JP6686893B2 - 水道管理システム、水道管理装置、水道管理方法、および水道管理プログラム - Google Patents

Description

本発明は、配水管網を介して浄水を需要家へ送出する水道管理システム、水道管理装置、水道管理方法、および水道管理プログラムに関する。

水道管理システムにおいて、浄水は、配水池から配水管網を経て末端の需要家へと供給される。この場合、水道管理システムは、ポンプなどを用いて加圧するポンプ加圧式や高台の配水池から高低差を利用して加圧する自然流下式によって配水管内の水圧（配水圧）を高めることで浄水を供給する。そして、水道管理システムは、末端圧を維持するため、この配水圧を制御する。

配水圧制御の第１の例として、需給予測などにより予め定められた配水計画に基づいた制御を挙げることができる。例えば、特許文献３には、配水計画に基づいた配水量を、配水管網シミュレーションにより算出するシステムが記載されている。

また、配水圧制御の第２の例として、現在の配水管網中あるいは末端の水圧を監視しながら配水池に近い配水制御装置の出力をフィードバック制御する方法を挙げることができる。例えば、特許文献２には、流入流量と吐出圧、末端圧、需要量の実プロセスデータに基づいたモデルを利用して、配水管網の経年変化によって生じる制御性能劣化を抑制する技術が記載されている。また、特許文献１には、上記モデル化誤差を考慮した配水圧制御装置が記載されている。

一方、配水管網を構成する配水管は、ステンレスや炭素鋼などの金属や、塩化ビニール等の樹脂が使われるが、経年変化（劣化）により、送水性能の低下や、漏水や配水管の破裂等の故障を引き起こすことが知られている。そして、非特許文献１には、この劣化は、配水管内面の腐食とスケール析出、スライム付着による管断面の縮小閉塞や腐食減肉、地中埋設管であればさらに外面腐食が原因であることが記載されている。

また、配水管の劣化度合を診断・分析する技術が知られている。例えば、特許文献４には、振動センサや流量センサにより測定された管路のイベントデータと経年特性グラフとを照合することにより、管路網の劣化状態を診断する技術が記載されている。また、特許文献５には、開閉センサによって検知された開閉情報に基づいて開閉装置の開閉状態を判定し、開閉状態に応じて、振動センサが検知した振動情報に基づいて配管の状態を分析する技術が記載されている。

一方、ＩＴ（Information Technology）技術の発展に伴い、大量のセンサ情報を拠点側で瞬時に処理する技術が利用可能になっている。例えば、非特許文献２には、センサデータのようなストリームデータを数秒で加工し、蓄積されたデータと突き合わせる処理を行う技術が記載されている。

特開２０１２−１９３５８５号公報（図１） 特開２００９−２０９５２３号公報（図１） 特開２００６−１０４７７７号公報（図１） 特願２０１２−０８３２０５ 特願２０１４−０６７６０５

設備配管の腐食と劣化診断、須賀技術報告、ＮＯ．３０３９４、須賀工業株式会社 https://spark.apache.org/docs/latest/streaming-programming-guide.html

特許文献３は、単に、配水計画に基づいた配水量を、配水管網シミュレーションにより算出しているに過ぎない。また、特許文献１および特許文献２に記載の配水圧制御は、単に、末端圧の状況に基づいて配水圧を制御しているに過ぎない。従って、特許文献１−３の場合、現在まさに劣化が進行しようとしている配水管の状態を全く反映しておらず、相対的に劣化している配水管に高い水圧や変動の大きな水圧がかかることによる劣化の進行や故障を誘発するという問題が発生する虞がある。配水管の劣化は、送水ポンプ稼働電力の増大による水道運営費用の高騰を招く。また、配水管の故障は、漏水による無収水の増加による水道運営費用の高騰のみならず、配水管の破裂による大事故を引き起こす虞もある。また、配水管内部のサビや亀裂からの汚れの混入が水質の悪化を招く。

一方、非特許文献１および非特許文献２に記載の技術や、特許文献４および特許文献５に記載の技術を用いることにより、配水管の劣化部分の早期発見は可能になるかもしれない。しかしながら、これらの技術では、特許文献１−３の各技術の場合と同様に、配水管の劣化の進行を抑制することはできない。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、配水管の劣化の進行を抑制することが可能な水道管理システム、水道管理装置、水道管理方法、および水道管理プログラムを提供することを目的とする。

本発明の例示態様による水道管理システムは、浄水を配水地から需要家へ運ぶための配水管を含む配水管網と、前記配水管の少なくとも一か所の水圧を検知し、水圧情報として送信する水圧検知手段と、前記配水管の少なくとも一か所の劣化を検知し、劣化情報として送信する劣化検知手段と、水需要の過去情報を基に配水圧の計画である配水計画を決定する配水計画手段と、前記配水計画と、前記水圧情報と、前記劣化情報とに基づき、劣化の度合に応じた劣化緩和配水計画を決定する劣化緩和配水計画手段と、前記配水管の配水圧を変更する配水圧変更手段と、前記劣化緩和配水計画に基づいて前記配水圧変更手段を制御する配水圧制御手段と、を備える。

本発明の別の例示態様による水道管理システムは、浄水を配水池から需要家へ運ぶための配水管を含む配水管網と、水圧測定端末と、管振動測定端末と、配水計画計算機と、を備え、前記水圧測定端末は、前記配水管の少なくとも一か所の水圧を検知し、水圧情報として送信する水圧検知手段と、前記配水計画計算機から送信される水圧遷移情報を格納する水圧遷移情報格納手段と、前記水圧情報と前記水圧遷移情報とを比較し、現在の水圧が計画から乖離したことを検知し、水圧乖離検知情報として出力する水圧乖離検知手段と、を少なくとも備え、前記管振動測定端末は、前記配水管の少なくとも一か所の劣化を検知し、劣化情報として送信する劣化検知手段を備え、前記配水計画計算機は、水需要の過去情報を基に配水圧の計画である配水計画を決定する配水計画手段と、前記配水計画と、前記水圧情報と、前記劣化情報とに基づき、劣化の度合に応じた劣化緩和配水計画を決定する劣化緩和配水計画手段と、前記配水管の配水圧を変更する配水圧変更手段と、前記劣化緩和配水計画に基づいて前記配水圧変更手段を制御する配水圧制御手段と、を備える。

本発明のさらに別の例示態様による水道管理装置は、浄水を配水池から需要家へ運ぶための配水管の配水圧を制御する水道管理装置であって、水需要の過去情報を基に前記配水圧の計画である配水計画を決定する配水計画手段と、前記配水計画と、前記配水管の水圧情報と、前記配水管の劣化情報とに基づき、劣化の度合いに応じた劣化緩和配水計画を決定する劣化緩和配水計画手段と、前記劣化緩和配水計画に基づいて前記配水圧を制御する配水圧制御手段と、を備える。

本発明のさらに別の例示態様による水道管理方法は、浄水を配水池から需要家へ運ぶための配水管の配水圧を制御する水道管理方法であって、水需要の過去情報を基に配水圧の計画である配水計画を決定し、前記配水計画と、前記配水管の水圧情報と、前記配水管の劣化情報とに基づき、劣化の度合いに応じた劣化緩和配水計画を決定し、前記劣化緩和配水計画に基づいて前記配水圧を制御することを特徴とする。

本発明のさらに別の例示態様による水道管理プログラムは、浄水を配水池から需要家へ運ぶための配水管の配水圧を制御する水道管理装置のコンピュータに、水需要の過去情報を基に配水圧の計画である配水計画を決定する配水計画機能と、前記配水計画と、前記配水管の水圧情報と、前記配水管の劣化情報とに基づき、劣化の度合いに応じた劣化緩和配水計画を決定する劣化緩和配水計画機能と、前記劣化緩和配水計画に基づいて前記配水圧を制御する配水圧制御機能とを実行させるためのプログラムである。

本発明の上記態様によれば、配水管の劣化の進行を抑制することが可能となる。

本発明の第１の実施形態に係る水道管理システムの構成例を示すブロック図である。 図１に示す劣化検知部の第１の構成例を示すブロック図である。 図１に示す劣化検知部の第２の構成例を示すブロック図である。 図１に示す水道管理システムの変形例としての水道管理システムの構成例を示すブロック図である。 第１の実施形態における第１の劣化緩和手法を説明するための図であり、詳細には、配水管の開閉を制御する弁の開閉時間を長大化させて水圧変動を減少させる劣化緩和手法を説明するための図である。 第１の実施形態における第２の劣化緩和手法を説明するための図であり、詳細には、複数の配水池からの配水割合を弁の開閉制御により変化させる劣化緩和手法を説明するための図である。 図１に示す水道管理システムの動作例を説明するためのフローチャートである。 第１の実施形態の第１の変形例としての水道管理システムの構成例を示すブロック図である。 第１の実施形態の第２の変形例としての水道管理装置の構成例を示すブロック図である。 本発明の第２の実施形態に係る水道管理システムの構成例を示すブロック図である。 図１０に示される水圧乖離検知部における水圧乖離検知例の概念図である。 第２の実施形態の変形例としての水道管理システムの構成例を示すブロック図である。 本発明の第３の実施形態に係る水道管理システムの構成例を示すブロック図である。 第３の実施形態の変形例としての水道管理システムの構成例を示すブロック図である。

＜第１の実施形態＞
（構成の説明）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る水道管理システム１００の構成例を示すブロック図である。なお、図中の矢印の向きは、一例を示すものであり、ブロック間の信号の向きを限定するものではない。他の図についても同様である。

水道管理システム１００は、配水池１０２と、配水管網１０４と、配水管網監視装置１０６と、需要家１０８と、水道監視運用センタ１１０と、を備える。

配水池１０２は、浄水場（図１において不図示）によって浄化された浄水を加圧し、配水管網１０４に送水する施設である。なお、配水池１０２は、送水する機能だけでなく、水を蓄える機能を備えてもよい。

また、配水池１０２は、加圧部１２０を備える。加圧部１２０は、浄水を加圧して配水管網１０４へ送り出す。加圧部１２０における加圧方式は、あくまで任意であるが、例えば、ポンプなどを用いて加圧するポンプ加圧方式や、高台に設置された配水池１０２からの高低差を利用して加圧する自然流下方式を採用することができる。

配水管網１０４は、配水池１０２から送水される浄水を需要家１０８へ届けるための施設である。配水管網１０４は、配水管１３０と、弁１３２と、貯水槽１３４と、加圧部１３６と、水圧変更制御信号伝達部１３８と、を備える。

配水管１３０は、金属や樹脂でできた管であり水の経路となる。複数の配水管１３０が継手により結合され、配水管網１０４が形成される。浄水は、この配水管網１０４を介して多くの需要家１０８へと供給される。なお、配水管１３０は、土中に埋設されていてもよく、あるいは、地上に露出した状態で敷設されてもよい。

弁１３２は、複数の配水管１３０の間に挟まれ、管径を調節することで水量を調節する。弁１３２には、手動で開閉作業を行う手動弁と、開閉信号により電気等の力を用いて自動的に閉まる電磁弁とがある。弁の開閉により周辺配水圧を変化させることができる。なお、弁１３２には、圧力調整弁が含まれていてもよい。

貯水槽１３４は、浄水を一時的に蓄える機能を備える。

加圧部１３６は、配水池１０２の加圧部１２０と同様に、配水管１３０を流れる浄水を受け取り再加圧して送水する。加圧部１３６における加圧方式は、あくまで任意であるが、例えば、加圧部１２０と同様に、ポンプなどを用いて加圧するポンプ加圧方式や、高台に設置された貯水槽１３４からの高低差を利用して加圧する自然流下方式を採用することができる。

水圧変更制御信号伝達部１３８は、水道監視運用センタ１１０を構成する配水圧変更部２１０からの指示を加圧部１３６および／または弁１３２へ伝達する。加圧部１３６は、上記指示に基づいて、配水管１３０を流れる浄水の水圧を調整する。弁１３２は、上記指示に基づいて、配水管１３０を流れる浄水の水量を調整する。

需要家１０８は、配水管１３０に接続される。需要家１０８は、たとえば、一般家庭や企業等の浄水が消費される施設である。需要家１０８によって浄水が消費されると、配水管１３０における需要家１０８との接続点およびその周辺の水圧は、低下する。

配水管網監視装置１０６は、水圧検知部１４０と、劣化検知部１４２と、配水管網監視情報送信部１４４と、を備える。

水圧検知部１４０は、配水管１３０内の水圧を電子的な水圧情報に変換する手段である。水圧検知部１４０は、配水管１３０内の水圧を直接的に検知する水圧センサで構成されてもよく、あるいは、配水管１３０に設置された水圧計の針の値を画像処理等により電子化する装置で構成されてもよい。上記構成例はあくまで一例であって、本実施形態において、水圧検知部１４０の構成は上記に限定されない。

配水管網監視情報送信部１４４は、水圧情報および劣化情報を、水道監視運用センタ１１０へ送信する。配水管網監視情報送信部１４４は、例えば、ＧＰＲＳ（General Packet Radio Service）モデムとＧＳＭ（登録商標）回線とにより構成されてもよく、あるいは、電話線等の有線ネットワークであってもよい。なお、上記において、ＧＳＭは、Global System for Mobile Communicationsの略である。上記構成例はあくまで一例であって、本実施形態において、配水管網監視情報送信部１４４の構成は上記に限定されない。配水管網監視情報送信部１４４は、また、装置の故障に関わる装置死活情報を送ってもよい。

劣化検知部１４２は、配水管１３０の劣化を検知する。以下、劣化検知部１４２について詳細に説明する。

図２は、図１に示す劣化検知部１４２の第１の構成例としての劣化検知部１４２Ａのブロック図である。劣化検知部１４２Ａは、センサ４００と、プロセッサ４０２と、一次記憶部４０４と、二次記憶部４０６と、通信部４０８と、ペリフェラルコントローラ４１０と、を備える。

センサ４００は、計測された物理量を電気信号に変換してセンサデータとして出力する。プロセッサ４０２は、センサ４００から入力したセンサデータを必要に応じて加工し、加工されたセンサデータを二次記憶部４０６に記憶するとともに、センサデータを、通信部４０８を介して水道監視運用センタ１１０に送信する。一次記憶部４０４は、プロセッサ４０２の動作に必要なプログラムおよびデータを記憶する。ペリフェラルコントローラ４１０は、センサ４００とプロセッサ４０２と二次記憶部４０６と通信部４０８との間のデータ送受信を調停する。

なお、一次記憶部４０４は、例えば、ＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）あるいはＳＲＡＭ（Static Random Access Memory）である。二次記憶部４０６は、例えば、フラッシュメモリ、ハードディスクドライブ、ＳＤ（Secure Digital）カードのような取り外し可能な可搬デバイスとしてもよい。また媒体としてＭＲＡＭ（Magnetoresistive Random Access Memory）やＲｅＲＡＭ（Resistive Random Access Memory）のような高速な不揮発メモリを利用することにより、一次記憶部４０４と二次記憶部４０６とは、同一デバイス上に実装される。

また、図２では、センサ４００が１つである場合が例示されているが、センサ４００は複数であってもよい。また、センサ４００は、アナログセンサであってもデジタルセンサであってもよい。なお、センサ４００がアナログセンサである場合、通常、センサ４００とペリフェラルコントローラ４１０との間にはアナログ／デジタルコンバータが挿入される。

また、図２に示されるように、劣化検知部１４２Ａは、さらに、通信用のアンテナ４２０と動作用のバッテリ４２２を備えることもできる。

センサ４００は、たとえば、振動センサ、温度センサ、湿度センサ、水質センサ、赤外線センサ、および超音波センサの内の一つ以上のセンサを備え、配水管１３０の劣化に伴う物理量の変化を電子化する。

例えば、センサ４００を振動センサとした場合、プロセッサ４０２は、振動の周波数ごとの特徴の変化、共振周波数の変化、減衰曲線の変化から、スケール析出、スライム付着、亀裂や漏水、減肉等の配水管１３０の劣化に伴う物理量の変化を定量化することができる。

また、例えば、センサ４００を音響振動センサおよび温度センサとした場合、プロセッサ４０２は、音速の変化から配水管１３０の劣化に伴う物理量の変化を定量化することができる。

また、例えば、センサ４００を赤外線センサとした場合、プロセッサ４０２は、地中の表面の錆や亀裂、管の鳴動の変化といった配水管１３０の劣化に伴う物理現象を定量化することができる。

また、例えば、センサ４００を超音波センサとした場合、プロセッサ４０２は、表面に現れないクラックの大きさや深度を定量化することができる。

また、例えば、センサ４００を水質センサとした場合、プロセッサ４０２は、配水管１３０内の水に溶け出した錆やスライム、あるいはクラックから混入した土壌や微生物を検出することで配水管１３０の劣化を定量化することができる。

さらに、同一の物理量を計測する複数のセンサの併用、あるいは異なる物理量を計測する複数のセンサの併用により、配水管１３０の劣化の定量化をより高精度に行うことが可能となる。

図３は、図１に示す劣化検知部１４２の第２の構成例としての劣化検知部１４２Ｂのブロック図である。劣化検知部１４２Ｂの特徴は、複数のプロセッサを備えている点にある。具体的には、図３に示すように、劣化検知部１４２Ｂは、データの格納を行うための第１のプロセッサ４５０と、劣化の検知処理やデータの加工を行うための第２のプロセッサ４５２とを備える。この場合、第１のプロセッサ４５０専用の第１の一次記憶部４６０が設けられる。また、第２のプロセッサ４５２専用の第２の一次記憶部４６２が設けられる。

さらに、図１に示す劣化検知部１４２は、必ずしも配水網監視装置１０６内に存在している必要はない。

図４は、図１に示す水道管理システム１００の変形例としての水道管理システム１００Ａの構成例を示すブロック図である。図４に示すように、劣化検知部１４２は、水道監視運用センタ１１０内に設置される。この場合、配水管網監視装置１０６は、配水管状態監視部１４６を備える。配水管状態監視部１４６は、配水管１３０に設置されたセンサである。配水管状態監視部１４６は、加工されていないセンサデータを配水管網監視情報送信部１４４へ送信する。上記センサデータは、最終的に、水道監視運用センタ１１０内に設置された劣化検知部１４２へと送信される。劣化検知部１４２は、受信したセンサデータに基づいて配水管１３０の劣化を検知する。

ここで、図１の説明が再開される。水道監視運用センタ１１０は、水需要／水圧変動予測情報格納部２００と、配水計画部２０２と、劣化緩和配水計画部２０４と、配水計画解釈部２０６と、配水圧制御部２０８と、配水圧変更部２１０と、を備える。

水需要／水圧変動予測情報格納部２００は、配水圧の計画を決定するための情報である水需要／水圧変動予測情報を格納する。水需要／水圧変動予測情報は、例えば、曜日ごとの水需要パターン、現在の曜日、天気ごとの水需要パターン、現在および将来の天気、花火大会の開催やサッカー等の人気番組の放映など水需要が大きく変動する可能性が高いイベント情報、地域ごとの水消費特性等である。上記はあくまで一例であって、水需要／水圧変動予測情報は、上記に限定されない。

配水計画部２０２は、水需要／水圧変動予測情報に少なくとも基づき、その日や次の日の配水圧の時間ごとの計画である配水計画を決定する。

劣化緩和配水計画部２０４は、配水計画と、配水管１３０の水圧情報および劣化情報とに基づいて、劣化緩和配水計画を決定する。劣化緩和配水計画の決定方法については、後述する。

配水計画解釈部２０６は、劣化緩和配水計画部２０４から入力した劣化緩和配水計画を、配水圧制御部２０８へ出力する。例えば、配水計画解釈部２０６は、電子データである劣化緩和配水計画を、ネットワークあるいはプロセス間通信により、配水圧制御部２０８へ出力する。あるいは、配水計画解釈部２０６は、劣化緩和配水計画を、ディスプレイ表示や印刷するなどして可視化する。センタ作業員は、可視化された情報を認識し、キーボードやスイッチなどの入力装置を用いて、計算機上で動作する配水圧制御部２０８に入力する。

配水圧制御部２０８は、劣化緩和配水計画に基づいて、配水圧変更部２１０を介して、弁１３２や加圧部１３６を制御する。配水圧制御部２０８における配水圧制御は、例えば、特許文献１、特許文献２、あるいは特許文献３に記載された制御とすることができる。また、配水圧制御部２０８の別の配水圧制御は、現在の末端圧を利用したフィードバック制御やモデル予測制御である。なお、上記制御例はあくまで一例であって、本実施形態において、配水圧制御部２０８における配水圧制御は、上記に限定されない。

ここで、劣化緩和配水計画について、以下に４つの事例を挙げて説明する。なお、以下の説明では、基本的には図１を用いて説明を行うが、事例によっては個別の図面を用いる場合がある。

第１の事例として、劣化緩和配水計画が、例えば、急激な水圧変動を抑制する計画である場合について説明する。水撃あるいはウォーターハンマーと呼ばれる水圧の急激な上下変動は、配水管１３０の劣化や故障を引き起こすことが知られている。そこで、配水計画部２０２の中に弁１３２の開閉の計画があり、且つ弁開閉による水圧の影響を受ける近隣の配水管１３０の劣化度合いが所定の劣化認定条件を満たした場合、劣化緩和配水計画部２０４は、さらなる劣化の進行を抑制するために、弁１３２の開閉速度を緩める劣化緩和配水計画を決定する。例えば、図５に示すように、弁１３２の開閉速度を緩やかにすることで、水圧の急激な変化に伴って発生する水撃を抑制することができる。

第２の事例として、劣化緩和配水計画が、例えば、配水管１３０の経路を変更する計画である場合について説明する。図６に示すように、所定の配水管網５００は、第１の配水管網５０２と、第２の配水管網５０４と、第３の配水管網５０６と、を備える。第３の配水管網５０６を構成する第１の配水管６００の劣化度合いが所定の劣化認定条件を満たすとき、劣化緩和配水計画部２０４は、第３の配水管網５０６に接続された需要家６０２への配水を、第１の配水池６０８からではなく第２の配水池６１０が主となる割合にすべく、第１の弁６１２の開度を下げる一方、第２の弁６１４の開度を上げる劣化緩和配水計画を決定する。決定された劣化緩和配水計画に基づく配水制御が実施されることにより、第１の配水管６００の水圧が低下する一方、第２の配水管６１６の水圧は上昇する。結果として、第１の配水管６００の劣化進行を抑制することができる。

第３の事例として、劣化緩和配水計画が、例えば、配水圧を低減させる計画である場合について説明する。需要家１０８が水道を使用した場合、配水圧は低下する。そこで、不意の水道使用によって末端圧があらかじめ規定された水圧を下回らないよう、マージンを与えて配水圧を高く設定する運用が実施されている。そこで、所定の配水管１３０の劣化が深刻であると判定されたとき、劣化緩和配水計画部２０４は、このマージンを小さくし、低い水圧で運用する劣化緩和配水計画を決定する。これにより、配水管の劣化進行を抑制することができる。

第４の事例として、劣化緩和配水計画が、例えば、配水管１３０を早期に交換させる計画である場合について説明する。配水管１３０の劣化が所定の劣化認定情報を満たすとき、劣化緩和配水計画部２０４は、この配水管１３０を使用させないために弁１３２および加圧部１３６を制御すると同時に、配水管網１０４を保全する作業者に対して、配水管１３０の交換を促す報知を行うような劣化緩和配水計画を決定する。これにより、劣化進行した配水管１３０の故障による甚大な被害や顧客満足度の低下を抑えることができ、また遊休作業員を効率よく修繕に活用することも可能となる。

なお、上記事例１〜４における劣化認定条件は、例えば、予め規定絶対値との比較により判定する方法、予め取得して構築した劣化度合いデータベースの情報を用いてその深刻度を判定する方法、あるいは、配水管網１０４内の相対的な劣化度合いを計算し、上位にランクしたものを劣化と判定する方法等とすることができる。

また、上記事例１〜４はあくまで例であって、劣化緩和配水計画は、上記事例に限定されない。

なお、以上説明した第１の実施形態では、劣化緩和配水計画部２０４と配水計画部２０２とが別々の手段である旨の説明がなされているが、両者を一つの手段に集約することも可能である。例えば、一つのアルゴリズムあるいはプログラムの中で同時に計算を行い、配水計画を決定することなく劣化緩和配水計画を直接決定することが可能である。
（動作の説明）
図７は、図１に示す水道管理システム１００の動作例を説明するためのフローチャートである。配水計画部２０２は、水需要の過去情報を基に配水圧の計画である配水計画を決定する（ステップＳ１）。劣化緩和配水計画部２０４は、配水計画と水圧情報と劣化情報とに基づき、劣化の度合いに応じた劣化緩和配水計画を決定する（ステップＳ２）。配水圧制御部２０８は、劣化緩和配水計画に基づいて配水圧を制御する（ステップＳ３）。
（効果の説明）
以上説明した第１の実施形態において、配水管の水圧は、配水管の劣化情報が加味された劣化緩和配水計画に基づいて制御される。よって、劣化が進行している配水管が高い水圧や変動の大きい水圧で運用される機会が減少する。結果として、第１の実施形態は、配水管の劣化の進行を抑制することが可能となる。
（変形例の説明）
図８は、第１の実施形態の第１の変形例としての水道管理システム１００Ｂの構成例を示すブロック図である。水道管理システム１００Ｂは、図１に示す水道管理システム１００における全構成要素の内の本実施形態に必須の要素のみを含んでいる。これらの構成要素は、水道管理システム１００における各構成要素と同一であるため、ここでの説明は省略する。水道管理システム１００Ｂによっても上述した第１の実施形態による効果と同様の効果が得られる。

図９は、第１の実施形態の第２の変形例としての水道管理装置７００の構成例を示すブロック図である。水道管理装置７００は、配水計画部２０２と、劣化緩和配水計画部２０４と、配水圧制御部２０８と、配水圧変更部２１０と、を備える。ここで、水道管理装置７００は、図１や図８に示される水圧検知部１４０および劣化検知部１４２を含んでいない。この場合、劣化緩和配水計画部２０４は、装置外部に設置された水圧検知部１４０および劣化検知部１４２から各種情報（水圧情報、劣化情報）を取得する。水道管理装置７００によっても上述した第１の実施形態による効果と同様の効果が得られる。
＜第２の実施形態＞
図１０は、本発明の第２の実施形態に係る水道管理システム７５０の構成例を示すブロック図である。水道管理システム７５０は、第１の実施形態の構成に加え、さらに、水圧遷移情報格納部３００と、水圧乖離検知部３０２と、配水再計画通知部３０４と、を備える。

水圧遷移情報格納部３００は、劣化緩和配水計画に基づいた、配水管網１０４内の所定位置における水圧の遷移の推定値を格納する。

水圧乖離検知部３０２は、後述する通り、現在の水圧が上記推定値から乖離したことを検知すると、配水再計画通知部３０４を介して、劣化緩和配水計画部２０４に対して配水の再計画を指示する。

図１１は、図１０に示される水圧乖離検知部３０２における水圧乖離検知例の概念図である。予測値（制御目標）に対して、測定値が乖離するのは、意図しない水の使用開始あるいは終了や、漏水量の増大、盗水、ポンプや管の故障、あるいは水圧測定装置の故障や物理的・電気的ノイズ等が発生した場合である。

そこで、水圧乖離検知部３０２は、例えば、予測値と測定値の差がある定められた閾値を超え続けた場合に水圧が乖離したと判断とする。

また、水圧乖離検知部３０２は、例えば、予測値と測定値の差がある定められた値をある定められた時間以上超え続けた場合に水圧が乖離したと判断してもよい。

また、水圧乖離検知部３０２は、例えば、予測値と測定値の差があらかじめ定められた水圧変動の数理モデルで計算した際に統計的にモデルに合致しない場合に水圧が乖離したと判断してもよい。

以上説明した第２の実施形態の水道管理システム７５０では、第１の実施形態による利点に加え、さらに、不意の水道利用や管の破裂など水圧が急激に変化する事象が発生した場合に管を傷めてしまうという課題も解決することができる。なぜならば、水圧が計画から乖離したことを、水圧乖離検知部３０２を用いて素早く検知し、配水計画を現状の配水管網の状態に従い再修正することができるからである。

図１２は、第２の実施形態の変形例としての水道管理システム７５０Ａの構成例を示すブロック図である。水道管理システム７５０Ａは、図１０に示す水道管理システム７５０における全構成要素の内の本実施形態に必須の要素のみを含んでいる。これらの構成要素は、水道管理システム７５０における各構成要素と同一であるため、ここでの説明は省略する。水道管理システム７５０Ａによっても上述した第２の実施形態による効果と同様の効果が得られる。
＜第３の実施形態＞
図１３は、本発明の第３の実施形態に係る水道管理システム８００の構成例を示すブロック図である。水道管理システム８００は、配水管網１０４と、水圧測定端末８０２と、管振動測定端末８０４と、配水計画計算機８０６と、を備える。

水圧測定端末８０２に属する水圧乖離検知部３０２は、水圧測定端末８０２の計算リソースを用いて水圧乖離検知を行い、水圧の乖離が発生した場合、ネットワークを介して、配水計画計算機８０６に属する劣化緩和配水計画部２０４に対して配水の再計画を指示する。

以上説明した第３の実施形態の水道管理システム８００は、第１および第２の実施形態による利点に加え、さらに、水道運営をより低コストで実行できるとの利点を有する。なぜならば、第３の実施形態では、常に水圧情報を送信することがないため、ネットワークデータ転送に起因する消費電力の削減、端末の保全やバッテリ交換あるいはリプレース間隔の延長が可能となるからである。

図１４は、第３の実施形態の変形例としての水道管理システム８００Ａの構成例を示すブロック図である。水道管理システム８００Ａは、図１３に示す水道管理システム８００における全構成要素の内の本実施形態に必須の要素のみを含んでいる。これらの構成要素は、水道管理システム８００における各構成要素と同一であるため、ここでの説明は省略する。また、水道管理システム８００Ａによっても上述した第３の実施形態による効果と同様の効果が得られる。

なお、以上説明した第１〜第３の実施形態に係る各水道管理システムおよび水道管理装置は、上水道管理システム、オイルのパイプライン、車や飛行機などのガソリン供給システム、冷却水還流システムなどに幅広く適用することができる。

また、以上説明した各実施形態の全部又は一部の機能を実現するためのプログラムは、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録される。そして、この記録媒体に記録されたプログラムは、コンピュータシステムによって読み込まれ、実行される。

「コンピュータシステム」の例としては、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）を挙げることができる。

「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」は、例えば、非一時的な記憶装置である。非一時的な記憶装置の例としては、例えば、光磁気ディスク、ＲＯＭ（Read Only Memory）、不揮発性半導体メモリ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスクを挙げることができる。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」は、一時的な記憶装置であってもよい。一時的な記憶装置の例としては、例えば、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線、あるいは、コンピュータシステム内部の揮発性メモリを挙げることができる。

また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよく、更に前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであってもよい。

以上、各実施形態を用いて本発明を説明したが、本発明の技術的範囲は、上記各実施形態の記載に限定されない。上記各実施形態に多様な変更又は改良を加えることが可能であることは当業者にとって自明である。従って、そのような変更又は改良を加えた形態もまた本発明の技術的範囲に含まれることは説明するまでもない。また、以上説明した各実施形態において使用される、数値や各構成の名称等は例示的なものであり適宜変更可能である。

また、上述した各実施形態の一部又は全部は、以下の付記のようにも記載されうる。
（付記１）
浄水を配水地から需要家へ運ぶための配水管を含む配水管網と、
前記配水管の少なくとも一か所の水圧を検知し、水圧情報として送信する水圧検知手段と、
前記配水管の少なくとも一か所の劣化を検知し、劣化情報として送信する劣化検知手段と、
水需要の過去情報を基に配水圧の計画である配水計画を決定する配水計画手段と、
前記配水計画と、前記水圧情報と、前記劣化情報とに基づき、劣化の度合に応じた劣化緩和配水計画を決定する劣化緩和配水計画手段と、
前記配水管の配水圧を変更する配水圧変更手段と、
前記劣化緩和配水計画に基づいて前記配水圧変更手段を制御する配水圧制御手段と、
を備えることを特徴とする水道管理システム。
（付記２）
前記劣化緩和配水計画手段は、配水計画に基づいた将来の水圧の変動を示す水圧遷移情報をさらに出力し、
前記配水管の現在の水圧情報と前記水圧遷移情報とに基づいて、現在の水圧が計画から乖離したことを検知し、水圧乖離検知情報として水圧乖離検知手段と、
前記劣化緩和配水計画手段に対して、前記水圧乖離検知情報に基づいて配水計画の再計画を指示する配水再計画通知手段と、
をさらに備えることを特徴とする付記１記載の水道管理システム。
（付記３）
浄水を配水池から需要家へ運ぶための配水管を含む配水管網と、
水圧測定端末と、
管振動測定端末と、
配水計画計算機と、を備え、
前記水圧測定端末は、前記配水管の少なくとも一か所の水圧を検知し、水圧情報として送信する水圧検知手段と、前記配水計画計算機から送信される水圧遷移情報を格納する水圧遷移情報格納手段と、前記水圧情報と前記水圧遷移情報とを比較し、現在の水圧が計画から乖離したことを検知し、水圧乖離検知情報として出力する水圧乖離検知手段と、を少なくとも備え、
前記管振動測定端末は、前記配水管の少なくとも一か所の劣化を検知し、劣化情報として送信する劣化検知手段を備え、
前記配水計画計算機は、水需要の過去情報を基に配水圧の計画である配水計画を決定する配水計画手段と、前記配水計画と、前記水圧情報と、前記劣化情報とに基づき、劣化の度合に応じた劣化緩和配水計画を決定する劣化緩和配水計画手段と、前記配水管の配水圧を変更する配水圧変更手段と、前記劣化緩和配水計画に基づいて前記配水圧変更手段を制御する配水圧制御手段と、を備える
ことを特徴とする水道管理システム。
（付記４）
前記配水計画計算機は、前記水圧乖離検知情報に基づいて、前記劣化緩和配水計画手段に対して、配水計画の再計画を指示する配水再計画通知手段をさらに備えることを特徴とする付記３記載の水道管理システム。
（付記５）
前記劣化緩和配水計画は、前記配水管の劣化が所定の劣化認定条件を満たすとき、前記配水管と直接的または間接的に接続される弁の開閉速度を緩めるための計画であることを特徴とする付記１−４のいずれか１項に記載の水道管理システム。
（付記６）
前記劣化緩和配水計画は、前記配水管の劣化が所定の劣化認定条件を満たすとき、弁開閉制御により配水経路の変更を行うことで前記配水管の水圧を下げるための計画であることを特徴とする付記１−４のいずれか１項に記載の水道管理システム。
（付記７）
前記劣化緩和配水計画は、前記配水管の劣化が所定の劣化認定条件を満たすとき、前記配水管の水圧が、規定となる末端圧以上であり且つ変更前の計画よりは小さくなるように、不要の水道利用に備えたマージンを小さくするための計画であることを特徴とする付記１−４のいずれか１項に記載の水道管理システム。
（付記８）
前記劣化緩和配水計画は、前記配水管の劣化が所定の劣化認定条件を満たすとき、前記配水管を使用しないような弁制御または加圧制御を実行すると同時に、前記配水管網を保全する作業者に対して、前記配水管の交換を促す情報を報知するための計画であることを特徴とする付記１−４のいずれか１項に記載の水道管理システム。
（付記９）
前記劣化検知手段は、振動センサを用いて、振動の周波数ごとの特徴の変化、共振周波数の変化、および減衰曲線の変化のうちの一つ以上の変化から、スケール析出、スライム付着、亀裂や漏水、減肉等の配水管劣化に伴う物理量の変化を定量化することを特徴とする付記１−８のいずれか１項に記載の水道管理システム。
（付記１０）
前記劣化検知手段は、音響振動センサと温度センサを併用して、音速の変化から、配水管劣化に伴う物理量の変化を定量化することを特徴とする付記１−８のいずれか１項に記載の水道管理システム。
（付記１１）
前記劣化検知手段は、赤外線センサを用いて、前記配水管の地中表面側の錆、亀裂、および鳴動の内の少なくとも１つの変化を定量化することを特徴とする付記１−８のいずれか１項に記載の水道管理システム。
（付記１２）
前記劣化検知手段は、超音波センサを用いて、前記配水管のクラックの大きさ、または深度を定量化することを特徴とする付記１−８のいずれか１項に記載の水道管理システム。
（付記１３）
前記劣化検知手段は、水質センサを用いて、水に溶け出した錆、スライム、汚濁、微生物、および残留塩素濃度の内の少なくとも１つを検出することで前記配水管の劣化を定量化することを特徴とする付記１−８のいずれか１項に記載の水道管理システム。
（付記１４）
前記劣化検知手段は、複数の前記センサのうち２以上の前記センサを併用することで前記配水管の劣化を定量化することを特徴とする付記９−１３のいずれか１項に記載の水道管理システム。
（付記１５）
浄水を配水池から需要家へ運ぶための配水管の配水圧を制御する水道管理装置であって、
水需要の過去情報を基に配水圧の計画である配水計画を決定する配水計画手段と、
前記配水計画と、前記配水管の水圧情報と、前記配水管の劣化情報とに基づき、劣化の度合いに応じた劣化緩和配水計画を決定する劣化緩和配水計画手段と、
前記劣化緩和配水計画に基づいて前記配水圧を制御する配水圧制御手段と
を備えることを特徴とする水道管理装置。
（付記１６）
浄水を配水池から需要家へ運ぶための配水管の配水圧を制御する水道管理方法であって、
水需要の過去情報を基に配水圧の計画である配水計画を決定し、
前記配水計画と、前記配水管の水圧情報と、前記配水管の劣化情報とに基づき、劣化の度合いに応じた劣化緩和配水計画を決定し、
前記劣化緩和配水計画に基づいて前記配水圧を制御する
ことを特徴とする水道管理方法。
（付記１７）
浄水を配水池から需要家へ運ぶための配水管の配水圧を制御する水道管理装置のコンピュータに、
水需要の過去情報を基に配水圧の計画である配水計画を決定する配水計画機能と、
前記配水計画と、前記配水管の水圧情報と、前記配水管の劣化情報とに基づき、劣化の度合いに応じた劣化緩和配水計画を決定する劣化緩和配水計画機能と、
前記劣化緩和配水計画に基づいて前記配水圧を制御する配水圧制御機能と
を実行させるための水道管理プログラム。

この出願は、２０１４年１０月２９日に出願された日本出願特願２０１４−２１９８０７を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。

１００、１００Ａ 水道管理システム
１０２ 配水池
１０４ 配水管網
１０６ 配水管網監視装置
１０８ 需要家
１１０ 水道監視運用センタ
１２０ 加圧部
１３０ 配水管
１３２ 弁
１３４ 貯水槽
１３６ 加圧部
１３８ 水圧変更制御信号伝達部
１４０ 水圧検知部
１４２、１４２Ａ、１４２Ｂ 劣化検知部
１４４ 配水管網監視情報送信部
１４６ 配水管状態監視部
２００ 水需要／水圧変動予測情報格納部
２０２ 配水計画部
２０４ 劣化緩和配水計画部
２０６ 配水計画解釈部
２０８ 配水圧制御部
２１０ 配水圧変更部
４００ センサ
４０２ プロセッサ
４０４ 一次記憶部
４０６ 二次記憶部
４０８ 通信部
４１０ ペリフェラルコントローラ
４２０ アンテナ
４２２ バッテリ
４５０ 第１のプロセッサ
４５２ 第２のプロセッサ
４６０ 第１の一次記憶部
４６２ 第２の一次記憶部
５００ 配水管網
５０２ 第１の配水管網
５０４ 第２の配水管網
５０６ 第３の配水管網
６００ 第１の配水管
６０２ 需要家
６０８ 第１の配水池
６１０ 第２の配水池
６１２ 第１の弁
６１４ 第２の弁
６１６ 第２の配水管
７００ 水道管理装置
７５０、７５０Ａ 水道管理システム
８００、８００Ａ 水道管理システム
８０２ 水圧測定端末
８０４ 管振動測定端末
８０６ 配水計画計算機

Claims (9)

1. 浄水を配水地から需要家へ運ぶための配水管の少なくとも一か所の水圧を検知し、水圧情報として送信する水圧検知手段と、
   前記配水管の少なくとも一か所の劣化を検知し、劣化情報として送信する劣化検知手段と、
   水需要の過去情報を基に配水圧の計画である配水計画を決定する配水計画手段と、
   前記配水計画と、前記水圧情報と、前記劣化情報とに基づき、劣化の度合に応じた劣化緩和配水計画を決定し、前記配水計画に基づいた将来の水圧の変動を示す水圧遷移情報を出力する劣化緩和配水計画手段と、
   前記配水管の配水圧を変更する配水圧変更手段と、
   前記劣化緩和配水計画に基づいて前記配水圧変更手段を制御する配水圧制御手段と、
   前記配水管の現在の水圧情報と前記水圧遷移情報とに基づいて、現在の水圧が計画から乖離したことを検知し、水圧乖離検知情報として出力する水圧乖離検知手段と、
   前記劣化緩和配水計画手段に対して、前記水圧乖離検知情報に基づいて配水の再計画を指示する配水再計画通知手段と、
   を備えることを特徴とする水道管理システム。
2. 水圧測定端末と、
   管振動測定端末と、
   配水計画計算機と、を備え、
   前記水圧測定端末は、浄水を配水池から需要家へ運ぶための配水管の少なくとも一か所の水圧を検知し、水圧情報として送信する水圧検知手段と、前記配水計画計算機から送信される水圧遷移情報を格納する水圧遷移情報格納手段と、前記水圧情報と前記水圧遷移情報とを比較し、現在の水圧が計画から乖離したことを検知し、水圧乖離検知情報として出力する水圧乖離検知手段と、を少なくとも備え、
   前記管振動測定端末は、前記配水管の少なくとも一か所の劣化を検知し、劣化情報として送信する劣化検知手段を備え、
   前記配水計画計算機は、水需要の過去情報を基に配水圧の計画である配水計画を決定する配水計画手段と、前記配水計画と、前記水圧情報と、前記劣化情報とに基づき、劣化の度合に応じた劣化緩和配水計画を決定する劣化緩和配水計画手段と、前記配水管の配水圧を変更する配水圧変更手段と、前記劣化緩和配水計画に基づいて前記配水圧変更手段を制御する配水圧制御手段と、を備える
   ことを特徴とする水道管理システム。
3. 前記劣化緩和配水計画は、前記配水管の劣化が所定の劣化認定条件を満たすとき、前記配水管と直接的または間接的に接続される弁の開閉速度を緩めるための計画であることを特徴とする請求項１または２項に記載の水道管理システム。
4. 前記劣化緩和配水計画は、前記配水管の劣化が所定の劣化認定条件を満たすとき、弁開閉制御により配水経路の変更を行うことで前記配水管の水圧を下げるための計画であることを特徴とする請求項１または２に記載の水道管理システム。
5. 前記劣化緩和配水計画は、前記配水管の劣化が所定の劣化認定条件を満たすとき、前記配水管の水圧が、規定となる末端圧以上であり且つ変更前の計画よりは小さくなるように、不要の水道利用に備えたマージンを小さくするための計画であることを特徴とする請求項１または２に記載の水道管理システム。
6. 前記劣化緩和配水計画は、前記配水管の劣化が所定の劣化認定条件を満たすとき、前記配水管を使用しないような弁制御または加圧制御を実行すると同時に、前記配水管網を保全する作業者に対して、前記配水管の交換を促す情報を報知するための計画であることを特徴とする請求項１または２に記載の水道管理システム。
7. 浄水を配水池から需要家へ運ぶための配水管の配水圧を制御する水道管理装置であって、
   水需要の過去情報を基に配水圧の計画である配水計画を決定する配水計画手段と、
   前記配水計画と、前記配水管の水圧情報と、前記配水管の劣化情報とに基づき、劣化の度合いに応じた劣化緩和配水計画を決定し、前記配水計画に基づいた将来の水圧の変動を示す水圧遷移情報を出力する劣化緩和配水計画手段と、
   前記劣化緩和配水計画に基づいて前記配水圧を制御する配水圧制御手段と、
   前記配水管の現在の水圧情報と前記水圧遷移情報とに基づいて、現在の水圧が計画から乖離したことを検知し、水圧乖離検知情報として出力する水圧乖離検知手段と、
   前記劣化緩和配水計画手段に対して、前記水圧乖離検知情報に基づいて配水の再計画を指示する配水再計画通知手段と
   を備えることを特徴とする水道管理装置。
   
8. 浄水を配水池から需要家へ運ぶための配水管の配水圧を制御する水道管理方法であって、
   水需要の過去情報を基に配水圧の計画である配水計画を決定し、
   前記配水計画と、前記配水管の水圧情報と、前記配水管の劣化情報とに基づき、劣化の度合いに応じた劣化緩和配水計画を決定し、前記配水計画に基づいた将来の水圧の変動を示す水圧遷移情報を出力し、
   前記劣化緩和配水計画に基づいて前記配水圧を制御し、
   前記配水管の現在の水圧情報と前記水圧遷移情報とに基づいて、現在の水圧が計画から乖離したことを検知し、水圧乖離検知情報として出力し、
   前記劣化緩和配水計画手段に対して、前記水圧乖離検知情報に基づいて配水の再計画を指示する
   ことを特徴とする水道管理方法。
9. 浄水を配水池から需要家へ運ぶための配水管の配水圧を制御する水道管理装置のコンピュータに、
   水需要の過去情報を基に配水圧の計画である配水計画を決定する配水計画機能と、
   前記配水計画と、前記配水管の水圧情報と、前記配水管の劣化情報とに基づき、劣化の度合いに応じた劣化緩和配水計画を決定し、前記配水計画に基づいた将来の水圧の変動を示す水圧遷移情報を出力する劣化緩和配水計画機能と、
   前記劣化緩和配水計画に基づいて前記配水圧を制御する配水圧制御機能と、
   前記配水管の現在の水圧情報と前記水圧遷移情報とに基づいて、現在の水圧が計画から乖離したことを検知し、水圧乖離検知情報として出力する水圧乖離検知機能と、
   前記劣化緩和配水計画機能に対して、前記水圧乖離検知情報に基づいて配水の再計画を指示する配水再計画通知機能と
   を実行させるための水道管理プログラム。

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