JPH10254959A - 孤立管網検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 孤立管網を自動的に検出し、管網解析時の労
力，時間，誤作業の発生を低減する孤立管網検出装置を
得る。 【解決手段】 管網データ入力手段１で入力した複数の
節点とこれらの節点を接続する複数の管路に関するデー
タに基づき、グラフ作成手段２で節点に対応するノー
ド，管路に対応する枝を用いると共に、節点とは別に１
つの基準節点をノードとし、所定の接続可否条件に基づ
いて節点のいずれかと基準節点と接続してグラフを作成
する。木作成手段３で、グラフの基準節点または基準節
点に接続する節点に対応するノードを根とし、この根か
ら枝をたどって木を作成する。作成した木に含まれない
節点と管路を孤立管網として検出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は管網解析計算におけ
る孤立管網を検出する装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】例えば水道事業やガス事業などの管網の
解析や設計において、管網全体の圧力や流量を調べるた
めに、管網解析計算がなされる。例えば上水道の場合、
貯水池や各需要点に対応する複数の節点と、これらの節
点を接続する複数の管路で構成される管網において、貯
水池からの流量や各需要端での流量、貯水池の水位、テ
レメータの測定値などを入力とし、不明である各点での
水圧や管路の流量を求めるものである。

【０００３】この管網で震災や災害時には管路が切断さ
れることがある。また、バルブの開閉などによる管路断
が生じたとき、その管網に孤立部分が生じることがあ
る。このような孤立管網が存在すると、場合によって
は、管網計算において解が不定問題となって算定不能と
なる。

【０００４】従来では、管網計算を不可能にする原因と
なる孤立管網手作業によって検出し、管網から除くよう
に指定して管網計算を行っていた。

【０００５】例えば震災後の管網計算の利用に際して
は、復旧が進むにつれて毎回管網計算を行う必要が生じ
てくる。そして、孤立管網の復旧に応じて毎回孤立管網
の検出を行い、異なった条件で管網計算を行わなくては
ならない。一方、設備の充実や計算機の能力向上によっ
て、解析される対象となる管網が大規模化し、手作業に
よる孤立管網の検出はますます煩雑で、長時間かかり、
間違いやすいものとなっている。

【０００６】また、管網計算を不可能とする孤立管網の
ほかにも、管路断によって供給を断たれてしまった領域
として、供給不可能孤立管網がある。これは、例えば上
水道であれば給水不可能を意味し、このような管網が存
在することはサービスの質の低下であるので、管路断が
発生したときには供給不可能孤立管網の有無や位置など
の情報を知る必要がある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従来の管網計算装置
は、以上のように手作業による孤立管網を検出してお
り、非常に大きな労力と時間を必要としていた。これは
非効率的であり、誤認識の起こる可能性があるという問
題点があった。

【０００８】本発明は、上記のような従来の問題点を解
消するためになされたもので、管網において管網計算を
不可能にする孤立管網があるかどうかを自動的に検出す
ることができる孤立管網検出装置を得て、管網計算時に
おける作業の低減や時間の短縮化を図ることを目的とす
るものである。また、供給不可能孤立管網を検出できる
孤立管網検出装置を得ることを目的とする。また、孤立
管網が管網のどの領域であるかを検出して出力できる孤
立管網検出装置を得て、孤立管網に対する対策を立てる
ための情報をわかりやすく提供することを目的とするも
のである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の第１の構成に係
る孤立管網検出装置は、複数の節点とこれらの節点を接
続する複数の管路で構成される管網の管路と節点に関す
るデータを入力する管網データ入力手段、節点と管路に
関するデータに基づき、節点に対応するノード，管路に
対応する枝を用いると共に、節点とは別に１つの基準節
点をノードとし、所定の接続可否条件に基づいて節点の
いずれかと基準節点と接続してグラフを作成するグラフ
作成手段、グラフの基準節点または基準節点に接続する
ノードを根とし、この根から枝をたどって木を作成する
木作成手段、グラフに含まれる節点数と木に含まれる節
点数を比較する節点数比較手段、この節点数比較手段の
結果を出力する孤立管網出力手段を備え、木に含まれな
い節点と管路を孤立管網として検出するものである。

【００１０】また、本発明の第２の構成に係る孤立管網
検出装置は、第１の構成におけるグラフ作成手段とし
て、節点が圧力既知かどうかという接続可否条件に基づ
いて節点のいずれかと基準節点と接続してグラフを作成
するようにしたものである。

【００１１】また、本発明の第３の構成に係る孤立管網
検出装置は、第１の構成におけるグラフ作成手段とし
て、節点が管網外からの流入があるかどうかという接続
可否条件に基づいて節点のいずれかと基準節点と接続し
てグラフを作成するようにしたものである。

【００１２】また、本発明の第４の構成に係る孤立管網
検出装置は、第１ないし第３の構成のいずれかにおける
孤立管網出力手段として、孤立管網を検知したときに孤
立管網に含まれる節点から木を作成し、得られた木に含
まれる節点を出力するようにしたものである。

【００１３】また、本発明の第５の構成に係る孤立管網
検出装置は、第１ないし第４の構成のいずれかにおける
木作成手段として、木を作成しながらその木に含まれる
節点のみを記憶し、作成した木の構造の情報を破棄する
ようにしたものである。

【００１４】

【発明の実施の形態】

実施の形態１．本発明の実施の形態１による孤立管網検
出装置について説明する。図１は本実施の形態による孤
立管網検出装置を示す構成図である。明細書中のグラ
フ，木はグラフ理論における用語である。図１におい
て、１は例えばキーボードやマウスなどの管網データ入
力手段、２は管網データ入力手段１で得られた情報に基
づいてグラフを作成するグラフ作成手段、３はグラフに
おいて木を作成する木作成手段、４はグラフに含まれる
節点数と木に含まれる節点数を比較する節点数比較手
段、５は孤立管網検知手段で、節点数比較手段４の結果
において、グラフと木の節点数が異なっていたときに孤
立管網が存在することを検知する。さらに、６は例えば
ＣＲＴなどの出力手段で、グラフ内には存在するが、木
には含まれない節点を出力する。グラフ作成手段２，木
作成手段３，節点数比較手段４および孤立管網検知手段
５は、例えば計算機のソフトウェアによって実現され
る。

【００１５】以下、図２の処理過程を示すフローチャー
トに基づいて、管網データ入力手段２およびグラフ作成
手段３の動作について説明する。管網データ入力手段１
によって、管網の管路の接続状況および管網中の管路と
節点のデータを入力する（ステップＳＴ１）。ここで入
力するデータは、管網内のすべての節点と管路における
データであり、一例を以下に示す。 節点：管網外との流出入の有無の情報 流出入がある場合はその流量 圧力の既知／未知の情報 管路：両端に接続する節点の情報 管路を流れる流量の既知／未知の情報 管路の両端の圧力差の既知／未知の情報 管路の特性（管路の圧力／流量の関係）の既知／未知の
情報

【００１６】図３に管網の一例を示す。節点１１〜節点
２３が管路Ｋ１〜Ｋ１５で接続されて管網を構成してい
る。節点１１，１９には管網外からの流入があり、節点
１２，１３，１７，２０，２３から管網外への流出があ
る。今、管路Ｋ６，Ｋ１２は何らかの原因によって切断
されている。表１は図３に示した管網の節点の情報であ
り、表２は管路の情報である。ここで、節点１５と節点
１６を結ぶ管路Ｋ６，および節点１４と節点２１を結ぶ
管路Ｋ１２が断たれており、流量を０と入力している。

【００１７】

【表１】

【００１８】

【表２】

【００１９】次に、グラフ作成手段２によって、例えば
図２のステップＳＴ２〜ステップＳＴ６によってグラフ
を作成する。ここでグラフとは、管網を節点と管路の集
合で表わしたものであり、このグラフ作成処理で作成し
たグラフを図４に示す。ステップＳＴ２で、グラフ上に
管網におけるすべての節点に対応したノードを作る。こ
の際、グラフに含まれる節点(ノード)の数Ｎ１（＝１
３）を数えておく。ステップＳＴ３で、グラフ上に管網
における管路に対応した枝を作る。次に、グラフ上に基
準節点３０と名づけるノードを１つ新しく作る。そし
て、グラフに含まれる節点(ノード)の数Ｎ１に１を加え
て再設定する（ステップＳＴ４）。この基準節点３０
と、圧力が既知である節点とを接続する枝を作る（ステ
ップＳＴ５）。本実施の形態の場合には、節点１１の圧
力が既知であるので、枝Ｅ０を作っている。そして、流
量が０である枝を取り除き（ステップＳＴ６）、グラフ
が作成される。

【００２０】ここで、管網計算が可能である必要条件と
しては、枝の分類を表３のように考えた時、以下の条件
が挙げられる。 (1) Ｅｂの枝数とＥｕの枝数が等しい。 (2) 各節点にＥｂ，Ｅｅ，Ｅｋいずれかの枝が接続して
いる。 (3) ＥｂとＥｅの枝だけからなるループが存在しない。
流入出枝にＥｋであるものはないので、表３と(2) の条
件から次の条件(4) を導出できる。 (4) 圧力既知の節点が必ず存在する。

【００２１】

【表３】

【００２２】上記のフローチャートによるグラフの作成
方法は、上記の管網計算を可能とする必要条件の(4) を
使ったものである。同じく上記の必要条件 (1)〜 (3)が
管路の切断後にも満たされているとすると、このグラフ
上で基準節点を介して互いに接続している管網は、管網
計算が可能な必要条件を満たしている。

【００２３】図４に示すグラフでは、節点１６〜節点２
０および節点２１〜節点２３は孤立管網であり、孤立し
ていて圧力が既知である節点を持たないので、圧力の計
算が不可能である。このような孤立管網が計算対象とす
る管網に存在すると、管網計算を不可能とする。

【００２４】次に、木作成手段３，節点数比較手段４お
よび孤立管網検知手段５における処理について、図５の
フローチャートに基づいて説明する。まず、木作成手段
３によって、グラフ上の例えば基準節点３０を根とし、
枝をめぐってたどり着く範囲すべてのノードを含む木を
構成する（ステップＳＴ１１）。木の構成法には広さ優
先木と深さ優先木の構成法があるが、例えば、広さ優先
木作成法を用いて構成する。図４に示すグラフにおい
て、広さ優先木を構成した例を図６に示す。この木を構
成する際に、木に含まれたノードに例えばマークを付
け、木に含まれていないノードと区別がつくように記憶
し（ステップＳＴ１２）、木に含まれるノードの数Ｎ２
（＝６）を数える（ステップＳＴ１３）。

【００２５】図６に示すように、孤立管網（節点１６〜
節点２０および節点２１〜節点２３）は基準節点３０と
枝でつながっていないため、木には組み入れられない。
即ち、孤立管網は構成された木の中には含まれない。

【００２６】次に、木の中に入らなかった節点の有無を
検知する。具体的には、節点数比較手段４によって、グ
ラフに含まれる節点(ノード)の数Ｎ１（＝１４）と、木
に含まれるノードの数Ｎ２（＝６）とが等しいかどうか
判定する（ステップＳＴ１４）。この比較結果が孤立管
網検知手段５に入力され、「等しい（ＹＥＳ）」場合は
孤立管網なしと判断し（ステップＳＴ１５）、「異なる
（ＮＯ）」場合は孤立管網ありと判断する（ステップＳ
Ｔ１６）。孤立管網が検出された場合、それを含む管網
は計算不能である。

【００２７】孤立管網検知手段５で孤立管網ありと判断
した場合には、孤立管網出力手段６が起動される。この
孤立管網出力手段６の処理動作は、グラフ上のノードす
べてを調べ、木に含まれているというマークのないノー
ドを列挙し、例えばＣＲＴに表示する。また、そのノー
ドに接続している枝も列挙する。この結果、節点１６〜
節点２０および節点２１〜節点２３とこれらを接続する
管路Ｋ７〜管路Ｋ１１および管路Ｋ１３〜管路Ｋ１５が
孤立管網として検出され、表示される。

【００２８】なお、上記グラフ作成手段２においてグラ
フを構成するノードの数Ｎ１を設定する際、グラフを作
成しながら構成節点数をカウントしてもよいし、グラフ
を作成しながら構成節点に識別子をつけておき、グラフ
作成後に識別子のついている節点の数を数えてもよい。

【００２９】また、上記木作成手段３において木を構成
するノードの数Ｎ２を設定する際、木を作成しながら構
成節点数をカウントし、木の構成を残しておいてもよい
し、木を構成しながら構成節点数のみを記憶し、木構造
の情報を破棄してしまってもよい。また、木を作成しな
がら構成節点に識別子をつけておき、木作成後に識別子
のついている節点の数を数えてもよい。木の作成の目的
は、木の上の節点数を数えることのみであり、他の情報
は不要なので削除してメモリを削減することができる。

【００３０】また、上記木作成手段３では、広さ優先木
を構成することにより並列的な木を作成したが、深さ優
先木を構成することにより直列的な木を作成しても、同
様に孤立管網を検出できる。

【００３１】また、上記木作成手段３は、基準節点を根
とする木を構成するものについて説明したが、基準節点
を根とすることに限るものではなく、基準節点に接続す
る任意の節点を根として木を構成してもよい。

【００３２】また、孤立管網検知手段５は、孤立管網を
検知した後にこれを表示するために孤立管網出力手段６
に出力する他に、孤立管網を検知したときにアラームを
鳴らして検知した結果を操作者に警告してもよい。この
ときの警告手段は、音声や警報音による聴覚に訴えるも
のや、ランプを点滅させて視覚に訴えるものなどが挙げ
られる。また、これらの警告手段を複数備えておき、操
作者の好みや環境に合わせて、切り替えて用いてもよ
い。

【００３３】実施の形態２．本発明の実施の形態２によ
る孤立管網検出装置について説明する。本実施の形態で
は、基準節点と接続する節点の接続可否条件を上記実施
の形態１と異なるものとし、違った視点からグラフを作
成することにより、供給不可能孤立管網を検出する装置
を実現したものである。

【００３４】本実施の形態は、実施の形態１とグラフ作
成手段２での処理が異なるため、このグラフの作る際の
動作について、以下に説明する。図７は管網データ入力
手段１およびグラフ作成手段２における処理を示すフロ
ーチャートであり、図８は図３に示す管網に関して作成
したグラフを示す。

【００３５】ステップＳＴ１〜ステップＳＴ４は実施の
形態１と同様の処理である。即ち、ステップＳＴ１で管
網の管路の接続状況や管路と節点のデータを入力し、ス
テップＳＴ２でグラフ上に管網におけるすべての節点に
対応したノードを作る。この際、グラフに含まれる節点
(ノード)の数Ｎ１を数えておく。ステップＳＴ３でグラ
フ上に管網における管路に対応した枝を作り、ステップ
ＳＴ４でグラフ上に基準節点３０と名づけるノードを１
つ新しく作る。そして、グラフに含まれる節点(ノード)
の数Ｎ１に１を加える。

【００３６】ステップＳＴ２１で、管網外から流れこむ
流量のある節点１１と節点１９に対応するノードと基準
節点３０を接続する枝Ｅ０と枝Ｅ００を作る。即ち、基
準節点３０と節点を接続する接続可否条件は、管網外か
らの流入流量の有無である。次にステップＳＴ６で流量
が０である枝を取り除く。

【００３７】図８に示すように、作成されたグラフで
は、管網外からの流入（供給）がある節点１１と節点１
９に対応するノードは枝Ｅ０と枝Ｅ００を介して、基準
節点３０に接続している。ここで得られたグラフでは、
節点１１〜節点２０が基準節点３０と接続しているた
め、この後実施の形態１と同様に木を構成すると、節点
１１〜節点２０が木に含まれる。このため、節点２１〜
節点２３が孤立管網として検出されることになる。この
ような管網において、供給不可能孤立管網を検出するこ
とは、例えば上水道分野であれば給水不可能領域の検出
に使用できる。即ち、管路Ｋ１２の切断により節点２１
〜節点２３は孤立し、かつ外部からの供給がなされてい
ないので供給不可能孤立管網とみなされ、給水不可能領
域であることが検出される。

【００３８】実施の形態３．実施の形態１，２では、グ
ラフと木に含まれる節点の数を比較し、その不一致／一
致によって孤立管網の有／無を検知して表示するか、木
に含まれない節点を孤立管網としてリスト表示する構成
とした。これに加えて、本実施の形態は、木に含まれな
い節点（ノード）の集合をさらに整理し、複数の孤立管
網を区別して出力するように構成したものである。

【００３９】実施の形態１，２において、グラフ作成手
段２および木作成手段３の処理によって、グラフ上のノ
ードのうちで、基準節点３０に枝を介して接続されたノ
ードは、マークなどの識別子によって他のノードと区別
できるように記憶されている。図９はこの後の孤立管網
出力手段６における処理を示すフローチャートである。
以下、孤立管網出力手段６における処理について説明す
る。ステップＳＴ３１でグラフ上のノードを調べ、マー
クのついていないノードを１つ見つける。この見つけた
ノードを根とし、木作成手段３と同様の動作によって、
木を構成する（ステップＳＴ３２）。新たに作られた木
に含まれるノードに対応する節点を出力する（ステップ
ＳＴ３３）。また、新たに作られた木に含まれるノード
に接続する枝を列挙する（ステップＳＴ３４）。最後に
管網の切れ目であることを示すセパレータを出力する
（ステップＳＴ３５）。ステップＳＴ３１〜ステップＳ
Ｔ３５で、孤立管網に含まれる節点の内で、１つの管網
を構成する節点が出力される。

【００４０】さらに、ステップＳＴ３６で、マークのな
いノードをすべて出力したかどうかを判断し、出力して
いない場合はステップＳＴ３１〜ステップＳＴ３５を繰
り返し、孤立管網に含まれる節点をすべて出力する。

【００４１】孤立管網出力手段６での出力形式は、節点
や管路の番号を表示してもよいし、節点と管路をグラフ
や木のように視覚的に操作者に提示してもよい。

【００４２】なお、本発明の孤立管網検出装置の対象と
する管網は、上水道管網やガス管網などに適用できる。

【００４３】

【発明の効果】以上のように、本発明の第１の構成によ
れば、複数の節点とこれらの節点を接続する複数の管路
で構成される管網の管路と節点に関するデータを入力す
る管網データ入力手段、節点と管路に関するデータに基
づき、節点に対応するノード，管路に対応する枝を用い
ると共に、節点とは別に１つの基準節点をノードとし、
所定の接続可否条件に基づいて節点のいずれかと基準節
点と接続してグラフを作成するグラフ作成手段、グラフ
の基準節点または基準節点に接続するノードを根とし、
この根から枝をたどって木を作成する木作成手段、グラ
フに含まれる節点数と木に含まれる節点数を比較する節
点数比較手段、この節点数比較手段の結果を出力する孤
立管網出力手段を備え、木に含まれない節点と管路を孤
立管網として検出することにより、孤立管網を自動的に
検出することができ、管網計算時における作業の低減や
時間の短縮化を図ることのできる孤立管網検出装置が得
られる効果がある。

【００４４】また、本発明の第２の構成によれば、第１
の構成におけるグラフ作成手段として、節点が圧力既知
かどうかという接続可否条件に基づいて節点のいずれか
と基準節点と接続してグラフを作成するようにしたの
で、管網計算を不能とする孤立管網を自動的に検出する
ことができる孤立管網検出装置が得られる効果がある。

【００４５】また、本発明の第３の構成によれば、第１
の構成におけるグラフ作成手段として、節点が管網外か
らの流入があるかどうかという接続可否条件に基づいて
節点のいずれかと基準節点と接続してグラフを作成する
ようにしたので、供給不可能な孤立管網を自動的に検出
できる孤立管網検出装置が得られる効果がある。

【００４６】また、本発明の第４の構成によれば、第１
ないし第３の構成のいずれかにおける孤立管網出力手段
として、孤立管網を検知したときに孤立管網に含まれる
節点から木を作成し、得られた木に含まれる節点を出力
するようにしたので、孤立管網を自動的に検出すること
ができ、孤立管網が管網のどの領域であるかを検出して
出力できる孤立管網検出装置を得て、孤立管網に対する
対策を立てるための情報をわかりやすく提供できる効果
がある。

【００４７】また、本発明の第５の構成によれば、第１
ないし第４の構成のいずれかにおける木作成手段とし
て、木を作成しながらその木に含まれる節点のみを記憶
し、作成した木の構造の情報を破棄することにより、上
記効果に加え、メモリを削減できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施の形態１による孤立管網検出装
置を示す構成図である。

【図２】 実施の形態１に係わり、管網データ入力処理
および木作成処理過程を示すフローチャートである。

【図３】 実施の形態１に係わり、管網の一例を示す説
明図である。

【図４】 実施の形態１に係わり、木作成処理，節点数
比較処理および孤立管網検知処理過程を示すフローチャ
ートである。

【図５】 実施の形態１に係わり、作成したグラフを示
す説明図である。

【図６】 実施の形態１に係わり、作成した木を示す説
明図である。

【図７】 本発明の実施の形態２に係わり、管網データ
入力処理およびグラフ作成処理過程を示すフローチャー
トである。

【図８】 実施の形態２に係わり、作成したグラフを示
す説明図である。

【図９】 本発明の実施の形態３に係わり、孤立管網出
力処理過程を示すフローチャートである。

【符号の説明】

１ 管網データ入力手段、２ グラフ作成手段、３ 木
作成手段、４ 節点数比較手段、５ 孤立管網検知手
段、６ 孤立管網出力手段。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の節点とこれらの節点を接続する複
   数の管路で構成される管網の上記管路と上記節点に関す
   るデータを入力する管網データ入力手段、上記節点と上
   記管路に関するデータに基づき、上記節点に対応するノ
   ード，上記管路に対応する枝を用いると共に、上記節点
   とは別に１つの基準節点をノードとし、所定の接続可否
   条件に基づいて上記節点のいずれかと上記基準節点と接
   続してグラフを作成するグラフ作成手段、上記グラフの
   上記基準節点または基準節点に接続するノードを根と
   し、この根から上記枝をたどって木を作成する木作成手
   段、上記グラフに含まれる節点数と上記木に含まれる節
   点数を比較する節点数比較手段、この節点数比較手段の
   結果を出力する孤立管網出力手段を備え、上記木に含ま
   れない節点と管路を孤立管網として検出する孤立管網検
   出装置。
2. 【請求項２】 上記グラフ作成手段は、上記節点が圧力
   既知かどうかという接続可否条件に基づいて上記節点の
   いずれかと上記基準節点と接続してグラフを作成するこ
   とを特徴とする請求項１記載の孤立管網検出装置。
3. 【請求項３】 上記グラフ作成手段は、上記節点が管網
   外からの流入があるかどうかという接続可否条件に基づ
   いて上記節点のいずれかと上記基準節点と接続してグラ
   フを作成することを特徴とする請求項１記載の孤立管網
   検出装置。
4. 【請求項４】 上記孤立管網出力手段は、孤立管網を検
   知したときに上記孤立管網に含まれる節点から木を作成
   し、得られた木に含まれる節点を出力することを特徴と
   する請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の孤立管
   網検出装置。
5. 【請求項５】 上記木作成手段は、木を作成しながらそ
   の木に含まれる節点のみを記憶し、作成した上記木の構
   造の情報を破棄することを特徴とする請求項１ないし請
   求項４のいずれかに記載の孤立管網検出装置。