WO2017073012A1 - 配水計画システム、配水計画方法及びプログラム記録媒体 - Google Patents

配水計画システム、配水計画方法及びプログラム記録媒体 Download PDF

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WO2017073012A1
WO2017073012A1 PCT/JP2016/004306 JP2016004306W WO2017073012A1 WO 2017073012 A1 WO2017073012 A1 WO 2017073012A1 JP 2016004306 W JP2016004306 W JP 2016004306W WO 2017073012 A1 WO2017073012 A1 WO 2017073012A1
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WO
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water
plan
water distribution
amount
time scale
Prior art date
Application number
PCT/JP2016/004306
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English (en)
French (fr)
Inventor
敏弘 平野
優太 芦田
義男 亀田
光顕 田村
到 西岡
Original Assignee
日本電気株式会社
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E03—WATER SUPPLY; SEWERAGE
    • E03B—INSTALLATIONS OR METHODS FOR OBTAINING, COLLECTING, OR DISTRIBUTING WATER
    • E03B1/00—Methods or layout of installations for water supply
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06Q—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES; SYSTEMS OR METHODS SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G06Q50/00—Information and communication technology [ICT] specially adapted for implementation of business processes of specific business sectors, e.g. utilities or tourism
    • G06Q50/06—Energy or water supply

Definitions

  • the present invention relates to a water distribution plan for a water supply facility.
  • a water supply system operation plan may include a water purification plan and a pump operation plan.
  • Each subdivided plan has a time scale suitable for each plan. For example, when planning the amount of purified water at a water purification plant, it can be said that it is desirable to apply a relatively large time scale, taking into consideration the daily water demand. On the other hand, when planning the operation of individual pumps, it can be said that it is desirable to apply a relatively small time scale in consideration of changes in the water demand at each demand point in each time zone.
  • the technique described in Patent Document 1 does not plan a cost model for each of a plurality of time scales. Therefore, with the technique described in Patent Document 1, it is not possible to apply a cost model suitable for each of a subdivided plan, in other words, a different type of plan from the viewpoint of time.
  • An object of the present invention is to enable appropriate evaluation of power consumption in a water supply facility.
  • the water distribution planning system is a plurality of cost indicators each showing a relationship between a water distribution amount per unit time and a power consumption amount for each of a plurality of water supply facilities, and different for each corresponding time scale.
  • Planning means for determining using a cost index corresponding to a time scale corresponding to the plan.
  • the water distribution planning method includes a plurality of costs for each of a plurality of water supply facilities, each indicating a relationship between a water distribution amount per unit time and a power consumption amount, and different for each corresponding time scale.
  • a program recording medium for a computer, for each of a plurality of water facilities, each indicating a relationship between a water distribution amount per unit time and a power consumption amount, and for each corresponding time scale.
  • a computer-readable program that executes a process determined using a cost index corresponding to a time scale corresponding to the plan among a plurality of cost indices is recorded.
  • FIG. 1 is a block diagram illustrating an example of a configuration of a water distribution planning system.
  • FIG. 2 is a block diagram showing an example of the configuration of the water distribution control system.
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing an example of the configuration of a water distribution network.
  • FIG. 4 is a flowchart showing an example of operation in the water distribution control system.
  • FIG. 5 is a flowchart illustrating an example of processing for determining a cost model.
  • FIG. 6 is a schematic diagram illustrating an example of a simulation result of the water distribution amount per unit time and the power consumption amount.
  • FIG. 7 is a schematic diagram illustrating an example of the first cost model.
  • FIG. 8 is a schematic diagram illustrating an example of the second cost model.
  • FIG. 1 is a block diagram illustrating an example of a configuration of a water distribution planning system.
  • FIG. 2 is a block diagram showing an example of the configuration of the water distribution control system.
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing an example of
  • FIG. 9 is a flowchart illustrating an example of a process for determining a water purification plan.
  • FIG. 10 is a flowchart illustrating an example of a process for determining a pump operation plan.
  • FIG. 11 is a diagram illustrating an example of a water purification plan determination process.
  • FIG. 12 is a diagram illustrating an example of a process for determining a pump operation plan.
  • FIG. 13 is a block diagram illustrating an example of the configuration of the water distribution planning unit.
  • FIG. 14 is a block diagram illustrating a hardware configuration of a computer device that implements a water distribution planning system or a water distribution control system.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a water distribution planning system 100 according to an embodiment of the present invention.
  • the water distribution planning system 100 is an information processing system for determining a water distribution plan regarding a plurality of water supply facilities.
  • the water distribution planning system 100 includes a determination unit 110 and a planning unit 120.
  • the water distribution plan refers to an operation plan for water facilities constituting the water distribution network or equipment included in the facilities.
  • the business operator manages the amount of purified water, the amount of water distributed, the amount of stored water, etc. in each water supply facility based on this water distribution plan.
  • the water distribution plan may include, for example, a water purification plan related to the amount of purified water, a pump operation plan, and a water storage plan for a water storage facility (a reservoir, a water storage tank, etc.).
  • a water distribution plan a water distribution plan.
  • a water supply facility is a facility that forms a water distribution network and supplies water to a demand point.
  • the water supply facility may include, for example, a water intake, a water purification plant, a water supply station, and the like.
  • the water supply facilities to be determined in the water distribution plan include facilities such as pumps and the like, and are facilities that require electric power for water distribution.
  • Individual water supply facilities are connected to other water supply facilities by pipe lines (water pipes). That is, the water distribution network is a network in which water supply facilities are connected by pipe lines.
  • the determination unit 110 determines a cost index indicating the relationship between the water distribution amount per unit time and the power consumption amount in the water supply facility.
  • the determination part 110 determines the cost parameter
  • the cost index may be represented by a predetermined function or a lookup table.
  • the determination unit 110 determines a plurality of cost indicators for one water supply facility.
  • the determination unit 110 determines a plurality of cost indexes corresponding to each of a plurality of time scales described later.
  • the determination unit 110 may determine a cost index for each facility of the water supply facility.
  • the planning unit 120 determines a water distribution plan using the cost index determined by the determination unit 110.
  • the planning unit 120 determines a plurality of types of plans.
  • the plurality of types of plans referred to here indicate plans with different targets (purposes) such as the water purification plan, the pump operation plan, and the water storage plan described above.
  • the planning unit 120 may output plan information indicating the determined water distribution plan and provide it to other devices.
  • Each time plan has a predetermined time scale according to the type of plan.
  • the time scale refers to a time scale of the plan such as “1 day unit”, “half day unit”, “1 hour unit”, and “30 minute unit”.
  • the planning unit 120 determines each plan using a cost index corresponding to a time scale corresponding to each plan. For example, the planning unit 120 determines in units of one day if it is a water purification plan, and determines in units of 30 minutes if it is an operation plan of the pump, etc., on a time scale according to the nature and characteristics of each plan. Decide on a plan.
  • the water distribution planning system 100 of the present embodiment since a plurality of cost indexes corresponding to the time scale of the plan can be determined, a plurality of types of plans having different time scales are appropriately selected from the plurality of cost indexes. Can be determined using Thereby, the water distribution planning system 100 can use an appropriate cost index for each plan, and can appropriately evaluate the power consumption in the water supply facility.
  • FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of a water distribution control system 200 according to another embodiment of the present invention.
  • the water distribution control system 200 is an information processing system for determining a water distribution plan and controlling the water supply facilities constituting the water distribution network according to the determined water distribution plan.
  • the water distribution control system 200 corresponds to one application example of the water distribution planning system 100 of the first embodiment.
  • the water distribution control system 200 includes an input unit 210, a model determination unit 220, a water distribution plan unit 230, and a plan setting unit 240.
  • the input unit 210 receives input of information.
  • the input unit 210 acquires information via a network such as the Internet, for example.
  • the input unit 210 may acquire information via an input device such as a keyboard.
  • the specific form of the input unit 210 and the information acquisition route are not particularly limited.
  • the input unit 210 may include a storage device that stores the acquired information.
  • the model determination unit 220 corresponds to an example of the determination unit 110 of the first embodiment.
  • the model determination unit 220 determines a cost model based on the pump information.
  • the pump information represents the performance of each pump included in the water supply facility.
  • the pump information includes various standard values (capacity, head, efficiency, etc.) related to the pump.
  • the cost model corresponds to an example of a cost index of the first embodiment.
  • the cost model of this embodiment is represented by a function indicating the relationship between the amount of water distribution per unit time of the pump and the amount of power consumption.
  • the model determination unit 220 determines a cost model for each of a plurality of time scales.
  • the time scale of this embodiment is not limited to a specific value, in the following description, it is assumed that there are two types of “daily unit” and “15 minute unit”.
  • first time scale the time scale in units of one day
  • second time scale the cost model corresponding to the second time scale
  • second cost model The time scale in units of 15 minutes.
  • the water distribution planning unit 230 corresponds to an example of the planning unit 120 of the first embodiment.
  • the water distribution planning unit 230 determines a water distribution plan using the cost model determined by the model determination unit 220.
  • the water distribution plan of this embodiment includes at least a water purification plan at a water purification plant and a pump operation plan at each water supply facility.
  • the water distribution planning unit 230 can determine a water distribution plan by an optimization technique using linear programming or mixed integer linear programming, which is generally well-known mathematical programming.
  • the water distribution planning unit 230 includes a first planning unit 231 and a second planning unit 232 in more detail.
  • the first planning unit 231 determines a water purification plan.
  • the 1st plan part 231 determines the water purification plan represented by the 1st time scale using the 1st cost model.
  • the second planning unit 232 determines a pump operation plan.
  • the second planning unit 232 determines an operation plan represented by a second time scale using the second cost model.
  • the plan setting unit 240 sets the plan determined by the water distribution planning unit 230 to the water supply facility according to each plan. For example, the plan setting unit 240 supplies plan information indicating the determined plan to the water supply facility to which the plan is applied. Alternatively, the plan setting unit 240 may remotely control the water facility based on the determined plan. The actual control of the water supply facility may be performed automatically or by an operator's operation.
  • the configuration of the water distribution control system 200 is as described above. Below, operation
  • movement of the water distribution control system 200 is demonstrated using a specific example. However, the specific examples shown below are simplified for convenience of explanation.
  • FIG. 3 is a schematic diagram illustrating the configuration of a water distribution network.
  • This water distribution network includes water purification plants 11 and 12 and water supply stations 21 and 22 as water supply facilities to be determined by the plan.
  • the water purification plants 11 and 12 and the water supply stations 21 and 22 are water supply facilities for supplying water to the demand points 41, 42, 43, and 44.
  • the water supply stations 21 and 22 include water storage facilities.
  • the branch points 31 and 32 are provided with valves and the like, and the flow paths can be changed as necessary.
  • the arrow in a figure has shown the direction of a pipe line and a water flow.
  • the demand point means one or a plurality of consumers.
  • One demand point may correspond to a plurality of customers in a specific area, or may correspond to a specific customer (for example, a large customer such as a public facility or a commercial facility).
  • the water purification plants 11 and 12 and the water supply stations 21 and 22 include one or more pump stations.
  • the pump station refers to equipment (pump equipment) that is attached to the water supply facility and is configured by one or a plurality of pumps.
  • the pumping station is provided for each pipeline, but the pumping station may be provided as equipment common to a plurality of pipelines, and the flow channel may be switched by a valve.
  • the water purification plant 11 includes pumping stations P1 and P2.
  • the pump station P ⁇ b> 1 is a pump facility for supplying water to the demand point 41.
  • the pumping station P ⁇ b> 2 is a pump facility for sending water to the water supply station 21.
  • the water purification plant 12 includes a pumping station P3, the water supply station 21 includes a pumping station P4, and the water supply station 22 includes pumping stations P5 and P6, respectively.
  • the water distribution control system 200 determines a water purification plan for the water purification plants 11 and 12 and an operation plan for the pumping stations P1 to P6, respectively, and controls water distribution in each facility.
  • the water distribution control system 200 may include the control of the flow path at the branch points 31 and 32 and the control of the water pressure at the demand points 41 to 44 in the water distribution plan.
  • FIG. 4 is a flowchart showing an outline of the operation in the water distribution control system 200.
  • the model determination unit 220 determines a cost model.
  • the model determining unit 220 determines the first cost model and the second cost model for each of the pump stations P1 to P6.
  • FIG. 5 is a flowchart showing the process (step S1) for determining the cost model.
  • the model determination unit 220 first determines the pump pressure (water head) necessary to satisfy the water pressure required at a predetermined demand point (step S11).
  • the desired water pressure at the demand point is a parameter given via the input unit 210.
  • the model determination unit 220 determines the pump pressure based on the water pressure required at the demand point 41.
  • the model determination unit 220 calculates the power consumption necessary for water distribution at the pressure determined in step S11 by simulation (step S12).
  • the model determination unit 220 executes a simulation while changing the combination of pumps to be operated, and identifies the combination of pumps that consumes the least amount of power with respect to the amount of water distribution.
  • the following equation (1) can be given.
  • Each character in Formula (1) shows the following parameters, respectively.
  • the coefficient A and the efficiency ⁇ Q are included in the pump information. Further, the efficiency ⁇ Q can be expressed as a function that varies depending on the water flow rate Q.
  • Power Power consumption [kW]
  • ⁇ Water density [kg / m 3 ]
  • Q Water flow rate [m 3 / s]
  • H Pump pressure (water head) [m]
  • A: Predetermined coefficient ⁇ Q Pump efficiency
  • FIG. 6 is a schematic diagram illustrating an example of a simulation result of the amount of water distribution and power consumption per unit time. This example shows a case where there are two pumps (hereinafter referred to as “pump A” and “pump B”, respectively) in the pump station. It is assumed that the pump B has a larger discharge amount per unit time than the pump A.
  • a curve C1 shows the relationship between the water distribution amount and the power consumption when the pump A is used (hereinafter referred to as “first pattern”).
  • a curve C2 shows the relationship between the amount of water distribution and the amount of power consumption when the pump B is used (hereinafter referred to as “second pattern”).
  • a curve C3 shows the relationship between the water distribution amount and the power consumption when the pump A and the pump B are used at the same time (hereinafter referred to as “third pattern”).
  • the model determination unit 220 may use a pattern with less power consumption among a plurality of patterns, or may use a pattern used at the time immediately before determining the plan. Good. For example, the model determining unit 220 uses the first pattern when the first pattern is used at the immediately preceding time and uses the second pattern at the immediately preceding time when the water distribution amount is q1 to q2. If so, the second pattern may be used.
  • the model determination unit 220 may perform simulation for all possible combinations, or may perform simulation for only some appropriately selected combinations. May be executed.
  • a plurality of pumps may not be used in combination, and each may be used alone.
  • the model determining unit 220 determines the first cost model and the second cost model (steps S13 and S14). Specifically, the model determining unit 220 determines each cost model as follows based on the simulation result calculated in step S12.
  • FIG. 7 is a schematic view illustrating a first cost model according to the example of FIG.
  • FIG. 8 is a schematic view illustrating a second cost model according to the example of FIG.
  • the first cost model is represented by a function obtained by approximating the curves C1 to C3 with a single straight line.
  • the first cost model represents the relationship between the water distribution amount and the power consumption amount in units of pumping stations.
  • the second cost model is represented by a piecewise function obtained by approximating each of the curves C1 to C3 with a straight line.
  • the second cost model represents the relationship between the amount of water distribution and the amount of power consumption in units of pumps (or units of pump combinations).
  • the first cost model and the second cost model are not necessarily represented by straight lines.
  • the second cost model may be obtained by approximating a curve represented by a plurality of high-order functions by a plurality of low-order functions.
  • a specific method for approximating a curve (or higher order function) to a straight line (or lower order function) is not particularly limited, and any known method may be used.
  • the water distribution planning unit 230 determines the water purification plan and the pump operation plan in steps S2 and S3, respectively. Specifically, the first planning unit 231 determines a water purification plan, and the second planning unit 232 determines a pump operation plan.
  • FIG. 9 is a flowchart showing processing (step S2) for determining a water purification plan on a certain day.
  • the 1st plan part 231 acquires the predicted value of the amount of water demand per day in the whole distribution network (Step S21).
  • the 1st plan part 231 acquires the predicted value of the amount of water demand represented by the 1st time scale.
  • the predicted value of water demand is a parameter given via the input unit 210.
  • the predicted value of the daily water demand in the entire distribution network is obtained, for example, by integrating the predicted value of the daily water demand at each demand point.
  • the 1st plan part 231 acquires water network information and restrictions on the applicable day (Step S22).
  • the distribution network information is information describing the configuration and physical limits of the distribution network (particularly the pipeline).
  • the constraint conditions here are conditions set when there are facilities that cannot be used for reasons such as construction in the water distribution network or when water intake restrictions are imposed.
  • the first planning unit 231 determines a water purification plan per day (that is, the first time scale) using the information acquired in steps S21 and S22 and the first cost model (step S23). Specifically, the 1st plan part 231 determines allocation of the amount of purified water in each water treatment plant so that the amount of power consumption required for water distribution can be minimized while satisfying the predicted daily water demand. . At this time, the 1st plan part 231 determines the water purification plan with which power consumption becomes the minimum within the limits of distribution network information and restrictions (details are mentioned below).
  • FIG. 10 is a flowchart showing a process (step S3) for determining a pump operation plan on a certain day.
  • the 2nd plan part 232 acquires the predicted value of the water demand amount in each demand point for every 15 minutes (step S31).
  • This process is different from the process of step S21 (the predicted value is represented by the first time scale) in that the predicted value of the water demand represented by the second time scale is acquired.
  • the second planning unit 232 acquires the water purification amount (planned value) of each water purification plant indicated by the water purification plan determined by the first planning unit 231 (step S32). Moreover, the 2nd plan part 232 acquires the water distribution network information and restrictions conditions of an applicable day (step S33). In addition, if the distribution network information and the constraint condition change according to the time zone, the second planning unit 232 acquires the distribution network information and the constraint condition of the corresponding time zone.
  • the second planning unit 232 uses the information acquired in steps S31 to S33 and the second cost model to operate the pump in units of 15 minutes (that is, the second time scale).
  • a plan is determined (step S34). Specifically, the second planning unit 232 satisfies the predicted water demand for every 15 minutes, and purifies the water in each time slot (15 minutes) so that the power consumption required for water distribution is minimized. Determine the amount of water distribution at the site or water station (details will be described later).
  • the 2nd plan part 232 may determine the operation plan for 1 day collectively, and may determine the operation plan of a 15-minute unit each time.
  • the plan setting unit 240 sets the water purification plan and the pump operation plan in the corresponding water supply facility (or equipment) in the water distribution network (step S4).
  • the plan setting unit 240 sets a plan for all the water supply facilities, the operation shown in FIG. 4 ends.
  • FIG. 11 is a diagram illustrating an example of a water purification plan determination process.
  • the predicted values of the daily water demand at each of the demand points 41, 42, 43, 44 are “60”, “140”, “80”, “120”. To do.
  • the predicted value of the daily water demand in the entire distribution network is “400”.
  • the 1st plan part 231 gives priority to the water purification in a water purification plant with few power consumptions, when the power consumption required for a fixed amount of water distribution differs between several water purification plants. Moreover, when the purified water in this water treatment plant receives the restriction
  • the first planning unit 231 satisfies the required water demand for such a demand point and minimizes the amount of power consumption in the water purification plants 11 and 12.
  • the amount of purified water can be determined.
  • the first planning unit 231 allocates the amount of purified water that minimizes power consumption based on the first cost model for the pump stations P2, P3, P4, and P5 used to distribute water to the demand points 42 and 43. To decide.
  • the water purification plant that can distribute water to the demand point 41 is only the water purification plant 11, and the water purification plant that can distribute water to the demand point 44 is only the water purification plant 12.
  • the 1st plan part 231 determines allocation so that the amount of purified water in the water purification plant 11 may be "250" and the amount of purified water in the water purification plant 12 may be "150", for example.
  • FIG. 12 is a diagram showing an example of a process for determining a pump operation plan.
  • the graph shown by the broken line schematically shows the transition (time change) of the water demand at each demand point.
  • the graph indicated by a broken line schematically shows the transition of the water distribution amount at each pump station.
  • the second planning unit 232 When the second planning unit 232 acquires the predicted value of the water demand at the demand points 41 to 44 every 15 minutes, the second planning unit 232 refers to the water purification plan and the second cost model to determine the operation plan of the pump stations P1 to P6. .
  • the second planning unit 232 does not exceed the respective water purification amount planned for the water purification plants 11 and 12 on a daily basis, and satisfies the water demand at the demand points 41 to 44 on a 15 minute basis, The amount of water distribution for each time zone in the pump stations P1 to P6 is determined so that the overall power consumption is minimized. Similar to the first planning unit 231, the second planning unit 232 determines an operation plan that minimizes the power consumption within the limits of the distribution network information and the constraint conditions.
  • the water distribution control system 200 of the present embodiment it is possible to determine the water purification plan based on the first time scale and the pump operation plan based on the second time scale, and control the water supply facility. . Thereby, the water distribution control system 200 can appropriately evaluate the power consumption in the water supply facility.
  • the amount of purified water is planned on a relatively large time scale.
  • water demand is constantly changing and not constant.
  • water demand at each demand point varies. Therefore, when determining a plan with a large time scale, such as a water purification plan, rather than applying the second cost model that specifies the operation pattern of each pump station, the tendency of power consumption in each pump station is shown. It can be said that it is more appropriate to apply the first cost model shown.
  • the first cost model indicating a tendency of power consumption in units of pump stations
  • the calculated power consumption amount This increases the error and makes it impossible to accurately predict the power consumption.
  • the water distribution control system 200 can accurately determine a water distribution plan that reduces the amount of power consumption, and can contribute to a reduction in power consumption required for water distribution.
  • the water distribution control system 200 since a plurality of cost models can be determined from a single simulation result, it is possible to reduce the amount of calculation compared to the case where simulation is performed for each cost model. It is.
  • the embodiment of the present invention is not limited to the above-described embodiment.
  • Embodiments of the present invention may include, for example, modifications described below.
  • the embodiment of the present invention may be a combination of the embodiments and modifications described in this specification as appropriate.
  • the modifications described using a specific embodiment can be applied to other embodiments.
  • FIG. 13 is a block diagram illustrating a modification of the water distribution planning unit 230 of the second embodiment.
  • the water distribution planning unit 230a shown in the figure is different from the water distribution planning unit 230 (see FIG. 2) of the second embodiment in that it includes the third planning unit 233, and has the same configuration as the water distribution planning unit 230 in other points.
  • the water distribution control system 200 may include a water distribution planning unit 230a instead of the water distribution planning unit 230.
  • the third planning unit 233 determines a water storage plan related to the water storage facilities included in the water stations 21 and 22.
  • the 3rd plan part 233 is based on the measured value of the stored water amount in a water storage facility, and the threshold value (upper limit value and lower limit value) of the stored water amount in the said facility, in other words, to the water storage facility.
  • the third planning unit 233 determines the inflow amount and the outflow amount so that the stored water amount after the inflow and outflow falls within the above-described threshold range.
  • the water storage amount indicated by the water storage plan is used as a constraint when determining a water purification plan or a pump operation plan (see FIGS. 9 and 10).
  • the 3rd plan part 233 determines a water storage plan using the 2nd cost model.
  • the 1st plan part 231 may determine a water purification plan in consideration of power consumption by other power consumption elements in addition to power consumption of a pump. For example, power consumption at a water purification plant includes power consumption by other equipment such as purification equipment, although power consumption by a pump is dominant. Accordingly, the first planning unit 231 calculates the power consumption by such other equipment in addition to the power consumption by the pump for each water purification plant, and then reduces the power consumption required for water distribution to the minimum. You may decide the allocation of the amount of purified water in a water treatment plant.
  • the present invention is typically applied to waterworks, but can also be applied to other waterworks.
  • the present invention may be applied to industrial waterworks.
  • the water supply facility referred to in the present invention may vary depending on the type of distribution network.
  • the specific hardware configuration of the water distribution planning system 100 and the water distribution control system 200 is not limited to a specific configuration.
  • each of the water distribution planning system 100 and the water distribution control system 200 may be configured by a single device or a combination of a plurality of devices.
  • the plurality of devices referred to here may be connected by wire or wireless, or may be connected via a network.
  • the water distribution control system 200 illustrated in FIG. 2 includes a first device including an input unit 210, a second device including a model determining unit 220 and a water distribution planning unit 230, and a third device including a plan setting unit 230. And the apparatus.
  • the second device constitutes the water distribution planning system according to the present invention.
  • FIG. 14 is a block diagram illustrating a hardware configuration of a computer apparatus 300 that implements the water distribution planning system 100 or the water distribution control system 200.
  • the computer apparatus 300 includes a CPU (Central Processing Unit) 301, a ROM (Read Only Memory) 302, a RAM (Random Access Memory) 303, a storage device 304, a drive device 305, a communication interface 306, and an input / output interface. 307.
  • CPU Central Processing Unit
  • ROM Read Only Memory
  • RAM Random Access Memory
  • the CPU 301 executes the program 308 using the RAM 303.
  • the program 308 may be stored in the ROM 302.
  • the program 308 may be recorded on the recording medium 309 and read by the drive device 305, or may be transmitted from the external device via the network 310.
  • the communication interface 306 exchanges data with an external device via the network 310.
  • the input / output interface 307 exchanges data with peripheral devices (keyboard, mouse, display device, etc.).
  • the communication interface 306 and the input / output interface 307 can function as means for acquiring or outputting data.
  • the components of the water distribution planning system 100 or the water distribution control system 200 can be realized by a general-purpose or dedicated electric circuit configuration.
  • the electric circuit configuration is a term that conceptually includes a single device, a plurality of devices, or a chipset.
  • some or all of the components of the water distribution planning system 100 or the water distribution control system 200 may be realized by a combination of the above-described electric circuit configuration and program.
  • the usage form of the present invention may include cloud computing and SaaS (Software ⁇ a Service).
  • SaaS Software ⁇ a Service
  • the water distribution control system 200 includes a server device and a client device used by a user, and provides a service that allows the user to receive plan information by transmitting necessary information to the server device. It may be.

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Abstract

水道施設における消費電力量を適切に評価できるようにする。配水計画システム（１００）は、複数の水道施設のそれぞれについて、各々が単位時間当たりの配水量と消費電力量との関係を示し、かつ対応する時間スケール毎に異なる複数のコスト指標を決定する決定部（１１０）と、前記複数の水道施設のそれぞれを制御するための複数の計画であって、当該計画に応じた時間スケールで表される複数の計画を、前記決定された複数のコスト指標のうち当該計画に応じた時間スケールに対応するコスト指標を用いて決定する計画部（１２０）とを備える。

Description

配水計画システム、配水計画方法及びプログラム記録媒体
　本発明は、水道施設の配水計画に関する。
　水道施設における消費電力の抑制が求められている。消費電力を抑制するための方法として、例えば、浄水場などの水道施設と各施設を接続する管路とによって構成される水道システムを数理モデル化し、数理最適化問題を解くことによって電力効率が高い運用計画を作成する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２０１２-１９７６２９号公報
　水道システム全体の運用計画は、具体的には、複数の計画に細分化される。例えば、水道システムの運用計画には、浄水量の計画やポンプの運転計画が含まれ得る。細分化された個々の計画には、それぞれの計画に適した時間スケールが存在する。例えば、浄水場における浄水量を計画する場合には、１日の水需要量を考慮するなどして、比較的大きい時間スケールが適用される方が望ましいといえる。一方、個々のポンプの運転を計画する場合には、需要点における水需要量の時間帯毎の変化を考慮するなどして、比較的小さい時間スケールが適用される方が望ましいといえる。しかし、特許文献１に記載された技術は、コストモデルを複数の時間スケール毎に立案するものではない。したがって、特許文献１に記載された技術では、細分化された計画、換言すれば時間的観点からみて別種の計画のそれぞれに適したコストモデルを適用することができない。
　本発明の目的は、水道施設における消費電力量を適切に評価できるようにすることにある。
　本発明の一態様に係る配水計画システムは、複数の水道施設のそれぞれについて、各々が単位時間当たりの配水量と消費電力量との関係を示し、かつ対応する時間スケール毎に異なる複数のコスト指標を決定する決定手段と、前記複数の水道施設のそれぞれを制御するための複数の計画であって、当該計画に応じた時間スケールで表される複数の計画を、前記決定された複数のコスト指標のうち当該計画に応じた時間スケールに対応するコスト指標を用いて決定する計画手段とを備える。
　本発明の別の態様に係る配水計画方法は、複数の水道施設のそれぞれについて、各々が単位時間当たりの配水量と消費電力量との関係を示し、かつ対応する時間スケール毎に異なる複数のコスト指標を決定し、前記複数の水道施設のそれぞれを制御するための複数の計画であって、当該計画に応じた時間スケールで表される複数の計画を、前記決定された複数のコスト指標のうち当該計画に応じた時間スケールに対応するコスト指標を用いて決定する。
　本発明のさらに別の態様に係るプログラム記録媒体は、コンピュータに、複数の水道施設のそれぞれについて、各々が単位時間当たりの配水量と消費電力量との関係を示し、かつ対応する時間スケール毎に異なる複数のコスト指標を決定する処理と、前記複数の水道施設のそれぞれを制御するための複数の計画であって、当該計画に応じた時間スケールで表される複数の計画を、前記決定された複数のコスト指標のうち当該計画に応じた時間スケールに対応するコスト指標を用いて決定する処理とを実行させるコンピュータ読み取り可能なプログラムを記録する。
　本発明によれば、水道施設における消費電力量を適切に評価することが可能である。
図１は、配水計画システムの構成の一例を示すブロック図である。 図２は、配水制御システムの構成の一例を示すブロック図である。 図３は、配水網の構成の一例を示す模式図である。 図４は、配水制御システムにおける動作の一例を示すフローチャートである。 図５は、コストモデルを決定する処理の一例を示すフローチャートである。 図６は、単位時間当たりの配水量と消費電力量のシミュレーション結果の一例を示す模式図である。 図７は、第１のコストモデルの一例を示す模式図である。 図８は、第２のコストモデルの一例を示す模式図である。 図９は、浄水計画を決定する処理の一例を示すフローチャートである。 図１０は、ポンプの運転計画を決定する処理の一例を示すフローチャートである。 図１１は、浄水計画の決定処理の一例を示す図である。 図１２は、ポンプの運転計画の決定処理の一例を示す図である。 図１３は、配水計画部の構成の一例を示すブロック図である。 図１４は、配水計画システム又は配水制御システムを実現するコンピュータ装置のハードウェア構成を例示するブロック図である。
　［第１実施形態］
　図１は、本発明の一実施形態に係る配水計画システム１００の構成を示すブロック図である。配水計画システム１００は、複数の水道施設に関する配水計画を決定するための情報処理システムである。配水計画システム１００は、決定部１１０と計画部１２０とを含んで構成される。
　ここにおいて、配水計画とは、配水網を構成する水道施設又は当該施設に含まれる設備の運用計画をいう。事業者は、この配水計画に基づいて各水道施設における浄水量、配水量、貯水量などを管理する。配水計画には、例えば、浄水量に関する浄水計画、ポンプの運転計画、貯水設備（貯水池、貯水タンクなど）の貯水計画などが含まれ得る。ここでは、このような個々の計画の総体を配水計画という。
　また、水道施設とは、配水網を構成し、需要点に水を供給するための施設をいう。水道施設には、例えば、取水場、浄水場、給水所などが含まれ得る。本実施形態において配水計画の決定対象となる水道施設は、特に、ポンプ等の設備を含み、配水に際し電力を要する施設である。個々の水道施設は、管路（水道管）によって他の水道施設と接続する。すなわち、配水網は、水道施設を管路によって接続したネットワークである。
　決定部１１０は、水道施設における単位時間当たりの配水量と消費電力量との関係を示すコスト指標を決定する。決定部１１０は、配水網を構成する複数の水道施設のそれぞれに応じたコスト指標を決定する。すなわち、コスト指標は、水道施設毎に異なり得る。例えば、コスト指標は、水道施設に設置されるポンプの数や性能に応じて異なる。コスト指標は、所定の関数によって表されてもよいし、ルックアップテーブルによって表されてもよい。
　また、決定部１１０は、１つの水道施設に関して複数のコスト指標を決定する。決定部１１０は、後述する複数の時間スケールのそれぞれに応じた複数のコスト指標を決定する。決定部１１０は、水道施設の設備毎にコスト指標を決定してもよい。
　計画部１２０は、決定部１１０により決定されたコスト指標を用いて配水計画を決定する。計画部１２０は、複数の種類の計画を決定する。ここでいう複数の種類の計画は、上述した浄水計画、ポンプの運転計画及び貯水計画のように、対象（目的）がそれぞれ異なる計画のことを指す。計画部１２０は、決定された配水計画を示す計画情報を出力し、他の装置に提供してもよい。
　それぞれの計画には、当該計画の種類に応じた時間スケールがあらかじめ決められている。時間スケールとは、例えば、「１日単位」、「半日単位」、「１時間単位」、「３０分単位」といった、計画の時間的な尺度をいう。計画部１２０は、それぞれの計画に応じた時間スケールに対応するコスト指標を用いて個々の計画を決定する。例えば、計画部１２０は、浄水計画であれば１日単位で決定し、ポンプの運転計画であれば３０分単位で決定する、というように、それぞれの計画の性質や特性に応じた時間スケールで計画を決定する。
　本実施形態の配水計画システム１００によれば、計画の時間スケールに応じた複数のコスト指標を決定することができるため、時間スケールが異なる複数種類の計画を当該複数のコスト指標のうちの適当なものを用いて決定することが可能である。これにより、配水計画システム１００は、それぞれの計画について適切なコスト指標を用いることができ、水道施設における消費電力量を適切に評価することが可能である。
　［第２実施形態］
　図２は、本発明の別の実施形態に係る配水制御システム２００の構成を示すブロック図である。配水制御システム２００は、配水計画を決定し、配水網を構成する水道施設を決定された配水計画に従って制御するための情報処理システムである。配水制御システム２００は、第１実施形態の配水計画システム１００の適用例の一つに相当する。配水制御システム２００は、入力部２１０と、モデル決定部２２０と、配水計画部２３０と、計画設定部２４０とを備える。
　入力部２１０は、情報の入力を受け付ける。入力部２１０は、例えば、インターネットなどのネットワークを介して情報を取得する。あるいは、入力部２１０は、キーボードなどの入力装置を介して情報を取得してもよい。入力部２１０の具体的な形態や情報の取得経路は、特に限定されない。入力部２１０は、取得された情報を記憶する記憶装置を含んで構成されてもよい。
　モデル決定部２２０は、第１実施形態の決定部１１０の一例に相当する。モデル決定部２２０は、ポンプ情報に基づいてコストモデルを決定する。ポンプ情報は、水道施設に含まれるそれぞれのポンプの性能を表す。例えば、ポンプ情報は、ポンプに関する各種の規格値（容量、揚程、効率など）を含む。コストモデルは、第１実施形態のコスト指標の一例に相当する。本実施形態のコストモデルは、ポンプの単位時間当たりの配水量と消費電力量との関係を示す関数によって表される。
　モデル決定部２２０は、複数の時間スケール毎にコストモデルを決定する。本実施形態の時間スケールは、特定の値に限定されないが、以下の説明においては「１日単位」と「１５分単位」の２種類であるとする。以下においては、１日単位の時間スケールを「第１の時間スケール」といい、第１の時間スケールに対応するコストモデルを「第１のコストモデル」という。また、１５分単位の時間スケールを「第２の時間スケール」といい、第２の時間スケールに対応するコストモデルを「第２のコストモデル」という。
　配水計画部２３０は、第１実施形態の計画部１２０の一例に相当する。配水計画部２３０は、モデル決定部２２０により決定されたコストモデルを用いて配水計画を決定する。本実施形態の配水計画は、浄水場における浄水計画と、各水道施設におけるポンプの運転計画とを少なくとも含む。配水計画部２３０は、一般的によく知られた数理計画法である、線形計画法や混合整数線形計画法を用いた最適化の手法によって配水計画を決定することができる。
　配水計画部２３０は、より詳細には、第１計画部２３１と第２計画部２３２とを含む。第１計画部２３１は、浄水計画を決定する。第１計画部２３１は、第１のコストモデルを用いて、第１の時間スケールで表される浄水計画を決定する。一方、第２計画部２３２は、ポンプの運転計画を決定する。第２計画部２３２は、第２のコストモデルを用いて、第２の時間スケールで表される運転計画を決定する。
　計画設定部２４０は、配水計画部２３０により決定された計画をそれぞれの計画に応じた水道施設に設定する。例えば、計画設定部２４０は、決定された計画を示す計画情報を当該計画が適用される水道施設に供給する。あるいは、計画設定部２４０は、決定された計画に基づいて水道施設を遠隔制御してもよい。なお、水道施設の実際の制御は、自動で行われてもよいし、オペレータの操作によって行われてもよい。
　配水制御システム２００の構成は、以上のとおりである。以下においては、配水制御システム２００の動作が具体例を用いて説明される。ただし、以下に示す具体例は、説明の便宜上簡略化されている。
　図３は、配水網の構成を例示する模式図である。この配水網は、計画の決定対象となる水道施設として浄水場１１、１２及び給水所２１、２２を含む。浄水場１１、１２及び給水所２１、２２は、需要点４１、４２、４３、４４に水を供給するための水道施設である。このうち、給水所２１、２２は、貯水設備を含んでいる。分岐点３１、３２は、バルブ等を備え、必要に応じて流路を変更することができる。また、図中の矢印は、管路と水流の方向を示している。
　ここにおいて、需要点とは、１又は複数の需要家をいう。１つの需要点は、特定地域の複数の需要家に相当してもよいし、特定の需要家（例えば、公共施設、商業施設などの大口需要家）に相当してもよい。
　浄水場１１、１２及び給水所２１、２２は、１又は複数のポンプ場を含む。ここにおいて、ポンプ場とは、水道施設に付帯し、１又は複数のポンプにより構成される設備（ポンプ設備）をいう。ポンプ場は、ここでは管路毎に設けられているものとするが、複数の管路に共通の設備として設けられ、バルブによって流路が切り替えられるように構成されてもよい。
　具体的には、浄水場１１は、ポンプ場Ｐ１、Ｐ２を含む。ポンプ場Ｐ１は、需要点４１に送水するためのポンプ設備である。一方、ポンプ場Ｐ２は、給水所２１に送水するためのポンプ設備である。同様に、浄水場１２はポンプ場Ｐ３、給水所２１はポンプ場Ｐ４、給水所２２はポンプ場Ｐ５、Ｐ６をそれぞれ含んでいる。
　この例において、配水制御システム２００は、浄水場１１、１２の浄水計画とポンプ場Ｐ１～Ｐ６の運転計画とをそれぞれ決定し、各施設における配水を制御する。なお、説明は省略されるものの、配水制御システム２００は、分岐点３１、３２における流路の制御や、需要点４１～４４における水圧の制御を配水計画に含んでもよい。
　図４は、配水制御システム２００における動作の概要を示すフローチャートである。はじめに、ステップＳ１においては、モデル決定部２２０がコストモデルを決定する。モデル決定部２２０は、ポンプ場Ｐ１～Ｐ６のそれぞれについて、第１のコストモデル及び第２のコストモデルを決定する。
　図５は、コストモデルを決定する処理（ステップＳ１）を示すフローチャートである。この処理において、モデル決定部２２０は、まず、所定の需要点において要求される水圧を満たすために必要なポンプの圧力（水頭）を決定する（ステップＳ１１）。需要点における所望の水圧は、入力部２１０を介して与えられるパラメータである。例えば、ポンプ場Ｐ１の場合、モデル決定部２２０は、需要点４１において必要とされる水圧に基づいてポンプの圧力を決定する。
　次に、モデル決定部２２０は、ステップＳ１１において決定された圧力で配水するために必要な消費電力量をシミュレーションによって算出する（ステップＳ１２）。モデル決定部２２０は、ポンプ場が複数のポンプを含む場合、稼働させるポンプの組み合わせを変えながらシミュレーションを実行し、配水量に対する消費電力量が最も少ないポンプの組み合わせを特定する。このシミュレーションに用いられる各ポンプのモデル方程式としては、例えば以下の式（１）を挙げることができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000001
　式（１）中の各文字は、それぞれ以下のパラメータを示す。なお、係数Ａ及び効率ηQは、ポンプ情報に含まれる。また、効率ηQは、水流量Ｑに応じて変化する関数として表すことができる。
Power：消費電力[kW]
ρ：水密度[kg/m3]
Ｑ：水流量[m3/s]
Ｈ：ポンプの圧力（水頭）[m]
Ａ：所定の係数
ηQ：ポンプの効率
　図６は、単位時間当たりの配水量と消費電力量のシミュレーション結果の一例を示す模式図である。この例は、ポンプ場に２台のポンプ（以下それぞれ「ポンプＡ」、「ポンプＢ」という。）がある場合を示している。ポンプＢは、ポンプＡよりも単位時間当たりの吐出量が大きいものとする。
　図６において、曲線Ｃ１は、ポンプＡを用いた場合の配水量と消費電力量の関係を示す（以下これを「第１のパターン」という。）。曲線Ｃ２は、ポンプＢを用いた場合の配水量と消費電力量の関係を示す（以下これを「第２のパターン」という。）。曲線Ｃ３は、ポンプＡ及びポンプＢを同時に用いた場合の配水量と消費電力量の関係を示す（以下これを「第３のパターン」という。）。
　図６に示す例においては、第１のパターンと第２のパターンのいずれを用いても配水可能な配水量が存在する。具体的には、単位時間当たりの配水量がｑ１～ｑ２である場合に、第１のパターンと第２のパターンのいずれを用いても配水可能である。このような場合、モデル決定部２２０は、複数のパターンのうち、消費電力量がより少ないパターンを用いてもよいし、計画を決定する際の直前の時間に用いられていたパターンを用いてもよい。例えば、モデル決定部２２０は、配水量がｑ１～ｑ２である場合において、直前の時間に第１のパターンが用いられていたときには第１のパターンを用い、直前の時間に第２のパターンが用いられていたときには第２のパターンを用いてもよい 。
　なお、ポンプ場に３台以上のポンプがある場合には、モデル決定部２２０は、考え得る全ての組み合わせについてシミュレーションを実行してもよいし、適当に選択された一部の組み合わせのみについてシミュレーションを実行してもよい。また、ポンプは、複数組み合わせて用いられず、それぞれが単独で用いられてもよい。
　消費電力量のシミュレーションを実行したら、モデル決定部２２０は、第１のコストモデル及び第２のコストモデルをそれぞれ決定する（ステップＳ１３、Ｓ１４）。具体的には、モデル決定部２２０は、ステップＳ１２において算出されたシミュレーション結果に基づいて、以下のようにしてそれぞれのコストモデルを決定する。
　図７は、図６の例に従った第１のコストモデルを例示する模式図である。また、図８は、図６の例に従った第２のコストモデルを例示する模式図である。この例において、第１のコストモデルは、曲線Ｃ１～Ｃ３を単一の直線で近似した関数によって表される。換言すれば、第１のコストモデルは、配水量と消費電力量の関係をポンプ場単位で表している。これに対し、第２のコストモデルは、曲線Ｃ１～Ｃ３のそれぞれを直線で近似した区分関数によって表される。換言すれば、第２のコストモデルは、配水量と消費電力量の関係をポンプ単位（又はポンプの組み合わせ単位）で表している。
　なお、第１のコストモデル及び第２のコストモデルは、必ずしも直線で表されていなくてもよい。例えば、第２のコストモデルは、複数の高次関数で表された曲線を複数の低次関数によって近似したものであってもよい。また、曲線（又は高次関数）を直線（又は低次関数）に近似する具体的な方法は、特に限定されず、周知のいずれの方法を用いてもよい。
　コストモデルが決定されたら、ステップＳ２、Ｓ３において、配水計画部２３０が浄水計画とポンプの運転計画をそれぞれ決定する。具体的には、第１計画部２３１が浄水計画を決定し、第２計画部２３２がポンプの運転計画を決定する。
　図９は、ある日の浄水計画を決定する処理（ステップＳ２）を示すフローチャートである。この処理において、第１計画部２３１は、配水網全体における１日当たりの水需要量の予測値を取得する（ステップＳ２１）。換言すれば、第１計画部２３１は、第１の時間スケールで表される水需要量の予測値を取得する。水需要量の予測値は、入力部２１０を介して与えられるパラメータである。配水網全体における１日当たりの水需要量の予測値は、例えば、それぞれの需要点における１日当たりの水需要量の予測値を積算することで求められる。
　次に、第１計画部２３１は、該当する日の配水網情報と制約条件を取得する（ステップＳ２２）。配水網情報は、配水網（特に管路）の構成や物理限界を記述した情報である。また、ここでいう制約条件は、配水網のうちの工事等の理由により使用できない設備があったり、取水制限が課せられたりした場合に設定される条件である。
　第１計画部２３１は、ステップＳ２１、Ｓ２２において取得された情報と、第１のコストモデルとを用いて、１日当たり（すなわち第１の時間スケール）の浄水計画を決定する（ステップＳ２３）。具体的には、第１計画部２３１は、予測された１日当たりの水需要量を満たし、かつ配水に要する消費電力量が最小になるように、それぞれの浄水場における浄水量の割り振りを決定する。このとき、第１計画部２３１は、配水網情報及び制約条件による制限の範囲内で消費電力量が最小になる浄水計画を決定する（詳細は後述）。
　図１０は、ある日のポンプの運転計画を決定する処理（ステップＳ３）を示すフローチャートである。この処理において、第２計画部２３２は、個々の需要点における水需要量の１５分単位の予測値を取得する（ステップＳ３１）。この処理は、第２の時間スケールで表される水需要量の予測値を取得する点において、（予測値が第１の時間スケールで表されている）ステップＳ２１の処理と異なる。
　次に、第２計画部２３２は、第１計画部２３１により決定された浄水計画が示す各浄水場の浄水量（計画値）を取得する（ステップＳ３２）。また、第２計画部２３２は、該当する日の配水網情報と制約条件を取得する（ステップＳ３３）。なお、配水網情報及び制約条件が時間帯によって変化する場合であれば、第２計画部２３２は、該当する時間帯の配水網情報と制約条件を取得する。
　これらの情報を取得したら、第２計画部２３２は、ステップＳ３１～Ｓ３３において取得された情報と、第２のコストモデルとを用いて、１５分単位（すなわち第２の時間スケール）のポンプの運転計画を決定する（ステップＳ３４）。具体的には、第２計画部２３２は、予測された１５分毎の水需要量をそれぞれ満たし、かつ配水に要する消費電力量が最小になるように、各時間帯（１５分単位）における浄水場又は給水所の配水量を決定する（詳細は後述）。なお、第２計画部２３２は、１日分の運転計画を一括して決定してもよいし、１５分単位の運転計画を都度決定してもよい。
　このようにして浄水計画及びポンプの運転計画が決定された後、計画設定部２４０は、配水網内の該当する水道施設（又は設備）に浄水計画及びポンプの運転計画を設定する（ステップＳ４）。計画設定部２４０が該当する水道施設の全てに計画を設定したら、図４に示した動作は終了する。
　図１１は、浄水計画の決定処理の一例を示す図である。ここで、図１１に示すように、需要点４１、４２、４３、４４のそれぞれにおける１日当たりの水需要量の予測値が「６０」、「１４０」、「８０」、「１２０」であったとする。この場合、配水網全体での１日当たりの水需要量の予測値は、「４００」である。第１計画部２３１は、一定量の配水に要する消費電力量が複数の浄水場の間で異なるとき、消費電力量がより少ない浄水場での浄水を優先させる。また、この浄水場での浄水が配水網情報や制約条件による制限を受ける場合、第１計画部２３１は、この制限を受けない他の浄水場に浄水量を割り振る。
　ここで、需要点は、特定の浄水場のみから配水される需要点と、複数の浄水場から配水可能な需要点とがある。例えば、需要点４１が浄水場１１のみから配水される一方で、需要点４２は、浄水場１１と浄水場１２のいずれからも配水され得る。第１計画部２３１は、配水網情報を参照することにより、このような需要点に対し、要求される水需要量を満たしつつ、消費電力量が最小になるように、浄水場１１、１２における浄水量を決定することができる。例えば、第１計画部２３１は、需要点４２、４３に配水するために用いられるポンプ場Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４、Ｐ５に関する第１のコストモデルに基づき、消費電力量が最小になる浄水量の割り当てを決定する。一方、需要点４１に配水可能な浄水場は、浄水場１１のみであり、需要点４４に配水可能な浄水場は、浄水場１２のみである。結果として、第１計画部２３１は、例えば浄水場１１における浄水量を「２５０」、浄水場１２における浄水量を「１５０」というように割り当てを決定する。
　図１２は、ポンプの運転計画の決定処理の一例を示す図である。図１２上段において、破線で示したグラフは、それぞれの需要点における水需要量の推移（時間変化）を模式的に示している。また、図１２下段において、破線で示したグラフは、それぞれのポンプ場における配水量の推移を模式的に示している。
　第２計画部２３２は、需要点４１～４４における水需要量の１５分毎の予測値を取得すると、浄水計画や第２のコストモデルを参照してポンプ場Ｐ１～Ｐ６の運転計画を決定する。第２計画部２３２は、１日単位で浄水場１１、１２に対して計画されているそれぞれの浄水量を超えず、かつ、１５分単位で需要点４１～４４における水需要量を満たすとともに、全体の消費電力量が最小になるように、ポンプ場Ｐ１～Ｐ６における時間帯毎の配水量を決定する。第２計画部２３２は、第１計画部２３１と同様に、消費電力量が最小になる運転計画を配水網情報及び制約条件による制限の範囲内で決定する。
　以上のとおり、本実施形態の配水制御システム２００によれば、第１の時間スケールによる浄水計画と第２の時間スケールによるポンプの運転計画とを決定し、水道施設を制御することが可能である。これにより、配水制御システム２００は、水道施設における消費電力量を適切に評価することが可能である。
　例えば、浄水量は、比較的大きい時間スケールで計画される。しかし、より小さい時間スケールでみた場合、水需要量は常に変動しており、一定ではない。また、各需要点における水需要量もまちまちである。したがって、浄水計画のような時間スケールが大きい計画を決定する際には、個々のポンプ場の運転パターンを特定した第２のコストモデルを適用するよりも、ポンプ場単位での電力消費の傾向を示した第１のコストモデルを適用した方が適切であるといえる。また、ポンプの運転計画のような時間スケールが小さい計画を決定する際に（ポンプ場単位での電力消費の傾向を示した）第１のコストモデルを適用したのでは、算出される消費電力量の誤差が大きくなり、消費電力量を正確に予測することができなくなる。
　一方、配水制御システム２００のように時間スケールに応じた複数のコストモデルを用いると、例えば単一のコストモデルを用いる場合に比べ、時間スケールが異なるそれぞれの計画を適切に決定することが可能になる。この結果として、配水制御システム２００は、消費電力量が少なくなるような配水計画を精度良く決定し、配水に要する消費電力の削減に寄与することが可能になる。また、配水制御システム２００によれば、単一のシミュレーション結果から複数のコストモデルを決定することができるため、それぞれのコストモデル毎にシミュレーションを実行する場合に比べて計算量を少なくすることが可能である。
　［変形例］
　本発明の実施の形態は、上述した実施形態のみに限定されない。本発明の実施の形態は、例えば、以下に記載する変形例を含み得る。また、本発明の実施の形態は、本明細書に記載された実施形態及び変形例を必要に応じて適宜に組み合わせたものであってもよい。例えば、特定の実施形態を用いて説明された変形は、他の実施形態に対しても適用され得る。
　（変形例１）
　図１３は、第２実施形態の配水計画部２３０の変形例を示すブロック図である。同図に示す配水計画部２３０ａは、第３計画部２３３を含む点において第２実施形態の配水計画部２３０（図２参照）と相違し、その他の点において配水計画部２３０と共通の構成を有する。配水制御システム２００は、配水計画部２３０に代えて配水計画部２３０ａを備えてもよい。
　第３計画部２３３は、給水所２１、２２に含まれる貯水設備に関する貯水計画を決定する。例えば、第３計画部２３３は、貯水設備における貯水量の実測値と当該設備に設定された貯水量の閾値（上限値及び下限値）とに基づいて、貯水量、換言すれば貯水設備への流入量及び貯水設備からの流出量を決定する。例えば、第３計画部２３３は、流入及び流出後の貯水量が上述した閾値の範囲内に収まるように流入量及び流出量を決定する。この場合、貯水計画が示す貯水量は、浄水計画やポンプの運転計画の決定に際して制約条件として用いられる（図９、１０参照）。
　需要点における水需要量は、時々刻々と変動する。また、ポンプの運転計画も、比較的小さい時間スケールで決定される。したがって、第３計画部２３３は、第２のコストモデルを用いて貯水計画を決定する。
　（変形例２）
　第１計画部２３１は、ポンプの電力消費に加え、他の電力消費要素による電力消費を考慮して浄水計画を決定してもよい。例えば、浄水場における電力消費は、ポンプによる電力消費が支配的であるものの、浄化設備などの他の設備による電力消費も含まれる。したがって、第１計画部２３１は、ポンプによる電力消費量に加え、このような他の設備による消費電力量を浄水場毎に算出した上で、配水に要する消費電力量が最小になるように各浄水場における浄水量の割り振りを決定してもよい。
　（変形例３）
　本発明は、典型的には上水道に適用されるが、他の水道に対しても適用され得る。例えば、本発明は、工業用水道に適用されてもよい。また、本発明でいう水道施設は、配水網の種別に応じて異なり得る。
　（変形例４）
　配水計画システム１００及び配水制御システム２００の具体的なハードウェア構成は、特定の構成に限定されない。例えば、配水計画システム１００及び配水制御システム２００は、いずれも単一の装置によって構成されてもよいし、複数の装置の組み合わせによって構成されてもよい。ここでいう複数の装置は、有線又は無線のいずれで接続されてもよく、また、ネットワークを介して接続されてもよい。
　例えば、図２に示した配水制御システム２００は、入力部２１０を備える第１の装置と、モデル決定部２２０及び配水計画部２３０を備える第２の装置と、計画設定部２３０を備える第３の装置とによって構成されてもよい。この場合、第２の装置は、本発明に係る配水計画システムを構成する。
　図１４は、配水計画システム１００又は配水制御システム２００を実現するコンピュータ装置３００のハードウェア構成を例示するブロック図である。コンピュータ装置３００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）３０１と、ＲＯＭ（Read Only Memory）３０２と、ＲＡＭ（Random Access Memory）３０３と、記憶装置３０４と、ドライブ装置３０５と、通信インタフェース３０６と、入出力インタフェース３０７とを備える。
　ＣＰＵ３０１は、ＲＡＭ３０３を用いてプログラム３０８を実行する。プログラム３０８は、ＲＯＭ３０２に記憶されていてもよい。また、プログラム３０８は、記録媒体３０９に記録され、ドライブ装置３０５によって読み出されてもよいし、外部装置からネットワーク３１０を介して送信されてもよい。通信インタフェース３０６は、ネットワーク３１０を介して外部装置とデータをやり取りする。入出力インタフェース３０７は、周辺機器（キーボード、マウス、表示装置など）とデータをやり取りする。通信インタフェース３０６及び入出力インタフェース３０７は、データを取得又は出力する手段として機能することができる。
　なお、配水計画システム１００又は配水制御システム２００の構成要素の一部又は全部は、汎用又は専用の電気回路構成（circuitry）によって実現され得る。ここで、電気回路構成とは、単一のデバイス（single device）、複数のデバイス（multiple devices）又はチップセット（chipset）を概念的に含む文言である。さらに、配水計画システム１００又は配水制御システム２００の構成要素の一部又は全部は、上述した電気回路構成とプログラムとの組み合わせによって実現されてもよい。
　また、本発明の利用形態には、クラウドコンピューティングやＳａａＳ（Software as a Service）が含まれ得る。例えば、配水計画システム１００又は配水制御システム２００が複数の装置によって構成される場合、当該複数の装置の一部の機能は、ネットワークを介したサービスとしてユーザ（水道事業者）に提供されてもよい。具体的には、配水制御システム２００は、サーバ装置とユーザが使用するクライアント装置とを含んで構成され、ユーザが必要な情報をサーバ装置に送信することで計画情報を受信できるサービスを提供するものであってもよい。
　この出願は、２０１５年１０月２６日に出願された日本出願特願２０１５－２０９６０２を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
　１００　　配水計画システム
　１１０　　決定部
　１２０　　計画部
　２００　　配水制御システム
　２１０　　入力部
　２２０　　モデル決定部
　２３０、２３０ａ　　配水計画部
　２３１　　第１計画部
　２３２　　第２計画部
　２３３　　第３計画部
　２４０　　計画設定部

Claims (7)

  1. 　複数の水道施設のそれぞれについて、各々が単位時間当たりの配水量と消費電力量との関係を示し、かつ対応する時間スケール毎に異なる複数のコスト指標を決定する決定手段と、
    　前記複数の水道施設のそれぞれを制御するための複数の計画であって、当該計画に応じた時間スケールで表される複数の計画を、前記決定された複数のコスト指標のうち当該計画に応じた時間スケールに対応するコスト指標を用いて決定する計画手段と
    　を備える配水計画システム。
  2. 　前記決定手段は、複数のポンプにより構成されるポンプ設備を含む前記水道施設について、単位時間当たりの配水量と消費電力量との関係を前記ポンプ設備単位で示す第１のコスト指標と、単位時間当たりの配水量と消費電力量との関係を前記ポンプ設備を構成するポンプ単位で示し、前記第１のコスト指標よりも時間スケールが小さい第２のコスト指標とを決定する
    　請求項１に記載の配水計画システム。
  3. 　前記複数の水道施設は、浄水場を含み、
    　前記計画手段は、
    　前記浄水場における第１の時間スケールでの浄水量を示す浄水計画を前記第１のコスト指標を用いて決定する第１の計画手段と、
    　複数の需要点に配水するためのポンプの運転計画であって前記第１の時間スケールよりも小さい第２の時間スケールでの運転計画を、前記第２のコスト指標を用いて決定する第２の計画手段とを有する
    　請求項２に記載の配水計画システム。
  4. 　前記複数の水道施設の少なくともいずれかは、貯水設備を含む施設であり、
    　前記計画手段は、前記貯水設備に関する貯水計画を前記第２のコスト指標を用いて決定する第３の計画手段を有する
    　請求項３に記載の配水計画システム。
  5. 　前記決定手段は、所定の圧力で配水するために必要な消費電力を、前記複数のポンプの組み合わせ毎にシミュレーションによって算出し、算出結果に基づいて前記第１のコスト指標及び前記第２のコスト指標を決定する
    　請求項２から請求項４までのいずれか１項に記載の配水計画システム。
  6. 　複数の水道施設のそれぞれについて、各々が単位時間当たりの配水量と消費電力量との関係を示し、かつ対応する時間スケール毎に異なる複数のコスト指標を決定し、
    　前記複数の水道施設のそれぞれを制御するための複数の計画であって、当該計画に応じた時間スケールで表される複数の計画を、前記決定された複数のコスト指標のうち当該計画に応じた時間スケールに対応するコスト指標を用いて決定する
    　配水計画方法。
  7. 　コンピュータに、
    　複数の水道施設のそれぞれについて、各々が単位時間当たりの配水量と消費電力量との関係を示し、かつ対応する時間スケール毎に異なる複数のコスト指標を決定する処理と、
    　前記複数の水道施設のそれぞれを制御するための複数の計画であって、当該計画に応じた時間スケールで表される複数の計画を、前記決定された複数のコスト指標のうち当該計画に応じた時間スケールに対応するコスト指標を用いて決定する処理と
    　を実行させるためのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能なプログラム記録媒体。
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