WO2023243211A1 - 管路グルーピング装置、管路グルーピング方法及び管路グルーピングプログラム - Google Patents

管路グルーピング装置、管路グルーピング方法及び管路グルーピングプログラム Download PDF

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WO2023243211A1
WO2023243211A1 PCT/JP2023/015289 JP2023015289W WO2023243211A1 WO 2023243211 A1 WO2023243211 A1 WO 2023243211A1 JP 2023015289 W JP2023015289 W JP 2023015289W WO 2023243211 A1 WO2023243211 A1 WO 2023243211A1
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WO
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grouping
polygon
base point
conduit
pipe
Prior art date
Application number
PCT/JP2023/015289
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English (en)
French (fr)
Inventor
孝敏 越智
勇太 奥村
Original Assignee
株式会社クボタ
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Publication date
Application filed by 株式会社クボタ filed Critical 株式会社クボタ
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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 pipe grouping device, a pipe grouping method, and a pipe grouping program that group pipes constituting a pipe network such as waterworks.
  • Patent Document 1 proposes a hydraulic analysis method in which, prior to hydraulic analysis of a pipe network, a flow velocity coefficient is set for each pipe constituting the pipe network.
  • This hydraulic analysis method divides a pipe network made up of a large number of pipes into multiple groups for each pipe that is judged to have the same degree of hydraulic impact, and configures each group for each group.
  • a plurality of assumed values are set for the numerical value of the degree of hydraulic influence that is predicted to be possible for the pipe, and a calculated value of the water head at any water demand point in the pipe network is calculated based on each of the plurality of assumed values. calculate the actual measured value of the water head at the water demand point in the pipe network, and make an assumption that the variance value between the calculated value and the actual measured value of the water head is the minimum from among the plurality of assumed values given for each group.
  • the method is characterized in that each value is selected and a combination of these selected hypothetical values is determined.
  • pipes with the same type, construction period, and diameter are set as grouping criteria, as pipes that are judged to have the same degree of hydraulic impact.
  • Patent Document 2 proposes an extraction system that uses multiple computers to extract unsupplied areas from a supply system consisting of pipes and valves spanning multiple meshes.
  • the extraction system includes an equipment data holding unit that holds equipment data of the pipes, valves, etc., a storage unit that stores information regarding a boundary node indicating an intersection between the boundary of the mesh and the pipe, and an attribute of the boundary node. and an extraction means for extracting unsupplied areas from the supply system using the attributes assigned by the attribute assignment means, and the equipment data retention means is configured to is for storing equipment data by dividing an area, and the storage means is such that all of the plurality of computers store information regarding the boundary node, and any one of the computers stores the information regarding the boundary node. It is characterized by functioning as a means.
  • Patent Document 1 discloses a method of grouping pipes based on pipe attributes such as pipe type, installation period, and diameter. Further, Patent Document 2 discloses a method of extracting unsupplied areas from a supply system in mesh units with valves as boundaries.
  • an object of the present invention is to provide a pipe grouping device, a pipe grouping method, and a pipe grouping program that can automatically group a plurality of pipes constituting a pipe network and also make it possible to evaluate the grouping.
  • the point is to provide the following.
  • the first characteristic configuration of the pipe grouping device is a pipe grouping device for grouping a plurality of pipes constituting a pipe network, and in which each pipe is individually identified.
  • a conduit information storage unit that stores conduit information in which conduit identification information is associated with conduit attribute information including location information of each conduit;
  • a base point setting unit that sets a base point for grouping to any of the conduits, one conduit that includes the base point, and a candidate conduit located near the base point, and generates a polygon with a predetermined shape that encompasses the one conduit that includes the base point; a polygon generating unit that repeats this process until a predetermined condition is reached, and when the predetermined condition is reached, groups each conduit included in the polygon into the same group, and the pipe network is configured.
  • the present invention includes a grouping control unit that controls any one of the following to update a base point of a new grouping, and to repeat execution of the polygon generation unit for the base point that has been updated.
  • Pipeline information is prepared in advance, which associates conduit identification information that individually identifies each conduit constituting the pipe network with conduit attribute information including position information of each conduit.
  • the base point setting unit sets a grouping base point to any of the plurality of pipes to be grouped, and the polygon generation unit sets one pipe line including the base point, a candidate pipe line located near the base point,
  • the process of generating a polygon of a predetermined shape that encompasses the polygon is repeated until a predetermined condition set in advance is reached, and when the predetermined condition is reached, each conduit included in the polygon is grouped into the same group.
  • the grouping control unit selects a plurality of ungrouped pipes near the base point until all the pipes constituting the pipe network are grouped into one group.
  • the update setting of a base point for a new grouping is executed in any one of the base points via the base point setting unit, and the polygon generation unit is controlled to repeat execution for the updated base point. In this way, the grouping of pipes that make up the pipe network is automated.
  • the second feature configuration includes an area calculation unit that calculates the area of the polygon generated by the polygon generation unit, and an area calculated by the area calculation unit.
  • the present invention further includes an evaluation unit that calculates an evaluation coefficient for evaluating the suitability of grouping by taking into account the total length of the pipes included in the polygon.
  • the area calculation unit calculates the area of each polygon generated by the polygon generation processing unit, and the evaluation unit calculates the area of each polygon plus the total pipe length of the pipes included in each polygon. is calculated as an evaluation coefficient for evaluating the suitability of grouping. For example, the ratio of the area of the polygon to the total pipe length is calculated as the evaluation coefficient.
  • the third characteristic configuration is that in addition to the first or second characteristic configuration described above, the predetermined condition is whether or not the total length of the pipelines included in the polygon reaches the set pipeline length. , or whether the construction cost for the conduit included in the polygon reaches the set construction cost.
  • the total length of the pipes included in the polygon is limited to the set pipe length, so that the scale of the grouping can be suppressed to an appropriate size.
  • the construction cost for the conduits included in the polygon is limited to the set construction cost, so that the scale of the grouping can be kept to an appropriate scale.
  • the fourth feature in addition to the first or second feature described above, is that the polygon of the predetermined shape is a convex polygon with any interior angle of 180° or less.
  • the fifth characteristic configuration is that, in addition to the first or second characteristic configuration described above, the polygon of the predetermined shape is a polygon in which at least the maximum value of the interior angle is (180°+ ⁇ , ⁇ 90°) or less. There is a certain point.
  • the first characteristic configuration of the pipe grouping method according to the present invention is a pipe grouping method for grouping a plurality of pipes constituting a pipe network, and includes pipe identification information that individually identifies each pipe, and a base point setting process for setting a grouping base point to any of a plurality of conduits to be grouped based on conduit attribute information including positional information of the conduit, and conduit information associated with the conduit attribute information;
  • the process of generating a polygon of a predetermined shape that encompasses one conduit and a candidate conduit located near the base point is repeated until a predetermined condition set in advance is reached, and when the predetermined condition is reached, A polygon generation process that groups each conduit included in the polygon into the same group, and a single grouping by the polygon generation process until all the conduits constituting the pipe network are grouped into one group.
  • a new grouping base point is updated and set for any of a plurality of pipes that have not yet been grouped in the vicinity of the base point, and the polygon generation process is
  • the second feature configuration includes an area calculation process that calculates the area of the polygon generated by the polygon generation process, and an area calculated by the area calculation process.
  • the present invention further includes an evaluation process of calculating an evaluation coefficient for evaluating the suitability of grouping by taking into account the total length of the pipes included in the polygon.
  • the third characteristic configuration is to perform the base point setting process on a plurality of pipes separated from the center of the pipe network, and to By executing the square generation process and the iterative process, grouping patterns for each base point are generated, and the grouping pattern in which the average value of the evaluation coefficients obtained by the evaluation process for each grouping pattern is the maximum is determined as the final grouping pattern.
  • the point is to decide.
  • the fourth characteristic configuration is that in addition to any one of the first to third characteristic configurations described above, the predetermined condition is that the total length of the pipelines included in the polygon reaches a set pipeline length. or whether the construction cost for the conduit included in the polygon reaches the set construction cost.
  • the fifth characteristic configuration is that, in addition to any one of the first to third characteristic configurations described above, the polygon of the predetermined shape is a convex polygon in which any interior angle is 180° or less.
  • the sixth characteristic configuration is that, in addition to any one of the first to third characteristic configurations described above, the polygon of the predetermined shape has at least a maximum value of interior angles of (180°+ ⁇ , ⁇ 90°) or less. lies at a point that is a polygon.
  • a first characteristic configuration of the pipe grouping program according to the present invention is a pipe grouping program that causes a computer to execute a grouping method for grouping a plurality of pipes constituting a pipe network, and is a pipe grouping program that is stored in a pipe information storage unit. , one of the plurality of conduits to be grouped based on conduit information that associates conduit identification information that individually identifies each conduit with conduit attribute information that includes position information of each conduit.
  • a base point setting process for setting a grouping base point at A polygon generation process is repeated until a set predetermined condition is reached, and when the predetermined condition is reached, each conduit included in the polygon is grouped into the same group.
  • a new grouping base point is updated and set to any of the plurality of pipes that have not yet been grouped in the vicinity of the base point, until the grouping is completed.
  • the method includes an iterative process of executing the polygon generation process on the updated base point.
  • the second feature configuration includes an area calculation process that calculates the area of the polygon generated by the polygon generation process, and an area calculated by the area calculation process.
  • the present invention further includes an evaluation process of calculating an evaluation coefficient for evaluating the suitability of grouping by taking into account the total pipe length of the pipes included in the polygon.
  • the third characteristic configuration is to perform the base point setting process on a plurality of pipes separated from the center of the pipe network, and to By executing the square generation process and the iterative process, grouping patterns for each base point are generated, and the grouping pattern in which the average value of the evaluation coefficients obtained by the evaluation process for each grouping pattern is the maximum is determined as the final grouping pattern.
  • the point is that it is configured to determine.
  • the fourth characteristic configuration is that in addition to any one of the first to third characteristic configurations described above, the predetermined condition is that the total length of the pipelines included in the polygon reaches a set pipeline length. or whether the construction cost for the conduit included in the polygon reaches the set construction cost.
  • the fifth characteristic configuration is that, in addition to any one of the first to third characteristic configurations described above, the polygon of the predetermined shape is a convex polygon in which any interior angle is 180° or less.
  • the sixth characteristic configuration is that, in addition to any one of the first to third characteristic configurations described above, the polygon of the predetermined shape has at least a maximum value of interior angles of (180°+ ⁇ , ⁇ 90°) or less. lies at a point that is a polygon.
  • the present invention provides a pipe grouping device, a pipe grouping method, and a pipe grouping program that can automatically group and evaluate a plurality of pipes constituting a pipe network. Now you can.
  • FIG. 1 is an explanatory diagram of a pipe grouping device according to the present invention.
  • FIG. 2(a) is an explanatory diagram of a pipe network to be grouped
  • FIG. 2(b) is an explanatory diagram of a grouped pipe network.
  • FIG. 3 is a flowchart showing the procedure of the pipe grouping method.
  • FIG. 4(a) is an explanatory diagram of the relationship between unit conduits and conduit units
  • FIG. 4(b) is an explanatory diagram of a conduit unit configured by combining unit conduits.
  • FIG. 5(a) is an explanatory diagram of the pipes to be grouped first with respect to the base point V1
  • FIG. 5(b) is an explanatory diagram of the pipes to be grouped next
  • FIG. 5(c) is an explanatory diagram of the pipes to be grouped next.
  • FIG. 3 is an explanatory diagram of grouping target pipes determined based on the increment of .
  • FIG. 6(a) is an explanatory diagram of conduits to be grouped next, and
  • FIG. 6(b) is an explanatory diagram of conduits to be grouped determined based on the increment in area.
  • FIG. 7(a) is an explanatory diagram of the base point V1' that is updated and set next to the base point V1
  • FIG. 7(b) is an explanatory diagram of the base point V1'' that is updated and set after the base point V1'.
  • FIG. 1 shows a configuration showing functional blocks of a pipe grouping device 10.
  • the pipe grouping device 10 includes a computer main body 10A, an input device 10B connected to the computer main body 10A, a display device 10C, a storage device 10D, and the like.
  • the computer main body 10A is a general-purpose personal computer or laptop computer
  • the input device 10B is a pointing device such as a mouse, a keyboard, etc.
  • the display device 10C is a touch panel liquid crystal display, a printer, etc.
  • the storage device 10D is a hard disk. It will be done.
  • the storage device 10D may be constructed in a remote database server and connected to the computer main body 10A via a communication medium such as the Internet.
  • the storage device 10D functioning as a pipe information storage unit associates pipe identification information that individually identifies a plurality of pipes constituting a pipe network with pipe attribute information including position information of each pipe. Conduit information is stored.
  • Pipe position information refers to coordinate information indicating the pipe end position, center position along the pipe axis, bending point position, etc. Specifically, the X, Y, Z three-dimensional coordinates indicating the installation position are projected onto the X, Y horizontal plane. These are two-dimensional coordinates.
  • pipeline attribute information includes installation date, nominal diameter, pipe type, type of joint, type of external corrosion protection method (with or without polyethylene sleeve), presence or absence of pipes to be replaced, presence or absence of leakage repair, pipe Includes path length, update history, etc. Based on the update history, the timing and necessity of future pipeline replacement are determined.
  • the computer main body 10A is equipped with various interface boards such as a CPU board, a memory board, an input/output interface, and a communication interface. By executing the application program stored in the memory of the board, the desired function is realized.
  • the pipe grouping device 10 is configured by storing a pipe grouping program in the memory as an application program, and the pipe grouping method is executed by the CPU.
  • the pipe grouping device 10 includes functional blocks of a base point setting section 11, a polygon generation section 12, an area calculation section 13, an evaluation section 14, and a grouping control section 15.
  • the base point setting unit 11 sets a grouping base point to any of the plurality of conduits to be grouped based on management information stored in the storage unit 10D (hereinafter referred to as “pipeline information storage unit 10D”). This is a functional block to be configured.
  • the polygon generation unit 12 performs a process of generating a polygon of a predetermined shape that encompasses one conduit including the base point and a candidate conduit located near the base point, while satisfying predetermined conditions set in advance. This is a functional block that repeats until a predetermined condition is reached and groups each conduit included in the generated polygon into the same group. Inclusion refers to a state in which each conduit is included in the largest polygon obtained by connecting the position information of each conduit.
  • the predetermined conditions include at least whether the total length of the pipelines included in the polygon reaches the set pipeline length, or whether the construction cost for the pipelines included in the polygon reaches the set construction cost. Contains either. Note that if the construction cost per unit length is set in advance as the construction cost, it can be easily determined by multiplying the construction cost by the pipe length, but the construction cost is not limited to this.
  • the area calculation unit 13 is a functional block that calculates the area of a polygon generated by the polygon generation unit.
  • the evaluation unit 14 is a functional block that calculates an evaluation coefficient for evaluating the appropriateness of grouping by adding the total pipe length of the pipes included in the polygon to the area calculated by the area calculation unit 13.
  • the grouping control unit 15 is a functional block that centrally controls the operations of the base point setting unit 11, the polygon generation unit 12, the area calculation unit 13, and the evaluation unit 14.
  • the square generator 12 is controlled to operate repeatedly.
  • the grouping control unit 15 sets the base point each time the polygon generation unit 12 completes one grouping process. Update and set a new grouping base point to any of the plurality of pipes that have not yet been grouped in the vicinity of the previously set base point via the setting unit 11, and execute the polygon generation unit for the updated base point. Control is repeated until all the pipes constituting the pipe network are grouped into one of the groups.
  • FIG. 2(a) shows an example of a pipe network diagram to be grouped.
  • the black triangle marks labeled from base point V1 to base point V4 are the base points that are first set by the base point setting unit 11, and are located at multiple locations at the end of the pipe network, in this example, located apart from each other in the north, south, east, and west. is set in the correct position.
  • the base point is set at the end of the pipe network is that it is efficient to group in the direction from the end toward the pipe network.
  • the grouping results for the base point V1 are shown by color-coded pipelines for each group and numerical values representing each group. Note that since FIG. 2(b) is shown in gray scale, the conduits that are color-coded for each group are shown in shading.
  • Such grouping patterns are also generated for the base points V2, V3, and V4, and the grouping control unit 15 determines one grouping pattern from the four grouping patterns based on the evaluation coefficient calculated by the evaluation unit 14. Note that the number of base points set in the pipe network diagram to be grouped does not need to be plural, and a single base point V1 may be set.
  • the grouping control unit 15 (SA1).
  • SA1 grouping control unit 15
  • the pipe network is a large-scale pipe network including a plurality of water systems, if the entire pipe network is grouped at once, the calculation time becomes long, which may lead to a decrease in efficiency. Therefore, it is preferable to divide the pipe network into a plurality of parts depending on the water system, and perform grouping processing for each divided pipe network.
  • the pipe network shown in FIG. 2(a) is a pipe network divided into one water system.
  • Both ends of the unit pipes constituting the pipe network are either intersections with other pipes or valve connection points.
  • efficiency can be improved by configuring a pipeline unit that combines multiple pipelines in advance so that both ends serve as valve connection points, and grouping the pipeline unit as a unit. can be achieved.
  • FIG. 4(a) shows a part of a pipe network in which a plurality of unit pipes (pipe line 1 to pipe line 9) are connected.
  • black circles indicate intersections, and white circles indicate valves.
  • a conduit group consisting of these conduits 1 to 9 is formed into a conduit whose both ends are valves, and these conduits are used as a conduit unit.
  • FIG. 4(b) shows that two conduit units 1Y and 2Y are formed based on conduit 1 to conduit 9. In this way, a plurality of pipe units are formed by tracing intersection points from one unit pipe line and connecting them. Note that if pipe units with short distances exist in a dispersed manner, the efficiency of the subsequent grouping process will decrease. It is preferable to perform integrated processing in a unit.
  • Grouping conduit units as units in this way has the advantage that water shutoff processing via each valve becomes easier during actual cable reinstallation work.
  • the installation year of each unit pipeline of the pipeline (pipe unit) obtained in this way is acquired from the pipeline information of the unit pipeline, and the entire unit pipeline constituting the pipeline (pipe unit) is The ratio A1/A2 of the total pipe length A1 of the pipes installed before a predetermined year of installation to the total pipe length A2 is calculated, and the pipes (pipe unit) that have a predetermined ratio or more are the pipes that are subject to grouping processing. (pipeline unit).
  • the specific values of the predetermined year of installation and the predetermined ratio are not particularly limited and may be set as appropriate.
  • pipe lines are divided into water distribution branch pipes (for example, nominal diameter 250 or less) and main pipes. It may be divided into conduits (for example, with a nominal diameter of 300 or more).
  • the base point setting unit 11 is activated by the grouping control unit 15, and base point initial setting processing is executed (SA2).
  • SA2 base point initial setting processing
  • the base point V1 shown in FIG. 2(a) is set.
  • the valve position which is the end of the pipe line (pipe line unit) is selected as the base point V1
  • any coordinate information such as the pipe end, the center along the pipe axis, the bending point, etc. may be set as the base point V1.
  • the pipe line (pipe line unit) SG1 is incorporated into the first pipe line (pipe line unit) to be grouped.
  • the symbol As1 indicates the area of a polygon of a predetermined shape that includes one pipe line (pipe line unit) SG1. Note that even when grouping unit pipes, the configuration must be such that one unit pipe with the longest pipe extension from multiple unit pipes including base point V1 is incorporated into the first unit pipe to be grouped. Bye.
  • the polygon generation unit 12 converts a predetermined number of pipelines (conduits units) close to the base point V1 into candidate pipelines SG2 (SG2(1), SG2(2), SG2 (3)), and the area As2 of the polygon that encompasses one pipe (pipe unit) SG1 and each candidate pipe SG2 (SG2 (1), SG2 (2), SG2 (3)) is The ratio [increase area /Additional pipe extension] is selected as the next pipe line (pipe unit) and grouped.
  • candidate pipe line SG2(2) is selected as the next pipe line (pipe line unit).
  • the predetermined number is set to three.
  • the predetermined number can be set as appropriate, but if this number is increased, the linear candidate pipe SG2 with a smaller value of [increase area/additional pipe extension] will be more likely to be selected, and the number of pipes to be grouped will be
  • the area is linear and distorted. In other words, the purpose is to avoid distortion of the construction area when pipes are replaced in units of grouped pipes.
  • the pipe lines (pipe line units) closest to the base point V1 are selected in order from the closest pipe line (pipe line unit) based on the shortest distance between the base point V1 and each pipe line (pipe line unit).
  • the polygon generation unit 12 uses the area As2 of the polygon that includes the pipes (pipe units) SG1 and SG2 grouped about the base point V1 as a reference.
  • a predetermined number of pipelines (conduits units) close to the base point V1 are picked up as candidate pipelines SG3 (SG3(1), SG3(2), SG3(3)), and the pipelines (conduits units) that have already been grouped are picked up.
  • the area As3 of a polygon that encompasses SG1, SG2 and candidate conduit SG3 (SG3(1), SG3(2), SG3(3)) is calculated, and candidate conduit SG3 (SG3(1), SG3(2)) is calculated.
  • SG3 (3)) and the pipe length of the candidate pipe SG3 is selected as the next pipe ( pipe units) and group them.
  • step SA3 The polygon processing of step SA3 is repeated for the pipes (pipe units) SG1, SG2, . . . that are incorporated into the same group until a predetermined condition is satisfied (SA4).
  • the predetermined condition is whether the total length of the pipes included in the polygon reaches the set pipe length. The same process is repeated until the total pipe length in the group exceeds the set pipe length, and if the total pipe length exceeds the set pipe length, the pipes up to the immediately preceding pipe (pipe unit) SGn are be included in the same group.
  • the set pipe length is appropriately set based on the process of the pipe replacement work.
  • whether or not the construction cost for the pipe line included in the polygon reaches the set construction cost may be specified as a predetermined condition.
  • the area calculation unit 13 activated by the grouping control unit 15 calculates the area Ag of the polygon that includes all the pipes incorporated into the same group ( SA5), the evaluation unit 14 calculates a value obtained by dividing the area Ag by the total pipe length, which is the total value of the pipes belonging to the group, as the evaluation value Vg for each group (SA6). That is, the area per unit pipe length is the evaluation value Vg, and the smaller the evaluation value Vg, the more appropriate the grouping process is evaluated.
  • the evaluation value Vg may be a value obtained by adding the total pipe length to the area Ag, and is not limited to a value obtained by dividing the area Ag by the total pipe length of the pipes included in the polygon.
  • the arithmetic mean value of the previously generated evaluation values Vg for each group is calculated as the evaluation value VG for the entire group and stored in the pipeline information storage unit 10D.
  • Memorized (SA7) Note that when the first group is generated, the evaluation value Vg and the evaluation value VG of the entire group are the same value.
  • the grouping control unit 15 selects all groups that make up the pipe network. It is determined whether the pipe line (pipe line unit) is grouped into any group (SA8), and if there is a pipe line (pipe line unit) that is not grouped (SA8, N), the base point setting unit 11 is The base point update setting process is executed via the base point update setting process (SA12).
  • the base point update setting process is a process that updates and sets the base point for generating a new group. This is a process of updating and setting the valve position of the conduit (pipe unit) closest in a straight line distance from the base point V1 as a new base point V1' (SA12).
  • FIG. 7B shows a state in which the grouping process for the base point V1' has been completed and a new base point V1'' has been updated.
  • step SA8 When all the pipes (pipe units) belonging to the pipe network are grouped in step SA8 (SA8, Y), all the generated grouping information is stored in the pipe information storage unit 10D (SA9).
  • the grouping control unit 15 refers to the evaluation value of each group as a whole calculated in step SA7 and stored in the pipeline information storage unit 10D, and selects the most evaluated one.
  • the grouping processing result with the highest value is determined as the final grouping pattern (SA11).
  • the polygon of the predetermined shape generated in step SA3 described above be a convex polygon in which any interior angle is 180° or less, from the viewpoint of simplifying the work area for re-laying the pipe. Even if the polygon is not a convex polygon, it is acceptable as long as the maximum value of at least one interior angle of the polygon is (180°+ ⁇ , ⁇ 90°) or less.
  • Candidate conduits are selected to form such a polygon.
  • the pipe grouping method of the present invention creates pipe line information in which pipe identification information that individually identifies each pipe line and pipe attribute information including position information of each pipe line are associated.
  • a base point setting process that sets a grouping base point to any of a plurality of conduits to be grouped based on the base point;
  • the process of generating polygons in the shape is repeated until a predetermined condition is reached, and when the predetermined condition is reached, the polygon generation process groups the pipes included in the polygon into the same group, and the pipe network
  • the method includes an iterative process of updating a base point of and performing the polygon generation process on the updated base point.
  • the area calculation process calculates the area of the polygon generated by the polygon generation process, and the appropriateness of grouping is calculated by adding the total pipe length of the pipes included in the polygon to the area calculated by the area calculation process.
  • the method further includes an evaluation process of calculating an evaluation coefficient to be evaluated.
  • the base point setting process is executed for multiple pipes separated from the center of the pipe network, and the polygon generation process and the iterative process are executed based on each base point to generate grouping patterns for each base point. Then, the grouping pattern in which the average value of the evaluation coefficients obtained by the evaluation process for each grouping pattern is the maximum is determined as the final grouping pattern.
  • the predetermined condition is whether the total pipe length of the pipes included in the polygon reaches the set pipe length, or whether the construction cost for the pipes included in the polygon reaches the set construction cost. Including.
  • the polygon of the predetermined shape is a convex polygon in which any interior angle is 180° or less, and the polygon of the predetermined shape is preferably a polygon in which the maximum value of the interior angle is at least (180°+ ⁇ , ⁇ 90°) or less.
  • Square shapes are acceptable.
  • the pipe grouping program according to the present invention is a pipe grouping program that causes a computer to execute a grouping method for grouping a plurality of pipes constituting a pipe network, and is stored in a pipe information storage unit,
  • the base point for grouping is set to any of the multiple conduits to be grouped based on conduit information that associates conduit identification information that individually identifies each conduit with conduit attribute information that includes location information for each conduit.
  • the base point setting process for setting the base point and the process for generating a polygon with a predetermined shape that encompasses one pipe line including the base point and a candidate pipe line located near the base point are performed according to predetermined conditions set in advance.
  • polygon generation processing is performed to group each pipe included in the polygon into the same group. Every time one grouping is completed by the generation process, a new grouping base point is updated and set to any of the multiple pipes that have not yet been grouped near the base point, and polygon generation processing is performed for the updated base point. and an iterative process of performing.
  • the pipe grouping program includes an area calculation process that calculates the area of a polygon generated by the polygon generation process, and a total pipe length of the pipes included in the polygon in the area calculated by the area calculation process.
  • the method further includes an evaluation process that calculates an evaluation coefficient that evaluates the suitability of grouping in consideration of the path length.
  • the base point setting process is executed for multiple pipes separated from the center of the pipe network, and the polygon generation process and the iterative process are executed based on each base point, thereby creating a grouping pattern for each base point.
  • the grouping pattern in which the average value of the evaluation coefficients determined by the evaluation process for each grouping pattern is the maximum is determined as the final grouping pattern.
  • the predetermined condition is whether the total pipe length of the pipes included in the polygon reaches the set pipe length, or whether the construction cost for the pipes included in the polygon reaches the set construction cost.
  • the polygon of the predetermined shape is a convex polygon in which any interior angle is 180° or less, or a polygon in which at least the maximum value of the interior angle is (180°+ ⁇ , ⁇ 90°) or less.
  • Pipe grouping device 10A Computer main body 10B: Input device 10C: Display device 10D: Pipe information storage unit (storage device) 11: Base point setting unit 12: Polygon generation unit 13: Area calculation unit 14: Evaluation unit 15: Grouping control unit V1: Base point

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Abstract

管路グルーピング装置は、各管路を個別に識別する管路識別情報と、各管路の位置情報を含む管路属性情報と、を関連付けた管路情報を記憶する管路情報記憶部と、管路情報に基づいて、グルーピング対象となる複数の管路の何れかにグルーピングの基点を設定する基点設定部と、基点を含む一の管路と、基点の近傍に位置する候補管路と、を包摂する所定形状の多角形を生成する処理を、事前に設定された所定条件に達するまで繰返し、多角形に包摂された各管路を同一グループにグルーピングする多角形生成部と、管網を構成する全ての管路が何れかにグルーピングされるまで、多角形生成部によるグルーピング処理を繰り返すことで、管網を複数のグループにグループ化するグルーピング制御部と、を含む。

Description

管路グルーピング装置、管路グルーピング方法及び管路グルーピングプログラム
　本発明は、上水道など管網を構成する管路をグルーピングする管路グルーピング装置、管路グルーピング方法及び管路グルーピングプログラムに関する。
　既設管路の新管路への布設替えなどの配管工事において、更新優先度の高い管路が点在している中、工事効率が悪化しないよう作業者が更新優先度の高い管路を含むよう配管工事区間の設定（グルーピング）を行なっている。
　従来は、コンピュータマッピングで管理された管網に対して、作業者が経験値に基づいて各管路を紐づけするように端末を操作することで、管網の一部を複数の管路群にグルーピングしていた。しかし、このようなグルーピング作業は非常に煩雑であり、或る程度の長い時間と労力を要するものであるばかりでなく、グルーピング結果の再現性に欠けるという課題があった。
　なお、特許文献１には、管網に対する水理解析に先立ち、管網を構成する各管路について、流速係数を設定する水理解析方法が提案されている。
　当該水理解析方法は、多数の管路によって構成される管網を、水理的影響度が同等であると判断される管路ごとの複数のグループに分け、グループごとにそのグループを構成する管路がとり得ると予測される水理的影響度の数値について複数の仮定値を設定し、前記複数の仮定値のそれぞれにもとづき前記管網における任意の水需要点での水頭の計算値を求め、前記管網における前記水需要点での水頭の実測値を求め、グループごとに与えられた複数の仮定値の中から、前記水頭の計算値と実測値との分散値が最小となる仮定値をそれぞれ選択して、これら選択された仮定値の組み合わせを求めることを特徴とする。
　そして、当該水理解析方法では、水理的影響度が同等であると判断される管路として、管種、敷設期間、口径が共通する管路がグループ化の基準に設定されている。
　特許文献２には、複数のコンピュータによって複数のメッシュに渡るパイプやバルブからなる供給系統から供給不能区域を抽出する抽出システムが提案されている。当該抽出システムは、前記パイプやバルブ等の設備データを保持する設備データ保持手段と、前記メッシュの境界と前記パイプとの交点を示す境界ノードに関する情報を記憶する記憶手段と、前記境界ノードに属性を付与する属性付与手段と、前記属性付与手段によって付与された属性を用いて、前記供給系統から供給不能区域を抽出する抽出手段と、を具備し、前記設備データ保持手段は、前記複数のコンピュータが領域を分割して設備データを保持するものであり、前記記憶手段は、前記複数のコンピュータの全てが前記境界ノードに関する情報を保持し、前記コンピュータのいずれかが、前記属性付与手段または前記抽出手段として機能することを特徴とする。
特開２００８－５７１４２号公報 特開２００１-２８２８９１号広報
　特許文献１には、管種、敷設期間、口径などの管路属性によってグルーピングする手法が開示されている。また、特許文献２には、バルブを境界としてメッシュ単位で供給系統から供給不能区域を抽出する手法が開示されている。
　しかし、何れの文献にも、既設管路の新管路への布設替え等の配管工事において、更新優先度の高い管路が点在している中、工事効率が悪化しない最適な工事区間の設定（グルーピング）を自動的に実行する手法については開示されていない。
　また、コンピュータマッピングシステムを作業者が経験値に基づいて手動操作することでグルーピングする場合には、その結果が適正であるか否かを評価することができないという問題があり、市町村などで管理される規模の大きな管網に対して、全てを一括してグルーピングし、その結果を評価するのは困難であった。
　本発明の目的は、上述した問題点に鑑み、管網を構成する複数の管路を自動的にグルーピングでき、またその評価も可能となる管路グルーピング装置、管路グルーピング方法及び管路グルーピングプログラムを提供する点にある。
　上述の目的を達成するため、本発明による管路グルーピング装置の第一の特徴構成は、管網を構成する複数の管路をグルーピングする管路グルーピング装置であって、各管路を個別に識別する管路識別情報と、各管路の位置情報を含む管路属性情報と、を関連付けた管路情報を記憶する管路情報記憶部と、前記管路情報に基づいて、グルーピング対象となる複数の管路の何れかにグルーピングの基点を設定する基点設定部と、前記基点を含む一の管路と、前記基点の近傍に位置する候補管路と、を包摂する所定形状の多角形を生成する処理を、事前に設定された所定条件に達するまで繰返し、前記所定条件に達すると前記多角形に包摂された各管路を同一グループにグルーピングする多角形生成部と、前記管網を構成する全ての管路が何れかにグルーピングされるまで、前記多角形生成部による一つのグルーピングが終了する度に、前記基点設定部を介した、前記基点の近傍で未だグルーピングされていない複数の管路の何れかに新たなグルーピングの基点の更新設定と、更新設定した前記基点に対する前記多角形生成部の実行を繰り返すように制御するグルーピング制御部と、を含む点にある。
　管網を構成する個々の管路を個別に識別する管路識別情報と、各管路の位置情報を含む管路属性情報とを関連付けた管路情報が予め準備されている。基点設定部では、グルーピング対象となる複数の管路の何れかにグルーピングの基点が設定され、多角形生成部では、基点を含む一の管路と、基点の近傍に位置する候補管路と、を包摂する所定形状の多角形を生成する処理が、事前に設定された所定条件に達するまで繰返され、所定条件に達すると多角形に包摂された各管路が同一グループにグルーピングされる。グルーピング制御部は、管網を構成する全ての管路が何れかにグルーピングされるまで、多角形生成部による一つのグルーピングが終了する度に、基点の近傍で未だグルーピングされていない複数の管路の何れかに新たなグルーピングの基点の更新設定を、基点設定部を介して実行させ、更新設定した基点に対する多角形生成部の実行を繰り返すように制御する。このようにして、管網を構成する管路のグルーピングが自動化される。
　同第二の特徴構成は、上述した第一の特徴構成に加えて、前記多角形生成部により生成された多角形の面積を算出する面積算出部と、前記面積算出部で算出された面積に前記多角形に含まれる管路の総管路長を加味してグルーピングの適正度を評価する評価係数を算出する評価部と、をさらに含む点にある。
　面積算出部では、多角形生成処理部により生成された各多角形の面積が算出され、評価部では、各多角形の面積に各多角形に含まれる管路の総管路長を加味した値がグルーピングの適正度を評価する評価係数として算出される。例えば、多角形の面積と総管路長の比が評価係数として算出される。
　同第三の特徴構成は、上述した第一または第二の特徴構成に加えて、前記所定条件は、前記多角形に含まれる管路の総管路長が設定管路長に達するか否か、または、前記多角形に含まれる管路に対する工事費が設定工事費に達するか否かであることを含む点にある。
　前者の場合、多角形に包摂される管路の総管路長が設定管路長に制限されることにより、グルーピングの規模を適正規模に抑えることができる。後者の場合、多角形に包摂される管路に対する工事費が設定工事費に制限されることにより、グルーピングの規模を適正規模に抑えることができる。
　同第四の特徴構成は、上述した第一または第二の特徴構成に加えて、前記所定形状の多角形は、任意の内角が１８０°以下の凸多角形である点にある。
　多角形を凸多角形に制限することにより、グルーピングされた管路が細長い領域に分布し、或いは入り組んだ複雑な領域に分布するようなことが抑制される。
　同第五の特徴構成は、上述した第一または第二の特徴構成に加えて、前記所定形状の多角形は、少なくとも内角の最大値が（１８０°＋α，α＜９０°）以下の多角形である点にある。
　少なくとも内角の最大値が（１８０°＋α，α＜９０°）以下の多角形に制限することにより、グルーピングされた管路が細長い領域に分布し、或いは入り組んだ領域に分布するようなことが抑制される。
　本発明による管路グルーピング方法の第一の特徴構成は、管網を構成する複数の管路をグルーピングする管路グルーピング方法であって、各管路を個別に識別する管路識別情報と、各管路の位置情報を含む管路属性情報と、を関連付けた管路情報に基づいて、グルーピング対象となる複数の管路の何れかにグルーピングの基点を設定する基点設定処理と、前記基点を含む一の管路と、前記基点の近傍に位置する候補管路と、を包摂する所定形状の多角形を生成する処理を、事前に設定された所定条件に達するまで繰返し、前記所定条件に達すると前記多角形に包摂された各管路を同一グループにグルーピングする多角形生成処理と、前記管網を構成する全ての管路が何れかにグルーピングされるまで、前記多角形生成処理により一つのグルーピングが終了する度に、前記基点の近傍で未だグルーピングされていない複数の管路の何れかに新たなグルーピングの基点を更新設定し、更新設定した基点に対して前記多角形生成処理を実行する反復処理と、を含む点にある。
　同第二の特徴構成は、上述した第一の特徴構成に加えて、前記多角形生成処理により生成された多角形の面積を算出する面積算出処理と、前記面積算出処理で算出された面積に前記多角形に含まれる管路の総管路長を加味してグルーピングの適正度を評価する評価係数を算出する評価処理と、をさらに含む点にある。
　同第三の特徴構成は、上述した第二の特徴構成に加えて、前記基点設定処理を、前記管網の中心から離隔した複数の管路に対して実行し、各基点に基づいて前記多角形生成処理と前記反復処理とを実行することで、各基点に対するグルーピングパターンを其々生成し、前記評価処理により求めた評価係数のグルーピングパターン毎の平均値が最大となるグルーピングパターンを最終グルーピングパターンに決定する点にある。
　同第四の特徴構成は、上述した第一から第三の何れかの特徴構成に加えて、前記所定条件は、前記多角形に含まれる管路の総管路長が設定管路長に達するか否か、または、前記多角形に含まれる管路に対する工事費が設定工事費に達するか否かであることを含む点にある。
　同第五の特徴構成は、上述した第一から第三の何れかの特徴構成に加えて、前記所定形状の多角形は、任意の内角が１８０°以下の凸多角形である点にある。
　同第六の特徴構成は、上述した第一から第三の何れかの特徴構成に加えて、前記所定形状の多角形は、少なくとも内角の最大値が（１８０°＋α，α＜９０°）以下の多角形である点にある。
　本発明による管路グルーピングプログラムの第一の特徴構成は、管網を構成する複数の管路をグルーピングするグルーピング方法をコンピュータに実行させる管路グルーピングプログラムであって、管路情報記憶部に記憶され、各管路を個別に識別する管路識別情報と、各管路の位置情報を含む管路属性情報と、を関連付けた管路情報に基づいて、グルーピング対象となる複数の管路の何れかにグルーピングの基点を設定する基点設定処理と、前記基点を含む一の管路と、前記基点の近傍に位置する候補管路と、を包摂する所定形状の多角形を生成する処理を、事前に設定された所定条件に達するまで繰返し、前記所定条件に達すると前記多角形に包摂された各管路を同一グループにグルーピングする多角形生成処理と、前記管網を構成する全ての管路が何れかにグルーピングされるまで、前記多角形生成処理により一つのグルーピングが終了する度に、前記基点の近傍で未だグルーピングされていない複数の管路の何れかに新たなグルーピングの基点を更新設定し、更新設定した基点に対して前記多角形生成処理を実行する反復処理と、を含む点にある。
　同第二の特徴構成は、上述した第一の特徴構成に加えて、前記多角形生成処理により生成された多角形の面積を算出する面積算出処理と、前記面積算出処理で算出された面積に前記多角形に含まれる管路の総管路長総管路長を加味してグルーピングの適正度を評価する評価係数を算出する評価処理と、をさらに含む点にある。
　同第三の特徴構成は、上述した第二の特徴構成に加えて、前記基点設定処理を、前記管網の中心から離隔した複数の管路に対して実行し、各基点に基づいて前記多角形生成処理と前記反復処理とを実行することで、各基点に対するグルーピングパターンを其々生成し、前記評価処理により求めた評価係数のグルーピングパターン毎の平均値が最大となるグルーピングパターンを最終グルーピングパターンに決定するように構成されている点にある。
　同第四の特徴構成は、上述した第一から第三の何れかの特徴構成に加えて、前記所定条件は、前記多角形に含まれる管路の総管路長が設定管路長に達するか否か、または、前記多角形に含まれる管路に対する工事費が設定工事費に達するか否かであることを含む点にある。
　同第五の特徴構成は、上述した第一から第三の何れかの特徴構成に加えて、前記所定形状の多角形は、任意の内角が１８０°以下の凸多角形である点にある。
　同第六の特徴構成は、上述した第一から第三の何れかの特徴構成に加えて、前記所定形状の多角形は、少なくとも内角の最大値が（１８０°＋α，α＜９０°）以下の多角形である点にある。
　以上説明した通り、本発明によれば、管網を構成する複数の管路を自動的にグルーピングでき、またその評価も可能となる管路グルーピング装置、管路グルーピング方法及び管路グルーピングプログラムを提供することができるようになった。
図１は本発明による管路グルーピング装置の説明図である。 図２（ａ）はグルーピング対象となる管網の説明図であり、図２（ｂ）はグルーピングされた管網の説明図である。 図３は管路グルーピング方法の手順を示すフローチャートである。 図４（ａ）は単位管路と管路ユニットの関係の説明図であり、図４（ｂ）は単位管路を組み合わせて構成された管路ユニットの説明図である。 図５（ａ）は基点Ｖ１に対する最初にグループ化される管路の説明図であり、図５（ｂ）は次にグループ化される管路の説明図であり、図５（ｃ）は面積の増分に基づいて決定されたグループ化対象管路の説明図である。 図６（ａ）は次にグループ化される管路の説明図であり、図６（ｂ）は面積の増分に基づいて決定されたグループ化対象管路の説明図である。 図７（ａ）は基点Ｖ１の次に更新設定される基点Ｖ１´の説明図であり、図７（ｂ）は基点Ｖ１´の次に更新設定される基点Ｖ１´´の説明図である。
　以下、本発明による管路グルーピング装置、管路グルーピング方法及び管路グルーピングプログラムを図面に基づいて説明する。
［管路グルーピング装置の構成］
　図１には、管路グルーピング装置１０の機能ブロックを示す構成が示されている。管路グルーピング装置１０は、計算機本体１０Ａと、計算機本体１０Ａに接続された入力機器１０Ｂ、表示機器１０Ｃ及び記憶装置１０Ｄなどを備えている。
　計算機本体１０Ａとして汎用のパーソナルコンピュータやラップトップコンピュータなど、入力機器１０Ｂとしてマウスなどのポインティングデバイスやキーボードなど、表示機器１０Ｃとしてタッチパネル式の液晶ディスプレイやプリンタなど、記憶装置１０Ｄとしてハードディスクなどが好適に用いられる。なお、記憶装置１０Ｄは遠隔地のデータベースサーバに構築され、インターネットなどの通信媒体を介して計算機本体１０Ａと接続される態様であってもよい。
　管路情報記憶部として機能する記憶装置１０Ｄには、管網を構成する複数の管路を個別に識別する管路識別情報と、各管路の位置情報を含む管路属性情報と、を関連付けた管路情報が格納されている。管路の位置情報とは、管端位置、管軸に沿う中央位置、屈曲点の位置などを示す座標情報、詳しくは布設位置を示すＸ，Ｙ，Ｚ三次元座標をＸ，Ｙ水平面に投影した二次元座標である。管路の属性情報には、位置情報以外に、布設時期、呼び径、管種、継手の種類、外面防食方法の種類（ポリエチレンスリーブの有無）、更新対象管の有無、漏水修繕の有無、管路長、更新履歴などが含まれる。更新履歴に基づいて将来の管路の布設替えの時期、要否などが判断される。
　計算機本体１０Ａには、ＣＰＵボード、メモリボード、入出力インタフェースや通信インタフェースなど各種のインタフェースボードが搭載されており、メモリボードのメモリに格納されたオペレーションシステムプログラムに基づいて動作するＣＰＵにより、同じくメモリボードのメモリに格納されたアプリケーションプログラムが実行されることにより、所期の機能が実現される。この例では、アプリケーションプログラムとして管路グルーピングプログラムがメモリに格納されることにより管路グルーピング装置１０が構成され、ＣＰＵにより管路グルーピング方法が実行される。
　管路グルーピング装置１０は、基点設定部１１、多角形生成部１２、面積算出部１３、評価部１４、グルーピング制御部１５の各機能ブロックを備えている。
　基点設定部１１は、記憶部１０Ｄ（以下、「管路情報記憶部１０Ｄ」と記す。）に格納された管理情報に基づいて、グルーピング対象となる複数の管路の何れかにグルーピングの基点を設定する機能ブロックである。
　多角形生成部１２は、基点を含む一の管路と、基点の近傍に位置する候補管路と、を包摂する所定形状の多角形を生成する処理を、事前に設定された所定条件を満たすまで繰返し、所定条件に達すると生成した多角形に包摂される各管路を同一グループにグルーピングする機能ブロックである。包摂とは、各管路の位置情報を接続して得られる最大形状の多角形で各管路が内包される状態をいう。
　所定条件として、少なくとも多角形に含まれる管路の総管路長が設定管路長に達するか否か、または、多角形に含まれる管路に対する工事費が設定工事費に達するか否かの何れかが含まれる。なお、工事費として予め単位長さ当たりの工事費を設定しておけば、当該工事費に管路長を乗ずることにより容易に求めることができるが、これに限るものではない。
　面積算出部１３は、多角形生成部により生成された多角形の面積を算出する機能ブロックである。評価部１４は、面積算出部１３で算出された面積に多角形に含まれる管路の総管路長を加味してグルーピングの適正度を評価する評価係数を算出する機能ブロックである。
　グルーピング制御部１５は、基点設定部１１、多角形生成部１２、面積算出部１３、評価部１４の其々の作動を統括して制御する機能ブロックであり、主に、基点設定部１１と多角形生成部１２を繰返し作動させるように制御する。
　即ち、グルーピング制御部１５は、基点設定部１１および多角形生成部１２を初期に作動させて最初のグルーピング処理が終了した後は、多角形生成部１２による一つのグルーピングが終了する度に、基点設定部１１を介して前回設定した基点の近傍で未だグルーピングされていない複数の管路の何れかに新たなグルーピングの基点を更新設定させ、更新設定させた基点に対する多角形生成部の実行を、管網を構成する全ての管路が何れかにグルーピングされるまで繰り返すように制御する。
　図２（ａ）には、グルーピング対象となる管網図が例示されている。図２（ａ）で、基点Ｖ１から基点Ｖ４と表記された黒三角印は、基点設定部１１で最初に設定される基点で、管網の端部の複数位置、この例では東西南北に離れた位置に設定されている。各基点からグルーピング処理が実行されることで、最終的に４パターンのグルーピング結果が得られる。基点を管網の端部に設定するのは、端部から管網側に向かう方向にグルーピングすることが効率的であることによる。しかし、管網の中央部位に基点を設定して、放射状に広がる方向にグルーピングすることも可能である。
　図２（ｂ）には、基点Ｖ１に対するグルーピング結果が、グループ毎に色分けされた管路と各グループを表す数値で示されている。なお、図２（ｂ）はグレースケールで示されているので、グループ毎に色分けされた管路が濃淡で示されている。このようなグルーピングパターンが、基点Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４についても生成され、評価部１４で算出される評価係数に基づいてグルーピング制御部１５が四つのグルーピングパターンから一つのグルーピングパターンを決定する。なお、グルーピング対象となる管網図に設定する基点の数は複数である必要はなく、単一の基点Ｖ１を設定するものであってもよい。
［管路グルーピング方法の説明］
　以下、基点設定部１１で設定される基点が、図２（ａ）に示す基点Ｖ１である場合を例に、管路グルーピング装置１０で実行される管路グルーピング処理の手順を図３に示すフローチャートなどに基づいて具体的に説明する。
　先ず、以下に説明する一連の前処理がグルーピング制御部１５により実行される（ＳＡ１）。
　管網が複数の水系を備えた規模の大きな管網である場合には、管網全体を一括してグルーピング処理すると演算時間が長くなり、効率の低下を招く虞がある。そのため、水系により管網を複数に分割し、分割した管網単位にグルーピング処理することが好ましい。図２（ａ）に示す管網は、一つの水系に分割された管網である。
　管網を構成する単位管路の両端部は、他の管路との交点となるか、バルブ接続点の何れかとなる。そのような単位管路をグルーピングする際に、両端部がバルブ接続点となるように複数の管路を予め組み合わせた管路ユニットを構成し、管路ユニットを単位としてグルーピングすることで、効率化を図ることができる。
　図４（ａ）には、複数本の単位管路（管路１から管路９）を接続した管網の一部が示されている。図中、黒丸は交点を示し、白丸はバルブを示す。これらの管路１から管路９で構成される管路群から両端がバルブとなる管路を形成し、それらを管路ユニットとする。
　図４（ｂ）には、管路１から管路９に基づいて、二本の管路ユニット１Ｙ，２Ｙが形成されたことが示されている。このようにして、一つの単位管路から交点を辿って連結することで複数の管路ユニットが形成される。なお、距離の短い管路ユニットが分散して存在すると後のグルーピング処理の効率が低下するため、予め管路長が所定長さより短い管路ユニットを、バルブを介して連結された他の管路ユニットに統合処理しておくことが好ましい。
　このように管路ユニットを単位としてグループ化すると、実際の布設替え工事において、各バルブを介した止水処理が容易になるという利点がある。以下では管路ユニットを「管路」として実行されるグルーピング処理を説明するが、単位管路を対象としてグルーピング処理することも当然に可能であり、基本的に手順は同一であることは言うまでもない。
　このようにして得られた管路（管路ユニット）の各単位管路の布設年度を単位管路の管路情報から取得して、管路（管路ユニット）を構成する単位管路全体の全管路長Ａ２に対する所定の布設年度以前の管路の総管路長Ａ１の比率Ａ１／Ａ２を算出し、所定比率以上となる管路（管路ユニット）をグルーピング処理の対象となる管路（管路ユニット）として選択する。所定の布設年度、所定比率の具体的な値は特に限定するものではなく適宜設定すればよい。
　配水支管と幹線管路とは工事種別が異なるため、其々でグルーピング処理が実行されるように、例えば、予め管路（管路ユニット）を配水支管（例えば、呼び径２５０以下）と、幹線管路（例えば、呼び径３００以上）に分割してもよい。
　以上説明した前処理の後に、グルーピング制御部１５により基点設定部１１が起動されて、基点初期設定処理が実行される（ＳＡ２）。この処理により、図２（ａ）に示した基点Ｖ１が設定される。本実施形態では、基点Ｖ１として管路（管路ユニット）の端部であるバルブ位置が選択される態様を説明するが、管端、管軸に沿う中央、屈曲点などの座標情報の何れかを基点Ｖ１と設定してもよい。
　次に、グルーピング制御部１５により多角形生成部１２が起動されて、図５（ａ）に示すように、基点Ｖ１を含む複数の管路（管路ユニット）から管延長が最長となる一の管路（管路ユニット）ＳＧ１がグルーピングされる最初の管路（管路ユニット）に組み込まれる。符号Ａｓ１は、一の管路（管路ユニット）ＳＧ１を包摂する所定形状の多角形の面積を示す。なお、単位管路を対象にグルーピングする場合でも、基点Ｖ１を含む複数の単位管路から管延長が最長となる一の単位管路がグルーピングされる最初の単位管路に組み込まれるように構成すればよい。
　さらに、図５（ｂ）に示すように、多角形生成部１２は、基点Ｖ１に近い所定数の管路（管路ユニット）を候補管路ＳＧ２（ＳＧ２（１）、ＳＧ２（２）、ＳＧ２（３））としてピックアップし、一の管路（管路ユニット）ＳＧ１と各候補管路ＳＧ２（ＳＧ２（１）、ＳＧ２（２）、ＳＧ２（３））を包摂する多角形の面積Ａｓ２を其々算出し、各候補管路ＳＧ２（ＳＧ２（１）、ＳＧ２（２）、ＳＧ２（３））による面積の増分ΔＡ（＝Ａｓ２－Ａｓ１）と候補管路ＳＧ２の管延長との比［増加面積／追加管延長］が最小となる候補管路ＳＧ２を次の管路（管路ユニット）に選定してグルーピングする。この例では、図５（ｃ）に示すように、候補管路ＳＧ２（２）が次の管路（管路ユニット）に選定される。
　この例では、所定数を３に設定している。所定数は適宜設定すればよいのであるが、この数を増やすと、［増加面積／追加管延長］の値が小さくなる直線的な候補管路ＳＧ２が選ばれ易くなり、グルーピングされる管路の領域が直線的で歪になる。つまり、グルーピングされた管路単位で管の布設替えを行なう場合に、工事領域が歪になることを回避する目的がある。
　基点Ｖ１に近い管路（管路ユニット）とは、基点Ｖ１と各管路（管路ユニット）との最短距離に基づいて、最も近い管路（管路ユニット）から順番に選択される。
　図６（ａ），（ｂ）に示すように、多角形生成部１２は、基点Ｖ１についてグルーピングされた管路（管路ユニット）ＳＧ１，ＳＧ２を包摂する多角形の面積Ａｓ２を基準にして、基点Ｖ１に近い所定数の管路（管路ユニット）を候補管路ＳＧ３（ＳＧ３（１）、ＳＧ３（２）、ＳＧ３（３））としてピックアップし、既にグルーピングされた管路（管路ユニット）ＳＧ１，ＳＧ２と候補管路ＳＧ３（ＳＧ３（１）、ＳＧ３（２）、ＳＧ３（３））を包摂する多角形の面積Ａｓ３を算出し、候補管路ＳＧ３（ＳＧ３（１）、ＳＧ３（２）、ＳＧ３（３））による面積の増分ΔＡ（＝Ａｓ３－Ａｓ２）と候補管路ＳＧ３の管延長との比［増加面積／追加管延長］が最小となる候補管路ＳＧ３を次の管路（管路ユニット）に選定してグルーピングする。
　同一のグループに組み込まれた管路（管路ユニット）ＳＧ１，ＳＧ２，・・・に対して、所定条件が成立するまでステップＳＡ３の多角形処理が繰り返される（ＳＡ４）。
　多角形に含まれる管路の総管路長が設定管路長に達するか否かが所定条件として規定されている。グループ内の総管路長が設定管路長を超えるまで、同様の処理が繰り返され、総管路長が設定管路長を超える場合に、その直前の管路（管路ユニット）ＳＧｎまでが同一グループに組み込まれる。設定管路長は、管路の布設替え工事の工程になどに基づいて適宜設定される。
　なお、設定管路長に代えて、多角形に含まれる管路に対する工事費が設定工事費に達するか否かが所定条件として規定されていてもよい。一区画の管路の布設替え工事に要する費用を規定することで、工事費の管理を適切に行えるようになる。
　所定条件が満たされると（ＳＡ４，Ｙ）、グルーピング制御部１５により起動された面積算出部１３により、同一グループに組み込まれた全ての管路を包摂する多角形の面積Ａｇが算出されるとともに（ＳＡ５）、評価部１４により、当該面積Ａｇを当該グループに属する管路の合計値である総管路長で除した値がグループ単位の評価値Ｖｇとして算出される（ＳＡ６）。つまり、単位管路長当たりの面積が評価値Ｖｇとなり、評価値Ｖｇが小さいほど適正度の高いグルーピング処理と評価される。
　なお、評価値Ｖｇは、面積Ａｇに総管路長を加味した値であればよく、面積Ａｇを多角形に含まれる管路の総管路長で除した値に限るものではい。
　さらに、所定条件が満たされたグループが生成される度に、以前に生成されたグループ単位の評価値Ｖｇの相加平均値がグループ全体の評価値ＶＧとして算出されて管路情報記憶部１０Ｄに記憶され（ＳＡ７）。なお、最初のグループの生成時には、評価値Ｖｇとグループ全体の評価値ＶＧは同値となる。
　グルーピング制御部１５は、多角形生成部１２で所定条件を満たしたグループが生成され、評価部１４で評価値ＶＧが算出される度に（ＳＡ４，Ｙ～ＳＡ７）、管網を構成する全ての管路（管路ユニット）が何れかにグルーピングされたか否かを判断し（ＳＡ８）、グルーピングされていない管路（管路ユニット）が存在する場合に（ＳＡ８，Ｎ）、基点設定部１１を介して基点更新設定処理を実行する（ＳＡ１２）。
　図７（ａ）に示すように、基点更新設定処理とは、新たなグループを生成するための基点を更新設定する処理で、既にグルーピングされた管路（管路ユニット）を除いて、最初の基点Ｖ１から直線距離で最も近い管路（管路ユニット）のバルブ位置を新たな基点Ｖ１´として更新設定する処理である（ＳＡ１２）。
　そして、更新設定された基点Ｖ１´に対して、上述したステップＳＡ３からステップＳＡ８のグルーピング処理が繰り返される。
　図７（ｂ）には、基点Ｖ１´に対するグルーピング処理が終了し、さらに新たな基点Ｖ１´´が更新設定された状態が示されている。
　ステップＳＡ８で管網に属する全管路（管路ユニット）がグルーピングされると（ＳＡ８，Ｙ）、生成された全てのグルーピング情報が管路情報記憶部１０Ｄに記憶される（ＳＡ９）。
　このようにして、図２（ａ）に示す基点Ｖ１についてグルーピング処理が終了すると、次の基点Ｖ２について同様のグルーピング処理が実行され、さらに次の基点Ｖ３，Ｖ４についても同様のグルーピング処理が実行される（ＳＡ１０）。
　グルーピング制御部１５は、基点Ｖ１からＶ４の４つの基点に対するグルーピング処理が終了すると、ステップＳＡ７で算出され、管路情報記憶部１０Ｄに記憶された各グループ全体の評価値を参照して、最も評価値の高いグルーピング処理結果を最終のグルーピングパターンに決定する（ＳＡ１１）。
　上述したステップＳＡ３で生成される所定形状の多角形は、任意の内角が１８０°以下の凸多角形であることが、管の布設替えの工事領域がシンプルになるという観点で好ましい。凸多角形とならない場合でも、少なくとも多角形の一つの内角の最大値が（１８０°＋α，α＜９０°）以下の多角形であれば許容できる。このような多角形となるように候補管路が選択される。
　以上、説明した通り、本発明の管路グルーピング方法は、各管路を個別に識別する管路識別情報と、各管路の位置情報を含む管路属性情報と、を関連付けた管路情報に基づいて、グルーピング対象となる複数の管路の何れかにグルーピングの基点を設定する基点設定処理と、基点を含む一の管路と、基点の近傍に位置する候補管路と、を包摂する所定形状の多角形を生成する処理を、事前に設定された所定条件に達するまで繰返し、所定条件に達すると多角形に包摂された各管路を同一グループにグルーピングする多角形生成処理と、管網を構成する全ての管路が何れかにグルーピングされるまで、多角形生成処理により一つのグルーピングが終了する度に、基点の近傍で未だグルーピングされていない複数の管路の何れかに新たなグルーピングの基点を更新設定し、更新設定した基点に対して前記多角形生成処理を実行する反復処理と、を含む。
　多角形生成処理により生成された多角形の面積を算出する面積算出処理と、面積算出処理で算出された面積に多角形に含まれる管路の総管路長を加味してグルーピングの適正度を評価する評価係数を算出する評価処理と、をさらに含む。
　基点設定処理を、管網の中心から離隔した複数の管路に対して実行し、各基点に基づいて多角形生成処理と反復処理とを実行することで、各基点に対するグルーピングパターンを其々生成し、評価処理により求めた評価係数のグルーピングパターン毎の平均値が最大となるグルーピングパターンを最終グルーピングパターンに決定する。
　所定条件は、多角形に含まれる管路の総管路長が設定管路長に達するか否か、または、多角形に含まれる管路に対する工事費が設定工事費に達するか否かであることを含む。
　所定形状の多角形は、任意の内角が１８０°以下の凸多角形であることが好ましく、所定形状の多角形は、少なくとも内角の最大値が（１８０°＋α，α＜９０°）以下の多角形であれば許容される。
　また、本発明による管路グルーピングプログラムは、管網を構成する複数の管路をグルーピングするグルーピング方法をコンピュータに実行させる管路グルーピングプログラムであって、管路情報記憶部に記憶され、各管路を個別に識別する管路識別情報と、各管路の位置情報を含む管路属性情報と、を関連付けた管路情報に基づいて、グルーピング対象となる複数の管路の何れかにグルーピングの基点を設定する基点設定処理と、基点を含む一の管路と、基点の近傍に位置する候補管路と、を包摂する所定形状の多角形を生成する処理を、事前に設定された所定条件に達するまで繰返し、所定条件に達すると多角形に包摂された各管路を同一グループにグルーピングする多角形生成処理と、管網を構成する全ての管路が何れかにグルーピングされるまで、多角形生成処理により一つのグルーピングが終了する度に、基点の近傍で未だグルーピングされていない複数の管路の何れかに新たなグルーピングの基点を更新設定し、更新設定した基点に対して多角形生成処理を実行する反復処理と、を含む。
　管路グルーピングプログラムは、多角形生成処理により生成された多角形の面積を算出する面積算出処理と、面積算出処理で算出された面積に前記多角形に含まれる管路の総管路長総管路長を加味してグルーピングの適正度を評価する評価係数を算出する評価処理と、をさらに含む。
　また、基点設定処理を、管網の中心から離隔した複数の管路に対して実行し、各基点に基づいて多角形生成処理と反復処理とを実行することで、各基点に対するグルーピングパターンを其々生成し、評価処理により求めた評価係数のグルーピングパターン毎の平均値が最大となるグルーピングパターンを最終グルーピングパターンに決定するように構成されている。
　所定条件は、多角形に含まれる管路の総管路長が設定管路長に達するか否か、または、多角形に含まれる管路に対する工事費が設定工事費に達するか否かであり、所定形状の多角形は、任意の内角が１８０°以下の凸多角形であるか、または少なくとも内角の最大値が（１８０°＋α，α＜９０°）以下の多角形である。
　上述した実施形態では、配管工事区間のグルーピングについて説明したが、それ以外にも配水管網における経済的な水運用や施設管理のための配水区域のブロック化などの目的で、管網を構成する複数の管路をグルーピングする方法にも適用できる。
　上述した実施形態は、本発明の一態様を示すものであり、該記載に基づいて本願発明の技術的範囲が限定されるものではなく、各部の具体的構成は、本発明の作用効果が奏される範囲で適宜変更設計できることは言うまでもない。例えば、図３に示した管路グルーピング処理のうち、ステップＳＡ３の管路グルーピング処理からステップＳＡ９のグルーピング情報記憶処理の一連の処理またはそのうちの一部の処理を、遺伝的アルゴリズム等のＡＩ技術を用いて最適な組み合わせをもとめることで自動化することも可能である。
１０：管路グルーピング装置
１０Ａ：計算機本体
１０Ｂ：入力機器
１０Ｃ：表示機器
１０Ｄ：管路情報記憶部（記憶装置）
１１：基点設定部
１２：多角形生成部
１３：面積算出部
１４：評価部
１５：グルーピング制御部
Ｖ１：基点
 

Claims (17)

  1. 　管網を構成する複数の管路をグルーピングする管路グルーピング装置であって、
    　各管路を個別に識別する管路識別情報と、各管路の位置情報を含む管路属性情報と、を関連付けた管路情報を記憶する管路情報記憶部と、
    　前記管路情報に基づいて、グルーピング対象となる複数の管路の何れかにグルーピングの基点を設定する基点設定部と、
    　前記基点を含む一の管路と、前記基点の近傍に位置する候補管路と、を包摂する所定形状の多角形を生成する処理を、事前に設定された所定条件に達するまで繰返し、前記所定条件に達すると前記多角形に包摂された各管路を同一グループにグルーピングする多角形生成部と、
    　前記管網を構成する全ての管路が何れかにグルーピングされるまで、前記多角形生成部による一つのグルーピングが終了する度に、前記基点設定部を介した、前記基点の近傍で未だグルーピングされていない複数の管路の何れかに新たなグルーピングの基点の更新設定と、更新設定した前記基点に対する前記多角形生成部の実行を繰り返すように制御するグルーピング制御部と、
    を含む管路グルーピング装置。
  2. 　前記多角形生成部により生成された多角形の面積を算出する面積算出部と、
    　前記面積算出部で算出された面積に前記多角形に含まれる管路の総管路長を加味してグルーピングの適正度を評価する評価係数を算出する評価部と、
    をさらに含む請求項１記載の管路グルーピング装置。
  3. 　前記所定条件は、前記多角形に含まれる管路の総管路長が設定管路長に達するか否か、または、前記多角形に含まれる管路に対する工事費が設定工事費に達するか否かであることを含む請求項１または２記載の管路グルーピング装置。
  4. 　前記所定形状の多角形は、任意の内角が１８０°以下の凸多角形である請求項１または２記載の管路グルーピング装置。
  5. 　前記所定形状の多角形は、少なくとも内角の最大値が（１８０°＋α，α＜９０°）以下の多角形である請求項１または２記載の管路グルーピング装置。
  6. 　管網を構成する複数の管路をグルーピングする管路グルーピング方法であって、
    　各管路を個別に識別する管路識別情報と、各管路の位置情報を含む管路属性情報と、を関連付けた管路情報に基づいて、グルーピング対象となる複数の管路の何れかにグルーピングの基点を設定する基点設定処理と、
    　前記基点を含む一の管路と、前記基点の近傍に位置する候補管路と、を包摂する所定形状の多角形を生成する処理を、事前に設定された所定条件に達するまで繰返し、前記所定条件に達すると前記多角形に包摂された各管路を同一グループにグルーピングする多角形生成処理と、
    　前記管網を構成する全ての管路が何れかにグルーピングされるまで、前記多角形生成処理により一つのグルーピングが終了する度に、前記基点の近傍で未だグルーピングされていない複数の管路の何れかに新たなグルーピングの基点を更新設定し、更新設定した基点に対して前記多角形生成処理を実行する反復処理と、
    を含む管路グルーピング方法。
  7. 　前記多角形生成処理により生成された多角形の面積を算出する面積算出処理と、
    　前記面積算出処理で算出された面積に前記多角形に含まれる管路の総管路長を加味してグルーピングの適正度を評価する評価係数を算出する評価処理と、
    をさらに含む請求項６記載の管路グルーピング方法。
  8. 　前記基点設定処理を、前記管網の中心から離隔した複数の管路に対して実行し、各基点に基づいて前記多角形生成処理と前記反復処理とを実行することで、各基点に対するグルーピングパターンを其々生成し、前記評価処理により求めた評価係数のグルーピングパターン毎の平均値が最大となるグルーピングパターンを最終グルーピングパターンに決定する請求項７記載の管路グルーピング方法。
  9. 　前記所定条件は、前記多角形に含まれる管路の総管路長が設定管路長に達するか否か、または、前記多角形に含まれる管路に対する工事費が設定工事費に達するか否かであることを含む請求項６から８の何れかに記載の管路グルーピング方法。
  10. 　前記所定形状の多角形は、任意の内角が１８０°以下の凸多角形である請求項６から８の何れかに記載の管路グルーピング方法。
  11. 　前記所定形状の多角形は、少なくとも内角の最大値が（１８０°＋α，α＜９０°）以下の多角形である請求項６から８の何れかに記載の管路グルーピング方法。
  12. 　管網を構成する複数の管路をグルーピングするグルーピング方法をコンピュータに実行させる管路グルーピングプログラムであって、
    　管路情報記憶部に記憶され、各管路を個別に識別する管路識別情報と、各管路の位置情報を含む管路属性情報と、を関連付けた管路情報に基づいて、グルーピング対象となる複数の管路の何れかにグルーピングの基点を設定する基点設定処理と、
    　前記基点を含む一の管路と、前記基点の近傍に位置する候補管路と、を包摂する所定形状の多角形を生成する処理を、事前に設定された所定条件に達するまで繰返し、前記所定条件に達すると前記多角形に包摂された各管路を同一グループにグルーピングする多角形生成処理と、
    　前記管網を構成する全ての管路が何れかにグルーピングされるまで、前記多角形生成処理により一つのグルーピングが終了する度に、前記基点の近傍で未だグルーピングされていない複数の管路の何れかに新たなグルーピングの基点を更新設定し、更新設定した基点に対して前記多角形生成処理を実行する反復処理と、
    を含む管路グルーピングプログラム。
  13. 　前記多角形生成処理により生成された多角形の面積を算出する面積算出処理と、
    　前記面積算出処理で算出された面積に前記多角形に含まれる管路の総管路長総管路長を加味してグルーピングの適正度を評価する評価係数を算出する評価処理と、
    をさらに含む請求項１２記載の管路グルーピングプログラム。
  14. 　前記基点設定処理を、前記管網の中心から離隔した複数の管路に対して実行し、各基点に基づいて前記多角形生成処理と前記反復処理とを実行することで、各基点に対するグルーピングパターンを其々生成し、前記評価処理により求めた評価係数のグルーピングパターン毎の平均値が最大となるグルーピングパターンを最終グルーピングパターンに決定するように構成されている請求項１３記載の管路グルーピングプログラム。
  15. 　前記所定条件は、前記多角形に含まれる管路の総管路長が設定管路長に達するか否か、または、前記多角形に含まれる管路に対する工事費が設定工事費に達するか否かであることを含む請求項１２から１４の何れかに記載の管路グルーピングプログラム。
  16. 　前記所定形状の多角形は、任意の内角が１８０°以下の凸多角形である請求項１２から１４の何れかに記載の管路グルーピングプログラム。
  17. 　前記所定形状の多角形は、少なくとも内角の最大値が（１８０°＋α，α＜９０°）以下の多角形である１２から１４の何れかに記載の管路グルーピングプログラム。
     
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