WO2024004713A1 - 漏水検知システムおよび漏水検知方法 - Google Patents

漏水検知システムおよび漏水検知方法 Download PDF

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WO2024004713A1
WO2024004713A1 PCT/JP2023/022409 JP2023022409W WO2024004713A1 WO 2024004713 A1 WO2024004713 A1 WO 2024004713A1 JP 2023022409 W JP2023022409 W JP 2023022409W WO 2024004713 A1 WO2024004713 A1 WO 2024004713A1
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water
location
piping network
water level
dynamic
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PCT/JP2023/022409
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徹 五十嵐
直樹 池田
尚史 奥田
裕也 中出
直司 鈴木
徹 細川
真央 福士
Original Assignee
株式会社ニュージェック
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    • E03—WATER SUPPLY; SEWERAGE
    • E03B—INSTALLATIONS OR METHODS FOR OBTAINING, COLLECTING, OR DISTRIBUTING WATER
    • E03B7/00—Water main or service pipe systems
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17D—PIPE-LINE SYSTEMS; PIPE-LINES
    • F17D5/00—Protection or supervision of installations
    • F17D5/02—Preventing, monitoring, or locating loss
    • F17D5/06—Preventing, monitoring, or locating loss using electric or acoustic means
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M3/00—Investigating fluid-tightness of structures
    • G01M3/02—Investigating fluid-tightness of structures by using fluid or vacuum
    • G01M3/26—Investigating fluid-tightness of structures by using fluid or vacuum by measuring rate of loss or gain of fluid, e.g. by pressure-responsive devices, by flow detectors
    • G01M3/28—Investigating fluid-tightness of structures by using fluid or vacuum by measuring rate of loss or gain of fluid, e.g. by pressure-responsive devices, by flow detectors for pipes, cables or tubes; for pipe joints or seals; for valves ; for welds
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A20/00—Water conservation; Efficient water supply; Efficient water use

Definitions

  • the present disclosure relates to a technology for detecting water leakage, and more specifically, to a technology for detecting water leakage using a water pressure sensor.
  • Patent Document 1 discloses a "water leak location estimation system that estimates the location of water leaks in a piping network including multiple piping routes.”
  • the water leakage location estimation system includes a water leakage determination unit and an estimation unit.
  • the estimation unit determines whether or not a water leak has occurred in each piping route when the water leakage determination unit determines that a water leak has occurred in the piping network.
  • the system estimates which piping route is experiencing water leakage among multiple piping routes (see [Summary]).
  • Patent Document 1 it is necessary to generate a model to estimate water leakage from vibration, and since the water leakage sensor does not directly measure water flow rate, water pressure, etc. The accuracy of estimating the location of water leaks based on this may not necessarily be high. Therefore, there is a need for a technique for estimating the location of water leakage in piping with higher accuracy.
  • the present disclosure has been made in view of the above background, and an objective in one aspect is to provide a technique for estimating the location of water leakage in piping.
  • a water leak detection system includes a plurality of pressure sensors distributed in a piping network and a monitoring device that estimates water leakage locations in the piping network.
  • Each of the plurality of pressure sensors transmits water pressure measurement data for each location of the piping network to the monitoring device.
  • the monitoring device calculates the dynamic water level from a predetermined reference value for each location in the piping network based on the measurement data for each location in the piping network, and based on changes in the dynamic water level for each location in the piping network, Estimate the location of the water leak.
  • estimating a water leak location based on changes in the dynamic water level at each location in a piping network is based on each of a plurality of normal vectors on the dynamic water level distribution at a first point in time and at a second point in time. This includes estimating a water leak location based on the difference between each of a plurality of normal vectors on the dynamic water level distribution.
  • estimating the water leak location based on the difference involves multiplying the difference by a coefficient or raising the difference to a power, and estimating the water leak location based on the difference after multiplying the coefficient or after the power. including doing.
  • the monitoring device superimposes and outputs the piping network and data indicating the magnitude of the difference between locations in the piping network.
  • the data indicating the magnitude of the difference between locations in the piping network is a contour diagram, a shading diagram, a bird's-eye view, or a graph generated based on the difference between locations in the piping network.
  • outputting a pipe network by overlapping it with data showing the size of the difference for each location in the pipe network means that a map is further superimposed on the data showing the size of the difference for each location in the pipe network. Including outputting together.
  • the monitoring device outputs at least one of a map of the vicinity of the estimated water leak location or information on workers who can head to the water leak location.
  • a method for detecting water leaks in a piping network includes the steps of acquiring water pressure measurement data from each of a plurality of pressure sensors distributed in the piping network, and the step of acquiring water pressure measurement data at each location in the piping network based on the measurement data for each location in the piping network.
  • the method includes the step of calculating the dynamic water level based on the reference value determined by the system, and the step of estimating the water leak location based on changes in the dynamic water level at each location in the piping network.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a comparison between a water leakage detection mechanism using flow rate and a water leakage detection mechanism according to an embodiment.
  • 1 is a diagram showing an example of an overall image of a water leakage detection system 20.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating an example of the hardware configuration of a sensor device 210 and a monitoring device 200.
  • FIG. It is a diagram showing an example of a configuration of functional blocks of a water leakage detection system 20 according to an embodiment. It is a figure showing the concept of hydrostatic pressure, hydrodynamic pressure, static water level, and dynamic water level. It is a figure showing an example of the dynamic water level and its normal vector before and after water leakage occurs.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating an example of the amount of change in the normal vector on the dynamic water level distribution when water leakage occurs in the piping network 800.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a first example of visualization information according to an embodiment.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating a second example of visualization information according to an embodiment. It is a figure which shows the 3rd example of visualization information according to a certain embodiment.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a first example of visualization information according to an embodiment.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating a second example of visualization information according to an embodiment. It is a figure which shows the 3rd example of visualization information according to a certain embodiment.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a first example of visualization information according to an embodiment.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating a second example of visualization information according to an embodiment. It is a figure which shows the 3rd example of visualization information according to a certain embodiment.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating
  • FIG. 3 is a diagram showing an example of the dynamic water level distribution of a certain piping network before and after a water leak occurs, and the amount of change in the normal vector on the dynamic water level distribution.
  • FIG. 3 is a diagram showing an example of an analysis function of the amount of change (difference) in each normal vector in the water leakage detection system 20.
  • FIG. It is a figure showing an example of internal processing of water leak detection system 20 according to a certain embodiment.
  • piping refers to a pipe for delivering water, and a plurality of pipes are connected to each other to form a piping network.
  • the piping is a water pipe or the like.
  • a "piping network” is composed of a plurality of pipes connected to each other.
  • the piping network includes the entire network made up of a plurality of pipes, and a part of the network made up of a plurality of pipes (such as a water distribution block described below).
  • the piping network is a water pipe network or the like.
  • hydrostatic pressure refers to the pressure that acts within the piping when no water flow is occurring within the piping.
  • hydroaulic pressure refers to the pressure that acts within the piping when water is flowing within the piping.
  • kPa kilopascal
  • MPa megapascal
  • static water level is a value obtained by converting hydrostatic pressure into the height of a water column (also referred to as “static water head”), and adding the altitude of the place where the piping is located to the static water head.
  • dynamic water level is a value obtained by converting dynamic water pressure into the height of a water column (also referred to as “dynamic water head”), and adding the altitude of the location of the pipe to the dynamic water head.
  • m meter
  • the static water level and the dynamic water level are expressed as the height of the water column from a predetermined reference value such as an altitude (above sea level) of 0 m, for example.
  • pressure head means the pressure (hydraulic head) that acts on piping, and includes hydrostatic pressure (hydrostatic head), hydrodynamic pressure (hydraulic head), and the like.
  • hydrostatic pressure hydrostatic head
  • hydrodynamic pressure hydrodynamic pressure
  • hydroaulic gradient refers to a line that connects the water surface of the pressure head at each location in the piping when water is flowing in the piping.
  • the "dynamic water level distribution” is a planar expression of the dynamic water level (such as the water conduction distribution 600A shown in FIG. 7).
  • a "normal vector (normal unit vector)” refers to a vector that is always perpendicular to the surface of the dynamic water level distribution (such as the main line vector 620A shown in FIG. 7). Note that the normal vector always has a constant length and can also be called a normal unit vector. From now on, it will simply be called a normal vector.
  • a "water distribution block” refers to a pipe network divided into appropriate sections.
  • managing a piping network by dividing it into water distribution blocks is sometimes referred to as water distribution block formation.
  • Water distribution blocks have the following advantages: water pressure can be adjusted evenly on a block-by-block basis, the status of the piping network can be easily managed, the efficiency of water distribution management and piping network maintenance during normal times can be improved, and emergency response can be improved. There are advantages such as ease of use. From now on, the water distribution block may also be simply referred to as a "block.”
  • a “sensor” is something that converts some external force or the like into an electrical signal.
  • the pressure sensor in this specification converts water pressure applied to piping into an electrical signal and outputs the electrical signal.
  • the flow rate sensor converts the flow rate of water flowing through the pipe into an electrical signal and outputs the electrical signal.
  • a "pressure gauge” is an instrument that displays the pressure applied to a pipe
  • a “flow meter” is an instrument that displays the flow rate of water flowing through the pipe.
  • system includes a configuration consisting of one or more devices, a server, a virtual machine or container built in a cloud environment, or a system consisting of at least a portion of these.
  • system may include one or more information processing devices such as a personal computer, workstation, server device, tablet, or smartphone, and a sensor device having a sensor, or a combination thereof. good.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating an example of a comparison between a water leakage detection mechanism using flow rate and a water leakage detection mechanism according to the present embodiment.
  • the piping network 100A is an example of a piping network managed by a water leakage detection system that uses flow rate.
  • Piping network 100B is an example of a piping network managed by water leakage detection system 20 (see FIG. 2) according to this embodiment.
  • the piping network 100A and the piping network 100B are piping networks in the same region, but differ in the type and number of installed sensors.
  • a water distribution reservoir includes a reservoir.
  • the piping network can, for example, be divided into several water distribution blocks.
  • the water company may manage the piping network that branches from the most upstream piping that connects to the distribution reservoir or the piping that is close to the distribution reservoir as one block.
  • the water company manages the piping networks 100A and 100B by dividing the piping networks branching from the piping 120 into A block, B block, and C block.
  • a sensor 101A is arranged at the most upstream side of each block (piping connected to the piping 120).
  • the sensor 101A is a flow rate sensor and measures the flow rate of water to each block.
  • a certain monitoring device (not shown) can detect the presence or absence of water leakage within each block based on changes in water flow rate measurement data acquired from each sensor 101A installed at the most upstream side of each block. . For example, if the flow rate of water measured by the sensor 101A of the A block increases, the monitoring device can estimate that a water leak has occurred in the A block.
  • the monitoring device can only detect the occurrence of water leakage in units of blocks, the water leakage area 110A estimated by the monitoring device ends up being the entire block. Therefore, water utilities have to search for water leakage points in the entire block, and the task of finding the water leakage points increases the cost of maintaining the piping network.
  • the sensor 101B is a water pressure sensor and measures the water pressure applied to each pipe or each connection point between pipes.
  • Monitoring device 200 acquires water pressure measurement data from each of the plurality of sensors 101B.
  • the monitoring device 200 calculates the dynamic water level as seen from a predetermined reference value for each location in the piping network based on the water pressure value for each location in the piping network (the location where each sensor 101B is arranged).
  • the monitoring device 200 estimates the location of the water leak based on changes in the dynamic water level at each location in the piping network.
  • the monitoring device 200 calculates the difference between each of the plurality of normal vectors on the dynamic water level distribution at the first time point and each of the plurality of normal vectors on the dynamic water level distribution at the second time point. Estimate the location of the water leak based on the following. The details will be described later, but if there is no water leakage at the first point in time and a water leakage occurs at the second point in time, the normal vector near the water leakage point will be greatly displaced (the direction of the normal vector changes significantly). A specific method for calculating the amount of change in the normal vector will be explained with reference to FIGS. 5 to 7.
  • the monitoring device 200 uses measurement data from the sensors 101B distributed within each block. Therefore, the monitoring device 200 can specify a more detailed position within the block as the water leakage area 110B estimated by the monitoring device 200. Thereby, by using the water leakage detection system 20, the water company can identify the water leakage location in a shorter time than when using other water leakage detection systems.
  • FIG. 2 is a diagram showing an example of the overall image of the water leakage detection system 20.
  • the water leak detection system 20 includes a sensor device 210 and a monitoring device 200. The roles of the sensor device 210 and the monitoring device 200 will be explained with reference to FIG. 2.
  • the sensor device 210 is composed of a communication section 220 and a pressure sensor 230.
  • the pressure sensor 230 is, for example, a water pressure sensor, measures the water pressure in the pipe, and outputs measurement data (electrical signal) indicating the water pressure to the communication unit 220.
  • monitoring device 200 may also function as a flow rate sensor. In this case, sensor device 210 may transmit water pressure and flow rate to monitoring device 200 as measurement data.
  • the communication unit 220 transmits the measurement data acquired from the pressure sensor 230 to the monitoring device 200.
  • the communication unit 220 associates information indicating the location of the pipe (pipe ID (Identifier)) and/or information that uniquely identifies the sensor device 210 (sensor ID) with the measurement data, and transmits this information to the monitoring device 200. It's okay.
  • the sensor device 210 may include a communication unit 220 and a plurality of pressure sensors 230 connected to the communication unit 220. In this case, the communication unit 220 transmits measurement data acquired from the plurality of pressure sensors 230 to the monitoring device 200.
  • the communication unit 220 also transmits information indicating the location of the piping (piping ID) and/or information that uniquely identifies each of the plurality of pressure sensors 230 (sensor ID) to the measurement information obtained from each of the plurality of pressure sensors 230. This information may be associated with data and transmitted to the monitoring device 200.
  • the communication unit 220 and each of the plurality of pressure sensors 230 may communicate via a wired or wireless communication line.
  • the communication unit 220 can communicate with the monitoring device 200 via a wired or wireless communication line.
  • the communication unit 220 may communicate with the monitoring device 200 via the access point 240 and the Internet 250 when using a wireless network.
  • the communication unit 220 may communicate with the monitoring device 200 via a local area network other than the Internet 250 or any other communication network.
  • the communication unit 220 may communicate with the monitoring device 200 via a 3G line, 4G line, 5G line, LPWA (Low Power Wide Area-network), or any other communication line.
  • the sensor device 210 corresponds to the sensor 101B and is installed at various locations in the piping network.
  • the piping network includes A block, B block, and C block as in the example of FIG. 1, the plurality of sensor devices 210 are distributed and arranged in each of A block, B block, and C block. Ru.
  • the sensor device 210 may be provided at a branch point of piping. In other aspects, the sensor device 210 may be provided in the middle of the piping. In other aspects, the sensor device 210 may be provided at all branches within the piping network. Moreover, in other aspects, the sensor device 210 may be provided at a part of a branch within the piping network. Furthermore, in other aspects, the sensor device 210 may be provided on a pipe or a part of a branch within the pipe network. If the number of sensor devices 210 is increased, the accuracy of detecting the presence or absence of water leakage and the accuracy of estimating the location of the water leak can be improved. The number of devices 210 to be deployed may be determined.
  • the monitoring device 200 receives measurement data (water pressure) from each of the plurality of sensor devices 210, analyzes the measurement data, detects the presence or absence of water leakage, and further estimates the location of the water leakage. More specifically, the monitoring device 200 calculates the dynamic water level in each location of the piping network based on the water pressure value for each location of the piping network, based on a predetermined reference value. For example, the monitoring device 200 calculates the dynamic water level at each location within the A block using measurement data from the sensor devices 210 distributed within the A block. Furthermore, the monitoring device 200 can calculate the dynamic water level distribution within the A block from the dynamic water levels at each location within the A block. As an example, assume that ten sensor devices 210 are provided in block A.
  • the monitoring device 200 can calculate the dynamic water levels at 10 locations within the A block. Furthermore, the monitoring device 200 can calculate a dynamic water level distribution (such as the dynamic water level distribution 600A in FIG. 7) by connecting the dynamic water levels at 10 locations in the A block with a straight line or a curve. Thereby, the monitoring device 200 can calculate the normal vector at each point on the dynamic water level distribution (for example, points placed at regular intervals on the dynamic water level distribution or the location where the sensor device 210 is placed). The monitoring device 200 detects the presence or absence of a water leak and estimates the location of the water leak based on the difference in normal vectors calculated in time series (for example, the difference in normal vectors between a first time point and a second time point). can be done.
  • a dynamic water level distribution such as the dynamic water level distribution 600A in FIG. 7
  • the monitoring device 200 determines which pipe in which block the received measurement data corresponds to, based on the pipe ID and/or sensor ID received from each of the plurality of sensor devices 210. You may. In another aspect, the monitoring device 200 determines which piping in which block the received measurement data is based on the IP (Internet Protocol) address, MAC (Media Access Control) address, etc. of the transmission source of the measurement data. It may be determined whether the In this case, the monitoring device 200 stores related information in which the IP address or MAC address is linked to each pipe (or position information of the pipe), each sensor device 210, etc. in the storage 313 (see FIG. 3). It's okay.
  • IP Internet Protocol
  • MAC Media Access Control
  • the flow rate sensor measures the flow rate of water in the attached piping.
  • a pipe network monitoring device analyzes measurement data from a flow rate sensor and can detect a water leak from the difference between the amount of water flowing into and out of a certain pipe.
  • large-scale construction work may be required, including four steps: water shutoff (water outage), cutting of the piping, installation of equipment (flow rate sensor), and water supply. be.
  • flow rate sensors are extremely expensive compared to pressure sensors, and it is difficult to prepare them in large quantities.
  • the pressure sensor can be attached to piping via a water distribution faucet with a saddle, so there is no need for water shutoff work.
  • water distribution valves to the bases of fire hydrants or air valves
  • pressure sensors can be easily distributed throughout the piping network.
  • pressure sensors have the advantage that they are cheaper (approximately one-tenth the price) and easier to prepare in quantity than flow rate sensors.
  • the water leakage detection system 20 provides a new water leakage detection service by using a pressure sensor that is easier to introduce than before.
  • FIG. 3 is a diagram showing an example of the hardware configuration of the sensor device 210 and the monitoring device 200. With reference to FIG. 3, the hardware configurations of the sensor device 210 and the monitoring device 200 will be described.
  • the sensor device 210 mainly includes a control unit 301, a communication interface (hereinafter referred to as IF) 302, a pressure sensor 303, and an internal bus 305.
  • the control unit 301, communication IF 302, and internal bus 305 correspond to the communication unit 220.
  • Pressure sensor 303 corresponds to pressure sensor 230.
  • the sensor device 210 may include one communication unit 220 (control unit 301, communication IF 302, and internal bus 305) and a plurality of pressure sensors 230 (pressure sensors 303).
  • the communication unit 220 control unit 301, communication IF 302, and internal bus 305 and one or more pressure sensors 230 (pressure sensors 303) may be realized as an integral type, or may be realized as separate bodies. Good too.
  • the control unit 301 controls the operation of the sensor device 210 as a whole.
  • the control unit 301 can execute a series of processes of acquiring measurement data of the pressure sensor 303 and transmitting the measurement data to the monitoring device 200 via the communication IF 302.
  • control unit 301 may include a processor (not shown), a memory (not shown), and a storage (not shown).
  • the control unit 301 is implemented using an SoC (System on Chip), SoM (System on Module), FPGA (Field Programmable Gate Array), ASIC (Application Specific Integrated Circuit), any other computer, or a combination thereof. It can be realized.
  • the communication IF 302 communicates with the monitoring device 200 via a wired network, a wireless network, or a network that combines these. More specifically, the communication IF 302 transmits the measurement data of the pressure sensor 303 (measurement result of the water pressure in the piping) to the monitoring device 200. In one aspect, the communication IF 302 may periodically transmit measurement data to the monitoring device 200. In another aspect, the communication IF 302 may transmit measurement data to the monitoring device 200 based on receiving a measurement data request notification from the monitoring device 200.
  • the communication IF 302 may be realized by a wired LAN (Local Area Network) port, a Wi-Fi (registered trademark) (Wireless Fidelity) module, or the like.
  • the communication IF 302 may transmit and receive data using communication protocols such as TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol) and UDP (User Datagram Protocol).
  • the pressure sensor 303 measures the water pressure in the piping, converts the measurement result (water pressure) into an electrical signal, and outputs the electrical signal to the control unit 301.
  • pressure sensor 303 may convert the measurement result (water pressure) into an analog signal.
  • the pressure sensor 303 may convert the measurement result (water pressure) into a digital signal.
  • the pressure sensor 303 may have a function as a pressure gauge, such as displaying the measured water pressure on a meter (not shown) provided in the sensor device 210.
  • the pressure sensor 303 may be an existing pressure gauge that is used or modified.
  • An internal bus 305 connects the control unit 301, communication IF 302, and pressure sensor 303 so that they can communicate with each other.
  • sensor device 210 may include a control unit for bus communication.
  • the monitoring device 200 mainly includes a processor 311, a memory 312, a storage 313, an external device IF 314, an input IF 315, an output IF 316, a communication IF 317, and an internal bus 318.
  • the processor 311 can execute programs for realizing various functions of the monitoring device 200.
  • Processor 311 is configured, for example, by at least one integrated circuit.
  • the integrated circuit may be configured by, for example, at least one CPU (Central Processing Unit), at least one GPU (Graphics Processing Unit), at least one FPGA, at least one ASIC, or a combination thereof.
  • the memory 312 stores programs executed by the processor 311 and data referenced by the processor 311.
  • the memory 312 may be implemented by DRAM (Dynamic Random Access Memory), SRAM (Static Random Access Memory), or the like.
  • the storage 313 is a non-volatile memory and stores programs executed by the processor 311 and data referenced by the processor 311.
  • the processor 311 executes the program read from the storage 313 to the memory 312 and refers to the data read from the storage 313 to the memory 312.
  • the storage 313 is realized by a HDD (Hard Disk Drive), an SSD (Solid State Drive), an EPROM (Erasable Programmable Read Only Memory), an EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory), or a flash memory. can be done.
  • the external device IF 314 can be connected to any external device such as a printer, scanner, and external HDD.
  • the external device IF 314 may be realized by a USB (Universal Serial Bus) terminal or the like.
  • the input IF 315 can be connected to any input device such as a keyboard, mouse, touch pad, or game pad.
  • the input IF 315 may be realized by a USB terminal, a PS/2 terminal, a Bluetooth (registered trademark) module, or the like.
  • the output IF 316 can be connected to any output device such as a cathode ray tube display, a liquid crystal display, or an organic EL (Electro-Luminescence) display.
  • the output IF 316 may be realized by a USB terminal, a D-sub terminal, a DVI (Digital Visual Interface) terminal, an HDMI (registered trademark) (High-Definition Multimedia Interface) terminal, a display port, etc. .
  • the communication IF 317 is connected to other devices via a wired network or a wireless network.
  • the communication IF 317 may be realized by a wired LAN port, a Wi-Fi module, or the like.
  • the communication IF 317 may transmit and receive data using communication protocols such as TCP/IP and UDP.
  • the internal bus 318 connects the processor 311, memory 312, storage 313, external device IF 314, input IF 315, output IF 316, and communication IF 317 so that they can communicate with each other.
  • monitoring device 200 may include a control unit for bus communication.
  • the monitoring device 200 may be connected to input/output devices such as a display and a keyboard, and may be directly operated by a user.
  • the monitoring device 200 may provide various functions to the user as a cloud service or a web application via a network. In this case, the user may use the functions of the monitoring device 200 via a browser or client software installed on his or her terminal.
  • FIG. 4 is a diagram showing an example of the configuration of functional blocks of the water leakage detection system 20 according to the present embodiment. With reference to FIG. 4, the functions provided in the water leakage detection system 20 will be described.
  • each functional block shown in FIG. 4 may be implemented by software.
  • each software can realize each function shown in FIG. 4 by being executed on the hardware shown in FIG. 3.
  • the water leak detection system 20 has, as main functions and data, a data acquisition section 401, a dynamic water level calculation section 402, a difference calculation section 403, a visualization section 404, an abnormality determination section 405, an estimation section 406, and an output section. 407, an estimation data storage section 408, and a determination data storage section 409.
  • the data acquisition unit 401 acquires water pressure data of piping.
  • the data acquisition unit 401 acquires water pressure data from each of the sensor devices 210 distributed in the piping network.
  • data acquisition unit 401 may be connected to sensor device 210 via a wired network or a wireless network.
  • the data acquisition unit 401 outputs the water pressure data received from each sensor device 210 to the dynamic water level calculation unit 402.
  • the monitoring device 200 may store predetermined reference values and elevation information of each pipe in the storage 313.
  • the dynamic water level calculation unit 402 reads the predetermined reference value and the elevation information of each pipe from the storage 313, acquires the water pressure data of each pipe from the data acquisition unit 401, and performs the dynamic water level calculation process. It can be executed.
  • the monitoring device 200 (data acquisition unit 401) may acquire the elevation information of the installation location of each sensor device 210 along with the measurement data from each sensor device 210.
  • the dynamic water level calculation unit 402 can read a predetermined reference value from the storage 313, acquire the elevation information and water pressure data of each pipe from the data acquisition unit 401, and execute the dynamic water level calculation process.
  • the dynamic water level calculated by the dynamic water level calculation unit 402 is the dynamic water level at the location where each sensor device 210 is installed.
  • the location where each sensor device 210 is installed may be referred to as a "monitoring location.”
  • the difference calculation unit 403 calculates normal vectors to the dynamic water level distribution in chronological order, and calculates each of the plurality of normal vectors on the dynamic water level distribution at different times (for example, a first time point and a second time point). Calculate the difference between The difference calculation unit 403 outputs the difference to the visualization unit 404, the abnormality determination unit 405, and the estimation unit 406, respectively.
  • the difference calculation unit 403 generates a dynamic water level distribution from the dynamic water levels at each monitoring location at a certain point in time.
  • the difference calculation unit 403 generates a normal vector on the dynamic water level distribution at a certain point in time.
  • the difference calculation unit 403 may arrange normal vectors at regular intervals on the dynamic water level distribution.
  • the difference calculation unit 403 may arrange a normal vector at each location on the dynamic water level distribution corresponding to the location where each sensor device 210 is located. Note that all normal vectors have the same magnitude.
  • the difference calculation unit 403 may arrange a normal vector having a predetermined reference length on the dynamic water level distribution.
  • the difference calculation unit 403 calculates a dynamic water level distribution 600A as shown in FIG. 7 and a normal vector 620A on the dynamic water level distribution 600A.
  • the difference calculation unit 403 repeatedly generates a normal vector on the dynamic water level distribution at each point in time.
  • the difference calculation unit 403 calculates each of the plurality of normal vectors on the dynamic water level distribution at a certain time point (first time point) and the plurality of normal vectors on the dynamic water level distribution at another time point (second time point). Calculate the difference between each of the line vectors.
  • the time difference between the first time point and the second time point may be any time difference, such as one hour or one day.
  • the monitoring device 200 may receive in advance from the user a setting input for an interval between two time points for comparing normal vectors. Thereby, the user can obtain the amount of change in the normal vector at arbitrary time intervals, such as the amount of change in the normal vector in units of one hour, the amount of change in the normal vector in units of one day, etc.
  • each sensor device 210 measures the water pressure of each pipe at a first time point, then measures the water pressure of each pipe at a second time point, and then measures the water pressure of each pipe at a third time point.
  • the difference calculation unit 403 calculates the difference between each of the plurality of normal vectors on the dynamic water level distribution at the first time point and each of the plurality of normal vectors on the dynamic water level distribution at the third time point. It is possible.
  • the visualization unit 404 displays each of a plurality of normal vectors on the dynamic water level distribution at a certain time point (first time point) and each of the plurality of normal vectors on the dynamic water level distribution at another time point (second time point). Visualize the difference between the two and generate visualization information.
  • the visualization information includes, for example, visualization information 1100 (see FIG. 10) and visualization information 1210 (see FIG. 11).
  • the visualization unit 404 outputs visualization information to the output unit 407.
  • the abnormality determination unit 405 determines each of a plurality of normal vectors on the dynamic water level distribution at a certain time point (first time point) and a plurality of normal vectors on the dynamic water level distribution at another time point (second time point). Based on the difference between each of the vectors, it can be determined whether or not there is an abnormality (water leakage) in the piping network using an arbitrary threshold value and analysis method.
  • the abnormality determination unit 405 generates abnormality determination information, which is information indicating whether or not there is an abnormality (water leakage) in the piping network, based on the determination result.
  • the abnormality determination information may be a flag indicating the presence or absence of an abnormality (water leakage).
  • the abnormality determination section 405 outputs the abnormality determination information to the estimation section 406.
  • the estimating unit 406 estimates the water leak location based on the abnormality determination information obtained from the abnormality determination unit 405.
  • the estimation unit 406 calculates each of a plurality of normal vectors on the dynamic water level distribution at a certain time point (first time point) and each of the plurality of normal vectors on the dynamic water level distribution at another time point (second time point).
  • the location of the water leak is estimated based on the difference between As an example, the estimation unit 406 superimposes the piping network information and the dynamic water level distribution, and determines that water leakage has occurred in the piping near the normal vector where the difference between the first time point and the second time point is the maximum. It can be estimated.
  • the estimation unit 406 superimposes the piping network information and the dynamic water level distribution, and determines the position surrounded by normal vectors with a large difference between the first time point and the second time point (for example, as shown in FIG. 7). It can be estimated that a water leak has occurred in a pipe located at a position such as the normal vector 750 at the center of the dynamic water level distribution shown. Estimating section 406 outputs estimated information on the water leak location to output section 407 .
  • the output unit 407 outputs various information such as visualization information, water leak occurrence alert information, and estimated water leak location information.
  • the output unit 407 may display visualization information on a display connected to the output IF 316 of the monitoring device 200 or a display built into the monitoring device 200.
  • the output unit 407 may transmit visualization information to the user's terminal via the communication IF 317.
  • the estimation data storage unit 408 stores various information necessary for estimating the water leak location.
  • Various information necessary for estimating a water leak location may include, for example, various threshold values for estimating a water leak location, a learned model, a setting file for an estimation method, and the like.
  • the estimation unit 406 can estimate the water leak location by referring to various information stored in the estimation data storage unit 408.
  • the determination data storage unit 409 stores various information necessary for abnormality determination (water leakage determination).
  • Various information necessary for abnormality determination may include, for example, various threshold values for abnormality determination, a learned model, a setting file for an abnormality determination method, and the like.
  • the abnormality determination unit 405 can determine the presence or absence of an abnormality (water leakage) by referring to various information stored in the determination data storage unit 409.
  • the monitoring device 200 may include all the functions shown in FIG. 4. Further, in other aspects, the sensor device 210 may include any part of the functions shown in FIG. 4 . In this case, the sensor device 210 transmits the results of the internally executed processing to the monitoring device 200. As an example, when the sensor device 210 includes a data acquisition unit 401 and a dynamic water level calculation unit 402, the sensor device 210 transmits data on the dynamic water level of the piping to the monitoring device 200.
  • water distribution facilities distribute water by applying water pressure to the piping network from a water distribution reservoir or water distribution pump station.
  • the dynamic water level reaches its maximum at the most upstream areas, such as distribution reservoirs and distribution pump stations.
  • the closer you go to the end of the piping network the more losses (partial losses) occur due to friction within the piping, bends in the piping, or obstructions such as valves, and the dynamic water level decreases. Analyzing this phenomenon using hydraulics is called ⁇ pipe network hydraulic calculation.'''
  • FIG. 5 is a diagram showing the concepts of hydrostatic pressure, hydrodynamic pressure, static water level, and dynamic water level.
  • water is supplied from the distribution reservoir 50 to the piping network 510.
  • Piping network 510 is arranged along ground 500.
  • a pressure booster pump 550 for increasing water pressure may be provided in the middle of the piping network 510.
  • a normal water supply network is composed of a plurality of pipes combined to form a network, but for the sake of simplicity, we will assume that a single pipe network 510 is constructed from the water distribution reservoir 50. explain.
  • Water surface 520 indicates the water surface of water distribution reservoir 50.
  • the hydraulic gradient 525 is a series of hydraulic water levels at each location of the piping network 510.
  • Hydrostatic pressure 530 is the water pressure exerted on location 501 on piping network 510 when no water is flowing.
  • the hydrostatic pressure 530 is determined by the height difference (static head) from the piping at the location 501 to the water surface 520 of the water distribution reservoir 50.
  • the static water level indicates the height of the water column as seen from a certain reference value (for example, an altitude of 0 m, etc.) when water is not flowing.
  • a certain reference value for example, an altitude of 0 m, etc.
  • Dynamic hydraulic pressure 540 is the water pressure exerted at location 502 on piping network 510 when water is flowing. Dynamic pressure, like hydrostatic pressure, is converted to the height of the water column (dynamic head). By connecting the hydraulic heads at each location of the piping network 510, a hydraulic gradient 525 is created. That is, the hydraulic pressure 540 is determined by the height difference (dynamic head) from the piping at the location 502 to the hydraulic gradient 525.
  • the dynamic water level indicates the height of a water column as viewed from a certain reference value (for example, an altitude of 0 m, etc.) when water is flowing.
  • FIG. 6 is a diagram showing an example of the dynamic water level and its normal vector before and after water leakage occurs.
  • the dynamic water level and the normal vector of the dynamic water level distribution will be described.
  • the dynamic water level and the normal vector of the dynamic water level distribution will be described using a configuration in which the pressure booster pump 550 is not provided on the piping network 510 as an example.
  • the dynamic water level distribution is expressed as a straight line or plane for ease of explanation, but the dynamic water level distribution is based on the shape of the piping and the connection relationship of each piping. etc., it is not necessarily a perfect plane and may have a certain degree of curved surface.
  • the dynamic water level distribution 600A is a series of dynamic water levels at each location of the piping network 510 during normal times (when no water leakage occurs). Note that the dynamic water level distribution 600A appears to be a straight line (one-dimensional), but if the piping network 510 is spread out like a mesh, the dynamic water level distribution 600A is represented as a plane (two-dimensional). (The same applies to the dynamic water level distribution 600B).
  • the dynamic water level is the height of the water column as seen from a certain reference value (for example, 0 m elevation, etc.) when water is flowing, so if each dynamic water level of the piping network 510 is connected, it will not be affected by the shape of the ground and will form a straight line. Alternatively, a dynamic water level distribution 600A that is close to a straight line can be obtained.
  • the water leak detection system 20 generates a dynamic water level distribution 600A based on measurement data obtained from each sensor device 210 distributed in the piping network 510. Next, the water leak detection system 20 arranges normal vectors 620A at regular intervals on this dynamic water level distribution 600A. The length of each normal vector 620A is the same.
  • each normal vector 620A on the dynamic water level distribution 600A points in substantially the same direction.
  • the dynamic water level distribution 600B is a series of dynamic water levels at each location in the piping network 510 during an abnormality (when water leakage occurs).
  • the water leakage detection system 20 arranges normal vectors 620B at regular intervals on this dynamic water level distribution 600B. It can be seen that at a certain location 650, the dynamic water level distribution 600B is significantly tilted. This indicates that water leakage has occurred at location 650 and the dynamic water level of piping network 510 has decreased significantly. Since the dynamic water level is significantly lower only near the location 650, the slope of the dynamic water level distribution 600B near the location 650 also changes significantly. As a result, the normal vector near location 650 also changes direction significantly.
  • the water leak detection system 20 detects that the difference between the normal vector of location X at a certain point in time (first point in time) and the normal vector in location X at another point in time (second point in time) Based on this, it can be determined that water leakage has occurred near location X.
  • FIG. 7 is a diagram showing an example of the amount of change in the normal vector before and after water leakage occurs.
  • a dynamic water level distribution 600A during normal times and a dynamic water level distribution 600B during abnormal times (when water leakage occurs) are expressed by curved surfaces.
  • the dynamic water level distribution 600A with no water leakage has no extreme slope and is flat.
  • the dynamic water level distribution 600B at the time of water leakage is greatly curved (a large slope occurs) centering around the water leakage point.
  • the water leak detection system 20 calculates a difference 710 between each normal vector 620A on the dynamic water level distribution 600A and each normal vector 620B on the dynamic water level distribution 600B.
  • the water leak detection system 20 can determine the presence or absence of a water leak and estimate the location of the water leak based on the magnitude of the difference 710.
  • the direction of the normal vector at the center of the water leakage point may be close to the normal vector direction. Therefore, in a certain situation, the water leakage detection system 20 uses a plurality of normal vectors 760 adjacent to the normal vector 750 of the part where the dynamic water level is lowest on the dynamic water level distribution in order to determine the presence or absence of water leakage. Based on each difference 710, the presence or absence of water leakage can be determined.
  • the water leak detection system 20 uses the difference 710 in the normal vector 750 and the differences 710 in each of the surrounding normal vectors 760 (for example, the average value, median value, integrated value of each difference 710). etc.), the presence or absence of water leakage can be determined.
  • the water leakage detection system 20 does not use the difference 710 in the normal vector 750 of the part where the dynamic water level is the lowest on the dynamic water level distribution, but instead uses each of the plurality of normal vectors 760 around it. Based on the difference 710 in (using the average value, median value, integrated value, etc. of each difference 710), the presence or absence of water leakage may be determined.
  • the water leak detection system 20 determines the presence or absence of water leakage based on the difference 710 in the normal vector 750, without using the difference 710 in each of the surrounding normal vectors 760. Good too.
  • FIG. 8 is a diagram showing an example of a block of a piping network used in the simulation. Referring to FIG. 8, an experimental method for simulating water leak detection using the water leak detection system 20 will be described.
  • a piping network 800 that looks like one block is created.
  • Locations 810A, 810C, 810D, and 810E are normal water outflow locations.
  • a small amount of water (drainage simulated as a normal outflow of water in an actual piping network) is discharged from the piping network 800 to the outside at locations 810A, 810C, 810D, and 810E.
  • Location 810B is a water leak location.
  • a large amount of water is discharged to the outside from the piping network 800 at location 810B (deliberately creating a leak).
  • the water leakage detection system 20 executes a simulation based on measurement data acquired from the sensor device 210 installed in the piping network 800.
  • the water leak detection system 20 calculates the dynamic water level at each monitoring location using measurement data obtained from the sensor device 210 installed at each branch point on the piping network or a part of the piping, and A dynamic water level distribution can be created from the calculated dynamic water level.
  • FIG. 9 is a diagram showing an example of the amount of change in the normal vector on the dynamic water level distribution when a water leak occurs in the piping network 800.
  • a contour diagram 910 shows the dynamic water level distribution of the piping network 800 during normal conditions. In the state shown in the contour diagram 910, water leakage has not yet occurred at location 810B.
  • the contour diagram 920 shows the dynamic water level distribution of the piping network 800 when water leakage occurs. In the state shown in the contour diagram 920, water leakage has occurred at location 810B. Comparing the contour diagrams 910 and 920, some change in the dynamic water level can be seen, but the change is not significant enough.
  • the contour diagram 930 shows each normal vector on the contour diagram 910 (dynamic water level distribution of the piping network 800 during normal conditions) and the contour diagram 920 (dynamic water level distribution of the piping network 800 when water leakage occurs). shows the difference (amount of change in normal vector) from each normal vector. Referring to the contour diagram 930, it can be seen that the value of the normal vector changes significantly near the location 810B, which is the water leakage point (a large height difference occurs in the contour diagram 930 near the location 810B).
  • the water leakage detection system 20 analyzes the amount of change (difference) in each normal vector on the dynamic water level distribution, which changes significantly due to the influence of water leakage, to detect the presence or absence of water leakage with high precision, and to It is possible to estimate the location of water leakage. Thereby, the water leakage detection system 20 can detect, with high precision, even a small amount of water leakage that cannot be detected only by a change in water pressure, for example.
  • the monitoring device 200 collects data indicating the difference between the piping network and the normal vector at different times (first time point, second time point) (temporal change in the normal vector) for each location of the piping network. can be superimposed and output as visualized information.
  • the user can recognize that a water leak has occurred, and can also grasp the location of the water leak.
  • the monitoring device 200 may display the visualized information on the display or transmit it to the user's terminal together with an alert.
  • FIG. 10 is a diagram showing a first example of visualization information according to this embodiment.
  • the water leak detection system 20 (monitoring device 200) measures the magnitude of the difference in normal vectors (temporal change in normal vectors) at different times (first time point, second time point) in each location of the piping network.
  • the water leakage detection system 20 (monitoring device 200) generates visualization information 1000 by superimposing the contour diagram and the piping network.
  • the water leakage detection system 20 may output the visualized information 1000 to a display or may transmit it to a user's terminal.
  • the water leakage detection system 20 can output visualization information in which a contour map, a piping network, and ground map information are superimposed.
  • the water leakage detection system 20 expresses the magnitude of the difference in normal vectors at different times (first time point, second time point) for each location of the piping network as a shaded diagram. It is possible.
  • FIG. 11 is a diagram showing a second example of visualization information according to this embodiment.
  • the water leak detection system 20 (monitoring device 200) measures the magnitude of the difference in normal vectors (temporal change in normal vectors) at different times (first time point, second time point) in each location of the piping network. A bird's-eye view can be generated to show. Then, the water leakage detection system 20 (monitoring device 200) generates visualization information 1100 (in the example of FIG. 11, the display of the piping network is omitted) by superimposing the bird's-eye view and the piping network. For example, the water leak detection system 20 (monitoring device 200) may output the visualized information 1100 to a display, or may transmit it to a user's terminal.
  • the water leakage detection system 20 may output visualization information in which a bird's eye view, a piping network, and ground map information are superimposed.
  • the water leakage detection system 20 expresses the magnitude of the difference in normal vectors as a graph (such as placing a bar graph on the map) in addition to a contour diagram or a bird's-eye view, and and the piping network, or visualization information in which the graph, the piping network, and the ground map information are superimposed may be output.
  • FIG. 12 is a diagram showing a third example of visualization information according to this embodiment.
  • Screen 1200 is an example of a display connected to monitoring device 200 or a display of a user terminal.
  • the water leak detection system 20 (monitoring device 200) can add information to the generated visualization information 1210.
  • the water leak detection system 20 outputs (displays on a display or sends to the user's terminal) a detailed map 1220 of the area around (near) the estimated water leak location, navigation guidance, etc. obtain.
  • the detailed map 1220 a separately created water facility ledger or pipeline mapping diagram may be used.
  • the water leak detection system 20 can output (display on a display or transmit to a user's terminal) information on workers who can head to the estimated water leak location.
  • the water leak detection system 20 outputs both (or one of them) a detailed map 1220 of the area around the estimated water leak location and information on workers who can go to the estimated water leak location. It is possible.
  • the monitoring device 200 may provide a means for the administrator to contact the worker.
  • the user may send a response request, map information, navigation guidance information, and information indicating the water leak status (flow rate, time of occurrence, location, etc.) to the terminal of the worker arriving at the site from the screen 1200. It's okay.
  • FIG. 13 is a diagram showing an example of the dynamic water level distribution of a certain piping network before and after the occurrence of water leakage, and the amount of change in the normal vector on the dynamic water level distribution.
  • the contour diagram 1310 shows the dynamic water level distribution of the piping network at a time when no water leakage occurs (first time point).
  • the contour diagram 1320 shows the dynamic water level distribution of the piping network when water leakage occurs (second time point).
  • a contour diagram 1330 shows each normal vector on the dynamic water level distribution of a certain piping network when no water leakage occurs (first time point) and a certain piping when water leakage occurs (second time point). It shows the size of the difference between each normal vector on the dynamic water level distribution of the net.
  • FIG. 14 is a diagram illustrating an example of the analysis function of the amount of change (difference) in each normal vector in the water leakage detection system 20.
  • the water leak detection system 20 can, for example, switch and display screens 1410, 1420, and 1430 that are visualized information based on an operation input from a user. Note that although the functions of the water leakage detection system 20 are explained using a contour diagram as an example in FIG. 14, this is only an example. In some aspects, water leak detection system 20 may provide similar functionality to the user using shaded views, bird's eye views, and the like.
  • a screen 1410 shows each normal vector on the dynamic water level distribution of a piping network when no water leakage occurs (first time point) and a certain piping network when water leakage occurs (second time point). shows the magnitude of the difference between each normal vector on the dynamic water level distribution.
  • a screen 1420 shows each normal vector on the dynamic water level distribution of a certain piping network when there is no water leakage (first time point) and a certain piping network when water leakage is occurring (second time point). It shows the magnitude of the squared difference between each normal vector on the dynamic water level distribution.
  • a screen 1430 shows each normal vector on the dynamic water level distribution of a piping network when no water leakage occurs (first time point) and a certain piping network when water leakage occurs (second time point). It shows the size of the cube of the difference between each normal vector on the dynamic water level distribution.
  • the water leak detection system 20 can narrow down the candidates for water leak locations by exponentiating the amount of change (difference) of each normal vector on the dynamic water level distribution of the piping network. .
  • the water leakage detection system 20 may multiply the amount of change (difference) of each normal vector on the dynamic water level distribution of the piping network by a coefficient. Users can perform power calculations and coefficient multiplications for the amount of change (difference) in each normal vector to meet requests such as narrowing down candidates for water leaks in detail or broadly confirming locations where there is a risk of water leaks. Settings may be entered into the water leak detection system 20.
  • the water leak detection system 20 changes the visualized information as shown in screens 1410 to 1430 based on the user's input.
  • FIG. 15 is a diagram showing an example of internal processing of the water leakage detection system 20 according to this embodiment.
  • the processor 311 may load a program for performing the processing in FIG. 15 from the storage 313 into the memory 312 and execute the program.
  • part or all of the processing may be implemented as a combination of circuit elements configured to perform the processing.
  • the water leakage detection system 20 may change the execution order of each step in the flowchart below as necessary. Note that the water leakage detection system 20 can perform the following steps in units of blocks (for example, units of A, B, and C blocks shown in FIG. 1).
  • step S1510 the water leakage detection system 20 acquires time-series measurement data from each sensor device 210.
  • each sensor device 210 may add a time stamp to measurement data and transmit the measurement data to the monitoring device 200.
  • the monitoring device 200 may add a time stamp to the received measurement data.
  • step S1520 the water leakage detection system 20 calculates the time-series dynamic water level at each monitoring location (the installation location of each sensor device 210).
  • the water leakage detection system 20 may add to the generated dynamic water level a time stamp that is attached to the measurement data used to calculate the dynamic water level.
  • step S1530 the water leakage detection system 20 creates a dynamic water level distribution.
  • the water leakage detection system 20 generates a dynamic water level distribution as shown in FIG. 6, as an example.
  • water leak detection system 20 may generate a dynamic water level distribution from a group of dynamic water levels that have the same timestamp.
  • step S1540 the water leakage detection system 20 calculates the amount of change in each normal vector on the dynamic water level distribution.
  • the water leak detection system 20 detects each of a plurality of normal vectors on the dynamic water level distribution at a certain point in time (a first point in time) and a plurality of normal vectors on the dynamic water level distribution at another point in time (a second point in time). The difference between each of the line vectors (the amount of change in each normal vector) is calculated.
  • step S1550 the water leakage detection system 20 visualizes the amount of change in each normal vector.
  • the water leak detection system 20 generates visualization information as shown in FIGS. 10-12.
  • the water leakage detection system 20 determines whether the amount of change in the normal vector is greater than or equal to a threshold value. In one aspect, the water leakage detection system 20 may determine whether there is even one normal vector whose amount of change is equal to or greater than a threshold value among the plurality of normal vectors on the dynamic water level distribution. In another aspect, the water leakage detection system 20 includes a group of normal vectors (a certain normal vector, It may also be determined whether there is a group of a plurality of surrounding normal vectors, etc.).
  • the water leakage detection system 20 detects an average of the amount of change in each normal vector included in a group (a group of a certain normal vector and a plurality of normal vectors around the certain normal vector, etc.). It may be determined whether the value, median value, maximum value, or minimum value is greater than or equal to a threshold value. If the water leakage detection system 20 determines that the amount of change in the normal vector is equal to or greater than the threshold (YES in step S1560), it moves control to step S1570. Otherwise (NO in step S1560), water leak detection system 20 returns control to step S1510.
  • step S1570 the water leakage detection system 20 outputs an alert.
  • water leak detection system 20 may output an alert to a display connected to monitoring device 200.
  • the water leak detection system 20 may send an alert to the user's terminal.
  • the water leakage detection system 20 estimates the abnormal location (location where water leakage has occurred). As an example, the water leakage detection system 20 can estimate a location where the amount of change in each normal vector is particularly large as an abnormal location. In a certain aspect, the water leakage detection system 20 may output (display on a display or transmit to a user's terminal) visualization information and estimated abnormality information together with an alert.
  • the water leakage detection system 20 can detect the presence or absence of water leakage based on changes in the dynamic water level at each location in the piping network, and can further estimate the location of the water leakage. More specifically, the water leak detection system 20 detects a change in each normal vector on the dynamic water level distribution (a change in the direction of each normal vector) due to a change in the dynamic water level at each location in the piping network. can be detected. Furthermore, the water leakage detection system 20 can estimate that a water leak has occurred in a pipe near a place where the amount of change in the difference in normal vectors is large, for example, by superimposing the dynamic water level distribution and the pipe network.

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Abstract

配管の漏水箇所を推定するための技術を提供する。漏水検知システム（２０）は、配管網に分散配置された複数の圧力センサー（２３０）と、配管網の漏水箇所を推定する監視装置（２００）とを備える。複数の圧力センサー（２３０）の各々は、配管網の場所ごとの水圧の計測データを監視装置（２００）に送信する。監視装置（２００）は、配管網の場所ごとの計測データに基づいて、配管網の場所ごとにおける予め定められた基準値からみた動水位を算出し、配管網の場所ごとの動水位の変化に基づいて、漏水箇所を推定する。

Description

漏水検知システムおよび漏水検知方法
　本開示は、漏水を検知する技術に関し、より特定的には、水圧センサーを用いて漏水を検知する技術に関する。
　多くの自治体において、水道の配管の老朽化が進行している。そのため、老朽化した配管からの漏水が増加傾向にあり、各自治体の水道事業の収益低下および漏水事故リスク等が問題となっている。
　配管の漏水箇所の早期把握・対応は、水道事業の経営健全化に加え、漏水事故による二次災害の防止にも貢献する。しかしながら、現在の漏水調査は、現地に専門の調査員を派遣し人海戦術で配管の異常を確認している。近年、水道技術者の減少が続いており、調査員が不足している。そのため、個人の技術に依存せず、効率的かつ確実に漏水箇所を特定できる技術が求められている。
　漏水箇所を検知する技術に関し、例えば、特開２０２１－１８３９３６号公報（特許文献１）は、「複数の配管経路を含む配管網における漏水の位置を推定する漏水位置推定システム」を開示しており、当該漏水位置推定システムは、「漏水判定部及び推定部を有する。漏水判定部は、配管網に設置された漏水センサーによって取得された配管網に関する振動の計測値に基づいて、配管網に漏水が発生しているか否かを判定する。推定部は、漏水判定部によって配管網において漏水が発生していると判定された場合に、計測値と、各配管経路に漏水が発生している場合に漏水センサーによって取得され得る配管経路毎の振動の予測値とに基づいて、複数の配管経路のうち漏水が発生している配管経路を推定する」というものである（［要約］参照）。
特開２０２１－１８３９３６号公報
　特許文献１に開示された技術によると、振動から漏水を推定するためのモデルの生成が必要であり、また、漏水センサーは水の流量および水圧等を直接計測しているわけではないため、振動に基づく漏水箇所の推定精度は必ずしも高くない可能性がある。したがって、配管の漏水箇所をより高精度に推定するための技術が必要とされている。
　本開示は、上記のような背景に鑑みてなされたものであって、ある局面における目的は、配管の漏水箇所を推定するための技術を提供することにある。
　ある実施の形態に従うと、漏水検知システムが提供される。漏水検知システムは、配管網に分散配置された複数の圧力センサーと、配管網の漏水箇所を推定する監視装置とを備える。複数の圧力センサーの各々は、配管網の場所ごとの水圧の計測データを監視装置に送信する。監視装置は、配管網の場所ごとの計測データに基づいて、配管網の場所ごとにおける予め定められた基準値からみた動水位を算出し、配管網の場所ごとの動水位の変化に基づいて、漏水箇所を推定する。
　ある局面において、配管網の場所ごとの動水位の変化に基づいて、漏水箇所を推定することは、第１の時点における動水位分布上の複数の法線ベクトルの各々と、第２の時点における動水位分布上の複数の法線ベクトルの各々との差分に基づいて、漏水箇所を推定することを含む。
　ある局面において、差分に基づいて、漏水箇所を推定することは、差分に係数を掛ける、または、差分をべき乗することと、係数を掛けた後またはべき乗後の差分に基づいて、漏水箇所を推定することとを含む。
　ある局面において、監視装置は、配管網と、配管網の場所ごとの差分の大きさを示すデータとを重ね合わせて出力する。
　ある局面において、配管網の場所ごとの差分の大きさを示すデータは、配管網の場所ごとの差分に基づいて生成されるコンター図、陰影図、鳥瞰図またはグラフである。
　ある局面において、配管網と、配管網の場所ごとの差分の大きさを示すデータとを重ね合わせて出力することは、配管網の場所ごとの差分の大きさを示すデータに、さらに地図を重ね合わせて出力することを含む。
　ある局面において、監視装置は、推定された漏水箇所の近傍の地図、または、漏水箇所に向かうことができる作業員の情報の少なくとも１つを出力する。
　ある局面において、配管網は、複数のブロックに分けられている。配管網の場所ごとの動水位の変化に基づいて、漏水箇所を推定することは、複数のブロックの各々における漏水箇所を推定することを含む。
　他の実施の形態に従うと、配管網の漏水検知方法が提供される。漏水検知方法は、配管網に分散配置された複数の圧力センサーの各々から、水圧の計測データを取得するステップと、配管網の場所ごとの計測データに基づいて、配管網の場所ごとにおける予め定められた基準値からみた動水位を算出するステップと、配管網の場所ごとの動水位の変化に基づいて、漏水箇所を推定するステップとを含む。
　ある実施の形態に従うと、配管の漏水箇所を推定することが可能である。
　この開示内容の上記および他の目的、特徴、局面および利点は、添付の図面と関連して理解される本開示に関する次の詳細な説明から明らかとなるであろう。
流量を使用する漏水検知の仕組みと、ある実施の形態に従う漏水検知の仕組みとの比較の一例を示す図である。 漏水検知システム２０の全体像の一例を示す図である。 センサー装置２１０および監視装置２００のハードウェア構成の一例を示す図である。 ある実施の形態に従う漏水検知システム２０の機能ブロックの構成の一例を示す図である。 静水圧、動水圧、静水位および動水位の概念を示す図である。 漏水発生前後における動水位およびその法線ベクトルの一例を示す図である。 漏水発生前後における法線ベクトルの変化量の一例を示す図である。 シミュレーションに使用された配管網のブロックの一例を示す図である。 配管網８００で漏水が発生したときの動水位分布上の法線ベクトルの変化量の大きさの一例を示す図である。 ある実施の形態に従う可視化情報の第１の例を示す図である。 ある実施の形態に従う可視化情報の第２の例を示す図である。 ある実施の形態に従う可視化情報の第３の例を示す図である。 漏水発生前後のある配管網の動水位分布および動水位分布上の法線ベクトルの変化量の例を示す図である。 漏水検知システム２０における各法線ベクトルの変化量（差分）の分析機能の一例を示す図である。 ある実施の形態に従う漏水検知システム２０の内部処理の一例を示す図である。
　以下、図面を参照しつつ、本開示に係る技術思想の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰り返さない。
　＜Ａ．用語＞
　最初に、本明細書に開示される発明の説明に必要となる用語「配管」、「配管網」、「静水圧」、「動水圧」、「静水位」、「動水位」、「圧力水頭」、「動水勾配」、「動水位分布」、「法線ベクトル（法線単位ベクトル）」、「配水ブロック」、「センサー」、「圧力計」、「流量計」および「システム」の意味について説明する。
　本明細書において「配管」とは、水を配送するための管であり、複数の配管が互いに接続されることで配管網を形成する。一例として、配管は水道管等である。
　また、本明細書において「配管網」とは、複数の配管が互いに接続されることで構成される。配管網は、複数の配管からなる網全体、および、複数の配管からなる網の一部（後述する配水ブロック等）も包含する。一例として、配管網は、水道管網等である。
　また、本明細書において「静水圧」とは、配管内に水の流れが発生していない時に配管内に作用する圧力である。また、本明細書において「動水圧」とは、配管内に水の流れが発生している時の配管内に作用する圧力である。静水圧および動水圧の単位として、例えば、kPa（キロパスカル）、MPa（メガパスカル）等が使用され得る。
　また、本明細書において「静水位」とは、静水圧を水柱の高さ（「静水頭」とも呼ぶ）に換算し、当該静水頭に、配管のある場所の標高を加味した値である。また、本明細書において「動水位」とは、動水圧を水柱の高さ（「動水頭」とも呼ぶ）に換算し、当該動水頭に、配管のある場所の標高を加味した値である。静水位および動水位の単位として、例えば、ｍ（メートル）等が使用され得る。静水位および動水位の詳細については、図５を参照して説明する。また、「静水位」および「動水位」は、例えば、標高（海抜）０ｍ等の予め定められた基準値からの水柱の高さとして表される。
　また、本明細書において「圧力水頭」とは、配管に作用する圧力（水頭）を意味し、静水圧（静水頭）、動水圧（動水頭）等を包含する。また、本明細書において「動水勾配」とは、配管内に水の流れが発生している時の配管の各場所の圧力水頭の水面を連ねた線である。
　また、本明細書において「動水位分布」とは、動水位を面的に表現したものである（図７に示される導水分布６００Ａ等）。また、本明細書において「法線ベクトル（法線単位ベクトル）」とは、動水位分布の面に対して常に垂直なベクトルのことである（図７に示される本線ベクトル６２０Ａ等）。なお、法線ベクトルは、常に長さが一定であり、法線単位ベクトルと呼ぶこともできる。これ以降は、単に法線ベクトルと呼ぶ。
　また、本明細書において「配水ブロック」とは、配管網を適当な区画に分割したものである。また、配管網を配水ブロックに分割して管理することを配水ブロック化と呼ぶこともある。配水ブロック化には、ブロック単位で水圧を均等に調整できること、配管網の状態の管理を容易にすること、平常時の配水管理および配管網の維持の効率の向上、および、非常時における対応を容易にすること等の利点がある。これ以降、配水ブロックを単に「ブロック」と呼ぶこともある。
　また、本明細書において「センサー」とは、何らかの外力等を電気信号に変換するものである。例えば、本明細書における圧力センサーは、配管にかかる水圧を電気信号に変換し、当該電気信号を出力する。同様に、流量センサーは、配管を流れる水の流量を電気信号に変換し、当該電気信号を出力する。また、本明細書において「圧力計」とは、配管にかかる圧力を表示する計器であり、「流量計」とは、配管を流れる水の流量を表示する計器である。
　また、本明細書において、「システム」とは、１または複数の装置からなる構成、サーバ、クラウド環境に構築された仮想マシンもしくはコンテナ、または、これらの少なくとも一部から構成されるシステムを包含する。また、システムは、１台以上のパーソナルコンピュータ、ワークステーション、サーバ装置、タブレット、スマートフォン等の情報処理装置と、センサーを有するセンサー装置とを含んでいてもよく、また、これらの組合せであってもよい。
　＜Ｂ．漏水検知システムの動作概要＞
　図１は、流量を使用する漏水検知の仕組みと、本実施の形態に従う漏水検知の仕組みとの比較の一例を示す図である。配管網１００Ａは、流量を使用する漏水検知システムによって管理される配管網の一例である。配管網１００Ｂは、本実施の形態に従う漏水検知システム２０（図２参照）によって管理される配管網の一例である。配管網１００Ａおよび配管網１００Ｂは、同じ地域の配管網であり、設置されるセンサーの種類および配置数が異なる。
　配管網において、水は、一般的に、配水池から上流の配管を経由して、上流の配管から枝分かれした下流の配管に分配されていく。なお、本明細書において、配水池は、貯水池を包含する。配管網は、例えば、いくつかの配水ブロック（ブロック）に分けることができる。一例として、水道事業者は、配水池に繋がる最上流の配管または配水池に近い配管から分岐する先の配管網を１つのブロックとして管理してもよい。図１の例では、水道事業者は、配管網１００Ａ，１００Ｂを、配管１２０から分岐する配管網をＡブロック、ＢブロックおよびＣブロックにわけて管理している。
　まず、配管網１００Ａにおける漏水検知の一例の概要について説明する。配管網１００Ａは、各ブロックの最上流（配管１２０に接続される配管）に、センサー１０１Ａが配置される。センサー１０１Ａは、流量センサーであり、各ブロックへの水の流量を計測する。ある監視装置（図示せず）は、各ブロックの最上流に設置されたセンサー１０１Ａの各々から取得した水の流量の計測データの変化に基づいて、各ブロック内での漏水の有無を検知し得る。例えば、当該監視装置は、Ａブロックのセンサー１０１Ａが計測した水の流量が増加した場合、Ａブロックに漏水が発生したと推定し得る。しかしながら、当該監視装置は、ブロック単位でしか漏水の発生を検知し得ないため、当該監視装置による推定漏水エリア１１０Ａは、ブロック全体となってしまう。そのため、水道事業者は、ブロック全体の中から漏水箇所を探し出す必要があり、当該漏水箇所を探し出す作業が配管網の維持のコストを増大させていた。
　次に、本実施の形態に従う配管網１００Ｂにおける漏水検知の概要について説明する。配管網１００Ｂは、各ブロック内に、センサー１０１Ｂが分散配置される。センサー１０１Ｂは、水圧センサーであり、各配管または配管同士の各接続点にかかる水圧を計測する。本実施の形態に従う監視装置２００（図３参照）は、複数のセンサー１０１Ｂの各々から水圧の計測データを取得する。監視装置２００は、配管網の場所（各センサー１０１Ｂが配置された場所）ごとの水圧値に基づいて、配管網の場所ごとにおける予め定められた基準値からみた動水位を算出する。そして、監視装置２００は、配管網の場所ごとの動水位の変化に基づいて、漏水箇所を推定する。
　より具体的には、監視装置２００は、第１の時点における動水位分布上の複数の法線ベクトルの各々と、第２の時点における動水位分布上の複数の法線ベクトルの各々との差分に基づいて、漏水箇所を推定する。詳細については後述するが、第１の時点において漏水が発生しておらず、第２の時点において漏水が発生している場合、漏水箇所付近の法線ベクトルは大きく変位する（法線ベクトルの向きが大きく変化する）。法線ベクトルの変化量の具体的な算出方法については、図５～図７を参照して説明する。
　監視装置２００は、各ブロック内に分散配置されたセンサー１０１Ｂの計測データを使用する。そのため、監視装置２００は、監視装置２００による推定漏水エリア１１０Ｂとして、ブロック内のより詳細な位置を特定し得る。これにより、水道事業者は、漏水検知システム２０を使用することで、他の漏水検知システムを使用する場合と比較して、より短時間で漏水箇所を特定し得る。
　＜Ｃ．漏水検知システムの構成＞
　次に、図２～図４を参照して、本実施の形態に従う漏水検知システム２０のシステム構成、漏水検知システム２０に含まれるハードウェア、および、漏水検知システム２０が備える機能（もしくはソフトウェア）について説明する。
　（ａ．システム概要）
　図２は、漏水検知システム２０の全体像の一例を示す図である。漏水検知システム２０は、センサー装置２１０と、監視装置２００とを備える。図２を参照して、センサー装置２１０および監視装置２００の各々の役割について説明する。
　センサー装置２１０は、通信部２２０および圧力センサー２３０から構成される。圧力センサー２３０は、例えば水圧センサーであり配管内の水圧を測定し、当該水圧を示す計測データ（電気信号）を通信部２２０に出力する。他の局面において、監視装置２００は、流量センサーとしての機能も備え得る。この場合、センサー装置２１０は、水圧および流量を計測データとして監視装置２００に送信し得る。
　通信部２２０は、圧力センサー２３０から取得した計測データを監視装置２００に送信する。通信部２２０は、配管の場所を示す情報（配管ＩＤ（Identifier））および／またはセンサー装置２１０を一意に識別する情報（センサＩＤ）を計測データと関連付け、これらの情報を監視装置２００に送信してもよい。ある局面において、センサー装置２１０は、通信部２２０と、通信部２２０に接続される複数の圧力センサー２３０から構成されてもよい。この場合、通信部２２０は、複数の圧力センサー２３０から取得した計測データを監視装置２００に送信する。また、通信部２２０は、配管の場所を示す情報（配管ＩＤ）および／または複数の圧力センサー２３０の各々を一意に識別する情報（センサＩＤ）を複数の圧力センサー２３０の各々から得られた計測データと関連付け、これらの情報を監視装置２００に送信してもよい。他の局面において、通信部２２０と、複数の圧力センサー２３０の各々とは、有線または無線の通信回線を介して通信し得る。
　通信部２２０は、有線または無線の通信回線を介して、監視装置２００と通信し得る。通信部２２０は、無線ネットワークを使用する場合、アクセスポイント２４０およびインターネット２５０を介して監視装置２００と通信し得る。ある局面において、通信部２２０は、インターネット２５０以外のローカルエリアネットワーク、またはその他の任意の通信網を介して監視装置２００と通信してもよい。一例として、通信部２２０は、３Ｇ回線、４Ｇ回線、５Ｇ回線、ＬＰＷＡ（Low　Power　Wide　Area-network）、その他の任意の通信回線を介して、監視装置２００と通信し得る。
　センサー装置２１０は、センサー１０１Ｂに対応し、配管網の各所に設置される。一例として、配管網が、図１の例のようにＡブロック、ＢブロックおよびＣブロックを含む場合、複数のセンサー装置２１０は、Ａブロック、ＢブロックおよびＣブロックの各々に、分散して配置される。
　ある局面において、センサー装置２１０は、配管の分岐点に設けられてもよい。他の局面において、センサー装置２１０は、配管の途中に設けられてもよい。また、他の局面において、センサー装置２１０は、配管網内の全ての分岐に設けられてもよい。また、他の局面において、センサー装置２１０は、配管網内の分岐の一部に設けられてもよい。さらに、他の局面において、センサー装置２１０は、配管網内の配管上および分岐の一部に設けられてもよい。センサー装置２１０の配置数が多くなると、漏水の有無の検知精度、および、漏水箇所の推定精度は向上し得るため、ユーザは、必要とする漏水検知能力および漏水箇所の推定精度に合わせて、センサー装置２１０の配備数を決定してもよい。
　監視装置２００は、複数のセンサー装置２１０の各々から計測データ（水圧）を受信し、当該計測データを分析して、漏水の有無を検知し、さらに漏水箇所を推定する。より具体的には、監視装置２００は、ブロック単位で、配管網の場所ごとの水圧値に基づいて、配管網の場所ごとにおける予め定められた基準値からみた動水位を算出する。例えば、監視装置２００は、Ａブロック内に分散配置されたセンサー装置２１０の計測データを用いて、Ａブロック内の各場所における動水位を算出する。また、監視装置２００は、Ａブロック内の各場所における動水位から、Ａブロック内の動水位分布を算出し得る。一例として、Ａブロック内に１０個のセンサー装置２１０が設けられていたとする。この場合、監視装置２００は、Ａブロック内の１０箇所の動水位を算出し得る。さらに、監視装置２００は、Ａブロック内の１０箇所の動水位を直線または曲線で繋げることで、動水位分布（図７の動水位分布６００Ａ等）を算出し得る。これにより、監視装置２００は、動水位分布上の各点（例えば、動水位分布上に一定間隔毎に配置された点、または、センサー装置２１０の配置場所）における法線ベクトルを算出し得る。監視装置２００は、時系列に算出した法線ベクトルの差分（例えば、第１の時点および第２の時点の法線ベクトルの差分）に基づいて、漏水の有無の検知、および、漏水箇所の推定を行い得る。
　ある局面において、監視装置２００は、複数のセンサー装置２１０の各々から受信した配管ＩＤおよび／またはセンサーＩＤに基づいて、受信した計測データがどのブロック内のいずれの配管の計測データであるかを判定してもよい。他の局面において、監視装置２００は、計測データの送信元のＩＰ（Internet　Protocol）アドレス、ＭＡＣ（Media　Access　Control）アドレス等に基づいて、受信した計測データがどのブロック内のいずれの配管の計測データであるかを判定してもよい。この場合、監視装置２００は、ストレージ３１３（図３参照）内に、ＩＰアドレスまたはＭＡＣアドレスを、各配管（もしくは配管の位置情報）、各センサー装置２１０等と紐付けた関連情報を格納していてもよい。
　（ｂ．センサーの特性）
　次に、漏水検知システム２０において使用される圧力センサー２３０の特性について、従来から使用されている流量センサー（流量計）と比較しながら説明する。漏水検知の方法として、流量センサー（もしくは流量計）を使用する方法と、圧力センサー（もしくは圧力計）を使用する方法とがある。
　流量センサーは、取り付けられた配管における水の流量を計測する。配管網の監視装置は、流量センサーの計測データを分析し、ある配管への水の流入量および流出量の差分から漏水を検知し得る。しかしながら、流量センサーを既存の配管に設置する場合、止水（断水）、配管の切断、機器（流量センサ）の取り付け、および、送水の４つの工程を含む大規模な工事を必要とすることもある。また、流量センサーは、圧力センサーと比較して極めて高価であり、大量に用意することが困難である。
　一方、圧力センサーは、サドル付分水栓を介して配管に取り付けることができるため、断水工事を必要としない。また、消火栓または空気弁の根元に分水栓を取り付けることで、容易に圧力センサーを配管網に分散配置し得る。さらに、圧力センサーは、流量センサーよりも安価（約１０分の１程度の価格）であり、数を用意しやすいという利点がある。
　従来、漏水は水の流量を見て判断されることが一般的であった。また、圧力センサーを使用する場合、センサー単体は安価であっても、多数の圧力センサーおよび通信装置を分散配置させる必要があり、圧力センサーを使用する漏水検知は普及していなかった。しかしながら、近年、通信機器のダウンサイジング等が進んだこともあり、水道事業体（たとえば沖縄等）によっては圧力センサー（圧力計）の導入が進んでいる。このような状況に鑑みて、本実施の形態に従う漏水検知システム２０は、従来よりも導入が容易になった圧力センサーを利用して、新しい漏水検知サービスを提供する。
　（ｃ．ハードウェア構成）
　図３は、センサー装置２１０および監視装置２００のハードウェア構成の一例を示す図である。図３を参照して、センサー装置２１０および監視装置２００のハードウェア構成について説明する。
　センサー装置２１０は、主な構成として、制御部３０１と、通信インターフェイス（以下、インターフェイスをＩＦと表わす）３０２と、圧力センサー３０３と、内部バス３０５とを備える。制御部３０１、通信ＩＦ３０２および内部バス３０５は、通信部２２０に対応する。圧力センサー３０３は、圧力センサー２３０に対応する。ある局面において、センサー装置２１０は、１つの通信部２２０（制御部３０１、通信ＩＦ３０２および内部バス３０５）と、複数の圧力センサー２３０（圧力センサー３０３）とを備えていてもよい。なお、通信部２２０（制御部３０１、通信ＩＦ３０２および内部バス３０５）と、１つ以上の圧力センサー２３０（圧力センサー３０３）とは、一体型として実現されてもよいし、別体として実現されてもよい。
　制御部３０１は、センサー装置２１０全体の動作を制御する。例えば、制御部３０１は、圧力センサー３０３の計測データを取得し、通信ＩＦ３０２を介して、当該計測データを監視装置２００に送信するという一連の処理を実行し得る。
　ある局面において、制御部３０１は、プロセッサ（図示せず）、メモリ（図示せず）、ストレージ（図示せず）を含んでいてもよい。他の局面において、制御部３０１は、ＳｏＣ（System　on　Chip）、ＳｏＭ（System　on　Module）、ＦＰＧＡ（Field　Programmable　Gate　Array）、ＡＳＩＣ（Application　Specific　Integrated　Circuit）、その他の任意のコンピュータまたはこれらの組合せにより実現され得る。
　通信ＩＦ３０２は、有線ネットワーク、無線ネットワーク、またはこれらを組み合わせたネットワークを介して、監視装置２００と通信する。より具体的には、通信ＩＦ３０２は、圧力センサー３０３の計測データ（配管の水圧の計測結果）を監視装置２００に送信する。ある局面において、通信ＩＦ３０２は、定期的に計測データを監視装置２００に送信してもよい。他の局面において、通信ＩＦ３０２は、監視装置２００から、計測データの要求通知を受信したことに基づいて、計測データを監視装置２００に送信してもよい。
　ある局面において、通信ＩＦ３０２は、有線ＬＡＮ（Local　Area　Network）ポートおよびＷｉ-Ｆｉ（登録商標）（Wireless　Fidelity）モジュール等によって実現され得る。他の局面において、通信ＩＦ３０２は、ＴＣＰ／ＩＰ（Transmission　Control　Protocol/Internet　Protocol）、ＵＤＰ（User　Datagram　Protocol）等の通信プロトコルを用いてデータを送受信してもよい。
　圧力センサー３０３は、配管の水圧を計測し、計測結果（水圧）を電気信号に変換し、当該電気信号を制御部３０１に出力する。ある局面において、圧力センサー３０３は、計測結果（水圧）をアナログ信号に変換し得る。他の局面において、圧力センサー３０３は、計測結果（水圧）をデジタル信号に変換し得る。また、他の局面において、圧力センサー３０３は、計測した水圧をセンサー装置２１０に設けられたメーター（図示せず）に表示する等の圧力計としての機能を備えていてもよい。さらに、他の局面において、圧力センサー３０３は、既存の圧力計を流用または改造したものであってもよい。
　内部バス３０５は、制御部３０１、通信ＩＦ３０２および圧力センサー３０３を相互に通信可能に接続する。ある局面において、センサー装置２１０は、バス通信用の制御ユニットを備え得る。
　監視装置２００は、主な構成として、プロセッサ３１１と、メモリ３１２と、ストレージ３１３と、外部機器ＩＦ３１４と、入力ＩＦ３１５と、出力ＩＦ３１６と、通信ＩＦ３１７と、内部バス３１８とを備える。
　プロセッサ３１１は、監視装置２００の各種機能を実現するためのプログラムを実行し得る。プロセッサ３１１は、例えば、少なくとも１つの集積回路によって構成される。集積回路は、例えば、少なくとも１つのＣＰＵ（Central　Processing　Unit）、少なくとも１つのＧＰＵ（Graphics　Processing　Unit）、少なくとも１つのＦＰＧＡ、少なくとも１つのＡＳＩＣまたはこれらの組み合わせ等によって構成され得る。
　メモリ３１２は、プロセッサ３１１によって実行されるプログラムと、プロセッサ３１１によって参照されるデータとを格納する。ある局面において、メモリ３１２は、ＤＲＡＭ（Dynamic　Random　Access　Memory）またはＳＲＡＭ（Static　Random　Access　Memory）等によって実現され得る。
　ストレージ３１３は、不揮発性メモリであり、プロセッサ３１１によって実行されるプログラムおよびプロセッサ３１１によって参照されるデータを格納する。その場合、プロセッサ３１１は、ストレージ３１３からメモリ３１２に読み出されたプログラムを実行し、ストレージ３１３からメモリ３１２に読み出されたデータを参照する。ある局面において、ストレージ３１３は、ＨＤＤ（Hard　Disk　Drive）、ＳＳＤ（Solid　State　Drive）、ＥＰＲＯＭ（Erasable　Programmable　Read　Only　Memory）、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically　Erasable　Programmable　Read　Only　Memory）またはフラッシュメモリー等によって実現され得る。
　外部機器ＩＦ３１４は、プリンター、スキャナーおよび外付けＨＤＤ等の任意の外部機器に接続され得る。ある局面において、外部機器ＩＦ３１４は、ＵＳＢ（Universal　Serial　Bus）端子等によって実現されてもよい。
　入力ＩＦ３１５は、キーボード、マウス、タッチパッドまたはゲームパッド等の任意の入力装置に接続され得る。ある局面において、入力ＩＦ３１５は、ＵＳＢ端子、ＰＳ／２端子およびＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）モジュール等によって実現されてもよい。
　出力ＩＦ３１６は、ブラウン管ディスプレイ、液晶ディスプレイまたは有機ＥＬ（Electro-Luminescence）ディスプレイ等の任意の出力装置に接続され得る。ある局面において、出力ＩＦ３１６は、ＵＳＢ端子、Ｄ－ｓｕｂ端子、ＤＶＩ（Digital　Visual　Interface）端子およびＨＤＭＩ（登録商標）（High-Definition　Multimedia　Interface）端子、ディスプレイポート（DisplayPort）等によって実現されてもよい。
　通信ＩＦ３１７は、有線ネットワークまたは無線ネットワークを介して他の機器と接続される。ある局面において、通信ＩＦ３１７は、有線ＬＡＮポートおよびＷｉ-Ｆｉモジュール等によって実現されてもよい。他の局面において、通信ＩＦ３１７は、ＴＣＰ／ＩＰ、ＵＤＰ等の通信プロトコルを用いてデータを送受信してもよい。
　内部バス３１８は、プロセッサ３１１、メモリ３１２、ストレージ３１３、外部機器ＩＦ３１４、入力ＩＦ３１５、出力ＩＦ３１６および通信ＩＦ３１７を相互に通信可能に接続する。ある局面において、監視装置２００は、バス通信用の制御ユニットを備えていてもよい。
　ある局面において、監視装置２００は、ディスプレイおよびキーボード等の入出力機器と接続されて、ユーザに直接操作されてもよい。他の局面において、監視装置２００は、ネットワークを介して、クラウドサービスまたはウェブアプリケーションとして、ユーザに各種機能を提供してもよい。この場合、ユーザは、自身の端末にインストールされたブラウザまたはクライアントソフトウェアを介して、監視装置２００の機能を使用し得る。
　（ｄ．機能構成）
　図４は、本実施の形態に従う漏水検知システム２０の機能ブロックの構成の一例を示す図である。図４を参照して、漏水検知システム２０が備える機能について説明する。ある局面において、図４に示される各機能ブロックは、ソフトウェアにより実現され得る。この場合、各ソフトウェアは、図３に示されるハードウェア上で実行されることにより、図４に示される各機能を実現し得る。
　漏水検知システム２０は、主な機能およびデータとして、データ取得部４０１と、動水位算出部４０２と、差分算出部４０３と、可視化部４０４と、異常判定部４０５と、推定部４０６と、出力部４０７と、推定用データ記憶部４０８と、判定用データ記憶部４０９とを備える。
　データ取得部４０１は、配管の水圧データを取得する。データ取得部４０１は、配管網に分散配置されたセンサー装置２１０の各々から水圧データを取得する。ある局面において、データ取得部４０１は、有線ネットワークまたは無線ネットワークを介してセンサー装置２１０と接続されてもよい。データ取得部４０１は、各センサー装置２１０から受信した水圧データを動水位算出部４０２に出力する。
　動水位算出部４０２は、データ取得部４０１から取得した水圧データに基づいて、動水位を算出する。より具体的には、動水位算出部４０２は、水圧データに加えて、予め定められた基準値（標高（海抜）０ｍ等）と、各配管の標高情報（基準値に対する高さ）とに基づいて、動水圧を水柱の高さに換算し配管の標高を加味することで、各センサー装置２１０の設置箇所の動水位を算出する。動水位算出部４０２は、算出した動水位を差分算出部４０３に出力する。
　ある局面において、監視装置２００は、予め定められた基準値および各配管の標高情報をストレージ３１３に格納していてもよい。この場合、動水位算出部４０２は、ストレージ３１３から、予め定められた基準値および各配管の標高情報を読み出し、データ取得部４０１から各配管の水圧データを取得して、動水位の算出処理を実行し得る。他の局面において、監視装置２００（データ取得部４０１）は、各センサー装置２１０から、計測データと共に、各センサー装置２１０の設置箇所の標高情報を取得してもよい。この場合、動水位算出部４０２は、ストレージ３１３から予め定められた基準値を読み出し、データ取得部４０１から各配管の標高情報および水圧データを取得して、動水位の算出処理を実行し得る。動水位算出部４０２により算出される動水位は、各センサー装置２１０が設置された場所の動水位である。これ以降、各センサー装置２１０が設置された場所を「監視場所」と呼ぶこともある。
　差分算出部４０３は、時系列順に動水位分布に対する法線ベクトルを算出し、また、異なる時間（例えば、第１の時点および第２の時点）における動水位分布上の複数の法線ベクトルの各々の差分を算出する。差分算出部４０３は、当該差分を可視化部４０４、異常判定部４０５、および推定部４０６にそれぞれ出力する。
　まず、差分算出部４０３は、ある時点における各監視場所の動水位から動水位分布を生成する。次に、差分算出部４０３は、ある時点の動水位分布上に法線ベクトルを生成する。一例として、差分算出部４０３は、動水位分布上に一定間隔で法線ベクトルを配置し得る。他の例として、差分算出部４０３は、各センサー装置２１０の配置場所に対応する動水位分布上の各場所に法線ベクトルを配置してもよい。なお、全ての法線ベクトルの大きさは同一である。差分算出部４０３は、予め定められた基準長となる法線ベクトルを動水位分布上に配置してもよい。一例として、差分算出部４０３は、図７に示されるような動水位分布６００Ａおよび当該動水位分布６００Ａ上の法線ベクトル６２０Ａを算出する。差分算出部４０３は、繰り返し、各時点における動水位分布上に法線ベクトルを生成する。
　次に、差分算出部４０３は、ある時点（第１の時点）における動水位分布上の複数の法線ベクトルの各々と、他の時点（第２の時点）における動水位分布上の複数の法線ベクトルの各々との差分を算出する。第１の時点および第２の時点の間の時間差は、１時間、１日等任意の時間差であってもよい。また、監視装置２００は、予めユーザから、法線ベクトルの比較のための２つの時点の間隔の設定入力を受け付けてもよい。これにより、ユーザは、１時間単位で法線ベクトルの変化量、１日単位での法線ベクトルの変化量等、任意の時間間隔での法線ベクトルの変化量を取得し得る。
　また、比較対象の法線ベクトルは、必ずしも時系列順に並べたときに前後のものでなくてもよい。例えば、各センサー装置２１０は、第１の時点で各配管の水圧の計測を行い、次に第２の時点で各配管の水圧の計測を行い、さらにその後に、第３の時点で各配管の水圧の計測を行ったとする。この場合、差分算出部４０３は、第１の時点における動水位分布上の複数の法線ベクトルの各々と、第３の時点における動水位分布上の複数の法線ベクトルの各々との差分を算出し得る。
　可視化部４０４は、ある時点（第１の時点）における動水位分布上の複数の法線ベクトルの各々と、他の時点（第２の時点）における動水位分布上の複数の法線ベクトルの各々との差分を可視化して、可視化情報として生成する。当該可視化情報は、一例として、可視化情報１１００（図１０参照）および可視化情報１２１０（図１１参照）のような情報を含む。可視化部４０４は、可視化情報を出力部４０７に出力する。
　異常判定部４０５は、ある時点（第１の時点）における動水位分布上の複数の法線ベクトルの各々と、他の時点（第２の時点）における動水位分布上の複数の法線ベクトルの各々との差分に基づいて、配管網に異常（漏水）があるか否かを判定する。一例として、異常判定部４０５は、差分が予め定められた閾値を超える法線ベクトルがある場合、配管網に異常があると判定し得る。他の例として、異常判定部４０５は、差分が予め定められた閾値を超える法線ベクトルが、予め定められた個数以上に観測されたことに基づいて、配管網に異常があると判定してもよい。その他、異常判定部４０５は、ある時点（第１の時点）における動水位分布上の複数の法線ベクトルの各々と、他の時点（第２の時点）における動水位分布上の複数の法線ベクトルの各々との差分に基づいて、任意の閾値および分析方法等を用いて、配管網に異常（漏水）があるか否かを判定し得る。異常判定部４０５は、判定結果に基づいて、配管網に異常（漏水）があるか否かを示す情報である異常判定情報を生成する。一例として、異常判定情報は、異常（漏水）の有無を示すフラグであってもよい。異常判定部４０５は、当該異常判定情報を推定部４０６に出力する。
　推定部４０６は、異常判定部４０５から異常判定情報を取得したことに基づいて、漏水箇所を推定する。推定部４０６は、ある時点（第１の時点）における動水位分布上の複数の法線ベクトルの各々と、他の時点（第２の時点）における動水位分布上の複数の法線ベクトルの各々との差分に基づいて、漏水箇所を推定する。一例として、推定部４０６は、配管網情報と動水位分布とを重ね合わせて、第１の時点および第２の時点間の差分が最大となる法線ベクトルの近傍の配管で漏水が発生したと推定し得る。他の例として、推定部４０６は、配管網情報と動水位分布とを重ね合わせて、第１の時点および第２の時点間の差分が大きい法線ベクトルに囲まれる位置（例えば、図７に示される動水位分布の中心にある法線ベクトル７５０の位置等）にある配管で漏水が発生したと推定し得る。推定部４０６は、漏水場所の推定情報を出力部４０７に出力する。
　出力部４０７は、可視化情報、漏水発生のアラート情報、漏水箇所の推定情報等の各種情報を出力する。ある局面において、出力部４０７は、監視装置２００の出力ＩＦ３１６に接続されるディスプレイ、または、監視装置２００に内蔵されるディスプレイに可視化情報を表示し得る。他の局面において、出力部４０７は、通信ＩＦ３１７を介して、ユーザの端末に可視化情報を送信してもよい。
　他の局面において、出力部４０７は、地図情報と、配管網情報と、動水位分布とを重ね合わせて、漏水が発生していると推定される配管の周辺地図を出力し得る。また、他の局面において、出力部４０７は、漏水現場に向かうことができる作業員の情報を出力してもよい。例えば、出力部４０７は、ストレージ３１３に保存されている地図情報、作業員情報を参照することで、漏水が起こっていると推定される配管の周辺地図および／または漏水現場に向かうことができる作業員の情報を生成してもよい。
　推定用データ記憶部４０８は、漏水箇所の推定に必要な各種情報を格納する。漏水箇所の推定に必要な各種情報は、一例として、漏水箇所の推定用の各種閾値、学習済モデル、推定方法の設定ファイル等を含み得る。推定部４０６は、推定用データ記憶部４０８に格納される各種情報を参照して漏水箇所を推定し得る。
　判定用データ記憶部４０９は、異常判定（漏水判定）に必要な各種情報を格納する。異常判定に必要な各種情報は、一例として、異常判定用の各種閾値、学習済モデル、異常判定方法の設定ファイル等を含み得る。異常判定部４０５は、判定用データ記憶部４０９に格納される各種情報を参照して異常（漏水）の有無を判定し得る。
　ある局面において、監視装置２００は、図４に示される全ての機能を備え得る。また、他の局面において、センサー装置２１０は、図４に示される機能の中の任意の一部の機能を備えていてもよい。この場合、センサー装置２１０は、内部で実行した処理の結果を監視装置２００に送信する。一例として、センサー装置２１０がデータ取得部４０１および動水位算出部４０２を備えている場合、センサー装置２１０は、配管の動水位のデータを監視装置２００に送信する。
　＜Ｄ．漏水検知の仕組み＞
　次に、静水圧、動水圧、静水位および動水位の概念、および、本実施の形態に従う漏水検知システム２０による漏水検知の詳細な仕組みについて、図５～図７を参照して説明する。
　なお、水道の配水施設は、配水池または配水ポンプ場等から配管網に水圧をかけることで配水する。配水の際には、最上流部となる配水池および配水ポンプ場等での動水位が最大となる。配管網の末端に行くほど、管路内の摩擦もしくは配管の曲がり、または、バルブ等の障害物に起因して各々の損失（部分損失）が発生し、動水位は下がる。水理学を用いてこの現象を解析することを「管網水理計算」という。
　図５は、静水圧、動水圧、静水位および動水位の概念を示す図である。図５の例では、水は、配水池５０から配管網５１０に供給されている。配管網５１０は、地盤５００に沿って配置されている。また、配管網５１０の途中には、水圧を増加するための増圧ポンプ５５０が設けられていることもある。なお、通常の水道網は、複数の配管が組み合わされて網の目のように構成されるが、説明を簡単にするため、配水池５０から一本道の配管網５１０が構成されているものとして説明する。水面５２０は、配水池５０の水面を示す。また、動水勾配５２５は、配管網５１０の各場所の動水位を連ねたものである。
　まず、「静水圧」について説明する。静水圧５３０は、水が流れない場合に、配管網５１０上の場所５０１にかかる水圧である。例えば、静水圧５３０は、場所５０１にある配管から配水池５０の水面５２０までの高低差（静水頭）で決まる。
　次に、「静水位」について説明する。静水位は、水が流れない場合における、ある基準値（例えば、標高０ｍ等）から見た水柱の高さを示す。例えば、場所５０３の静水位５６０は、（式）「静水位５６０＝静水頭５６１＋標高５６２」で表すことができる。すなわち、場所５０３の静水位は、場所５０３の静水頭に、場所５０３にある配管の標高を加算したものである。
　次に、「動水圧」について説明する。動水圧５４０は、水が流れる場合に、配管網５１０上の場所５０２にかかる水圧である。動水圧は、静水圧と同様に水柱の高さ（動水頭）に変換される。配管網５１０の各場所の動水頭を連ねることで動水勾配５２５ができる。すなわち、動水圧５４０は、場所５０２にある配管から動水勾配５２５までの高低差（動水頭）で決まる。
　次に、「動水位」について説明する。動水位は、水が流れる場合における、ある基準値（例えば、標高０ｍ等）から見た水柱の高さを示す。例えば、場所５０４の動水位５７０は、（式）「動水位５７０＝動水頭５７１＋標高５７２」で表すことができる。すなわち、場所５０４の動水位は、場所５０４にある配管の動水頭に、場所５０４にある配管の標高を加算したものである。
　図６は、漏水発生前後における動水位およびその法線ベクトルの一例を示す図である。図６を参照して、動水位および動水位分布の法線ベクトルについて説明する。なお、説明を簡単にするため、配管網５１０上に増圧ポンプ５５０がない構成を例に、動水位および動水位分布の法線ベクトルについて説明する。
　なお、図６および図７の例では、説明を容易にするために、一例として、直線または平面で動水位分布を表現しているが、動水位分布は、配管の形状および各配管の接続関係等により、必ずしも完全な平面とはならず、ある程度の曲面を有し得る。
　動水位分布６００Ａは、通常時（漏水が発生していない時）における配管網５１０の各場所の動水位を連ねたものである。なお、動水位分布６００Ａは、直線（一次元）のように見えるが、配管網５１０が網の目のように張り巡らされている場合、動水位分布６００Ａは、平面（２次元）で表される（動水位分布６００Ｂについても同様である）。動水位は、水が流れる場合におけるある基準値（例えば、標高０ｍ等）から見た水柱の高さであるため、配管網５１０の各動水位を連ねると、地盤の形状に影響されず、直線または直線に近い動水位分布６００Ａが得られる。
　漏水検知システム２０は、配管網５１０に分散配置された各センサー装置２１０から取得した計測データに基づいて、動水位分布６００Ａを生成する。次に、漏水検知システム２０は、この動水位分布６００Ａ上に、一定間隔で法線ベクトル６２０Ａを配置する。各法線ベクトル６２０Ａの長さは同一である。
　動水位分布６００Ａは、漏水の影響がないため、極端な傾斜（水圧の損失）はなく、緩やかな傾斜の直線を描いている。そのため、動水位分布６００Ａ上の各法線ベクトル６２０Ａは、互いにほぼ同じ方向を向いている。
　動水位分布６００Ｂは、異常時（漏水が発生している時）における配管網５１０の各場所の動水位を連ねたものである。漏水検知システム２０は、この動水位分布６００Ｂ上に、一定間隔で法線ベクトル６２０Ｂを配置する。ある場所６５０において、動水位分布６００Ｂは大きく傾いていることがわかる。これは、場所６５０において、漏水が発生し、配管網５１０の動水位が大きく低下していることを示す。場所６５０付近のみ動水位が大きく下がっているため、場所６５０付近の動水位分布６００Ｂの傾きも大きく変化する。その結果、場所６５０付近の法線ベクトルも大きく向きが変わる。
　上記のように、漏水が発生すると、漏水箇所付近の動水位分布の傾きが大きく変化し、漏水箇所付近の法線ベクトルも大きく変化する。そのため、漏水検知システム２０は、ある時点（第１の時点）での場所Ｘの法線ベクトルと、他の時点（第２の時点）での場所Ｘの法線ベクトルとの差分が一定以上になったことに基づいて、場所Ｘ付近で漏水が発生していると判定し得る。
　図７は、漏水発生前後における法線ベクトルの変化量の一例を示す図である。図７の例では、通常時の動水位分布６００Ａと、異常時（漏水発生時）の動水位分布６００Ｂとを曲面で表現している。
　漏水がない状態の動水位分布６００Ａは、極端な傾斜がなく平面的である。これに対して、漏水発生時の動水位分布６００Ｂは、漏水箇所付を中心として、大きく湾曲（大きな傾斜が発生）している。
　漏水検知システム２０は、動水位分布６００Ａ上の各法線ベクトル６２０Ａと、動水位分布６００Ｂ上の各法線ベクトル６２０Ｂとの差分７１０を算出する。漏水検知システム２０は、差分７１０の大きさに基づいて、漏水の有無を判定、および、漏水箇所を推定し得る。
　漏水箇所の中心の法線ベクトルの向きは、場合によっては通常時の法線ベクトルの向きに近くなることが考えられる。そのため、ある局面において、漏水検知システム２０は、漏水の有無を判定するために、動水位分布上で最も動水位が低くなっている部分の法線ベクトル７５０に隣接する複数の法線ベクトル７６０の各々の差分７１０に基づいて、漏水の有無を判定し得る。
　例えば、漏水検知システム２０は、法線ベクトル７５０における差分７１０と、その周辺の複数の法線ベクトル７６０の各々における差分７１０とに基づいて（例えば、各差分７１０の平均値、中央値、積算値等を用いて）、漏水の有無を判定し得る。
　他の例として、漏水検知システム２０は、動水位分布上で最も動水位が低くなっている部分の法線ベクトル７５０における差分７１０を使用せずに、その周辺の複数の法線ベクトル７６０の各々における差分７１０に基づいて（各差分７１０の平均値、中央値、積算値等を用いて）、漏水の有無を判定してもよい。
　さらに、他の例として、漏水検知システム２０は、周辺の複数の法線ベクトル７６０の各々における差分７１０を使用せずに、法線ベクトル７５０における差分７１０に基づいて、漏水の有無を判定してもよい。
　＜Ｅ．漏水検知のシミュレーション結果＞
　図８は、シミュレーションに使用された配管網のブロックの一例を示す図である。図８を参照して、漏水検知システム２０による漏水検知のシミュレーションの実験方法について説明する。
　実験では、１つのブロックに見立てた配管網８００を作成する。場所８１０Ａ，８１０Ｃ，８１０Ｄ，８１０Ｅは、正常な水の流出箇所である。実験中、場所８１０Ａ，８１０Ｃ，８１０Ｄ，８１０Ｅにおいて、配管網８００から外部に少量の水（実際の配管網における正常な水の流出に見立てた排水）が排出される。場所８１０Ｂは漏水箇所である。実験中、場所８１０Ｂにおいて、配管網８００から外部に大量の水が排出される（故意に漏水を発生させる）。漏水検知システム２０は、配管網８００に設置されたセンサー装置２１０から取得した計測データに基づいて、シミュレーションを実行する。シミュレーション結果は図９の通りである。なお、図８の例では、配管網８００の全ての分岐点にセンサー装置２１０が設置されているが、これは一例であり、必ずしもセンサー装置２１０が配管網８００の全ての分岐点に配置される必要はない。ある局面において、漏水検知システム２０は、配管網上の各分岐点または配管の一部に設置されたセンサー装置２１０から得られた計測データを用いて、各監視場所の動水位を算出し、当該算出した動水位から動水位分布を作成し得る。
　図９は、配管網８００で漏水が発生したときの動水位分布上の法線ベクトルの変化量の大きさの一例を示す図である。コンター図９１０は、正常時の配管網８００の動水位分布を示す。コンター図９１０に示される状態では、場所８１０Ｂでの漏水はまだ発生していない。コンター図９２０は、漏水発生時の配管網８００の動水位分布を示す。コンター図９２０に示される状態では、場所８１０Ｂで漏水が発生している。コンター図９１０，９２０を比較すると、ある程度の動水位の変化は見られるが、顕著と言えるほどの変化はない。これに対して、コンター図９３０は、コンター図９１０（正常時の配管網８００の動水位分布）上の各法線ベクトルと、コンター図９２０（漏水発生時の配管網８００の動水位分布）上の各法線ベクトルとの差分（法線ベクトルの変化量）を示す。コンター図９３０を参照すると、漏水箇所である場所８１０Ｂ付近で、法線ベクトルの値が顕著に変化している（場所８１０Ｂ付近でコンター図９３０に大きな高低差が発生している）ことがわかる。
　このように、漏水検知システム２０は、漏水の影響で顕著に変化する動水位分布上の各法線ベクトルの変化量（差分）を分析することで、高精度な漏水の有無の検知、および、漏水箇所の推定を実現し得る。これにより、漏水検知システム２０は、例えば、水圧の変化だけでは検出できないような少量の漏水でも高精度に検出し得る。
　＜Ｆ．漏水状況の可視化＞
　監視装置２００は、配管網と、配管網の場所ごとの異なる時間（第１の時点、第２の時点）における法線ベクトルの差分の大きさ（法線ベクトルの時間的な変化）を示すデータとを重ね合わせて、可視化情報として出力することができる。ユーザは、監視装置２００が出力した可視化情報を参照することで、漏水が発生したことを認識し、さらに、漏水箇所を把握し得る。なお、監視装置２００は、漏水を検知すると、アラートと共に、当該可視化情報をディスプレイに表示、または、ユーザの端末に送信してもよい。
　図１０は、本実施の形態に従う可視化情報の第１の例を示す図である。漏水検知システム２０（監視装置２００）は、配管網の場所ごとの異なる時間（第１の時点、第２の時点）における法線ベクトルの差分の大きさ（法線ベクトルの時間的な変化）を示すコンター図を生成し得る。コンター図では、異なる時間における法線ベクトルの差分の大きさが線で表されてもよいし、色で表されてもよいし、線および色が組み合わされてもよい。そして、漏水検知システム２０（監視装置２００）は、当該コンター図と配管網とを重ね合わせて、可視化情報１０００を生成する。漏水検知システム２０（監視装置２００）は、当該可視化情報１０００をディスプレイに出力してもよいし、ユーザの端末に送信してもよい。ある局面において、漏水検知システム２０（監視装置２００）は、コンター図、配管網および地上の地図情報を重ね合わせた可視化情報を出力し得る。他の局面において、漏水検知システム２０（監視装置２００）は、配管網の場所ごとの異なる時間（第１の時点、第２の時点）における法線ベクトルの差分の大きさを、陰影図として表現し得る。
　図１１は、本実施の形態に従う可視化情報の第２の例を示す図である。漏水検知システム２０（監視装置２００）は、配管網の場所ごとの異なる時間（第１の時点、第２の時点）における法線ベクトルの差分の大きさ（法線ベクトルの時間的な変化）を示す鳥瞰図を生成し得る。そして、漏水検知システム２０（監視装置２００）は、当該鳥瞰図と、配管網とを重ね合わせて、可視化情報１１００（図１１の例では、配管網の表示を省略している）を生成する。漏水検知システム２０（監視装置２００）は、例えば、当該可視化情報１１００をディスプレイに出力してもよいし、ユーザの端末に送信してもよい。ある局面において、漏水検知システム２０（監視装置２００）は、鳥瞰図、配管網および地上の地図情報を重ね合わせた可視化情報を出力してもよい。他の局面において、漏水検知システム２０（監視装置２００）は、コンター図、鳥瞰図以外にも、法線ベクトルの差分の大きさをグラフとして表現し（地図上に棒グラフを配置する等）、当該グラフおよび配管網を、または、当該グラフ、配管網および地上の地図情報を重ね合わせた可視化情報を出力してもよい。
　図１２は、本実施の形態に従う可視化情報の第３の例を示す図である。画面１２００は、監視装置２００に接続されたディスプレイの表示、または、ユーザ端末のディスプレイの表示の一例である。漏水検知システム２０（監視装置２００）は、生成した可視化情報１２１０に情報を付加し得る。一例として、漏水検知システム２０（監視装置２００）は、推定された漏水箇所の周辺の（近傍の）詳細な地図１２２０およびナビ案内等を出力（ディスプレイに表示、または、ユーザの端末に送信）し得る。詳細な地図１２２０として、別途作成された水道施設台帳または管路マッピング図が使用され得る。また、漏水検知システム２０（監視装置２００）は、推定された漏水箇所に向かうことができる作業員の情報を出力（ディスプレイに表示、または、ユーザの端末に送信）し得る。また、漏水検知システム２０（監視装置２００）は、推定された漏水箇所の周辺の詳細な地図１２２０および推定された漏水箇所に向かうことができる作業員の情報の両方（もしくはいずれか片方）を出力し得る。さらに、監視装置２００は、管理者が作業員に連絡を取る手段を用意してもよい。一例として、ユーザ（管理者）は、画面１２００から、現場に迎える作業員の端末に対応依頼、地図情報、ナビ案内の情報、漏水状況を示す情報（流量、発生時間、場所等）を送信してもよい。
　＜Ｇ．漏水発生時の配管網の動水位および法線ベクトルの各々の変化量＞
　図１３は、漏水発生前後のある配管網の動水位分布および動水位分布上の法線ベクトルの変化量の例を示す図である。コンター図１３１０は、漏水が発生していない時（第１の時点）のある配管網の動水位分布を示す。コンター図１３２０は、漏水が発生している時（第２の時点）のある配管網の動水位分布を示す。コンター図１３３０は、漏水が発生していない時（第１の時点）におけるある配管網の動水位分布上の各法線ベクトルと、漏水が発生している時（第２の時点）におけるある配管網の動水位分布上の各法線ベクトルとの差分の大きさを示す。
　コンター図１３１０，１３２０を比較すると、ほとんど差異がないことがわかる。一方で、コンター図１３３０を見ると、漏水箇所で法線ベクトルの差分の値が顕著に大きくなっていることがわかる。すなわち、漏水が発生した場合、動水位分布上の各法線ベクトルは、動水分布よりも顕著に変化することがわかる。このように、漏水検知システム２０は、漏水の影響で顕著に変化する動水位分布上の各法線ベクトルの変化量（差分）を分析することで、高精度な漏水の有無の検知、および、漏水箇所の推定を実現し得る。
　図１４は、漏水検知システム２０における各法線ベクトルの変化量（差分）の分析機能の一例を示す図である。漏水検知システム２０は、ユーザからの操作入力に基づいて、例えば、可視化情報である画面１４１０，１４２０，１４３０を切り替えて表示することができる。なお、図１４では、コンター図を例に漏水検知システム２０の機能を説明しているが、これは一例に過ぎない。ある局面において、漏水検知システム２０は、陰影図、鳥瞰図等を用いて同様の機能をユーザに提供してもよい。
　画面１４１０は、漏水が発生していない時（第１の時点）におけるある配管網の動水位分布上の各法線ベクトルと、漏水が発生している時（第２の時点）におけるある配管網の動水位分布上の各法線ベクトルとの差分の大きさを示す。
　画面１４２０は、漏水が発生していない時（第１の時点）におけるある配管網の動水位分布上の各法線ベクトルと、漏水が発生している時（第２の時点）におけるある配管網の動水位分布上の各法線ベクトルとの差分を２乗したものの大きさを示す。
　画面１４３０は、漏水が発生していない時（第１の時点）におけるある配管網の動水位分布上の各法線ベクトルと、漏水が発生している時（第２の時点）におけるある配管網の動水位分布上の各法線ベクトルとの差分を３乗したものの大きさを示す。
　画面１４１０～画面１４３０に示されるように、漏水検知システム２０は、配管網の動水位分布上の各法線ベクトルの変化量（差分）をべき乗することにより、漏水箇所の候補を絞り込むことができる。ある局面において、漏水検知システム２０は、配管網の動水位分布上の各法線ベクトルの変化量（差分）に係数をかけてもよい。ユーザは、漏水箇所の候補を詳細に絞り込みたい、または、漏水の恐れのある場所を広く確認したい等の要求に合わせて、各法線ベクトルの変化量（差分）に対するべき乗計算、係数の乗算の設定を漏水検知システム２０に入力し得る。漏水検知システム２０は、ユーザの入力に基づいて、画面１４１０～画面１４３０のように可視化情報を変化させる。
　＜Ｈ．システムの内部処理＞
　図１５は、本実施の形態に従う漏水検知システム２０の内部処理の一例を示す図である。ある局面において、プロセッサ３１１は、図１５の処理を行うためのプログラムをストレージ３１３からメモリ３１２に読み込んで、当該プログラムを実行してもよい。他の局面において、当該処理の一部または全部は、当該処理を実行するように構成された回路素子の組み合わせとしても実現され得る。また、漏水検知システム２０は、下記のフローチャートの各ステップの実行順序を必要に応じて変更してもよい。なお、漏水検知システム２０は、以下の各ステップをブロック単位（例えば、図１に示されるＡ，Ｂ，Ｃブロック等の単位）で行い得る。
　ステップＳ１５１０において、漏水検知システム２０は、各センサー装置２１０から時系列の計測データを取得する。ある局面において、各センサー装置２１０は、計測データにタイムスタンプを付与して監視装置２００に送信してもよい。他の局面において、監視装置２００は、受信した計測データにタイムスタンプを付与してもよい。
　ステップＳ１５２０において、漏水検知システム２０は、各監視場所（各センサー装置２１０の設置場所）における時系列の動水位を算出する。ある局面において、漏水検知システム２０は、生成した動水位に、当該動水位を算出するために使用した計測データに付与されているタイムスタンプを付与してもよい。
　ステップＳ１５３０において、漏水検知システム２０は、動水位分布を作成する。漏水検知システム２０は、一例として、図６に示されるような動水位分布を生成する。ある局面において、漏水検知システム２０は、同一のタイムスタンプを有する動水位のグループから、動水位分布を生成し得る。
　ステップＳ１５４０において、漏水検知システム２０は、動水位分布上の各法線ベクトルの変化量を算出する。一例として、漏水検知システム２０は、ある時点（第１の時点）における動水位分布上の複数の法線ベクトルの各々と、他の時点（第２の時点）における動水位分布上の複数の法線ベクトルの各々との差分（各法線ベクトルの変化量）を算出する。
　ステップＳ１５５０において、漏水検知システム２０は、各法線ベクトルの変化量を可視化する。一例として、漏水検知システム２０は、図１０～図１２に示されるような可視化情報を生成する。
　ステップＳ１５６０において、漏水検知システム２０は、法線ベクトルの変化量が閾値以上か否かを判定する。ある局面において、漏水検知システム２０は、動水位分布上の複数の法線ベクトルの中に、変化量が閾値以上になる法線ベクトルが１つでもあるか否かを判定してもよい。他の局面において、漏水検知システム２０は、動水位分布上の複数の法線ベクトルの中に、変化量が閾値以上となる法線ベクトルのグループ（ある法線ベクトルと、当該ある法線ベクトルの周辺の複数の法線ベクトルのグループ等）があるか否かを判定してもよい。さらに、他の局面において、漏水検知システム２０は、グループ（ある法線ベクトルと、当該ある法線ベクトルの周辺の複数の法線ベクトルのグループ等）に含まれる各法線ベクトルの変化量の平均値、中央値、最大値または最小値が閾値以上か否かを判定してもよい。漏水検知システム２０は、法線ベクトルの変化量が閾値以上であると判定した場合（ステップＳ１５６０にてＹＥＳ）、制御をステップＳ１５７０に移す。そうでない場合（ステップＳ１５６０にてＮＯ）、漏水検知システム２０は、制御をステップＳ１５１０に戻す。
　ステップＳ１５７０において、漏水検知システム２０は、アラートを出力する。ある局面において、漏水検知システム２０は、監視装置２００に接続されたディスプレイにアラートを出力してもよい。他の局面において、漏水検知システム２０は、ユーザの端末にアラートを送信してもよい。
　ステップＳ１５８０において、漏水検知システム２０は、異常箇所（漏水が発生した場所）を推定する。一例として、漏水検知システム２０は、各法線ベクトルの変化量が特に大きい場所を異常箇所として推定し得る。ある局面において、漏水検知システム２０は、可視化情報、異常箇所の推定情報をアラートと共に出力（ディスプレイに表示、または、ユーザの端末に送信）してもよい。
　以上説明した通り、本実施の形態に従う漏水検知システム２０は、配管網の場所ごとの動水位の変化に基づいて、漏水の有無を検知し、さらに、漏水箇所を推定し得る。より具体的には、漏水検知システム２０は、配管網の場所ごとの動水位の変化したことに起因して、動水位分布上の各法線ベクトルの変化（各法線ベクトルの向きの変化）を検知し得る。さらに、漏水検知システム２０は、例えば、動水位分布および配管網を重ね合わせることで、法線ベクトルの差分の変化量が大きい場所付近の配管で漏水が発生していると推定し得る。
　今回開示された実施の形態は全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本開示の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味及び範囲内で全ての変更が含まれることが意図される。また、実施の形態および各変形例において説明された開示内容は、可能な限り、単独でも、組合わせても、実施することが意図される。
　２０　漏水検知システム、５０　配水池、１００Ａ，１００Ｂ，５１０，８００　配管網、１０１Ａ，１０１Ｂ　センサー、１１０Ａ，１１０Ｂ　推定漏水エリア、１２０　配管、２００　監視装置、２１０　センサー装置、２２０　通信部、２３０，３０３　圧力センサー、２４０　アクセスポイント、２５０　インターネット、３０１　制御部、３０２，３１７　通信ＩＦ、３０５，３１８　内部バス、３１１　プロセッサ、３１２　メモリ、３１３　ストレージ、３１４　外部機器ＩＦ、３１５　入力ＩＦ、３１６　出力ＩＦ、４０１　データ取得部、４０２　動水位算出部、４０３　差分算出部、４０４　可視化部、４０５　異常判定部、４０６　推定部、４０７　出力部、４０８　推定用データ記憶部、４０９　判定用データ記憶部、５００　地盤、５０１，５０２，５０３，５０４，６５０，８１０Ａ，８１０Ｂ，８１０Ｃ，８１０Ｄ，８１０Ｅ　場所、５２０　水面、５２５　動水勾配、５３０　静水圧、５４０　動水圧、５５０　増圧ポンプ、５６０　静水位、５６１　静水頭、５６２，５７２　標高、５７０　動水位、５７１　動水頭、６００Ａ，６００Ｂ　動水位分布、６２０Ａ，６２０Ｂ，７５０，７６０　法線ベクトル、７１０　差分、９００，９１０　シミュレーション結果、１０００，１１００，１２１０　可視化情報、１２００，１４１０，１４２０，１４３０　画面、１２２０　地図、１３１０，１３２０，１３３０　コンター図。

Claims (9)

  1. 　配管網に分散配置された複数の圧力センサーと、
    　前記配管網の漏水箇所を推定する監視装置とを備え、
    　前記複数の圧力センサーの各々は、前記配管網の場所ごとの水圧の計測データを前記監視装置に送信し、
    　前記監視装置は、
    　　前記配管網の場所ごとの前記計測データに基づいて、前記配管網の場所ごとにおける予め定められた基準値からみた動水位を算出し、
    　　前記配管網の場所ごとの前記動水位の変化に基づいて、前記漏水箇所を推定する、漏水検知システム。
  2. 　前記配管網の場所ごとの前記動水位の変化に基づいて、前記漏水箇所を推定することは、第１の時点における動水位分布上の複数の法線ベクトルの各々と、第２の時点における動水位分布上の複数の法線ベクトルの各々との差分に基づいて、前記漏水箇所を推定することを含む、請求項１に記載の漏水検知システム。
  3. 　前記差分に基づいて、前記漏水箇所を推定することは、
    　　前記差分に係数を掛ける、または、前記差分をべき乗することと、
    　　前記係数を掛けた後またはべき乗後の前記差分に基づいて、前記漏水箇所を推定することとを含む、請求項２に記載の漏水検知システム。
  4. 　前記監視装置は、前記配管網と、前記配管網の場所ごとの前記差分の大きさを示すデータとを重ね合わせて出力する、請求項２に記載の漏水検知システム。
  5. 　前記配管網の場所ごとの前記差分の大きさを示すデータは、前記配管網の場所ごとの差分に基づいて生成されるコンター図、陰影図、鳥瞰図またはグラフである、請求項４に記載の漏水検知システム。
  6. 　前記配管網と、前記配管網の場所ごとの前記差分の大きさを示すデータとを重ね合わせて出力することは、前記配管網の場所ごとの差分の大きさを示すデータに、さらに地図を重ね合わせて出力することを含む、請求項４に記載の漏水検知システム。
  7. 　前記監視装置は、推定された前記漏水箇所の近傍の地図、または、前記漏水箇所に向かうことができる作業員の情報の少なくとも１つを出力する、請求項６に記載の漏水検知システム。
  8. 　前記配管網は、複数のブロックに分けられており、
    　前記配管網の場所ごとの前記動水位の変化に基づいて、前記漏水箇所を推定することは、前記複数のブロックの各々における前記漏水箇所を推定することを含む、請求項１～７のいずれかに記載の漏水検知システム。
  9. 　配管網の漏水検知方法であって、
    　前記配管網に分散配置された複数の圧力センサーの各々から、水圧の計測データを取得するステップと、
    　前記配管網の場所ごとの前記計測データに基づいて、前記配管網の場所ごとにおける予め定められた基準値からみた動水位を算出するステップと、
    　前記配管網の場所ごとの前記動水位の変化に基づいて、漏水箇所を推定するステップとを含む、漏水検知方法。
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