JPS6267667A - 管網図デ−タ入力装置 - 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】 〔発明の技術分野〕 本発明は上水道管網、およびガス導管網のシミュレーシ
ョンに用いる管網図データ入力装置に関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

配水池から需要家まで水を輸送する配水管は街路に沿っ
て埋設され、交差点で接続されることにより網目状に展
開されている。これら配水管の途中から、需要家（一般
家庭、および事務所、商店。

工場などの大口需要家）の給水施設へ給水管を介して接
続されている。配水管の動水圧は１．５〜２．０ｋｇ／
ｄを標準とするよう「水道施設設計基準・解説」　（日
本水道協会発行）に決められているが、土地の高低差、
地域的な需要分布の不均一、おＬび時間的な需要変動が
あるため、動水圧をこの範囲に維持するためには配水管
網の適切な設計と制御が必要不可欠である。

一般に、配水圧力を確保するためには高台に配水池を設
置するか、ポンプで圧送するかのいずれかの方式がとら
れるが、管路の摩擦損失のため末端部に近付くに従って
動水圧が低下する。動水圧の低下、即ち、摩擦損失水頭
（ｍ）は式（１）で与えられ、流量の１．８５乗に比例
して増加するので、流量の変動にともなう動水圧の変動
が非常に大きい。

Ｈ＝　１０．６６６　Ｃ−”８５Ｄ−’°８７Ｌ　Ｑ”
°ｇ５　　　・・０）但し、Ｌ、Ｃは管路内面の滑らか
さを表わす係数、Ｄは管の内径（ｍ）、Ｌは管路の長さ
くｍ）。

Ｑは流ｍ　（ｒｎ’　／　５ｅｃ）である・流量変動の
要因には時間最少流量と時間最少流量の比が５〜１０程
度の日周期変動と、プールへの注水、火災発生時の消火
用水などによる不定期変動がある。これらの流量変動に
伴う動水圧の変動がある範囲を越える場合は、ポンプや
減圧弁を操作することによって適正な動水圧を維持する
必要がある。動水圧が低い場合は出水不良を起こし、高
過ぎる場合は漏水の増加、配管破裂などの事故を誘発す
るので、適正水圧を維持する運用が必要である。また、
配水管の工事、クリーニングなどのために通水を一時的
に中断する場合は、本来流れていた流量が他の管路に流
れるため、その下流側の動水圧が変化する。

このような配水状況を知ることは非常に大切なことであ
るが、配水区域の全域にわたって流量計または圧力計を
設置して監視することは経済的に困難であるから、シミ
ュレーションによって配水状態を推定せざるを得ない。

配水状態のシミュレーションは管網の基礎方程式■〜■
を解くことによって得られる。

ΣＱｒｊ　　Ｐｊ　＝　Ｏ（ｊ＝１．・・・、Ｊ）　　
　　・・・■ＥＡｊ ｒ　ＨｋＪ−Ｖｊ＝　Ｏ（Ｑ、＝１．−、　Ｌ）　　　
　”’　（３）ＥＢＪ 但し、ＡＪはノードｊに接続する管路の集合、Ｂ、は閉
管路Ｑを構成する管路の集合である。式■はノードｊに
流入する管路ｉＥＡ　ｊの流量Ｑ工、の和がノードｊか
らの流出流量Ｐｊに等しいことを表わす。式（３）は要
素閉管路Ｑを構成する管路ｋＥＢｊの損失水頭Ｈｋｊの
和から水頭バイアス値Ｖ□を引いた残存水頭が零である
ことを表わす。損失水頭ＨｋＪは、管路については前出
の式（ト）で与えられ、一般の開度側筒型の弁について
は弐〇）で与えられる。

Ｈ＝　０．０８２７１　ｆ　ｖ−Ｄ−’・Ｑ”　　　　
　　・＝ｍｆｖ　＝　ＦＶ　（ｕ） 但し、Ｄは弁の口径（ｍ）、Ｑは弁の通過流量（ｍ／５
ｅｅ）、ｆ、は弁の損失係数で、弁の種類。

および開度Ｕの関数で実測値を基に作成された近似式Ｆ
Ｖ（Ｕ）が用いられる。また、水頭バイアスｖ１は、ブ
ースタポンプによるフローティング型の加圧と配水池に
よる絶対圧型の加圧とがある。減圧弁は一次圧（上流側
）および通過流量とは無関係に、二次圧（下流側）を指
定圧に制御する装置であるから、配水池と同様に取り扱
うことができる。

ブースタポンプの場合は水頭バイアスは弐〇で与えられ
る。

Ｖ＝ＦＰ　（Ｎｌ　ｎ、　Ｑ） ＝ａｏｎ２＋ａ、ｎ（Ｑ／Ｎ）＋ａ２（Ｑ／Ｎ）２−（
！３）但し、Ｎは並列ポンプの台数、ｎは回転数比、Ｑ
は吐出流’Ａ　（ｒｒ？　／　５ｅｅ）、ａｏ＋　ａｉ
、ａｚは定数である。

第５図は式■の意味を説明する図面、第６図は式■、Ｇ
）、および式（ハ）の意味を説明する図面である。絶対
圧型の加圧とは、第７図のように水頭バイアスの一端が
Ｏｍに固定された定圧源が付加された状態である。

さて、管網の基礎方程式の解法には、動水圧を変数とす
る節点エネルギ位置と流量を変数とする流量法とがあり
、多次元非線形方程式の解法によって、それぞれ多くの
バリエーションがあるが、手法的には確立されている。

管網計算をする目的は、（イ）前述の如く日常の配水運
用を適正化するためのリアルタイムのシミュレーション
、（ロ）工事、事故、渇水などによる異常状態に対処す
るための対策を求めるシミュレーション、（ハ）将来の
施設建設計画を立案するためのシミュレーションなどで
ある。かようなシミュレーションを実施するに当っては
、管網基礎方程式で与件となるノード流出流量、配水池
の水位、ポンプの回転数、減圧弁の設定圧力、調節弁の
開度などを容易に設定できるようにする必要がある。一
般に、配水池、ポンプ、減圧弁、調節弁などはその設置
位置が固定されたものであり、またその数量もあまり多
くないので、運転条件の設定は比較的容易である。とこ
ろが、工事、事故時のシミュレーションでは、対象とな
る任意の管路を管網から除外しなければならない。また
、渇水時のシミュレーションではブロック別に区分した
時間給水を行うために、金管網を任意に分割しなければ
ならない。また、管網施設の計画立案のためには任意の
場所において管路、弁、ポンプ。

配水池などを追加、削除ができなければならない。

このような分割、追加、削除を行うことは、管網の接続
構造を変えることになるので、データの変更は簡単でな
い。従来、このような場合には、管網図（管網の接続と
構成を表わす図面）上に、分割、追加、削除などの変更
を要する情報を記入し、それに基づいてデータファイル
の当該個所を修正する原稿（データリスト）を作成の上
、シミュレーション装置のデータファイル変更の入力作
業を行なっていた。図に基づいて簡単に変更例を説明す
る。第８図は変更前の管網を・、第９図は管路を１本追
加した変更後の管網を示す。矢印は管網計算時に必要な
有向グラフの向きを示し、便宜上、矢印の手前側のノー
ドを始点ノード、矢印の先側のノードを終点ノートとい
う。第１表は変更前の管網の接続情報を示すデータリス
ト、第２表は変更後のデータリストの一例である。

第１表　　変更前のデータリスト 第２表　　変更後のデータリスト わずか１本の管路を追加するだけで、ノートが２個と管
路が３本追加になる。第２表の点線で囲んだデータが変
更または追加すべきデータである。

非常に簡単な例を示したが、管路本数が数１００本の実
用巻網では数個所の巻路の変更でも、シミュレーション
の都度面倒な作業が必要になる。以上のように、従来方
法では、シミュレーション条件の設定作業が繁雑で間違
いやすいばかりか、時間がかかり、事故時のシミュレー
ションの迅速な対応が困憇であった。

〔発明の目的〕

本発明は、管網の接続情報の変更を簡貼に行える管網シ
ミュレーション装置を提供することをＬＪ的とする。

〔発明の概要〕

本発明は、ライトペン、タブレットディジタイザ、また
はマウスなどの入力装置を用いて、表示装置の画面上に
管網図を描くことによって接続情報が自動的に構成され
るようにするものである。

新規の入力はもちろん、追加、削除などの修正も既に作
成された管網図に修正操作を加えることによって、接続
情報を変更することができる。したがって、本発明によ
れば第一の手順として図面の修正を第二の手順として修
正された図面に基づく接続情報のコード化の両手類を行
うことなく、表示装置画面上の管網図を対話方式で修正
するのみであるから、大幅な省力化、迅速化が可能にな
るばかりか、入力データの誤りを減少させることができ
る。

〔発明の実施例〕

つぎに、本発明の詳細な説明する。第１図は本発明の構
成の概要を示し、管網構造入力部１は管路同士、管路と
配水池、管路とポンプ、管路と調節弁、および管路と減
圧弁などの接続情報を図形として入力する部分である。

要素仕様入力部２は管網を構成する要素、即ち、管路、
ノード、配水池、ポンプ、調節弁、などの仕様を入力す
る部分である。入力すべき仕様は一般的に第３表のとお
りである。

第３表　要素仕様 流出流量設定部３は、複数の需要家が使用する水需要量
の和を各ノードに割当て、ノードからの流出流量として
設定する部分である。計算条件設定部４は、管網計算を
するときの管網の状態を設定する部分で、設定すべき状
態には配水池の水位。

ポンプの運転台数、またはポンプの回転数、調節弁の開
度、減圧弁の２次圧などがある。データ入力制御部５は
、管網構造入力部１から入力した管網接続情報に基づき
、管網を構成する要素の仕様。

流出流量、計算条件などのデータの整合性を制御する部
分である。データファイル６は、構造データファイル、
要素データファイル、流出流量データファイル、計算条
件ファイルなどで構成される。

表示装置７は、管網図表示、メツセージ表示などを行う
マン・マシン・インタフェースである。

ポインティングデバイス８はタブレットディジタイザ、
カーソル、マウス、ライトペン、キーボードなどの画面
との対話を行うための装置である。

次に管網構造入力部１について説明する。第４表乃至第
９表は構造データファイルの構成の例で、第４表はノー
ドファイル、第５表は管路ファイル。

第６表は配水池ファイル、第７表は調節弁ファイル、第
８表はポンプファイル、第９表は減圧弁ファイルである
。

第４表　　ノードファイル 第５表　　管路ファイル 第６表　　配水池ファイル 第７表　　調節弁ファイル 第８表　　ポンプファイル 第９表　　減圧弁ファイル これらの構造データフナイルは、要素の接続情報と表示
装置画面の位置情報を格納するもので、これらのファイ
ル内容の新規生成、変更、削除は管網構造入力部１にお
いてポインティングデバイス８を使用し、表示装置７と
対話方式で行う。いま、第２図を例に説明する。第２図
の左側は画面の推移を、右側は操作手順を示す。タブレ
ット上のメニューシートまたは画面にアイコン表示され
たノートのシンボルをポインティングデバイスでピック
し、画面表示領域の任意の希望位置ヘセットする。セッ
トと同時に、第４表に示したノードファイルにノード番
号、Ｘ座標、Ｙ座標が書き込まれる。第２図の例では、
５個のノードを配置後５本の管路を接続する。始点ノー
ド、終点ノード各１ノードを一組としてピックすること
によって、有向ベクトルとして管路が画面上の始点ノー
ド、終点ノード闇に表示され、第５表の管路ファイルへ
管路番号と先きにピックされた始点ノード、終点ノート
の番号が書き込まれる。つぎに、配水池を接続するノー
ドをピックしてノードを特定し、タブレットメニューま
たはアイコンで配水池を指定すると、画面上の該当位置
に配水池が表示され、第６表の配水池ファイルへ配水池
番号、接続ノード番号、配水池中心のＸ座標、Ｙ座標が
書き込まれる。調節弁を管路に挿入する場合は、その管
路をピック後調節弁を指定すると、画面上の該当管路に
調節弁が表示され、第７表の調節弁ファイルへ調節弁番
号、管路番号、Ｘ座標、Ｙ座標が書き込まれる。ポンプ
、減圧弁についても同様であるが、この２者については
向きをノード番号で指定する必要がある。

つぎに、ノードを削除し、新な管路を接続する例につい
て第３図により説明する。削除するノードＮ（第３図の
○印で示しである）をピックし、削除の指示を与えると
、該当ノードとこれに接続されている管路が画面表示か
ら消える。同時に、ノードファイル中の該当ノード番号
、Ｘ座標、およびＹ座標が削除され、管路ファイルの始
点ノード番号、終点ノード番号から削除対象のノード番
号を探し、このノードを始点または終点とする管路番号
を削除する。削除個所に新しく管路を追加する場合は第
２図の例と同様に行える。

つぎに、管路の途中に新にノードを追加する場合を第４
図により説明する。削除する管路（第４図の破線で示し
である）をピックし、削除の指示を与えると、画面表示
からこの管路が消え、同時に管路ファイルの該当管路番
号の欄が削除される。

削除後にノードおよび管路を追加する場合は、第２図の
例と同じ手順で行える。

なお、画面上でピックした管路に該当する管路番号を構
造データファイルから見付ける手順は、つぎのようにな
る。管路ファイルの始点ノード番号、終点ノード番号に
相当するノード番号の２座標を通る直線とピックした画
面上の点との距離Ｑを式（Ｑに基づいて計算する。金管
路についてこの距離を求め、最短の管路が指定管路であ
ると判断するのが一般的な方法である。

但し、Ｘ□ｌ　ｘ２は始点ノード、終点ノード（または
終点ノード、始点ノード）のＸ座標、ｙ□ｒ　５’２は
始点ノード、終点ノード（または、終点ノード、始点ノ
ード）のｙ座標、ス。＋　ｙＯはピックした点のＸ座標
、ｙ座標である。

次に要素仕様入力部２について説明する。

要素仕様入力部は管網構造入力部１で久方された管網を
構成する要素の仕様を久方する部分で、第３表に示した
要素仕様を第１０表乃至第１３表の如き要素データファ
イルへ久方する。久方済みの第４表乃至第９表の構造デ
ータファイルに登録されている各要素について、順次仕
様の久方をうながすメツセージを画面上に表示し、久方
漏れを防止する。

第１０表　　ノード仕様ファイル 第１１表　　管路仕様ファイル 第１２表　　ポンプ仕様ファイル 第１３表　　弁仕様ファイル 第１４表　　流出流量ファイル 流出流量設定部３は入力済みのノードからの流出流量を
第１４表の流出流量データファイルへ設定する部分で、
前記と同様に入力済みの構造データファイルに登録され
ているノードについて、順次流量の設定をうながすメツ
セージを画面上に表示し、入力漏れを防止する。

計算条件設定部４は入力済みの管網構成要素のうちで、
要素の状態が可変なものについてその状態を示す数値を
第１５表乃至第１８表の計算条件ファイルへ設定する部
分である。前記と同様に入力済みの構造データファイル
に登録されているノードについて、順次状態の設定をう
ながすメツセージを画面上に表示し、入力漏れを防止す
る。

データ入力制御部５は第１９表に示すファイル状態管理
表に基づいて、各データファイル面の整合をとる。即ち
、管網構造に変更が生じた場合、この変更に連動させて
関連するファイルの内容を更新する必要があるので、各
データファイルの状態を管網を構成する全ての要素ごと
に登録する。例えばつぎのように状態を区別する。

第１５表　　配水池条件 第１６表　　ポンプ運転条件 第１７表　　調節弁条件 第１８表　　減圧弁条件 第１９表　　ファイル状態管理表 Ｏ・・該当データなしの状態 １・・適正データ記入状態 ２・・構造データ削除状態 ３・・・構造データ追加状態 いま、ノードが削除されると、削除されたノード番号に
対応する行の構造データの欄にｒＯＪ　を。

他の欄に「２」を書込む。このノードに接続していた管
路も自動的に削除されるので（前記）、この管路番号に
対応する行の構造データの欄にｒＯＪを、他の欄にｒ２
Ｊを書込む。つぎに、ｒ２Ｊが書込まれている要素番号
の対応するファイルの内容をクリアし、「２」を「０」
に書き換える。また、ノード、管路、ポンプなどを追加
すると、構造データの欄が「０」の要素番号に新しく番
号が割当てられ（自動発生または手動入力指定）、構造
データ記入後「１」になる、同じ行の他の欄には「３」
を書込む。

構造データの入力が終了すると、「３」が書込まれた要
素番号に対して要素データの入力を画面から指示し、入
力が終了した時点で「１」を書込む、流出流量データ、
計算条件データについても同様である。

〔発明の効果〕

本発明によれば、管網構造を逐一、接続状態を表わす表
に展開することなく、図形のまま直接的。

視覚的に画面と対話方式で管網構造を入力できるために
、省力化、迅速化、誤りの減少を達成できるので、リア
ルタイムでのシミュレーションを容易に実施できる。ま
た、本発明は上水道管網に限定されず、ガス導管網、電
力配線網２通信線網などにも広く利用することができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本装置の構成を示す系統図、第２図乃至第４図
は操作例の説明図、第５図は流量連続条件概念の説明図
、第６図及び第７図は閉ループでの水頭和零の説明図、
第８図及び第９図は接続情報の変更例の管網説明図であ
る。 １・・・管網構造入力部　　２・・・要素仕様入力部３
・・・流出流量設定部　　４・・・計算条件設定部５・
・・データ入力制御部 第１図 第２図 第５図 第６図 第７図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 表示装置上の任意の位置を指示することができるポイン
   ティングデバイスと、指定された図形を指示された位置
   に表示できる表示装置と、表示装置上に構成された図形
   を基にその接続情報を抽出して構造データファイルを作
   成する管網構造入力部と、入力された管網構造に含まれ
   る要素の仕様を入力する要素仕様入力部と、ノードの流
   出流量を設定する流出流量設定部と、シミュレーション
   を行うためのプロセスの条件を設定する計算条件設定部
   と、構造データ、要素データ、流出流量データ、計算条
   件を格納するファイルと、各ファイルのデータの動的状
   態を管理し、ファイル間の整合をとるデータ入力制御部
   から成る管網図データ入力装置。