JP6619206B2 - 水道施設の維持管理支援装置及びそれを有する監視制御システム - Google Patents
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Description
水処理施設の多くは河川水等の表流水を水源としており、原水水質は季節や天候により変化する。そのため、浄水処理の作業員は原水水質に応じ上記設備機器の運転調整を行う必要がある。平常時は、監視制御装置により所定の制御ロジックにて、上記設備機器が自動運転される。しかし、豪雨や渇水等の非定常的な事象が生じた場合、作業員のノウハウに基づき運転管理がなされることもある。このような対応方法は、社会インフラとして、水道水の供給停止をできる限り避けるために有効な対応と考えられてきた。
しかし、熟練者のノウハウは暗黙知が多く、この熟練者のノウハウの見える化が強く望まれている。そこで、例えば、初期ワークフローに対し、熟練職員の行動に基づき新たなワークフローを追加するワークフロー管理装置を開示する特許文献1が提案されている。特許文献1に記載されるワークフロー管理装置では、初期ワークフローが設定されると共に、行動と位置データとが相互に関連付けられた行動コーパスが設定される。そして、熟練者の視野画像と熟練者が装着している視野カメラの識別情報とに基づき熟練者の位置データを生成し、当該位置データに対応する行動が上記行動コーパスから抽出される。そして、抽出された行動を初期ワークフローに追加することでワークフローを更新し、変更後のワークフローを表示する。
そこで、本発明は、活動度に基づく過去の実績とシミュレーションによる予測により、水道施設の維持管理の適正化及び適正水質の安定供給を可能とし得る水道施設の維持管理支援装置及びそれを有する監視制御システムを提供することにある。
また、本発明の水道施設の監視制御システムは、少なくとも1つの水道施設とネットワークを介して接続され、前記水道施設内の各種設備を監視する監視制御装置を有する水道施設の監視制御システムであって、(1)前記水道施設内で作業する作業員の移動距離をモニタリングする映像取得部と、(2)作業員の会話を含む音声信号を取得する音声取得部と、(3)前記各種設備の過去の運転条件及び作業内容並びに運転結果を相互に関連付けて格納する活動記録データベースと、(4)前記作業員の移動距離及び前記音声信号に基づき前記作業員の活動度を求める指標算出部と、(5)前記監視制御装置より得られる前記各種設備の現在の運転条件と前記活動記録データベースに格納される情報及び前記作業員の活動度に基づき、前記各種設備が非定常状態か否かを判定すると共に対応する過去の運転条件に基づき、所定時間経過後の前記水道施設の状態を予測するシミュレーション部と、を備え、シミュレーション結果が、少なくとも所定の水質を満たす運転条件に基づき前記水道施設を運転制御することを特徴とする。
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
以下、図面を用いて本発明の実施例について説明する。
維持管理支援装置2は、外部サーバ4からネットワーク6を介して、河川の水位、ダムの放流量、気象条件(降雨量、降雨予想、気温)等の一般に公開されている情報を、観測点又は観測領域の情報或いは日時の情報と共に取得する。これらの情報は、無料で入手可能なサーバからのみならず、有料にて詳細な情報を提供するサーバから購入しても良い。
また、維持管理支援装置2は、監視制御装置3からネットワーク6を介して、上水道施設5aにおけるプロセスデータ、水質データ及び警報データ(警報出力)を取得する。監視制御装置3から取得される情報のうち、取水施設11からは、取水ポンプの電流及び電圧、取水量、吐出圧、油検知の有無、取水濁度、取水pH等が取得される。浄水・汚泥処理施設12からは、導水ポンプの電流及び電圧、吐出圧、流量、損失水頭、薬剤やガスの注入率、水温、濁度、pH、汚泥排出時刻、汚泥濃度等が取得される。また、送配水施設13からは、送水ポンプの電流及び電圧、吐出圧、流量、水質、配水池の水位、並びに薬剤の注入率等が取得される。管網施設14からは、配水ポンプの電流及び電圧、吐出圧、流量、並びに水質等が取得される。
また、音声取得部8a〜8cは、作業員(ユーザー)が会話や電話をしている時の音声信号を取得する。そのため、設置場所としては、複数の作業員(ユーザー)が集合する場所や、電話での会話が想定される場所が含まれるようにする。例えば、浄水・汚泥処理施設12であれば、浄水場の管理室、操作盤付近、ポンプ室、守衛所、事務室等が挙げられる。音声取得部8a〜8cは、設置された場所の音声信号を取得する形態以外にも、携帯端末9a,9bのアプリケーション或いは外線/内線機器のアプリケーションとして、電話による会話の音声信号を取得する形態としても良い。
(1)移動に伴う活動度A1
指標算出部22は、映像取得部7a〜7cからの映像信号(動画)を取込み、当該映像信号に含まれる複数の画像フレーム(例えば、30フレーム/sec)の撮像視野範囲内でのフレーム差分に基づき、単位時間当たりの作業員(ユーザー)の移動距離を算出する。また、携帯端末9a,9bが有するGPS機能を用いて、映像取得部7a〜7cの撮像視野範囲外における作業員(ユーザ)の移動距離を算出する。ここでは、如何なる態様にて作業者が移動したかは考慮せず、活動度A1(−)を以下の式(1)にて求める。
A1 = k1 × ΣLi ・・・(1)
ここでLi:i番目の移動における移動距離(m)、k1:定数(1/m)である。
(2)会話に伴う活動度A2
指標算出部22は、音声取得部8a〜8cからの音声信号に基づき、作業員(ユーザー)らによる会話が継続していると認識できた時間、及び会話への参加人数を求め、活動度A2(−)を以下の式(2)にて求める。なお、音声取得部8a〜8cは音声認識機能を有することが望ましい。
A2 = k2 × Σ(Cim・Ti) ・・・(2)
ここで、Ci:i番目の会話での参加人数(人)、Ti:i番目の会話の会話時間(min)、m:定数(−)、k2:定数(min/人m)である。
(3)作業に伴う活動度A3
上水道施設5aを構成する各施設(設備)の運転操作、機器の保守点検、水質分析、メールのやり取り、Webや資料の調査等の業務は、移動距離又は音声による会話が少ないものの、その結果が上水道施設5aを構成する各施設(設備)の処理性能や不具合対応の判断材料になる点で重要度が高い。そこで、指標算出部22は、以下の式(3)〜式(7)により活動度A3を求める。
監視制御装置3又は操作盤からの操作回数(A31)
所定の場所における作業員の滞在時間(A32)
メール受発信数(A33)
所定のWebサイトへのアクセス時間またはアクセス中のPC又は携帯端末の操作時間(A34)
A3 = A31 + A32 + A33 + A34 ・・・(3)
A31 = Σ(k31i×Di) ・・・(4)
A32 = Σ(k32i×Ei) ・・・(5)
A33 = k33×F ・・・(6)
A34 = Σ(k34i×Hi) ・・・(7)
ここで、Di:端末i又は操作盤からの操作回数(回)、Ei:場所iにおける滞在時間(min)、F:メール発信回数(回)、Hi:Webサイトiの閲覧時間(min)、k31i(1/回),k32i(1/min),k33(1/回),k34i(1/min):定数である。
A = A1 + A2 + A3 ・・・(8)
この活動度Aを所定の期間だけ算出し、比較的活動度Aが低い時期を平常状態、活動度Aが高い時期を非定常状態と判定することに使用する。
また、活動度Aの入力項目又は算出方法としては、必ずしも上述に限られない。例えば、作業員(ユーザー)のステイタス(休日、或いは異なる部署の職員が対応に当たっている等)を定数に反映しても良い。また、所定の作業員(ユーザー)、例えば熟練職員の活動のみを収集し、収集結果を活動度データベース(DB)24に格納するよう構成しても良い。また、作業員(ユーザー)の活動度を上昇させる原因となる外的な事象のみを用いて活動度Aを推定しても良い。この場合、外的な事象としては、気象条件又は機器の不具合発生等が相当する。
図4に示すように、相関処理部23は、内部バス27を介して指標算出部22より算出された活動度Aを時刻と共に取得する(ステップS11)。次に、ステップS12では、相関処理部23は、取得された活動度Aが所定の閾値ε以上であるか否かを判定する。ここで所定の閾値εの値として、例えば。非定常状態における過去の活動度Aの中間値又は過去の活動度Aの平均値が用いられる。
また、ステップS12における判定の結果、活動度Aが所定の閾値ε以上である場合、ステップS14へ進む。
ステップS14では、相関処理部23は、所定時間(tB)前又は後に、上水道施設5aに何らかの異常が発生しているか否かを判定する。ここで、上水道施設5aの異常には、取水施設11、浄水・汚泥処理施設12、及び送配水施設13における各水処理工程後の処理水の水質悪化が含まれる。また、取水ポンプ、導水ポンプ、送水ポンプ、及び配水ポンプ等の設備機器の性能劣化が含まれる。更に、外部要因である原水水質の悪化或いは自然災害(台風、集中豪雨、地震等)の発生も含まれる。これらの異常の有無は、いずれも何らかの定量的な判定条件を設ける。例えば水質目標値、機器の効率、震度、降雨量、警報出力等である。なお、ここで所定時間(tB)として、例えば、1時間から48時間の間で適宜所望の時間を設定すれば良い。相関処理部23は、上述の定量的な判定条件により、上水道施設5aに異常が発生したこと、或いは異常が発生したいたことを検出した場合にはステップS15へ進み、一方、異常の発生が検出されなかった場合にはステップS17へ進む。
次に、ステップS17において、相関処理部23は、作業員(ユーザー)による処理中止の判断がなされ、その入力を受け付けたか否か、すなわち、維持管理支援装置2の動作を停止すべきか否かを判定する。判定の結果、維持管理支援装置2の動作を停止すべき場合には、相関処理部23は処理を終了する。一方、判定の結果、維持管理支援装置2の動作を継続すべき場合には、ステップS11へ戻り、相関処理部23は上述の一連の処理を繰り返し実行する。
なお、上述のステップS16にて、活動記録データベース(DB)24内のフラグを立てるデータ項目を、特定の熟練職員(ユーザー)が実施した、施設・設備に対する操作又は作業内容のみとしても良い。
図3に示すように、活動記録データベース(DB)24は、少なくとも、項目「活動度に係る施設・設備、作業内容及び外部情報」及び「結果:フィードバック情報」を有し、図3に示す例では、6つの分類に分類分けされた状態を示している。ここで、項目「活動度に係る施設・設備、作業内容及び外部情報」には、施設・設備に対する過去の作業内容を運転条件とし、また、当該運転条件による施設・設備の運転結果を運転履歴(図示せず)として格納される。また、項目「結果:フィードバック情報」に格納される情報は、活動度Aに紐付けられるデータ項目を示しており、このフィードバック情報が結果として、項目「活動度に係る施設・設備、作業内容及び外部情報」の欄に格納される運転条件(作業内容)毎に対応して格納されている。
また、分類3、すなわち、項目「No.3」では、項目「活動度に係る施設・設備、作業内容及び外部情報」に格納される運転条件は、「計画流量に対する実際の流量」、「配水池、ポンプ場の設備の臨時点検及び保守」、「給水部門との連絡」、及び「手動による取水制限」である。これら4つの運転条件(作業内容)に紐付けられるデータ項目は、項目「結果:フィードバック情報」に格納される「配水池の水位低下」及び「警報出力」であり、「配水池の水位低下」は、例えば、配水池の水位が下限値を下回ったことを示し、警報出力と共にフィードバック情報とされる。
分類5、すなわち、項目「No.5」では、自然災害である外部要因の例を示しており、項目「活動度に係る施設・設備、作業内容及び外部情報」に格納される運転条件は、「地震の発生」、「管路等の上水道施設の破損状況の調査」、「災害時(地震)マニュアルの参照」、「自治体の災害部局又は外部水道関連団体との連絡」、及び「給水車による給水活動」である。これら5つの運転条件(作業内容)に紐付けられるデータ項目は、項目「結果:フィードバック情報」に格納される「上水道施設の稼働時間低下」及び「警報出力」であり、例えば、上水道施設における3日間の稼働時間が、水運用計画に基づく運転計画における稼働時間の50%に低下したことを示し、警報出力と共にフィードバック情報とされる。
本実施例では、シミュレーション部26は、上述の図4に示すステップS12にて、相関処理部23により活動度Aが所定の閾値ε以上に増加したことが判定されると、内部バス27を介して相関処理部23から起動指令を受け稼働する。シミュレーション部26への入力条件は、取水ポンプ、導水ポンプ、送水ポンプ、及び配水ポンプ等の設備機器の不具合発生、或いは、外部情報の値(例えば、降雨量等を含む気象条件等)が悪化したことを想定した条件とするとする。
図5に示すように、支援情報検索部25は、内部バス27を介して指標算出部22より得られる活動度Aを時刻と共に取得する。その後、支援情報検索部25は、取得された活動度Aが所定の閾値ε以上であるか否かを判定する(ステップS21)。ここで所定の閾値εの値として、例えば。非定常状態における過去の活動度Aの中間値又は過去の活動度Aの平均値が用いられる。ステップS21における判定結果が「活動度Aが所定の閾値ε以上」である場合、次のステップS22へ進む。一方、判定結果が「活動度Aが所定の閾値εより小さい」場合、ステップS29へ進む。なお、本ステップS21において、支援情報検索部25が、内部バス27を介して指標算出部22より活動度Aを取得し所定の閾値εと比較し判定する構成に代えて、次の構成としても良い。すなわち、上述の図4に示した、相関処理部23による「活動度Aが所定の閾値ε以上であるか否か」の判定結果(図4のステップS12)を、内部バス27を介して取得する構成としても良い。
次に、ステップS23では、抽出された複数の過去事例の中から、上水道施設5aを構成する、取水施設11、浄水・汚泥処理施設12、送配水施設13、及び管網施設14に設置されるポンプ等の設備機器の現在の運転条件と類似する運転条件を有する過去事例を検索する。ここで、類似性を判断する指標として、運転系列、流量、原水水質(例えば、濁度等)、警報出力の有無(予め、警報出力の有無に応じて所定の数値を割り当てる)等をパラメータとし、これらパラメータ毎に現在値と抽出された複数の過去事例との差分を求める。そして、抽出された過去事例毎に、各パラメータにおける差分を合計し、当該合計値と所定の閾値を比較することで、最も類似する過去事例を抽出する。ここで、上記各パラメータの現在値は、通信I/F21及びネットワーク6を介して監視制御装置3より取得される。なお、これに限らず、パラメータ毎に現在値と抽出された過去事例との差分を求めることに代えて、現在値及び抽出された複数の過去事例毎に上記所定のパラメータをそれぞれ集計し、集計結果が現在値に最も近い過去事例を抽出するよう構成しても良い。
ステップS28では、支援情報検索部25は、ステップS27にて算出した適正度の指標を、作業員(ユーザー)に提示する。具体的には、算出した適正度の指標を、内部バス27及び入出力I/F(図示せず)を介して、図示しない維持管理支援装置2に備えられる表示部に表示する。また、支援情報検索部25が、算出した適正度の指標を、内部バス27及び通信I/F21を介してネットワーク6へ出力し、ネットワーク6に接続される上水道施設5a内に設置される図示しない無線通信端末により、作業員(ユーザー)が所持する携帯端末9a,9bの表示部に表示する。
例えば、上述の図3における分類1、すなわち、項目「No.1」において項目「結果:フィードバック情報」に示した沈殿処理水濁度に関連する活動度Aが増加した場合、シミュレーション部26は、沈殿処理プロセスの水処理シミュレーションを実行する。この場合、支援情報検索部25は、上述のステップS24(図5)において、監視制御装置3及び維持管理支援装置2を構成する活動記録データベース(DB)24より、原水水質(濁度、水温、pH)、水量、凝集剤注入率、急速攪拌用のフラッシュミキサの運転条件、緩速攪拌用のフロッキュレータの運転条件、沈殿処理水水質(濁度、pH)を取得し、内部バス27を介してシミュレーション部26へ出力する。支援情報検索部25は、シミュレーション部26より内部バス27を介して取得されるシミュレーション結果を、実際の沈殿処理水濁度(例えば、目標範囲を0〜1度として)と比較し、運転の適正度を判定する。
また、本実施例によれば、熟練職員(熟練ユーザー)の暗黙知を含めたノウハウを活動度として検出し、具体的な運転操作と関連付けることで、ノウハウの見える化が可能である。また、活動度が高い非定常状態において、過去の実績とシミュレーションによる将来予測に基づいて、運転条件を適正なものから順に提示することにより、維持管理の適正化、非熟練作業員(非熟練ユーザー)の操作ミスの軽減ができ、最終的には適正水量・水質による安定供給が可能という効果がある。
維持管理支援装置2は、ネットワーク6を介して、監視制御装置3、外部サーバ4、及びサーバ或いは電子端末と通信し、各種情報を取得可能に構成されている。ここで、上記水道関連機関としては、例えば、同じ水系の他の水道事業体、財団法人、政府系機関、水道関連設備機器を提供する企業、及び、市民がある。これらのサーバ或いは電子端末よりネットワーク6を介して、維持管理支援装置2は、外部情報として、河川情報、水質、気象、疫病の流行、事故の状況、保守・補修に用いる設備機器、運転手順、保守手順等の情報を取得する。具体的には、上述の図2に示した通信I/F21を介して上記各種情報を取り込み、内部バス27を介して活動記録データベース(DB)24の所定の記憶領域に格納する。
また、図1に示す上水道施設5aを構成する、取水施設11に設置される音声取得部8a、浄水・汚泥処理施設12に設置される音声取得部8b、及び送配水施設13に設置される音声取得部8cは、それぞれ音声認識機能を備える。そして、音声取得部8a,8b,8cのうち、少なくともいずれか一つにて、上記水道関連機関と作業員(ユーザー)が会話或いは電話にて連絡していることを、音声認識機能により認識すると、維持管理支援装置2を構成する指標算出部22(図2)は、活動度計算時の係数を大きく配分する。これは、水道サービスを継続する上で、広域や多分野の助力又は情報が必要であることを示しており、上水道施設5aを構成する施設・設備の非定常状態の程度が大きいと判断できるためである。具体的には、実施例1にて説明した「会話に伴う活動度A2」を算出するための上述の式(2)における定数k2の値を高く設定し、指標算出部22が活動度Aを算出する。
2・・・維持管理支援装置
3・・・監視制御装置
4・・・外部サーバ
5・・・水道施設
5a・・・上水道施設
5b・・・下水道施設
6・・・ネットワーク
7a,7b,7c,7d,7e,7f・・・映像取得部
8a,8b,8c,8d,8e,8f・・・音声取得部
9a,9b,9c,9d・・・携帯端末
11・・・取水施設
12・・・浄水・汚泥処理施設
13・・・送配水施設
14・・・管網施設
15・・・最初沈殿池
16・・・生物処理槽
17・・・最終沈殿池
21・・・通信I/F
22・・・指標算出部
23・・・相関処理部
24・・・活動記録データベース(DB)
25・・・支援情報検索部
26・・・シミュレーション部
27・・・内部バス
Claims (8)
- 監視制御装置及び少なくとも1つの水道施設とネットワークを介して接続される水道施設の維持管理支援装置であって、
前記水道施設内で作業する作業員の移動距離をモニタリングする映像取得部からの作業員の単位時間当たりの移動距離と、作業員の会話を含む音声信号を取得する音声取得部からの作業員の会話継続時間との、少なくともひとつに基づき前記作業員の活動度を指標化して求める指標算出部と、
水道施設内の各種設備の過去の運転条件及び作業内容並びに運転結果を相互に関連付けて格納する活動記録データベースと、
前記監視制御装置より得られる前記各種設備の現在の運転条件と前記活動記録データベースに格納される情報及び前記作業員の指標化された活動度に基づき、前記各種設備が非定常状態か否かを判定すると共に対応する過去の運転条件に基づき、所定時間経過後の前記水道施設の状態を予測するシミュレーション部と、を備え、
シミュレーション結果が、少なくとも所定の水質を満たす運転条件及び/又は作業内容を提示することを特徴とする水道施設の維持管理支援装置。 - 請求項1に記載の水道施設の維持管理支援装置において、
前記指標算出部により得られる前記作業員の活動度が所定の閾値以上である場合の前記各種設備の運転条件に類似する過去の運転条件を、前記活動記録データベースより検索する支援情報検索部を有することを特徴とする水道施設の維持管理支援装置。 - 請求項2に記載の水道施設の維持管理支援装置において、
前記支援情報検索部は、前記作業員の活動度が所定の閾値以上である場合の前記過去の運転条件と、前記監視制御装置より得られる前記各種設備の現在の運転条件とを、前記シミュレーション部に出力することを特徴とする水道施設の維持管理支援装置。 - 請求項1乃至請求項3のうち、いずれか1項に記載の水道施設の維持管理支援装置において、
前記指標算出部により求められる前記作業員の活動度は、
少なくとも、前記映像取得部から得られる作業員の移動距離に基づき算出される単位時間当たりの移動距離に基づく第1の活動度と、前記音声取得部からの音声信号に基づき認識される会話の継続時間に基づく第2の活動度と、作業員による前記各種設備の保守点検作業及び/又は水質分析作業に要する時間に基づき算出される第3の活動度の2つ以上の和に基づき算出されることを特徴とする水道施設の維持管理支援装置。 - 少なくとも1つの水道施設とネットワークを介して接続され、前記水道施設内の各種設備を監視する監視制御装置を有する水道施設の監視制御システムであって、
前記水道施設内で作業する作業員の移動距離をモニタリングする映像取得部と、
作業員の会話を含む音声信号を取得する音声取得部と、
前記各種設備の過去の運転条件及び作業内容並びに運転結果を相互に関連付けて格納する活動記録データベースと、
前記作業員の単位時間当たりの移動距離及び前記音声信号として作業員の会話継続時間の1つ以上に基づき前記作業員の活動度を指標化して求める指標算出部と、
前記監視制御装置より得られる前記各種設備の現在の運転条件と前記活動記録データベースに格納される情報及び前記作業員の指標化された活動度に基づき、前記各種設備が非定常状態か否かを判定すると共に対応する過去の運転条件に基づき、所定時間経過後の前記水道施設の状態を予測するシミュレーション部と、を備え、
シミュレーション結果が、少なくとも所定の水質を満たす運転条件に基づき前記水道施設を運転制御することを特徴とする水道施設の監視制御システム。 - 請求項5に記載の水道施設の監視制御システムにおいて、
前記指標算出部により得られる前記作業員の活動度が所定の閾値以上である場合の前記各種設備の運転条件に類似する過去の運転条件を、前記活動記録データベースより検索する支援情報検索部を有することを特徴とする水道施設の監視制御システム。 - 請求項6に記載の水道施設の監視制御システムにおいて、
前記支援情報検索部は、前記作業員の活動度が所定の閾値以上である場合の前記過去の運転条件と、前記監視制御装置より得られる前記各種設備の現在の運転条件とを、前記シミュレーション部に出力することを特徴とする水道施設の監視制御システム。 - 請求項5乃至請求項7のうち、いずれか1項に記載の水道施設の監視制御システムにおいて、
前記指標算出部により求められる前記作業員の活動度は、
少なくとも、前記映像取得部から得られる作業員の移動距離に基づき算出される単位時間当たりの移動距離に基づく第1の活動度と、前記音声取得部からの音声信号に基づき認識される会話の継続時間に基づく第2の活動度と、作業員による前記各種設備の保守点検作業及び/又は水質分析作業に要する時間に基づき算出される第3の活動度の2つ以上の和に基づき算出されることを特徴とする水道施設の監視制御システム。
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