JPS59164500A - 管網破断点の推定方式 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、供給節点から複数の消費節点へ向けて物質を
配分する管網において破断事故を監視する方法に係り、
特に管網規模が大きく、また流量・圧力測定点が限定さ
れている場合に好適な管網破断点の推定方式に関する。

〔従来技術〕

従来は、単一の管路を対象として、管路両端点での流量
・圧力測定値からその管路内での破断点を推定するもの
であった。しかしながら、実在の管網は大規模かつ複雑
な構造を有し、すべての管路節点において流量・圧力の
測定を実施することが不可能であるため、従来方式を大
規模管網に適用することには困難が伴なっていた。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、得られる測定情報が限定されるときそ
れに応じた範囲内で破断点の位置推定を行う、大規模管
網を対象とするのに相応した推定方式を提供することに
ある。

〔発明の概要〕

この目的を達成するため、本発明ではまず位置推定に必
要な知見を互いに独立な一連のルールの形にまとめ（こ
れらの各ルールは、管網状態に関するデータがある条件
を満足するとき、どのように既存のデータを改変し、ま
た新しいデータを産み出すかを規定するものである）、
管網データの状態によりこれらルールが逐次適用されて
いくに従って流量・圧力測定値の不足を補いながら破断
箇所の推定範囲を次第に絞シ込む点に特徴がある。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の実施例を第１図〜第６図により説明する
。

第１図は、本発明を実施するために必要な全体システム
の構成を示したものである。管網系統１は配水池１１、
パルプ１２、ポンプ１３、配水管ｙ１１４、需要先１５
よシなっており、管網系統１の正常運用時には、プロセ
ス入出力装置２を介して得られる系統情報に基づいて配
水管網制御計算機３が制御指令を決定する。この指令信
号はプロセス入出力装置２を介してパルプ、ポンプ等の
系統内機器に送られる。破断事故の発生時には、これら
の平常運転制御系の上位にある事故監視システム４が破
断事故の検出・位置推定と対策決定を行う。破断地点推
論処理計算機６は、配水Ｖ網制御計算機３から得られる
系統情報基準値データと、プジ／ト・データベース５を
介して得られる系統情報実測値データとを常時その記憶
装置の中に読み込んでいる。以下で説明する本発明の方
式によシ破＃＄故が検出され位置が推定されると、表示
ＣＲ，Ｔ７にその結果を通知する。オペレータ８は、通
知された事故状況に応じた対策決定を行い、プロセス入
出力装置２に制−御指令を送る。

第２図は、破断事故の検出から位置推定までの処理をフ
ロー・チャートに示したものである。まず、ステップ２
１において管網内容節点の正常時基準圧力と測定圧力と
を比較し、ステ、プ２２では、その偏差が許容範囲を越
える場合には破断事故が検出されたと判定する。このと
き記憶装置内に得られているデータに対し、ステップ２
３゜２４．２５のループに従い破断点推定ルールを逐次
適用して、ステップ２６で推定範囲を決定し、ステップ
２７で復旧処理をする。

以下、第３図〜第６図によυルールの適用方法を具体的
に説明する。

第３図は、対象とする配水管網の例を示したものである
。同一節点対間に並列枝があれば、あらかじめ１本にま
とめておくものとする。Ｎ１が配水池節点、Ｎ２．・・
・、Ｎ１゜が清酒節点である。

本方式では、破断箇所からの漏水は、その近傍のめる節
点での消費量の増大として近似的に表わされるものと仮
定する。この節点を異常節点とよび、その存在範囲の推
定を行う。

ここでまず第４図により、使用する記号について説明を
加えておく。節点Ｎ、、Ｎ、間の枝をｔ−で表わす。た
だし、このとき枝の向＝ｉＮ、からＮ　に向かう方向に
考えるものとし、逆向きに考えるときはｔ　１−＋　で
表わすことにする。各変数は次のような意味を表わして
いるＯ Ｘｌ、Ｉ’　　枝１．　、の流量 Ｐｌ：　　節点Ｎ１の圧力 Ｐ、：　　節点Ｎ　の圧力 Ｘｌ　　゛　節点Ｎ１の消費流量 Ｘ、　　、　節点Ｎ１の消費匠童 Ｘ、：、　、　ｐ、０．　Ｘ、。、Ｘ、。：　それぞれ
正常状態でのｘ　　　、Ｐ　＋　＋　Ｐ　ｒ　＋　Ｘ　
＋　＋　Ｘ　＋の基準値＋−１ また枝１．　　、の流量・圧力特性を表わす関数をｆ　
　とすると、 −１ Ｐ　　−Ｐ、　＝　ｆ、　、（ｘ、＝）−ｆ、　、（ｘ
、−、）　　・・（１）晶 なる関係が成立する。尚、ｆ、、　　の実験式としては
次のようなものが知られている（土木学会［水理公式集
ｊ昭４６）。

’　ｌ−ｉ　（ｘｌ−１）　−’ｌ−１１ｘｌ−１””
’　８ｇｎ（Ｘｌ−１）ただし、１４．、は管路抵抗、
Ｓｇ　ｎ　（ｘ　＋−１）はｘｌ−４の符号を表わす。

管網内の流量・圧力のうち以下のものか測定可能である
としよう。

流ｔ　：　　Ｘｌ−２＋　ｘｌ−４＋　Ｎ３−ａ　Ｉ　
ｘｌ２−１１・−圧カニ　　ｐ、、ｐ３．ｉ’６．ｐ、
０．Ｐ１□これらは既知であるＯ まず、異常節点候補集合を全節点 （Ｎ１．Ｎ２．・・・、Ｎ１゜） として定義する。

以下、次に示すルール１〜ルール 可能なものを逐次実行するＯ 〔ルールｌ）　　（第４図参照） ある枝１．．　　の流量が既知であシ、かつ枝１．。

に隣接する２節点Ｎ、、Ｎ、の圧力Ｐ、、Ｐ、の一方が
未知、他方が既知であるとき、未知圧力を枝特性式（１
）により求め、以下これを既知とする。

〔ルール２〕　（第４図参照） ある枝ｔ１−４の流ｔｘ、　、が未知であム　かつ枝ｔ
、−５に隣接する２節点Ｎ、　、　Ｎ、の圧力ＰＩ、Ｐ
。

かいずれも既知であるとき、未知流ｔｘ、、　　を枝特
性式（１１により求め、以下これを既知とする。

〔ルール３〕　（第５図参照） 異常節点候補集合に属さないある節点Ｎ、に隣接する枝
ｔ１．。−ｊ＋　ｔｌ、１　　］　＋・・・ｌ”ｉ、に
−１における流量のうち、ｘ、、。□のみが未知で残る
ｘ、、１−、。

・・・Ｉｘｌｋ−１はすべて既知であるとき、未知流量
Ｘ１．ｏ−１を次式により求め、以下これを既知とする
Ｏ Ｎ７．。−７−Ｘｒ−Σ　　　Ｘｌ−４ｉ＝ｉ弓、・・
・、！・ｋ 〔ルール４〕　（第６図参照） 途中で分岐する枝をもたないある径路 Ｎ　　−＋ｔ　　　、−＋Ｎ　　→を 直・１１・１−１・２Ｉ・２１・２−１・３″°゛°０
ｔ＋、（ｋ−１）＝。、−＋Ｎ、、、において・流量Ｘ
１．ｌ−１，２１Ｘ１８□−１，３，・・・＋　Ｘｌ−
（ｋ−１）−＋−ｈがすべて未知であり、かつ両端の２
節点Ｎ、、、、Ｎ、、にの圧力Ｐ　、、、・Ｐｌ・ｋが
いずれも既知であり、かつ残りの節点Ｎ、、２　。

・・・、Ｎ１．（ｋ−１）はいずれも異常節点候補集合
に属さないとき、次の連立方程式を解いて未知流量Ｘ１
゜１−ｉ、２１　Ｘ１２−１．３１・・・、Ｘｌ−（＊
−＋）−＋、に金７求め・以下これらを既知とする。

Ｐｌ’ｌ　−Ｐｌ−ｋ　””　１１−ｉ、２（Ｘｉｌ−
１，２）十ｆＩ、２−１．３（Ｘｌ、２−１．３）十・
・・”’　十ｆ＋（ｈ　−Ｄ　−＋−＋＋　（ｘ＋、（
ｋ−＋）−ｔ、ｈ）Ｘｒｉ　＝　Ｘ１４−１４　　ｘ、
、２−１．３Ｘ？−３＝Ｘ１．２−ｌ−３−ｘｉ３−１
．４Ｘ！、（＊−１）　＝　Ｘｒ−（ｈ−２）−＋、Ｃ
ｈ−１）”１（ｋ−１）−（°ｋ 〔ルール５〕 異常節点候補集合に属する２個以上の節点Ｎ、、ｏ。

Ｎ　ｉｉ　＋　”’　Ｉ　Ｎ　ｌ　、にの圧力Ｐ＋−０
１”Ｉ−１１””’ｉ−ｋが既知であるとき、以下の手
続きに従って異常節点候補集合を更新する。

（ステップｌ）　圧力降下Ｐ？、ｏ−Ｐ、、。　ｐ、Ｏ
，。

−Ｐ、、、、・・・ｌ　ＰＩ’：ｋ　　”１．ｋ　　が
最大となる節点を調べる。これが邑、。であったとする
。

（ステップ２）　現在の異常節点候補集合からＮ　１．
Ｉ　　Ｉ　Ｎ、、２Ｔ・・・、Ｎ１１、を除いたものを
、新しい異常節点候補集合とする。

（ステップ３）　節点Ｎｌｏから枝に沿って節点の探索
を行う。異常節点候補集合に属さない節点と出会うまで
、隣接するすべての枝について探索を行うものとする。

（ステップ４）　ステップ３の探索で得られた節点の集
合で、改めて異常節点候補集合を定義し直す。

各ルールの意味を簡単に説明すると、ルールｌとルール
２とは管路特性に、ルール３は流量連続条件に、ルール
４は管路特性と流量連続条件とに、ルール５は圧力降下
の分布特性にそれぞれ基づくものである。

以上のルールのいずれもが適用不能となったとき得られ
ている異常節点候補集合が、この方式による破断位置の
推定範囲である。

以−ｒ１異常節点がＮ７であるとして、これらのルール
を適用した結果を示してみる。尚、途中の経過はルール
の適用順序に依存するが、最終結果は同一であることを
往行しておく０ （１）　　まずルール１．２を適用すると流量ｘ２−３
１　Ｎ４−３ 圧カニ　　）’２．Ｐ４ が既知となる。

（２）　　この段・昔ではルール５のｔが適用可能であ
る。既知の圧力降゛ドの最大点を節点Ｎ６であるとする
と、新しい異常節点候補集合として（Ｎ５．Ｎ６．Ｎ７
．Ｎ８．Ｎ９．Ｎ１ｏ　）を得る。

（３）ルール３を適用すると 流ｔ　　　ｘ２−５　＋　Ｘ４−８１　Ｘ８−１２が既
知となる。

（４）ルール１．２を適用すると 流量・　Ｘ５−６ 圧カニ　Ｐ５．Ｐ８ が既知となる。

（５）ルール５を適用する。圧力降下登−Ｐ５゜ｐニー
ル６．ｐニール８の最大値がｐニール６　であるとする
と、新しい異常節点候補集合として（Ｎ６．Ｎ７．Ｎ９
．Ｎ１ｏ　） を得る。

（６）ルール１，２．３を適用すると 流量’　Ｘ５−９　＋　Ｘ８−７１　Ｘ６−９　１　Ｘ
６−７　１　Ｘ７−１１１Ｘ１０−ＩＩ　　’　Ｘ９−
１０ 圧力’　Ｐ７１　Ｐ９１　Ｐｌｏ が既知となる。

（カ　ルール５を適用する。圧力降下ＰニーＰ６゜”Ｉ
−Ｐ７１Ｐ９”９１ＰニーＰ１０　　のうち最大となる
のは貯−Ｐ７である。従って異常節点候補集合は （Ｎ７） となる。

（８）適用可能なルールが無くなる。このときの異常節
点候補集合は（Ｎ７）であシ、異常節点が正しく推定さ
れている。

〔発明の効果〕

本発明の方式によれば、破断点推定が測定データに相応
した形で遂行されるため、測定点が限定された大規模管
網にも有効に適用できるとともに、測定点の改変に対し
ても推定ルールには一切変更を加えることなく使用可能
であるという効果が得られている。

尚、以上の実施例は上水道の配水管網を対象としたもの
であるが、本発明の方式は他の輸送ネットワーク系、例
えばガス管網、石油パイプライ／網、畦力系統などにも
適用できるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を適用する配水管網システムの構成図、 第２図は本発明の処理手順を示すフローチャート、 第３図は本発明を適用する配水管網を示す図、第４図は
使用記号と、ルール１１ルール２の説明図、 第５図と第６図はそれぞれルール３、ルール４の説明図
である。 ４：事故監視システム あ　２図 変３＠ 卆４図 第Ｓ□□□ ■ ろ′ ）も　　乙　　しろ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 大規模配水管網に代表されるようなネットワーク系の破
   断事故監視システムにおいて、異常圧力変動の分布特性
   と、管路特性と、流量連続条件とに基づく推論ルール群
   を、正常消費状態での基準流量・圧力データと、実測流
   量・圧力データとに適用して破断位置の推定を行う方法
   であって、何個のルールの適用順位がデータの状態によ
   って決定されることを特徴とする管網破断点の推定方式
   。