力値を映像出力装置２０１の管網図面３００上の管路（配管）３０２におけるノード３０１に直接割付けて設定した上、割付けた圧力値を表示画面の拡大率に応じて予め設定された値でＮ×Ｎのメッシュ状に可変に分割することで局所領域（メッシュ）３０３のサイズを変化させ、分割された各局所領域３０３の中に含まれるノード３０１の圧力値に基づいて局所領域３０３毎に圧力値を求めた結果に応じて予め所定段階（例えば上述した８段階）に分けられた圧力範囲に対応する表示パターンに基づいて識別表示することを基本機能としている。

係る基本機能において、管網計算装置２００の中央処理装置２０２では、局所領域３０３の圧力値を予め８段階に分けられた圧力範囲に分類した後、最も多くの圧力値が分類された圧力範囲を選択してその範囲内に含まれる圧力値の平均値を計算した結果を局所領域３０３の圧力値とするため、ノード３０１から離れた管網の圧力分布を考慮し、ユーザが正確に圧力分布を把握することができる。また、ノード３０１を含まない局所領域３０３にも圧力値を設定すべく、圧力分布の平滑化を行うために局所領域３０３全体にガウシアンフィルタ３０４を適用することにより、圧力値が割り当てられていない局所領域３０３を補間して圧力値を割り付けた圧力分布を生成し、表示画面の拡大率に依らず滑らかな圧力分布を得ることができるため、例えば浄水場のプラントに適用すれば、管網計算装置２００が配備される浄水管理室の運転員（オペレータ）が実態に即した圧力分布を確認することができる。更に、管網図面３００の全体図表示時には局所領域３０３内に密集しているノード３０１を間引き、局所領域３０３内のノード位置の平均値をそのメッシュの代表ノード３０５として設定表示し、各ノード３０１及び代表ノード３０５についての圧力値を非表示としているため、ユーザ向けに圧力分布の概要を提示できることになり、視認性が向上する。

尚、実施例１に係る管網計算装置２００では、水道を扱うプラントの管網施設での管網計算によって求められる負荷物理量のデータとして、圧力値を扱う場合を想定して説明したが、圧力値に代えて流量を扱うようにしても良い。その他、水道以外にもオイルやガスについても同様に適用することができるので、本発明の管網計算装置は実施例１で説明したものに限定されない。

２００ 管網計算装置
２０１ 映像出力装置
２０２ 中央処理装置
２０３ キーボード
２０４ マウス
２０５ タッチパネル
２０６ メインメモリ
２０７ ファイル装置
２１０ 管網管理部
２１１ 管網修正機能
２１２ 管網属性管理機能
２２０ 表示部
２２１ 管網表示機能
２２２ 分布表示機能
２３０ 管網計算部
２３１ 管網解析機能
２３２ 管網チューニング機能
２４０ 管網データ
２４１ 圧力データ
３００ 管網図面
３０１ ノード
３０２ 管路（配管）
３０３ 局所領域（メッシュ）
３０４ ガウシアンフィルタ
３０５ 代表ノード

Claims (6)

1. 管網施設での管網計算によって求められた負荷物理量のデータを付設される表示部の表示画面の管網図面上の管のノードに直接割付けて設定する機能を持つ管網計算装置であって、
   前記割付けた負荷物理量のデータを前記表示画面の拡大率に応じて予め設定された値で前記管網図面をメッシュ状に可変的に分割すると共に、当該分割された局所領域毎に負荷物理量のデータを求めた結果に応じて予め設定された段階別の負荷物理量範囲に対応する表示パターンに基づいて識別表示する演算表示処理の機能を持つことを特徴とする管網計算装置。
2. 請求項１記載の管網計算装置において、前記分割された局所領域全体を走査してノードを含む局所領域内のノードの負荷物理量のデータを予め所定数段階に分けられた負荷物理量範囲に分類して当該負荷物理量のデータの最頻出範囲を決定すると共に、当該最頻出範囲が複数個存在する場合には当該負荷物理量のデータが最小となる範囲を当該最頻出範囲とし、当該決定された最頻出範囲に含まれるノードの負荷物理量のデータの平均値を当該局所領域の負荷物理量のデータとして当該局所領域に設定することを特徴とする管網計算装置。
3. 請求項１記載の管網計算装置において、前記分割された局所領域で前記ノードの負荷物理量のデータが設定されていない局所領域に所定数の分割機能を持つガウシアンフィルタを適用することで空白値の平滑化を行い、当該空白値の補間を行うことを特徴とする管網計算装置。
4. 請求項１記載の管網計算装置において、前記予め設定された所定数段階別の負荷物理量範囲に対応する色パターンに基づいて前記局所領域を色分け表示し、前記管網図面の負荷物理量分布を当該局所領域毎に色分け表示することを特徴とする管網計算装置。
5. 請求項１記載の管網計算装置において、前記管網図面の全体図を表示している場合について、前記局所領域内に密集しているノードを間引くと共に、前記管網計算により当該局所領域内にノード位置の平均値を当該局所領域における代表ノードとして表示することを特徴とする管網計算装置。
6. 請求項１記載の管網計算装置において、映像化出力された管網の負荷物理量分布を入力して表示する前記表示部としての映像出力装置と、前記管網計算を行うと共に、前記演算表示処理により前記管網の負荷物理量分布を映像化して前記映像出力装置へ出力する中央処理装置と、前記演算表示処理に供される管網修正機能及び管網属性管理機能を持つ管網管理部、当該演算表示処理に供される管網表示機能及び負荷物理量分布表示機能を持つ表示部、並びに当該演算表示処理に供される管網解析機能及び管網チューニング機能を持つ管網計算部を有する主記憶装置と、前記演算表示処理に供される管網データ及び前記負荷物理量のデータを保管するファイル装置と、を備えたことを特徴とする管網計算装置。