JP7380070B2 - 井戸監視システム - Google Patents

Description

本発明は、井戸監視システムに関する。

従来、工場や病院等の各種施設において、井戸から揚水した地下水が利用されている。こうした地下水を揚水する揚水設備を監視するための監視システムとして、例えば特許文献１に開示のものがある。同文献の監視システムでは、設備側の監視制御装置が揚水設備の各種状態量を検出している。そして、監視制御装置は、異常が発生すると、揚水設備を提供する提供会社側へインターネットを介して警報を送信する。詳しくは、監視制御装置は、揚水設備の状態量として井戸の水位を検出しており、検出される水位が予め設定された水位を下回った場合に、異常が発生したと判断する。

特開２００６－２６５７２号公報

ところで、井戸は、帯水層と呼ばれる地下水で満たされた地層から取水している。そのため、同一の帯水層から取水する井戸が複数ある場合、一の井戸からの揚水が他の井戸の水位に影響を及ぼすことがある。しかし、上記従来の監視システムは、互いに離れた複数の揚水設備を監視しているものの、各揚水設備が設置された井戸の間の関係については考慮せずに個別に監視している。したがって、井戸の異常の有無を適切に判断できないおそれがある。

本発明の目的は、井戸の異常の有無を適切に監視できる井戸監視システムを提供することにある。

上記課題を解決する井戸監視システムは、同一の帯水層から取水すると推定される複数の井戸のそれぞれに設置される揚水設備と、前記各井戸に関する井戸情報を記憶するサーバとを備えるものであって、前記各揚水設備は、前記井戸から地下水を汲み上げるポンプと、前記井戸の水位を計測する水位センサと、前記井戸情報を前記サーバに送信する制御装置とを含み、前記井戸情報には、前記各井戸の水位に関する水位情報及び該各井戸からの揚水量に関する揚水量情報が含まれる。

上記構成によれば、複数の井戸は、同一の帯水層から取水していると推定されるものであるため、各井戸の水位情報及び揚水量情報には相関がある。そして、こうした複数の井戸の水位情報及び揚水量情報は、各揚水設備の制御装置からサーバに送信されて保存される。このように互いに相関のある水位情報及び揚水量情報がサーバに集約されるため、複数の井戸の関わり合いを踏まえつつ、適切に井戸の異常の有無を監視できる。

上記井戸監視システムにおいて、前記各制御装置は、前記井戸情報を無線通信にて前記サーバに送信することが好ましい。
上記構成によれば、広範囲に亘って揚水設備が点在する場合でも、サーバに対して井戸情報を制御装置から容易に送信できる。

上記井戸監視システムにおいて、前記井戸情報には、前記各井戸が設置されている地点を示す位置情報が含まれることが好ましい。
上記構成によれば、井戸の間の距離等を把握することができ、複数の井戸の関わり合いをより適切に踏まえつつ、井戸の異常の有無を監視できる。

上記井戸監視システムにおいて、前記サーバに記憶された前記井戸情報をネットワークを介して読み出し可能な端末を備えることが好ましい。
上記構成によれば、作業者が、例えばスマートフォン等の端末を用いて容易に井戸情報を確認できる。

本発明によれば、井戸の異常の有無を適切に監視できる。

井戸監視システムの概略構成図。 地図上での複数の井戸と帯水層との関係を示す模式図。 井戸及び揚水設備の概略構成図。

以下、井戸監視システムの一実施形態を図面に従って説明する。
図１に示すように、井戸監視システム１は、複数の井戸２Ａ～２Ｃのそれぞれに設置される揚水設備３Ａ～３Ｃと、サーバ４と、端末５とを備えている。揚水設備３Ａ～３Ｃ及び端末５は、インターネット等のネットワーク６を介してサーバ４にそれぞれ接続されている。なお、説明の便宜上、井戸監視システム１の監視対象となる井戸が３つの場合を例示しているが、井戸の数は２つ以上であれば適宜変更可能である。

図２に示すように、井戸２Ａ～２Ｃは、同図において破線で示す帯水層１１上に設置されている。帯水層１１の分布範囲は、例えば地表地質踏査、ボーリング調査等の地質調査、電気探査、イオン分析を含む水質調査等の典型的な手法又はその組み合わせによって推定される。そして、同一の帯水層１１上に設置された井戸２Ａ～２Ｃは、同一の帯水層１１から取水すると推定される。

図３に示すように、揚水設備３Ａは、井戸２Ａから地下水を汲み上げるポンプ２１と、ポンプ２１により汲み上げられた地下水を貯留するタンク２２と、ポンプ２１の作動を制御する制御装置２３とを備えている。なお、揚水設備３Ｂ，３Ｃは、揚水設備３Ａと同一の構成であるため、これらの説明を省略する。

ポンプ２１には、モータ２４によって駆動される電動式のポンプが採用されている。ポンプ２１は、陸上に設置するタイプであっても、水中に投入するタイプであってもよい。また、ポンプ２１として、例えばエンジン駆動によるポンプ等、他の駆動方式によるポンプを採用してもよい。ポンプ２１は、揚水管２５を介して井戸２Ａから地下水を汲み上げ、接続管２６を介して汲み上げた地下水をタンク２２に送出する。タンク２２に貯留された地下水は、送出管２７を介して図示しない工場等の施設に送出される。

制御装置２３には、ＰＬＣ（Programmable Logic Controller）が採用されており、制御装置２３はＣＰＵ３１やメモリ３２を備えている。制御装置２３は、メモリ３２に記憶されたプログラムをＣＰＵ３１が実行することにより、各種制御を実行する。

詳しくは、制御装置２３は、モータ２４への駆動電力の供給を通じてポンプ２１の作動を制御する。また、制御装置２３は、揚水設備３Ａに設けられた各種センサから井戸２Ａに関する井戸情報を取得し、上記サーバ４に送信する。

各種センサには、水位センサ４１、流量センサ４２、電流センサ４３、及び貯水量センサ４４が含まれる。水位センサ４１は、井戸２Ａの水位Ｈｗを検出する。流量センサ４２は、ポンプ２１により汲み上げられる地下水の流量Ｑｗを検出する。制御装置２３は、検出される流量Ｑｗに基づいて、単位時間当たりの地下水の揚水量Ｐｗを検出する。電流センサ４３は、モータ２４に供給される電流Ｉｍを検出する。貯水量センサ４４は、タンク２２内に貯留された地下水の水位に基づいてタンク２２内の貯水量Ｎｗを検出する。

制御装置２３は、水位センサ４１の異常判定を行う。具体的には、制御装置２３は、水位センサ４１から水位Ｈｗを示す信号が出力されなくなった場合、あるいは当該信号に示される水位Ｈｗが取り得ない値となった場合等に、水位センサ４１に異常が発生したと判定する。また、制御装置２３は、流量センサ４２、電流センサ４３及び貯水量センサ４４についても、水位センサ４１と同様に、その異常判定を行う。なお、制御装置２３は、電流センサ４３に異常が発生すると、ポンプ２１に異常が発生したと判定する。

制御装置２３は、無線通信によりサーバ４との間で信号を授受する。本実施形態の制御装置２３は、例えば数ＧＨｚ程度の周波数帯の電波を用いる。制御装置２３は、サーバ４に井戸２Ａに関する井戸情報を、例えば数十秒から数分程度の所定間隔でサーバ４に送信する。一方、制御装置２３は、サーバ４から、例えばポンプ２１の駆動・停止等を指示する指示信号を受信する。

井戸情報には、井戸２Ａの水位Ｈｗからなる水位情報、井戸２Ａからの揚水量Ｐｗからなる揚水量情報、及び貯水量Ｎｗからなる貯水量情報が含まれる。また、井戸情報には、各種センサ及びポンプ２１が異常であるか否かを示す設備状態情報が含まれる。さらに、井戸情報には、井戸２Ａが設けられている地点を示す位置情報が含まれる。なお、位置情報は、井戸２Ａが設置された地点の緯度及び経度を含み、予め制御装置２３のメモリ３２に記憶されている。また、位置情報は、サーバ４にも保管されている。

図１に示すように、サーバ４は、ネットワーク６を介して複数の揚水設備３Ａ～３Ｃ及び端末５と接続することで、これらの間で情報の授受を行うことが可能に構成されている。サーバ４には、設置型のサーバ、又はネットワーク６上に仮想的に構築されたクラウドサーバ等が採用されている。サーバ４は、ＣＰＵ５１及びメモリ５２を備えている。サーバ４は、メモリ５２に記憶されたプログラムをＣＰＵ５１が実行することにより、各種制御を実行する。

詳しくは、サーバ４は、揚水設備３Ａ～３Ｃの各制御装置２３から送信される井戸情報をメモリ５２に保存する。サーバ４は、後述する端末５からの要求に応じて井戸情報を端末５に送信する。また、サーバ４は、端末５からの揚水設備３Ａ～３Ｃの各制御装置２３への指示信号を制御装置２３に送信する。

端末５は、ネットワーク６を介してサーバ４と接続することで、サーバ４との間で情報の授受を行うことを可能に構成されている。端末５には、スマートフォンやノートパソコン等の情報端末が採用される。

端末５は、作業者の操作によって、サーバ４から井戸情報を読み出し、その画面上に表示する。こうした井戸情報、すなわち水位情報、揚水量情報、貯水量情報、位置情報及び設備状態情報は、例えば表形式やグラフ形式等、種々の形式で表示される。そして、作業者は、表示される井戸情報に基づき、端末５からサーバ４を介して揚水設備３Ａ～３Ｃに指示信号等を送信する。

次に、本実施形態の作用及び効果について説明する。
（１）井戸監視システム１は、同一の帯水層１１から取水すると推定される複数の井戸２Ａ～２Ｃのそれぞれに設置される揚水設備３Ａ～３Ｃと、井戸情報を記憶するサーバ４とを備える。井戸情報には、井戸２Ａ～２Ｃの水位Ｈｗを示す水位情報及び井戸２Ａ～２Ｃからの揚水量Ｐｗを示す揚水量情報が含まれる。複数の井戸２Ａ～２Ｃは、同一の帯水層１１から取水していると推定されるものであるため、井戸２Ａ～２Ｃの水位情報及び揚水量情報には相関がある。そして、こうした井戸２Ａ～２Ｃの水位情報及び揚水量情報は、揚水設備３Ａ～３Ｃの制御装置２３からサーバ４に送信されて保存される。このように互いに相関のある水位情報及び揚水量情報がサーバ４に集約されるため、井戸２Ａ～２Ｃの関わり合いを踏まえつつ、適切に井戸２Ａ～２Ｃの異常の有無を監視できる。

すなわち、例えば揚水設備３Ａについて揚水していないのにも関わらず井戸２Ａの水位Ｈｗが低下した場合であっても、揚水設備３Ｂでの揚水量Ｐｗが大きい場合には、揚水設備３Ａに異常は発生していないと判断することが可能になる。また、このような場合に、例えば揚水設備３Ｂに対して井戸２Ｂからの揚水を減少させるように要請することで、揚水設備３Ａ～３Ｃ間における揚水量の平準化等を図ることも可能になる。さらに、井戸２Ａ～２Ｃの水位Ｈｗに基づいて、例えば帯水層１１全体の地下水量等を把握することも可能になる。

（２）制御装置２３は、井戸情報を無線通信にてサーバ４に送信するため、広範囲に亘って揚水設備３Ａ～３Ｃが点在する場合でも、サーバ４に対して井戸情報を制御装置２３から容易に送信できる。

（３）井戸情報には、各井戸２Ａ～２Ｃが設けられている地点を示す位置情報が含まれるため、井戸２Ａ～２Ｃの間の距離等を把握することができ、井戸２Ａ～２Ｃの関わり合いをより適切に踏まえつつ、井戸２Ａ～２Ｃの異常の有無を監視できる。

（４）井戸監視システム１は、サーバ４に記憶された井戸情報をネットワーク６を介して読み出し可能な端末５を備える。そのため、作業者が端末５を用いて容易に井戸情報を確認できる。

（５）井戸情報には、設備状態情報が含まれるため、同設備状態情報に基づいて揚水設備３Ａ～３Ｃの異常の有無を検出できる。これにより、井戸２Ａ～２Ｃ自体の異常の有無を正確に判断できる。

本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本実施形態及び以下の変形例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
・上記実施形態において、揚水設備３Ａ～３Ｃの構成は適宜変更可能である。例えば、揚水設備３Ａ～３Ｃがタンク２２を備えない構成としてもよい。また、揚水設備３Ａ～３Ｃが流量センサ４２を備えない構成としてもよい。この場合、制御装置２３は、例えばポンプ２１の駆動時間に基づいて揚水量Ｐｗを推定してもよい。

・上記実施形態において、制御装置２３が設備状態情報を井戸情報に含めてサーバ４に送信しなくてもよい。また、制御装置２３が位置情報を井戸情報に含めてサーバ４に送信しなくてもよい。

・上記実施形態において、井戸監視システム１が端末５を備えない構成としてもよい。この場合、作業者は、例えばサーバ４のディスプレイ上で井戸情報を確認してもよい。また、例えばサーバ４が取得した井戸情報と予め設定した閾値との比較を行い、その比較結果に基づいて、サーバ４が井戸２Ａ～２Ｃの異常の有無の監視及び揚水設備３Ａ～３Ｃに対する指示信号の送信を行ってもよい。

・上記実施形態では、制御装置２３は無線通信により井戸情報をサーバ４に送信したが、これに限らず、例えば制御装置２３とサーバ４とを物理的な信号線で接続し、該信号線を介して井戸情報をサーバ４に送信してもよい。

・上記実施形態において、井戸監視システム１により監視される複数の井戸のすべてが同一の帯水層から取水するものでなくてもよく、異なる帯水層から取水する井戸が含まれていてもよい。この場合、サーバ４は、例えば帯水層ごとにグループ分けして井戸情報を保存することが好ましい。

・上記実施形態において、制御装置２３がＣＰＵ３１とメモリ３２とを備え、ソフトウェア処理を実行するものでなくともよい。例えば上記実施形態において実行されるソフトウェア処理の少なくとも一部を処理する専用のハードウェア回路（たとえばＡＳＩＣ等）を備えてもよい。すなわち、制御装置２３は、以下の（ａ）～（ｃ）のいずれかの構成であればよい。（ａ）上記処理の全てを、プログラムに従って実行する処理装置と、プログラムを記憶するＲＯＭ等のプログラム格納装置とを備える。（ｂ）上記処理の一部をプログラムに従って実行する処理装置およびプログラム格納装置と、残りの処理を実行する専用のハードウェア回路とを備える。（ｃ）上記処理の全てを実行する専用のハードウェア回路を備える。ここで、処理装置およびプログラム格納装置を備えたソフトウェア処理回路や、専用のハードウェア回路は複数であってもよい。すなわち、上記処理は、１または複数のソフトウェア処理回路および１または複数の専用のハードウェア回路の少なくとも一方を備えた処理回路（Processing Circuitry）によって実行されればよい。サーバ４についても同様である。

次に、上記実施形態及び変形例から把握できる技術的思想について、それらの効果とともに以下に追記する。
（イ）前記井戸情報には、前記各揚水設備の状態を示す設備状態情報が含まれる井戸監視システム。上記構成によれば、設備状態情報に基づいて揚水設備の異常の有無を検出でき、井戸自体の異常の有無を正確に判断できる。

１…井戸監視システム、２Ａ～２Ｃ…井戸、３Ａ～３Ｃ…揚水設備、４…サーバ、５…端末、６…ネットワーク、１１…帯水層、２１…ポンプ、２３…制御装置、４１…水位センサ、４２…流量センサ、Ｈｗ…水位、Ｐｗ…揚水量。

Claims (4)

1. 同一の帯水層から取水すると推定される複数の井戸のそれぞれに設置される揚水設備と、
   前記各井戸に関する井戸情報を記憶するサーバとを備える井戸監視システムであって、
   前記各揚水設備は、前記井戸から地下水を汲み上げるポンプと、前記井戸の水位を計測する水位センサと、前記井戸情報を前記サーバに送信する制御装置とを含み、
   前記井戸情報には、前記各井戸の関わり合いを示す情報である、前記各井戸の水位に関する水位情報と、前記各井戸からの揚水量に関する揚水量情報と、前記各井戸が設置されている地点を示す位置情報とが含まれており、
   前記井戸情報は、前記井戸の異常の有無を監視するのに使用される情報である井戸監視システム。
2. 請求項１に記載の井戸監視システムにおいて、
   前記各制御装置は、前記井戸情報を無線通信にて前記サーバに送信する井戸監視システム。
3. 請求項１又は２に記載の井戸監視システムにおいて、
   前記各制御装置は、前記水位センサを含む各種センサ及び前記ポンプに異常が発生したか否かを判定する異常判定を実行するように構成されており、
   前記井戸情報には、前記各種センサ及び前記ポンプが異常であるか否かを示す設備状態情報が含まれる井戸監視システム。
4. 請求項１～３のいずれか一項に記載の井戸監視システムにおいて、
   前記サーバに記憶された前記井戸情報をネットワークを介して読み出し可能な端末を備える井戸監視システム。