JPH0923483A - 管路破断検知システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】流体を輸送する管網の維持管理において、破断
発生の早期検知、そして漏洩箇所および漏洩量の推定に
よる迅速な復旧を実現することを目的とする。 【構成】管路網８の管路上に無線通信機能および漏水推
定機能を備えたインテリジェントなセンサ１０を多数設
置し、センサ１０が互いに隣接するセンサと協調し、分
散的に漏水検知を行い、結果を管理センタ２０へ送信す
る。通信装置３６を介して、漏水管理装置２６が受信
し、監視員３２に警報を発するとともに、結果を出力す
る。また、配水制御装置３７が、漏水情報に基づいてバ
ルブを遠隔制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、水道管網やガス管網等
のライフライン網の維持管理に係る。特に管路破断（破
損）箇所を迅速に検知して、管路破損の迅速な復旧を支
援する管路破断検知システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】水道やガス管は、日常生活を維持する上
で必須となるライフラインとしての役割を担っており恒
常的に機能する使命があり高度な信頼性が要求される。
特に異常や災害の発生時には、被害を最小限に留め速や
かに復旧する必要がある。なんらかの損傷が生じたとき
は、できるだけ早い時期に場所も含めてこれを検知し、
損傷が大きくならないうちに対応処置をとらねばならな
い。特に埋設管については人間が目で監視することがで
きないため、広範囲な供給地域を小さな作業区画に区切
り、区画内への配水量と需要者の使用量の差から漏水量
を求め、区画内の各管路ごとに漏水検査を行うという対
策がとられている。漏水を検知する法としては、棒状音
聴器により夜間に人間の聴覚を便りに探知したり、相関
式漏水発見器のように２箇所以上で漏水音を捉え、その
到達時間差より損傷位置の推定をするなど、そのほとん
どが漏水音を捉える方法である。

【０００３】夜間に管路一本一本を調査する作業を軽減
する対策として、鈴木：「ロガーとパソコンを用いた音
圧測定による漏水管路判別の一考察」第４５回全国水道
研究発表会講演集pp.378-379(1994.5)（以下、「第１の
従来技術」という）では、音圧測定を行い、漏水発生時
の音圧分布の特徴をもとに、漏水発生の有無を診断する
という方法を提案している。一方、漏水発生と同時に検
知するという目的で、柳沢、森：「突発的な漏水による
圧力波の伝播実験（Ｉ）」第４３回全国水道研究発表会
講演集pp.434-436(1992.5)（以下、「第２の従来技術」
という）では、管路破断時に発生する圧力波を捉えるこ
とにより、漏水発生検知と位置推定を行える可能性につ
いて記されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】現状の漏水検知は、漏
水音を捉える方法が主流であり、検知作業はノイズの少
ない夜間に行われるうえ、路面上を移動しながら全ての
管に対して調査していくため作業量も多く、その効率
化、自動化が望まれている。上述した第１の従来技術で
ある音圧測定による方法では、作業効率の改善は期待で
きるものの、漏水音に基づく検知法であるため夜間に調
査せざるを得ず、依然として管路一本一本について作業
する必要は残っている。また、既に発生している漏水箇
所を探す方法であり、早期発見という意味では十分とは
言えない。言い換えると、第１の従来技術は、漏水の存
在を前提としており、地震等の災害時における管路破断
の検知を早急に行うとの観点に欠けている。上述した第
２の従来技術である圧力波による検知方法では、配水制
御に必要な圧力監視にくらべ遥にサンプリング間隔の短
い計測が必要となる。従って、配水管網に適用する際に
は監視点数も多くを必要とするため、集中監視にすると
情報量が増大し、コストの増大と監視効率の低下を招く
ことになる。適切な情報量でリアルタイムに漏水検知で
きることが望まれる。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上述の従来技術の問題点
を解決するために本発明は、以下の構成を採用した。

【０００６】配水管網等の管網（管路網）の管路上に複
数の圧力センサを設置し、それぞれの圧力センサは、隣
接する他の圧力センサと互いに協調して個々に漏水箇所
を検知する。管理センタには、漏水監視装置を設置し、
圧力センサから発信された推定結果とセンサが記憶して
いるデータの収集、および圧力センサによる推定に必要
なパラメータの管理を行う。

【０００７】それぞれの圧力センサは、計測した圧力の
時系列データを一時的に保持するバッファと、漏水発生
時の圧力の時系列データを記憶するウエーブメモリを有
し、データ退避指令回路の指令によりバッファに保持し
ているデータと漏水発生時以降の計測データをウエーブ
メモリに記憶する。通信回路によって隣接センサのウエ
ーブメモリの情報を取り入れ、プログラムとパラメータ
を記憶したメインメモリとプロセッサにより、漏水箇所
と漏水量の推定を行う。ここでは、隣接センサとしたが
隣接してなくともよい。例えば、注目している圧力セン
サと位置関係（その距離、間にある分岐点数など）が明
確であればよい。

【０００８】一方、漏水監視装置は、圧力センサの記憶
している圧力データを収集する漏水情報収集装置と、圧
力センサからの発信に応じて監視員に漏水発生を知らせ
る警報発生装置と、圧力センサによる推定に用いるパラ
メータの調整を行うパラメータ管理装置を有する。

【０００９】地震発生時には、漏水発生が同時に多発す
るため、各センサが一斉に発信して輻輳状態に陥る危険
性がある。このため、管理センタの漏水監視装置が、地
震発生を検知して信号を発生する感震装置を有し、圧力
センサが記憶しているデータと推定結果を順次収集す
る。

【００１０】

【作用】流体を輸送する管路において破断等により漏水
が発生すると、急激に圧力が低下し、負の圧力波が起き
ること現象が知られている。これを検知することによ
り、漏水発生とほぼ同時に発見することができ、２点以
上で観測すればその２点間で発生した漏水については、
漏水箇所と漏水量を推定することができる。広域的に広
がる配水管網においてこれを実現するためには、管路上
に多数のセンサを配置し、しかも集中的に圧力波の監視
を行わなければならない。しかしながら、圧力波の検出
を行うためには、通常配水コントロールのために行われ
ている圧力計測よりも、遥に短いサンプリング周期で計
測し、かつ設置センサ数も飛躍的に増やさなければなら
ない。このような大量のデータを集中監視にすると、通
信コストの増大だけでなく監視効率の低下を招き、目的
を達することができない。

【００１１】そこで、各センサが圧力波を検知すると同
時に発生前後のデータをウエーブメモリに記憶し、通信
回路によって隣接センサの検知した圧力波データも入手
し、各センサの有するプロセッサが分散的に漏水箇所
（破断箇所）と漏水量を推定し、まずは推定結果のみを
漏水管理装置に送信する。これにより、全体の通信量は
大幅に削減され、監視効率が上がる。

【００１２】地震発生時には、漏水監視装置の感震装置
が信号を発生し、圧力センサが記憶しているデータと推
定結果を順次収集することにより、各センサが一斉に発
信して輻輳状態に陥るのを防ぐ。

【００１３】

【実施例】本発明を水道管網に適用した場合の実施例を
図面に基づいて説明する。図１に全体システム構成図を
示す。配水池２へ蓄えられている浄水は、ポンプ４で圧
送されて配水管網８を通じて需要家へ届けられる。配水
管網８は、通常地下に埋設されているため、損傷を検知
するのが困難であり、多量の漏水が路面上に噴出する状
態になってから、需要家の通報を受けて処置する例が多
い。そこで本発明では、漏水発生直後（需要家の通報
前）にこれを検知できるように、管網上に複数のセンサ
１０（圧力センサ）を配置する。それぞれのセンサは、
漏水発生時の急激な圧力低下により生じる圧力波を検知
する。通常の圧力センサは、サービス圧確保のため管網
の圧力分布を均一化することを目的としたバルブ９の集
中制御を実現する際にも設置されることが多いが、この
ための圧力センサに、通常要求されるサンプリング間隔
では、圧力波を検出するのには不十分であり、極めて短
いサンプリング間隔での計測が必要となるが、これを集
中監視にすると情報量の増大による監視効率の低下を招
く危険性がある。また、破断の起きやすい地震発生時な
どでも十分な機能を発揮するためには、無線系の情報伝
送が望ましいが、高速な伝送には限界がある。そこで、
適切な情報量でかつリアルタイムに漏水検知できるよう
に本発明では、センサ１０それぞれにインテリジェンス
を持たせ、隣接するセンサと通信により情報交換を行う
ことにより、それぞれのセンサが分散的に漏水箇所及び
漏水量の推定を行い、結果を管理センタへ無線あるいは
衛星通信により発信することとする。

【００１４】各センサ１０が検知した漏水箇所と漏水量
は、管理センタ２０の通信装置３６を介して漏水監視装
置２６へ入力される。漏水監視装置２６は、監視員３２
に警報を発するとともに、検知情報を配水制御装置３７
および図面管理装置２８へ送信する。配水制御装置３７
は、通信装置３６を介して遠隔制御可能なバルブの設定
値を送信する。図面管理装置２８は、地域情報ＤＢ２４
より読み込んだ地図情報と受け取った漏水情報を重ね合
わせ、表示装置３４へ出力する。地域情報ＤＢ２４は、
地図情報として以下のものを記憶しておくと、より精密
にかつ早く破断検知できる。例えば、各管路の破断しや
すさ、センサによる検知のしやすさ、各バルブを閉じた
際の需要者への影響の度合い（どのくらいの需要者に影
響を及ぼすか）、各管路で漏水が起きた場合の需要者へ
の影響、各管路の流量（流速）が挙げられる。監視員３
２は、現場に赴いた作業員４０と連絡を取り合う。作業
員４０は、携帯情報端末３８を所持し、監視員３２の誘
導を受け、通信装置３６からは、図面情報を受信する。
また、調査の結果得られた実際の漏水箇所や漏水量を監
視員３２に報告するとともに、通信装置３６を介して漏
水監視装置２６へも送信する。漏水監視装置２６では、
センサ１０による推定結果と実際の調査により得られた
結果を照合し、推定に用いられたパラメータの調整をす
る。このためセンサ１０の検知した圧力波のデータを通
信装置３６を介して入手する。センサ１０は、圧力波を
検知した時にそのデータを記憶できるようにしておく。
漏水監視装置２６は、全てのセンサのパラメータ値を管
理しており、推定結果と調査結果の照合によりパラメー
タ値を更新し、センサ１０へも、更新したパラメータ値
を送る。

【００１５】漏水監視装置２６は、地震を検知する機能
を有し、一定震度を越えるとデータ保持指令の信号を通
信装置３６を介して各センサ１０へ同報通信する。地震
発生時には管路破断が同時多発するため、漏水監視装置
２６は漏水箇所と漏水量から復旧箇所の優先順位付けを
行い、優先順リストを表示装置３４へ出力する。監視員
３２は、この優先順に従って作業員４０に指令する。

【００１６】この優先順を決定するために、地域情報Ｄ
Ｂ２４に記憶内容を用いる。つまり、漏水個所がどの程
度需要家に影響をあたえるかにより優先度を決定する。
多くの需要家に影響を与える箇所の優先順は高くする。

【００１７】また、特定の重要な需要家に関連する箇所
の優先順を高くしてもよい。さらに、漏水量から優先順
を決定する際は、検知時刻での漏水量が多い箇所に優先
順を高くする、復旧時までの漏水量を推定して、推定結
果により優先順を付与してもよい。復旧時までの漏水量
の推定は、検知した圧力の変化および記憶しておく流量
（流速）を用いることにより行うことができる。

【００１８】また、漏水個所および漏水量の一方のみを
用いるのでなく、その両方のバランスをとって優先度を
決定してもよい。例えば、漏水個所と漏水量のそれぞれ
について、その度合いに応じてポイントをつけ、その合
計ポイントで優先順を決定する。

【００１９】以上復旧箇所の優先順の付与を地震発生時
で説明したが、地震発生時以外でも複数箇所で漏水（管
路破断）を検知した際に実行してもよい。

【００２０】さらに、本発明では、漏水を検知してから
自動的にバルブを閉じるなどして管路の流量を調節す
る。管路とバルブの対応を地域情報ＤＢ２４に記憶して
おき、需要家への影響が少なくなるようバルブを閉じ
る。また、予めセンサとバルブを対応づけて記憶してお
き、漏水を検知したセンサに応じて閉じるバルブを決定
してもよい。

【００２１】図２に、センサ１０の設置例を示す。検知
の精度の面からはセンサの数は多いほどよい。そのため
には、設置が容易で工事費が安価である方が望ましい
が、管路網８は通常道路下に埋設されているため、セン
サ設置を行うためには多額の工事費用を要する。そこ
で、比較的安価に設置可能な一例として、消火栓ボック
スと電柱を利用した設置例を示す。図のように、センサ
１０を消火栓４６に取付ける。センタへの情報伝達を無
線で行うため、アンテナ４２を電柱４４に取付け、電源
もとる。さらに、災害時でも機能を発揮できるように、
停電対策として無停電電源装置４８を接続しておく。

【００２２】図３に示したセンサ１０の内部構成図を用
いて各回路の動作を説明する。前述したように、センサ
１０はそれ自身で、漏水箇所、漏水量の推定をするイン
テリジェンスを有しており、センサ部５０で計測したデ
ータは、データ処理部５２で処理される。センサ部５０
で計測した圧力値は、増幅回路６２を介して増幅され、
Ａ／Ｄ変換回路６３によってデジタル信号に変換されて
バッファ７２へ記憶される。バッファ７２は、一定期間
の時系列データを記憶しており、新しいデータが入力さ
れると最も古いデータが消去されて常に最新の時系列デ
ータを保持している。データ退避指令回路７０は、例え
ば一時刻前との圧力差が一定値以上になるあるいは急変
により高周波の成分が計測値に含まれるといった圧力波
検出をトリガーとしてバッファの記憶内容と検知時刻を
ウエーブメモリ７４に複写する信号を出す。さらに、そ
れ以降一定期間は、計測データがウエーブメモリ７４に
続けて書き込まれるように制御する。また、地震発生に
より、管理センタよりデータ保持の信号を受けた場合に
も同様に信号を出し、ウエーブメモリ７４に書き込まれ
るように制御する。このようにして、ウエーブメモリ７
４には圧力波あるいは地震を検知した時刻とその前後の
一定期間の圧力時系列データが保存されることになる。
これら一連の動作は、データ退避指令回路７０によりハ
ード的に実現しても、メインメモリ６６上のソフトでソ
フト的に実現してもよい。プロセッサ６４は、ウエーブ
メモリ７４への記憶が完了すると、通信回路６０に指令
して、隣接するセンサと通信する。メインメモリ６６に
は、隣接センサの番号が記憶されており、ここにリスト
されている全てのセンサと順次交信していく。通信相手
が確定すると、相手センサもウエーブメモリにデータを
保持したか否かを確認し、保持しているならばその内容
を取り込み、自身のメインメモリに書き込む。また、自
身のウエーブメモリに保持しているデータを相手センサ
へ送信する。プロセッサ６４は、２地点の圧力波データ
を比較することによって、漏水箇所と漏水量を推定し、
再び通信回路６４に指令して、管理センタと通信し、推
定結果を通知する。プロセッサ６４から各回路への指令
およびデータのやり取りはバス６８を介して行われる。

【００２３】また、全てのセンサ１０から管理センタへ
送信しなくともよい例について説明する。各センサをい
くつかグループに分ける。このグループは、複数のセン
サから成り、その内の１つ（または複数）のセンサを代
表センサとする。代表センサにグループ内の他のセンサ
で検知した情報を送信し、管理センタへは代表センサか
ら情報を送信する。その際、グループ内の全てのセンサ
からの情報を全て送信するほか、代表センサでだぶって
いる情報を削除し、必要最小限の情報のみを送信しても
よい。また、代表センサを用いるのでなく、各グループ
ごとに専用の情報送信装置を設置してもよい。これらの
構成により、管理センタへの情報が輻輳状態になること
を防止できる。

【００２４】図４は、バッファ７２へのデータの記憶を
示したものである。Ｐ（ｔ）は時刻ｔにおける圧力計測
値を表す。図は、時刻ｔにおけるバッファ７２の記憶状
態である。バッファはｎ時刻分のデータを保持できるよ
うになっており、Ｐ（ｔ−ｎ＋１）からＰ（ｔ）までが
図のように記憶されている。次時刻ｔ＋１には、図のよ
うに最も過去のデータであるＰ（ｔ−ｎ+１）を記憶し
ていた部分が、最新のデータＰ（ｔ＋１）に書き換えら
れる。このように、サイクリックに記憶領域を使用して
常に最新ｎ時間分の圧力データを保持している。ｎの大
きさは、検知できるに十分な大きさであるが、少なくと
も圧力波が隣接センサに到達する時間差分の大きさは必
要である。従って、設置センサの数が少なく、隣接セン
サとの間隔が長いほど大きくとる必要がある。ｎの大き
さは、隣接するセンサとの距離に応じて定める。また、
なんらの理由でｎが固定されたセンサしか用意できない
場合は、ｎの大きさに応じて隣接するセンサの距離を決
定する。

【００２５】図５には、ウエーブメモリ７４へのデータ
の記憶方式を示す。ウエーブメモリ７４には、複数個の
圧力波データを記憶可能であり、検知した事象数を最初
に記憶している。以降は、検知した時刻と検知した圧力
波を含む計測圧力の時系列データを１セットの圧力波デ
ータとして記憶している。既に述べた通り、圧力波が検
知されると、最新ｎ時間分の圧力データがバッファから
ウエーブメモリに転送され、それ以降もしばらくは計測
圧力データがウエーブメモリに記憶されていく。図５の
例では、時刻ｔに圧力波が検知され、バッファに保持さ
れていたｎ時間分の圧力データＰ（ｔ−ｎ＋１）からＰ
（ｔ）までとそれ以降ｍ時間分の圧力データＰ（ｔ＋
１）からＰ（ｔ＋ｍ）までが記憶されている。そして、
別の時刻ｓに生じた圧力波データが記憶されている。こ
のデータが記憶されるときには、先頭の検知事象数がイ
ンクリメントされる。これらウエーブメモリのデータ
は、破断修復後に詳細分析のために、管理センタからの
ポーリングを受けてデータを送信した後に消去される。

【００２６】図６は、メインメモリ６６の概略メモリマ
ップである。図のように、システム管理、通信管理、デ
ータ管理、破断検知処理の各プログラムを格納してお
り、残りは、パラメータ記憶領域および各プログラムの
作業領域となっている。システム管理は、全体の処理フ
ローを制御し、以下に述べる各プログラムに指令を出
す。通信管理は、隣接センサおよび管理センタとのデー
タの送受を行う。隣接センサとは、ウエーブメモリに記
憶された圧力波データの交換をする。パラメータ記憶領
域にある隣接センサのリストに基づいて行う。また、隣
接センサから受信した圧力波データは、作業領域に格納
する。管理センタに対しては、検知内容の発信、センタ
からのポーリングに応じたウエーブメモリのデータの送
信、センタでの解析結果である検知用パラメータの受信
などを行う。データ管理は、計測圧力データのバッファ
やウエーブメモリへの記憶、転送を行う。また、圧力波
の検知をデータ退避指令回路７０のようなハードで実現
せずにソフトで行う場合は、検知プログラムを含み、検
知を行う。破断検知処理は、２地点で検知された圧力波
データを比較し、破断箇所、漏水量の推定を行う。以下
に、詳細な処理を記す。

【００２７】まず、２地点ＡおよびＢでの圧力波の到達
時間差を、それぞれの地点での波形の相関係数を最大に
する時間差とし、（数１）を満たすτMAXと定義する。

【００２８】

【数１】

【００２９】ここで、φAB（τ）は、次式で与えるもの
とする。

【００３０】

【数２】

【００３１】但し、ＰA、ＰBは、２地点でのそれぞれの
圧力波データであり、ＰB（ｋ＋τ）が記憶されている
区間外のデータとなる場合は、以下のように区間の端点
の時刻で代用する。

【００３２】（１）ｋ＋τ＜ｔ＋ｎ−１のとき ＰB（ｋ＋τ）＝ＰB（ｔ＋ｎ−１）…（数３） （２）ｋ＋τ＞ｔ＋ｍのとき ＰB（ｋ＋τ）＝ＰB（ｔ＋ｍ）…（数４） と見做す。

【００３３】次に、ａを圧力波の伝播速度、ｌを２地点
Ａ、Ｂ間の距離、ｌs、ｌeを漏水箇所から２地点Ａ、Ｂ
まで、それぞれの距離、としたとき、以下の（数５）を
満たとき、圧力波はＡ、Ｂ間を同一方向に通過している
ことになるため、漏水箇所はＡ、Ｂ間にはないと判断で
きる。 ａ・τMAX＝ｌ…（数５） また、以下の（数６）を満たすときは、漏水箇所はＡ、
Ｂ間にあると判断し、（数７）および（数８）より、ｌ
s、ｌeを求め、漏水箇所を推定できる。

【００３４】ａ・τMAX＜ｌ…（数６） ａ・τMAX＝｜ｌs―ｌe｜…（数７） ｌ＝ｌs＋ｌe…（数８） さらに、漏水箇所での圧力波の大きさと漏水量には、以
下の関係があることが知られている。

【００３５】

【数９】

【００３６】ここで、Δｐは、漏水箇所での圧力波の大
きさ、Ｑは、漏水量、γは、流体の比重、ｇは、重力加
速度、Ｓは、管路断面積である。また、圧力波の伝播距
離と減衰には、以下の関係があることが知られている。 Δｐ’＝Δｐ・ｅｘｐ（―ｋＬ）…（数１０） ここで、Δｐ’は、計測地点での圧力波の大きさ、ｋ
は、距離減衰係数、Ｌは、漏水箇所から計測地点までの
距離である。従って、（数９）、（数１０）より、漏水
量の推定を行うことができる。ただし、伝播速度ａ、距
離減衰係数ｋは、管路の状態により異なり、一種のパラ
メータと考えられる。破断発生後の復旧時における調査
結果と計測された圧力波による推定結果との比較を管理
センタで行い、チューニングした結果が送信され、それ
ぞれのセンサのもつメインメモリに記憶されているパラ
メータが更新される。

【００３７】図７は、各センサの圧力波検知時の動作フ
ローを示したものである。例えば一時刻前との圧力差が
一定値以上になるあるいは急変により高周波の成分が計
測値に含まれるといった基準に基づいて圧力波発生を検
知する（１００）。検知は、データ退避指令回路を設け
てハード的に実現しても、メインメモリ上のソフトでソ
フト的に実現してもよい。データ退避指令回路あるいは
プロセッサから出される信号をトリガーとして、バッフ
ァの記憶内容と検知時刻をウエーブメモリに転送する
（１０２）。さらに、それ以降一定期間は、計測データ
がウエーブメモリに続けて書き込まれるように制御する
（１０４）。また、地震発生により、管理センタよりデ
ータ保持の信号を受けた場合にも以上一連の動作は同様
である。ウエーブメモリへの記憶が完了すると、通信管
理のプログラムが、メインメモリに記憶されている隣接
センサの番号リストに基づいて隣接センサと順次交信し
ていく。通信相手が確定すると（１０８）、相手センサ
もウエーブメモリにデータを保持したか否かを確認し
（１１０）、保持しているならばその内容を取り込み、
自身のメインメモリに書き込む。また、自身のウエーブ
メモリに保持しているデータを相手センサへ送信して
（１１２）、隣接センサとの通信を終了し（１１４）、
２地点の圧力波データを比較することによって、漏水箇
所と漏水量を推定する（１１６）。隣接センサが圧力波
を検知していない場合は、即時通信を終了する（１１
５）。全ての隣接センサと通信を完了したら（１０
６）、管理センタと通信し（１１８）、推定結果を送信
し（１２０）、通信を終了する（１２２）。また、通信
終了後推定結果を地域情報ＤＢ２４を記憶しておく。こ
のこと何度か行うことにより、漏水（破断）し易い箇所
がわかる。したがって、再度地震があった場合など、こ
のデータに応じて対処できる。例えば、破断しやすい箇
所のデータを他より詳細に集めることが挙げられる。ま
た、通常時もまた、他より詳細にデータを収集してもよ
い。何度も破断する箇所は地盤が弱いとも考えられるの
で、強化工事することも考えられる。

【００３８】図８は、圧力センサを設置した管網の一部
分を示している。ｅ１〜ｅ１５は管路、ｖ１〜ｖ９は節
点を表す。これらのうち、ｖ１、ｖ３、ｖ４、ｖ５、ｖ
８、ｖ９は圧力センサを設置している点とする。以下
に、これら各センサによる協調動作を説明する。今、管
路ｅ２上で破断が発生したとする。圧力波は、図の矢印
のようにｖ１―ｅ１、ｖ２―ｅ５―ｖ３―ｅ６―ｖ４、
ｖ２―ｅ７―ｖ５と伝わっていく。ｖ１のセンサは、圧
力波を検知し、隣接センサであるｖ３とｖ５のセンサと
それぞれ通信する。ｖ１とｖ３で検知された圧力波を比
較することにより、ｖ１のセンサは破断がｅ２―ｖ２―
ｅ５の経路上で起きたと認識し、到達時間差よりｅ２上
に破断が起きたことを検知する。同様に、ｖ５のセンサ
とも通信することにより、ｅ２―ｖ２―ｅ７の経路上で
起きたと認識し、到達時間差よりｅ２上に破断が起きた
ことを検知する。ｖ１のセンサは、それぞれの推定結果
を管理センタへ送信する。一方、ｖ３のセンサでは、隣
接センサであるｖ１、ｖ４、ｖ５のセンサと通信するこ
とになる。ｖ１と通信した結果からは、上記と同様ｅ２
上に破断が起きたことを検知できる。ｖ４と通信した結
果では、到達時間差が、ｖ３―ｅ６―ｖ４と圧力波が通
過するのに要する時間と等しくなるため、この経路上に
は破断箇所はないと認識する。ところが、ｖ５と通信し
た結果では、ｅ５―ｖ２―ｅ７の経路上に破断が起きた
と認識するため、誤った破断箇所を推定することにな
る。同様に、ｖ５のセンサも、ｖ１と通信した結果で
は、正しく認識するが、ｖ３と通信した結果からは、誤
った破断箇所を推定することになる。この例からわかる
ように、ｖ３―ｖ４間のように、途中に分岐点が存在し
ない場合には、確実に破断箇所を推定できるが、ｖ２の
ようなセンサを設置しない分岐点が存在する場合には、
破断箇所との自身との間に、分岐点を含まないセンサ
（この例ではｖ１のセンサ）のみが、どの隣接センサと
の通信結果からも一致した推定結果を出すことになる。
さらに、ｅ１１のようにセンサを設置しない分岐点で挟
まれた管路上で破断が発生した場合、ｖ４、ｖ５、ｖ
８、ｖ９いずれも１つずつ誤った推定結果を含むことに
なる。ｅ８で起きたときには、ｖ４のセンサのみがどの
隣接センサと通信した結果からも一致した推定結果を出
す。同様に、ｅ１０のときは、ｖ５のセンサ、ｅ１２の
ときはｖ８、ｅ１４のときはｖ９のみが、どの隣接セン
サと通信した結果からも一致した推定結果を出す。よっ
て、どのセンサも一致した推定結果を出さない場合は、
ｅ１１で起きたと推定できる。このように、分岐点を含
まないセンサが存在するとき、それぞれのセンサだけで
は誤った推定結果を含む場合もあるが、管理センタで各
センサからの推定結果と管網の接続状態から破断箇所を
特定できることになる。分岐点には、必ずセンサを設置
すればより確実に破断箇所の推定を行うことができる。
また、センサ設置箇所は同一管路上の複数箇所において
も、設置数が多いほど検知の精度は向上する。

【００３９】図９に、管理センタに設置される漏水監視
装置２６の内部構成図を示す。センサ１０によって検知
された漏水箇所と漏水量の情報は通信装置３６を介して
漏水監視装置２６へ送信される。漏水情報は、入出力装
置８０を介して、漏水情報収集装置８２へ集められる。
漏水情報収集装置８２は、図面管理装置２８から管路接
続情報を入手し、各センサ１０の推定結果を集約して最
終的な漏水箇所、漏水量の判定をし、警報発生装置８８
へ指令を発すると共に、図面管理装置２８へ情報を転送
する。また、検知情報を発したセンサを通信装置３６を
介して順にポーリングして圧力波の計測情報を収集す
る。さらに、現場に赴いた作業員４０から送信される、
調査の結果得られた実際の漏水箇所や漏水量を、通信装
置３６を介して収集する。漏水情報収集装置８２は、こ
れら収集された情報を漏水情報ＤＢ２２に格納し、必要
に応じて被害分析装置８４や、パラメータ管理装置９０
に送る。被害分析装置８４は、破断の状態から操作すべ
きバルブを割り出し、漏水情報とともに配水制御装置３
７および図面管理装置２８へ送信する。配水制御装置３
７は、通信装置３６を介して遠隔制御可能なバルブの設
定値を送信する。パラメータ管理装置９０は、すべての
センサのパラメータ値を管理しており、センサによって
推定された結果と調査して得られた結果や、漏水情報Ｄ
Ｂ２２に蓄積されている過去の結果を参照し、推定に用
いられたパラメータのチューニングをする。更新された
パラメータ値はセンサ１０へ送信する。

【００４０】感震装置８６は、一定震度を越えると漏水
情報収集装置８２へおよび警報発生装置８８へ信号を送
る。漏水情報収集装置８２は、データ保持の指令信号を
通信装置３６を介して各センサ１０へ同報通信する。地
震発生時は、破断が同時多発し、多数の圧力波が発生
し、検知も困難になる恐れがある。各センサによる局所
的な判定のみでは、限界がある可能性もあり、全センサ
に圧力検知の有無によらず地震発生時のデータを保持さ
せておき、事後の詳細な解析に利用できるようにする。
また、上述した通り、地域情報ＤＢ２４に地震の際の情
報を記憶しておいたならば、その情報に基づき漏水（破
断）し易い箇所のみに対応するセンサのみでデータの保
持を行ってもよい。漏水情報収集装置８２は、全センサ
１０をポーリングして順次圧力波データを入手する。以
下は、地震以外のケースと同様に、現場に赴いた作業員
４０から送信される、調査の結果得られた実際の漏水箇
所や漏水量を、通信装置３６を介して収集し、収集され
た情報を漏水情報ＤＢ２２に格納し、必要に応じて被害
分析装置８４や、パラメータ管理装置９０に送る。地震
発生時は、破断の同時多発により復旧作業指示も困難を
極めるため、被害状況分析装置８４は、多数の破断箇所
に対して、漏水量および破断箇所に基づいた優先順位付
けを行い、優先順の一覧表を表示装置３４に出力する。

【００４１】図１０に漏水監視装置２６の地震発生時の
動作フローを示す。地震が発生すると（１３０）、これ
を感震装置が検知して警報を発報し（１３２）、監視員
の注意を促す。同時に、通信装置を介して全センサへデ
ータ退避指令を送信し（１３４）、各センサのウエーブ
メモリに計測圧力データが記憶されるようにする。各セ
ンサから送信される破断推定結果を収集し（１３６）、
管網の接続状態を勘案して、破断（漏水）箇所および漏
水量の最終判断をする（１３８）。破断（漏水）および
箇所漏水量のうち少なくとも一方に基づいて復旧箇所を
優先順にリストアップし（１４０）、推定結果を出力す
る（１４２）。

【００４２】ここでは、管理センタに感震装置８６を備
えているが、各センサ１０に感震装置を備えさせてもよ
い。そして、一定以上の震度を感じた感震装置を備えた
センサのみで検知を開始させてもよい。

【００４３】さらに、上述した構成で、推定した情報を
用いてバルブを自動的に閉じてもよい。地域情報ＤＢ２
４に記憶内容を用いて、需要家に影響を与えないバルブ
を選択して、選択されたバルブを閉じる構成を採る。ま
た、多数の管路に関係するバルブの優先順を高くしても
よい。また、推定した情報と地域情報ＤＢ２４に記憶内
容から復旧作業の優先順を決定できる。また、あらかじ
め作業員の配備箇所、人員を把握しておき、それと導き
出した優先順の両方から復旧作業の計画を作成してもよ
い。

【００４４】以上、水道の配水感網を例に挙げて発明の
詳細を説明したが、本発明はガス管網の破断検知にも有
効である。ただし、ガスのように圧縮性の流体は、圧力
波がすぐ減衰してしまうためセンサ間隔を非常に狭くと
る必要がありかつ検知が困難である。そこで、圧力波の
代わりにガスが漏洩するときに発生する超音波即ちＡＥ
（Acoustic Emission）を利用する。圧力センサの代わ
りにＡＥセンサを設置し、それぞれにインテリジェンス
を持たせる。ＡＥ信号も、圧力波と同様に漏洩量と信号
強度に比例関係があるため、全く同様の方法で漏洩箇所
と漏洩量を推定することができる。センサの種類を変え
る以外は、上記に配水管網の例で示した方法と本質的に
同じである。従って本発明は、流体を輸送する広域な管
路網の破断検知に適応可能である。

【００４５】

【発明の効果】漏洩発生と同時に検知することが可能な
ため、被害拡大を最小限に押さえることができ、地震な
どの自然災害に対しても、ライフラインの被害把握が円
滑に行え、迅速な初期措置、円滑な復旧作業の実現に寄
与することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】全体システム構成図である。

【図２】センサの設置例を示す図である。

【図３】漏水推定機能を持つ圧力センサの詳細構成図で
ある。

【図４】センサ内のバッファへのデータの記憶方式を示
す図である。

【図５】センサ内のウエーブメモリへのデータの記憶方
式を示す図である。

【図６】センサ内のメインメモリの概略メモリマップで
ある

【図７】センサの圧力波検知時の動作フローを示す図で
ある。

【図８】センサを設置した管網の一部分を示す図であ
る。

【図９】漏水監視装置の詳細構成図である。

【図１０】漏水監視装置の地震発生時の動作フローを示
す図である。

【符号の説明】

２…配水池、４…配水ポンプ、８…配水管網、１０…セ
ンサ、３２…監視員、３４…表示装置、３８…携帯情報
端末、４０…作業員、４２…無線用アンテナ、４４…電
柱、４６…消火栓、４８…無停電電源装置、ｅ１〜ｅ１
５…管路、ｖ１、ｖ３、ｖ４、ｖ５、ｖ８、ｖ９…セン
サ付き管路節点、ｖ２、ｖ６、ｖ７…センサ無し管路節
点

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 依田 幹雄 茨城県日立市大みか町五丁目２番１号 株 式会社日立製作所大みか工場内

Claims (17)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】管路が網状に設置された管路網で起こる破
   断を検知する管路破断検知方法において、 前記管路上に、各管路を通る流体の圧力を検出する複数
   の圧力センサを配置し、 前記圧力センサで前記流体が所定以上の圧力変化を検出
   した際は、予め定めた他の圧力センサの圧力変化に関す
   る情報を前記圧力センサに入力し、 入力された情報および検出した情報を用いて管路の破断
   箇所を検知することを特徴とする管路破断検知方法。
2. 【請求項２】請求項１に記載の管路破断検知方法におい
   て、 前記管路網は前記流体の流速を制御する複数のバルブを
   有し、 管路の破断が検知された際は、検知された破断個所に対
   応するバルブで前記流体の流量を調整することを特徴と
   する管路破断検知方法。
3. 【請求項３】請求項２に記載の管路破断検知方法におい
   て、 予め、各バルブがどの程度需要家に影響を与えるか記憶
   しておき、 記憶の内容に応じて前記流体の流量を調整するバルブを
   決定することを特徴とする管路破断検知方法。
4. 【請求項４】請求項１に記載の管路破断検知方法におい
   て、 管路がどの程度需要家に影響を与えているかにより、予
   め管路の優先順を付与しておき、 前記優先順に応じて復旧作業の指示を行うことを特徴と
   する管路破断検知方法。
5. 【請求項５】請求項１に記載の管路破断検知方法におい
   て、 前記圧力変化に関する情報として圧力変化の時刻を検出
   し、 検出された時刻と他の圧力センサで検出した圧力変化の
   時刻に基づいて破断箇所を検知することを特徴とする管
   路破断検知方法。
6. 【請求項６】請求項１に記載の管路破断検知方法におい
   て、 前記他の圧力センサは、前記圧力センサに隣接すること
   を特徴とする管路破断検知方法。
7. 【請求項７】請求項１に記載の管路破断検知方法におい
   て、 所定以上の震度を感知した圧力センサは、管路の破断箇
   所を検知することを特徴とする管路破断検知方法。
8. 【請求項８】網状の管路上に配置され、前記管路内を流
   れる流体の圧力を測定する複数の圧力センサを備えた管
   路破断検知システムにおいて、 前記圧力センサは、前記流体の圧力変化に基づいて隣接
   する他のセンサと互いに協調して破断箇所を推定して、
   推定された破断箇所に関する情報を送信し、 各圧力センサから送信された情報に基づいて、破断箇所
   を検知する管理センタとを備えたことを特徴とする管路
   破断検知システム。
9. 【請求項９】請求項８に記載の管路破断検知システムに
   おいて、 前記圧力センサは、計測した圧力の時系列データを一時
   的に保持するバッファと、 前記流体の圧力が所定量以上変化した際に、前記バッフ
   ァに記憶された時系列データのうち、圧力が変化する前
   の時系列データと圧力が変化した後の計測した圧力の時
   系列データを記憶するウエーブメモリと、 前記ウエーブメモリに記憶された際に、前記ウエーブメ
   モリに記憶された時系列データと前記圧力センサに隣接
   する隣接センサのウエーブメモリに記憶された時系列デ
   ータに基づいて前記管路の破断箇所および破断による漏
   水量を推定するプロセッサとを有することを特徴とする
   管路破断検知システム。
10. 【請求項１０】請求項９に記載の管路破断検知システム
    において、 前記圧力センサは、前記ウエーブメモリに記憶が開始さ
    れた場合に、前記プロセッサで推定された破断箇所に関
    する情報を、前記管理センタ送信することを特徴とする
    管路破断検知システム。
11. 【請求項１１】請求項９に記載の管路破断検知システム
    において、 前記圧力センサは、所定以上の震度を感知すると前記ウ
    エーブメモリへの記憶を開始させる感震装置を有するこ
    とを特徴とする管理破断検知システム。
12. 【請求項１２】請求項９に記載の管路破断検知システム
    において、 前記管理センタは、 地震発生を検知して信号を発生する感震装置を有し、 前記漏水情報収集装置は、前記感震装置からの信号に応
    じて前記ウエーブメモリの記憶している圧力データを収
    集することを特徴とする管路破断検知システム。
13. 【請求項１３】請求項８に記載の管路破断検知システム
    において、 前記管理センタは、 前記ウエーブメモリの記憶している圧力データを収集す
    る漏水情報収集装置と、 前記圧力センサからの発信に応じて監視員に漏水発生を
    知らせる警報発生装置と、 前記圧力センサによる推定に用いるパラメータの調整を
    行うパラメータ管理装置を有することを特徴とする管路
    破断検知システム。
14. 【請求項１４】請求項８に記載の管路破断検知システム
    において、 前記ウエーブメモリの記憶内容に応じて監視員に漏水発
    生を知らせる警報発生装置を備えたことを特徴とする管
    路破断検知システム。
15. 【請求項１５】請求項８に記載の管路破断検知システム
    において、 前記圧力センサは、前記管路網の分岐点に配置すること
    を特徴とする管路破断検知システム。
16. 【請求項１６】請求項８に記載の管路破断検知システム
    において、 前記管路網は、流量を調節するバルブを有し、 前記管理センタは、検知された破断箇所に応じて、前記
    バルブの開度を調節することを特徴とする管路破断検知
    システム。
17. 【請求項１７】網状の管路の破断を検知する管路破断検
    知システムにおいて、 前記管路に複数個設置され、前記気体が漏洩するときに
    発生する超音波を検知するＡＥセンサを有し、 前記ＡＥセンサは、前記超音波を検知した際に、隣接す
    る他のＡＥセンサと互いに協調して破断箇所を推定する
    ことを特徴とする管路破断検知システム。