JP4822990B2

JP4822990B2 - 漏水監視システム

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Publication number: JP4822990B2
Application number: JP2006243143A
Authority: JP
Inventors: 敦司湯川; 勝也横川; 直人大石
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2006-09-07
Filing date: 2006-09-07
Publication date: 2011-11-24
Anticipated expiration: 2026-09-07
Also published as: AU2007292609B2; JP2008064623A; US20090066524A1; AU2007292609A1; CN101449141B; WO2008029681A1; EP2060896A1; US8072340B2; CN101449141A; EP2060896A4

Description

本発明は、配水管路網を構成する複数の配水ブロックの漏水位置を推定する漏水監視システムに関する。

上水道処理施設で浄化された水は、配水管路網を経て広域地域に分布する多数の需要家に供給される。従って、配水管路網は、各需要家の日常生活を維持する上で必須となるライフライン網としての役割を担っており、高い信頼性を持って恒常的に各需要家の水需要に応える必要がある。因みに、各配水ブロックを構成する配水管路の一部に破断が生じた場合、道路の陥没や水没などの災害につながる。また、管路の亀裂，破断による漏水は総配水量に対する有効水量（有効率）の減少となるので、極力早い段階で管路の肉厚減少を含む管路の亀裂や破断個所を検知することが望ましい。

ところで、従来から一般的に行われている漏水検出手法は、各配水ブロックへの流入量を長期にわたってチェックし、その流入量の変化から漏水を捉える手法を用いている。例えば、各需要家がほとんど水を使用しない夜の時間帯に、各配水ブロックの夜間最小流入量を計測し、その後同じ時間帯の流入量をチェックし、流入量が増加傾向にあれば配水ブロックを構成する何れかの配水管路から漏水していると判断する。

ここで、漏水有りと判断されたとき、作業員は、漏水検知器を携行し、配水ブロックを構成する需要家の引込み管路を含む複雑な配水管路を辿りながら、水道水が使用されていない時間帯に漏水検知器で管路の流入音を計測し、管路の漏水個所を推定する。

従って、このような漏水検出手法は、長期間にわたって夜間最小流入量を収集する必要があるので、現段階で配水ブロックのある個所で漏水しているにも拘らず、長期間にわたって検証しないと漏水有りと判断できない。その結果、配水管路の小さな亀裂が時間の経過とともに拡大し、ひいては管路の破断等となって道路の陥没や水没などの災害を招く虞れがある。

また、この漏水検出手法は、ある配水ブロック内に漏水有りと判断しても、配水ブロック内の何れの配水管路から漏水しているかを推定できない。その結果、作業員は、配水ブロックを構成する配水管路を辿りながら、漏水検知器で詳細に管路内の流入音を収集しなければならず、作業員の負担が増大し、また長期にわたって有効水量を減少させる問題がある。

そこで、近年、幾つかの漏水検出技術が提案されている。
その１つの漏水検出技術は、配水管路から各需要家に導入される給水管に設置される水道メータの開閉可能な蓋体に、水道メータ本体から検出される特定の音響を検出し、給水管における漏水の発生を判定し、その判定内容を外部に出力する提案である（特許文献１参照）。

他のもう１つの漏水検出技術は、配水管路から各需要家に導入される給水管に、当該給水管内を流れる水流により得られる管路の振動レベルを測定する振動音検知器及び需要家の水道流量測定器の流量測定データとともに前記振動音検知器の測定データを記憶するデータ記憶手段を設け、水の流れる振動音から漏水を検出するものである（特許文献２参照）。
特開２００４−１９１１３９号公報（図１）特開２００１−３１１６７６号公報（図１）

以上のような２つの漏水検出技術は、何れも配水管路から各需要家に導入される給水管に音響検知手段を設け、需要家ごとの給水管の漏水有無を判断するものであって、上水道の主幹線に連なる多数の配水ブロックの漏水状態を総合的に判断することができない。

また、音響検知手段によって測定される音響レベルの状態と一定期間ごとの水道流量測定器の流量測定データとを比較検討し、各需要家の給水管近傍の漏水を判断するものであり、管路の亀裂等で漏水しても一定期間経過しないと正確な漏水状態を判断できない。また、需要家単位といった個別的な漏水の有無しか判断できない問題がある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、配水管路網を構成する複数の配水ブロック内に設置する機器の測定データから迅速、かつ、容易に漏水位置を推定する漏水監視システムを提供することを目的とする。

（１）上記課題を解決するために、本発明に係る漏水監視システムは、配水管路網を構成する各配水ブロック内に設置される流量計及び圧力計で測定される流量データ及び圧力データを受信し、配水ブロックごとに所定周期で時系列的に流量及び圧力データを記憶する監視装置と、この監視装置に記憶される流量及び圧力データから漏水位置を推定する漏水位置推定装置とを有し、この漏水位置推定装置は、前記監視装置から配水ブロックごとに所定周期の流量データ及び圧力データを取り出し、当該所定周期の流量データから漏水を予想させる流量変化及び前記少なくとも２つの圧力計に関する所定周期の圧力データから当該流量変化に起因して変化する圧力変化に関する信号を取り出して出力する周期データ取得手段と、この周期データ取得手段から出力される２つの圧力変化に関する信号から圧力反応時間差を算出する圧力計反応時間算出手段と、この圧力計反応時間算出手段で得られる圧力反応時間差と予め記憶される配水管路網地図データに規定される該当配水ブロックの２つの圧力計設置位置から得られる圧力計間距離とを用いて、圧力伝播速度を推定する圧力伝播推定手段と、少なくとも流量変化値と管口径との関係を記憶する記憶手段と、前記周期データ取得手段で得られる流量変化に関する信号を受けたとき、当該流量変化値に基づいて前記記憶手段を参照し、流量変化のあった管路の管口径を特定する管口径特定手段と、前記周期データ取得手段から流量変化に関する信号を受けたとき、前記圧力伝播推定手段で推定された圧力伝播速度と前記配水管路網地図データに規定される流量計設置位置・圧力計設置位置とを用いて、流量変化位置（漏水位置）を推定し、前記管口径特定手段で特定された管口径データとともに表示する流量変化位置推定手段とを備えた構成である。

また、本発明に係る漏水監視システムは、前述した記憶手段及び管口径特定手段を備えた構成に新たに、少なくとも流量変化値と前記各配水ブロックに設置される管路の亀裂,破断を含む各種の流量変化要因データとの関係を記憶する記憶手段と、前記周期データ取得手段で得られる流量変化に関する信号を受けたとき、当該流量変化値に基づいて前記記憶手段を参照し、少なくとも管路の亀裂,破断か、消火栓の利用か、受水槽の稼動かの何れか１つを要因とする流量変化であることを表す前記流量変化要因データを推定し表示する流量変化要因取得手段を付加した構成である。

（２）また、本発明に係る漏水監視システムは、漏水位置推定装置としては、監視装置から配水ブロックごとに所定周期の流量データ及び圧力データを取り出し、当該所定周期の流量データから漏水を予想させる流量変化及び前記少なくとも２つの圧力計に関する所定周期の圧力データから当該流量変化に起因して変化する圧力変化に関する信号を取り出して出力する周期データ取得手段と、この周期データ取得手段から出力される２つの圧力変化に関する信号から圧力反応時間差を算出する圧力計反応時間算出手段と、この圧力計反応時間算出手段で得られる圧力反応時間差と予め記憶される配水管路網地図データに規定される該当配水ブロックの２つの圧力計設置位置から得られる圧力計間距離とを用いて、圧力伝播速度を推定する圧力伝播推定手段と、前記周期データ取得手段から流量変化に関する信号を受けたとき、予め記憶される配水管路網地図データから該当配水ブロックの前記圧力計同士または前記流量計と圧力計とをつなぐ管口径を取り出し、この取り出した管口径が異なる管口径の管路で接続されているとき管口径の平均値を求める管口径演算手段と、この管口径演算手段により得られる管口径及び前記圧力伝播速度を用いて、所定の圧力伝播速度の演算式に基づいて前記流量変化のあった管路の肉厚を推定し表示する管路肉厚推定手段とを備えた構成である。

なお、前記圧力伝播推定手段で推定された圧力伝播速度と前記配水管路網地図データから得られる流量変化のあった管路の肉厚及び管口径を用いて前記所定の圧力伝播速度の演算式から求める圧力伝播速度とを比較し、両圧力伝播速度が乖離しているとき、流量変化のあった管路データを出力し表示する構成であってもよい。

本発明によれば、配水管路網を構成する複数の配水ブロック内に設置する流量計及び２つの圧力計の測定データの流量変化及び当該流量変化に起因して変化する圧力変化から迅速、かつ、容易に漏水位置を推定する漏水監視システムを提供できる。

以下、本発明に係る漏水監視システムの基本構成について図面を参照して説明する。
本発明システムで適用する対象とするプロセスについて図１を参照して説明する。
対象とするプロセスは、例えば配水池１から導出される上水道の主幹線２に配水管路網を構成する複数の配水ブロック３ａ，３ｂ，…が連なり、当該配水池１で浄化された水が各配水ブロック３ａ，３ｂ，…を経由して広範囲地域に分布する各需要家４，…に供給する水供給プロセスである。

配水ブロック３ａには、少なくとも配水ブロック３ａの入口側管路に設置され、主幹線２から配水ブロック３ａ内に流入する水の流入量を測定する流量計５と、配水ブロック３ａ内の圧力を測定する一つ以上の圧力計６ａ，６ｂ，…が設けられている。配水ブロック３ｂ、…についても同様に流量計５及び一つ以上の圧力計６ａ，６ｂ，…が設けられている。

各配水ブロック３ａ，３ｂ，…に対応して個別にテレメータ７ａ，７ｂ，…が設けられ、所要とする周期で配水ブロック３ａ，３ｂ，…内に設置される流量計５及び各圧力計６ａ，６ｂ，…で測定される流量及び圧力データを取り込み、例えば１２ビットデータに変換した後、データ伝送ライン８ａ，８ｂ，…を通して漏水位置推定システムへ送信する。なお、データ伝送ライン８ａ，８ｂ，…としては、無線，有線の他、公衆回線網、インターネット等の種々の伝送方式が考えられるが、ここでは、例えば流量計５及び圧力計６ａ，６ｂ，…ごとに敷設される専用線を用いて、漏水監視システム側へ送信する。

漏水監視システムとしては、各配水ブロック３ａ，３ｂ，…のテレメータ７ａ，７ｂ，…から送信されてくる流量計５及び各圧力計６ａ，６ｂの測定データであるビットデータを受信するインタフェース機能を有するテレメータ１１と、監視装置１２と、漏水位置推定装置１３とが設けられている。

テレメータ１１は、各テレメータ７ａ，７ｂ，…から送られてくる流量計５及び各圧力計６ａ，６ｂ，…のビットデータを受信すると、送信元となるテレメータ７ａ，７ｂ，…に基づいて配水ブロック３ａ，３ｂ，…及び各配水ブロック３ａ，３ｂ，…内の流量計５及び各圧力計６ａ，６ｂ，…等の対象を特定し、対象特定データを含む測定結果のビットデータを監視装置１２に通知する。

なお、予めテレメータ１１と監視装置１２との間で測定順序の取り決めを定めておけば、当該監視装置１２は、テレメータ１１から最初に送信されてくるスタート（同期）信号を受け取った後、測定順序に従って配水ブロック３ａ、配水ブロック３ｂ，…の順番にビットデータを受信することにより、何れの配水ブロック３ａ，３ｂ，…及び何れの流量計５及び各圧力計６，…の測定データであるかを容易に把握することが可能である。

監視装置１２は、監視サーバ１２−１及び監視用データベース１２−２からなる。
監視サーバ１２−１は、データ収集手段１２ａ、データ変換手段１２ｂ及びデータ記憶手段１２ｃが設けられている。

データ収集手段１２ａは、テレメータ１１から各配水ブロック３ａ，３ｂ，…内の流量計５及び各圧力計６ａ，６ｂ，…に関する対象特定データを含むビットデータを収集する機能を有する。データ変換手段１２ｂは、各テレメータ７ａ，７ｂ，…が一定周期（例えば０．８５秒）ごとに収集した流量及び圧力に関するビットデータを収集した場合、０．８５秒周期の各ビットデータから計算処理に必要な周期、例えば１秒周期、５秒もしくは１分周期毎の真の流量データ及び圧力データに変換する機能を持っている。データ記憶手段１２ｃは、対象特定データに従い、或いは監視装置１２のデータ収集手段１２ａ自身により特定される対象に基づき、監視用データベース１２−２に対して、各配水ブロック３ａ，３ｂ，…及び各流量計５，圧力計６ａ，６ｂ，…等の対象に分けて、例えば１秒周期で時系列的に流量データ及び圧力データを記憶する。

図２は、監視用データベース１２−２のデータ配列の一例を示す図である。同図において、縦列の「１００」、「１０１」、…は各配水ブロックを意味し、「１００Ｍ」は配水ブロック「１００」に設置される流量計５、「１００Ｐ１」，「１００Ｐ２」は配水ブロック「１００」に設置される２つの圧力計６ａ，６ｂを意味する。また、各行には、所定凶器ごとのデータ収集時刻を表す。すなわち、各配水ブロック３ａ，３ｂ，…及び各流量計５，圧力計６ａ，６ｂ，…ごとに分けて、流量データ×××及び圧力データ×××が１秒周期ごとに順次蓄積されていく。

さらに、漏水位置推定装置１３は、後記する各実施の形態ごとに分けて説明する。

（第１の実施の形態）
図３は本発明に係る漏水位置推定装置１３の第１の実施の形態を説明する漏水監視システムの構成図である。

この漏水監視システムは、前述した監視装置１２及び漏水位置推定装置１３の他、配水管路網地図作成装置１４が設けられている。
配水管路網地図作成装置１４は、例えば配水管路網の設計図等に基づき、主幹線，各配水ブロック３ａ，３ｂ，…、各配水ブロック３ａ，３ｂ，…に設置される流量計５、圧力計６，…等（用品）を接続した管路網として画像表示可能に生成するとともに、当該管路網を構成する配水ブロック３ａ，３ｂ，…ごとに各隣接する用品（配水池１、主幹線２、流量計５、６ａ，６ｂ,…）相互間の距離を表す設置位置を規定する配水管路網地図を作成するマッピング装置１４−１と、このマッピング装置１４−１により作成された配水管路網地図データを保存する管路網地図データベース１４−２が設けられている。

また、マッピング装置１４−１は、例えば配水池１から配水ブロック３ａまでの距離を表す管路接続点Ａ１、管路接続点Ａ１から流量計５までの距離を表す流量計設置位置、流量計５から各圧力計６ａ，６ｂ，…までの距離を表す圧力計設置位置などの距離データ、流量計５から配水ブロック３ａ，３ｂ，…を構成する各配水管路の管路接続点Ａ１１〜Ａ１９までの距離を表す接続点位置を入力し、配水ブロック３ａ，３ｂ，…における画像表示可能な管路網地図データを作成する。

次に、本発明に係る漏水位置推定装置１３について説明する。
漏水位置推定装置１３は、監視用データベース１２−２から配水ブロック３ａ，３ｂ，…を指定し、時系列的に配列された例えば1秒周期の流量データ及び圧力データを順次取り出す周期データ取得手段２１と、圧力計反応時間算出手段２２と、圧力伝播速度推定手段２３と、流量変化位置（漏水位置）推定手段２４と、漏水位置表示制御手段２５とで構成される。

また、周期データ取得手段２１は、監視用データベース１２−２から取り出す１秒周期の流量データ及び圧力データからそれぞれ個別に流量変化及び圧力変化を判定し、流量変化時刻及び圧力変化時刻に伴うトリガ信号または必要に応じて当該トリガ信号に代わる例えば変化値データ、または変化前後又は変化後の流量データ及び圧力データ（以下、流量変化，圧力変化に関する信号と総称する）を出力する。

圧力計反応時間算出手段２２は、周期データ取得手段２１から出力される２つの圧力変化に関する信号に含む各圧力変化時刻から各圧力計６ａ及び６ｂの圧力反応時間差を算出し、圧力伝播速度推定手段２３に送出する。

圧力伝播速度推定手段２３は、圧力反応時間差と管路網地図データベース１４−２から取り出す前記２つの圧力計６ａ、６ｂに関する圧力計設置位置（設置距離）とを用いて、圧力伝播速度を推定する。

流量変化位置推定手段２４は、周期データ取得手段２１から出力される流量変化に関する信号を受けたとき、管路網地図データベース１４−２の管路網地図データから流量計設置位置（設置距離）及び２つの圧力計設置位置と圧力伝播速度とに基づいて配水ブロック３ａを構成する配水管路の流量変化位置（漏水位置に相当する）を推定する機能を有する。ここで、漏水位置とは、本実施の形態では管路の亀裂、破断の他、流量上昇要因（例えば後記する稼動時の受水槽の特定等）を指すが、他の実施の形態では、管路の亀裂、破断ではないが、管路の摩耗による管口径や肉厚の減少位置その他将来的に管路に影響を与える要因の位置を含む。

漏水位置表示制御手段２５は、流量変化位置推定手段２４から受け取った配水ブロック３ａを構成する配水管路の漏水位置に関するデータを監視サーバ１２−１及びマッピング装置１４−１に送出し、監視サーバ１２−１に漏水に相当する流量変化が生じたことを表示し、またマッピング装置１４−１には流量変化があった管路近傍の管路網に例えばマーキングなどを施して表示する。

次に、以上のように構成された漏水位置推定装置１３の作用について説明する。
先ず、漏水位置を推定するに際し、監視装置１２の監視用データベース１２−２に図２に示すように各配水ブロック３ａ，３ｂ，…に設置される流量計５及び例えば２つの圧力計６ａ，６ｂに関する1秒周期の流量データ及び圧力データが蓄積されている。

この状態において、漏水位置推定装置１３の周期データ取得手段２１は、例えば配水ブロック３ａを指定し、監視用データベース１２−２から測定時刻を含む1秒周期の流量データＭ及び圧力データＰ１，Ｐ２を順次読み出す。そして、周期データ取得手段２１は、順次前回流量と今回流量とを比較し、２つの流量差が漏水を予想させる設定値を超えたとき、ある測定時刻に流量変化有りと判定し、該当配水ブロック３ａにおける測定時刻を含む流量変化に関する信号を流量変化位置推定手段２４に送出する。

また、周期データ取得手段２１は、２つの圧力データＰ１，Ｐ２についても同様にそれぞれ前回圧力と今回圧力とを比較し、前後の圧力差が予め定める設定値を超えたとき、圧力変化有りと判定し、その測定時刻を含む圧力変化に関する信号を圧力計反応時間算出手段２２に送出する。

ここで、圧力計反応時間算出手段２２は、２つの測定時刻を含む圧力変化に関する信号から２つの圧力計６ａ，６ｂの間で圧力変化の生じた時間差を算出する。

図４は配水ブロック例えば３ａ内の流量計５及び２つの圧力計６ａ，６ｂで測定された１秒周期の流量実測値Ｍ及び圧力実測値Ｐ１，Ｐ２の変化推移を示す図である。同図において、横軸は１秒周期毎の時刻、左縦軸は水頭［ｍＡｑ］、右縦軸２は流量［ｍ3／ｓ］を示している。

なお、図示実線で示す圧力値（イ），（ロ）は流量から所定の演算式，例えばヘーゼンウィリアムズの変形式に基づいて演算を実行し、最小二乗法を用いて１日毎の仮想管路総延長Ｌと流量補正係数αをパラメータとして、損失水頭（圧力値）Ｈ_lossを求める。この損失水頭（圧力値）Ｈ_lossを求める場合、監視サーバ１２−１のデータ変換手段１２ｂの出力側に圧力近似式演算手段を設け、例えばデータ変換手段１２ｂで所定周期（例えば５秒周期）の時系列的な流量データに変換した後、下記するヘーゼンウィリアムズの変形式から損失水頭（圧力値）Ｈ_lossを求める。

Ｈ_loss＝１０．６７×Ｌ×Ｑ^1.85×α／（Ｃ^1.85×Ｄ^4.87 ……（１）
ここで、Ｌ：仮想管路総延長（ｍ）、Ｑ：流量計の流量データ、Ｃ：流速係数（ここでは１１０）、Ｄ：管口径、α：配水ブロックの流量補正係数である。

なお、配水ブロックの管路網を１本の仮想的な管路で近似した場合には、次の式によりおおよその損失水頭Ｈ_lossを求めることができる。
Ｈ_loss＝１０．６７×Ｌ／Ｃ^1.85×Ｄ^{4.85 ……（２）}
Ｌ：仮想管路延長、Ｃ：管路係数、Ｄ：管口径である。

また、配水ブロック３ａのある配水管路には３０ｍ3受水槽４ａ（図６参照）が設置され、図示（ハ）時点で当該受水槽４ａが稼動したことを示している。この図４から明らかなように、受水槽４ａの稼動に伴って流量実測値Ｍが上昇したとき、各圧力実測値Ｐ１，Ｐ２がほぼ同じ時刻で低下していることが分る。

図５は、図４に示す点線枠で表す領域（ニ）をさらに拡大して示した図である。
この図５から明らかなように、受水槽４ａの稼動開始に伴い、流量実測値Ｍが上昇し始めると、それに伴って圧力計６ａの圧力実測値Ｐ１が低下する。その後、３秒〜４秒程度の遅れで圧力計６ｂの圧力実測値Ｐ２が低下していることが分る。この３秒〜４秒の時間差は管内の圧力伝播速度によるものである。

すなわち、前記圧力計反応時間算出手段２２は、各圧力実測値Ｐ１，Ｐ２の圧力変化に関する信号に含む両測定時刻から圧力反応時間差（３秒〜４秒）を算出し、圧力伝播速度推定手段２３に送出する。

圧力伝播速度推定手段２３は、圧力反応時間差を受け取ると、管路網地図データベース１４−２から２つの圧力計６ａ、６ｂに関する圧力計設置位置（設置距離），例えば２つの圧力計６ａ、６ｂ間の距離データを取り出し、圧力伝播速度を推定する。今、管路網地図データベース１４−２から取り出した圧力計６ａと６ｂ間の距離が図６に示すように約２５００ｍとすると、圧力伝播速度推定手段２３は、２５００ｍ／（３〜４）秒なる演算を実行し、圧力伝播速度＝６００〜８００［ｍ／ｓ］を推定する。そして、推定した圧力伝播速度を流量変化位置推定手段２４に送る。
流量変化位置推定手段２４は、周期データ取得手段２１から流量変化に関する信号を受けたとき、管路網地図データベース１４−２から該当配水ブロック３ａの流量計５の流量計設置設置、圧力計６ａ，６ｂの圧力計設置位置、受水槽４ａに関する設置位置等のデータを取り出し、流量計５による流量上昇時刻と圧力計６ａの圧力低下時刻とがほぼ等しい時間差であり、かつ、流量計５の流量変化が配水管路の亀裂とは異なる大きな流量変化であること、さらに圧力伝播速度から得られる距離等を考慮し、流量計５と圧力計６ａとの間に設置される受水槽４ａの稼動による流量変化位置（漏水位置）と推定し、漏水位置表示制御手段２５に送出する。

なお、流量変化位置推定手段２４には、過去の経験・知識のもとに補助的に漏水位置を推定する参照データを格納することも可能である。例えば流量計５，圧力計６ａ，６ｂの設置位置近傍に存在する受水槽４ａ，各需要家４までの各配水管路等の各種用品の予想される流量変化要因（亀裂、破断、受水槽４ａの稼動有無）ごとに流量計５に流量変化に対する圧力計６ａ，６ｂまでの圧力変化時間差を定めてもよい。

そして、流量変化位置推定手段２４は、以上のようにして流量変化位置を推定すると、該当配水ブロック識別データとともに推定漏水位置表示制御手段２５を介して監視サーバ１２−１及びマッピング装置１４−１に送信する。

ここで、監視サーバ１２−１は、配水ブロック識別データとともに流量変化位置データを監視用データベース１２−２等に記憶した後、配水ブロック３ａに漏水に関わる流量変化があったことを表示する。

一方、マッピング装置１４−１は、配水ブロック識別データとともに流量変化位置でーたを適宜な記憶手段に記憶した後、監視装置１２等から表示指示を受けたとき、配水ブロック識別データに基づき、管路網地図データベース１４−２から図６に示すように該当配水ブロックに関する管路網を表示部に表示するとともに、流量変化位置データに基づき、流量変化位置にマーキングなどを付して表示する。

従って、以上のような実施の形態によれば、各配水ブロック３ａ，３ｂ,…内に設置される流量計５，圧力計６ａ，６ｂで測定される１秒周期の測定データの変化を捉え、流量変化があったとき、各圧力計６ａ，６ｂの圧力変化から圧力反応時間を算出し、この圧力反応時間と各圧力計６ａ，６ｂ間の設置位置とから圧力伝播速度を求めた後、当該圧力伝播速度と既に登録済みの配水ブロックの流量計５、圧力計６ａ,６ｂ等の設置位置や近傍の例えば受水槽４ａの設置位置等を取り出し、流量変化位置を推定し、漏水等による流量変化位置を出力するので、各配水ブロック３ａ，３ｂ，…の範囲を絞り込んだ状態で迅速に漏水を含む流量変化位置を容易に把握することができる。

（第２の実施の形態）
図７は本発明に係る漏水位置推定装置の第２の実施の形態を説明する漏水監視システムの構成図である。

この実施の形態における漏水位置推定装置１３は、第１の実施の形態で説明した図３とほぼ同様の構成であるので、ここでは同一又は等価な部分には同一符号を付して図３の説明に譲り、以下、特に異なる部分について説明する。

この実施の形態は、第１の実施の形態における構成要素に新たに、口径特定参照データ記憶手段２６及び流量変化を伴う管路の口径を特定する管路口径特定手段２７を設けたものである。

口径特定参照データ記憶手段２６には、過去の経験値に基づき、配水ブロック３ａ，３ｂ，…を構成する各配水管路の種類（口径の大小）ごとに流量変化要因（亀裂、破断等）が生じたとき、どの程度の流量変化が発生するかを規定したものである。例えば、図８に示すように、配水管路の種類（口径）と予め予定される複数の管路流入圧力値と流量変化要因（亀裂の大中小、破断の大中小）と流量変化値との関係が規定されている。

管路口径特定手段２７は、周期データ取得手段２１の出力側に設けられ、当該周期データ取得手段２１から漏水と想定される流量変化に関する信号を受けたとき、流量変化の対象となっている配水管路の口径を特定する。

すなわち、周期データ取得手段２１は、監視用データベース１２−２から1秒周期の時系列的な流量データを取り込み、前回流量値と今回流量値とを比較し、両流量変化値（流量差）が漏水と想定される設定値を超えたとき、当該流量変化値を管路口径特定手段２７に送出する。

管路口径特定手段２７は、周期データ取得手段２１から流量変化値を受け取ると、口径特定参照データ記憶手段２６に規定される参照データを参照し、流量変化値と流入圧力値（例えば圧力実測値）とに基づき、配水管路の口径を決定し、流量変化位置推定手段２４に送出する。

ここで、流量変化位置推定手段２４は、第１の実施の形態で説明したように配水ブロック識別データとともに流量変化に関する信号を受け取ったとき、圧力伝播速度算出手段２３で得られた圧力伝播速度と管路網地図データベース１４−２から読み出す流量計５の流量計設置位置、圧力計６ａ，６ｂの圧力計設置位置その他必要な位置データとを用いて、例えば圧力計６ａから半径何ｍで位置で流量変化があったことを示す流量変化位置（漏水位置）を推定した後、当該推定した流量変化位置とともに管路口径特定手段２７で決定された流量変化のあった配水管路の口径を漏水位置表示制御手段２５を介して監視サーバ１２−１及びマッピング装置１４−１に送出する。

監視サーバ１２−１は、管口径を有する配水管路に漏水を予想させる流量変化があったことを表示する。マッピング装置１４−１は、管路網地図データベース１４−２から配水ブロック識別データに基づいて該当する配水ブロック例えば３ａの管路網地図データを取り出し、流量変化位置に敷設される××管口径の配水管路に漏水が生じていることを表示する。

その他の作用については、第１の実施の形態と同様であるので、当該第1の実施の形態の作用の説明に譲り、ここでは省略する。

従って、以上のような実施の形態によれば、流量変化要因と想定される流量変化があったとき、流量変化位置を推定するとともに、流量変化位置に埋設される配水管路の口径を特定することにより、第１の実施形態と同様の効果を奏する他、より迅速、かつ、適切な回復ないし応急処置を講ずることができる。

また、第２の実施の形態における他の構成例としては、例えば図９に示すように、周期データ取得手段２１の出力側に流量変化要因取得手段２８を設けたものである。

具体的には、口径特定参照データ記憶手段２６に記憶される流量変化要因（管路の種類）の中に、純粋に配水管路の亀裂、破断の他に、例えば消火栓の利用時、受水槽４ａの稼動時その他の用品の稼動時に対する流量変化値を規定する。流量変化要因取得手段２８は、周期データ取得手段２１から漏水と想定される流量変化値を受けたとき、口径特定参照データ記憶手段２６の参照データを参照し、流量変化要因を表す管路の種類の項目から流量変化値に対応する流量変化要因を検索する。このとき、予め口径特定参照データ記憶手段２６に、管路の亀裂や破断のごとき直接的な漏水要因の他、例えば消火栓の利用や受水槽４ａの稼動時の流量変化値を規定しておけば、流量変化要因取得手段２８は、参照データの中から流量変化値に応じ、配水管路の亀裂、破断によるか、消火栓の利用によるか、受水槽４ａの稼動によるか、さらには他の用品の要因によるかの流量変化要因を特定し、監視サーバ１２−１に送出する。この時、監視サーバ１２−１には第１，第２の実施の形態で説明した流量変化位置や管口径等のデータもほとんど同時に送信されてくる。

監視サーバ１２−１は、流量変化位置推定手段２４から少なくとも流量変化位置データが送られてくると、特定の流量変化要因、例えば消化栓の利用による流量変化があったことを表示する。

従って、この実施の形態によれば、第１，第２の実施の形態の効果を奏する他、流量変化が配水ブロック３ａ,３ｂ,…のある配水管路の範囲（漏水相当位置）内に設置されるある用品の稼動によって生じたことを容易に把握することができる。

（第３の実施の形態）
図１０は本発明に係る漏水位置推定装置の第３の実施の形態を説明する漏水監視システムの構成図である。

この実施の形態を説明するに先立ち、次のような理論的な物理式が知られている。圧力伝播速度は、前述した圧力伝播速度推定手段２３で推定できるが、さらに（１）式による物理式（「土木工学基礎シリーズ５−２水理学」、ｐ１５０−１５２、著者：玉井信行、発行所：培風館、発行年月日：１９８９．１．１０）によっても圧力伝播速度を求めることが可能である。

α＝｛（Ｋ／ρ）／［１＋（Ｋ／Ｅ）（Ｄ／ｅ）］｝^1/2 （３）
なお、上式において、α：圧力伝播速度、Ｋ：体積弾性率（水の場合には２．０６［ＧＰａ］）、ρ：水密度（１０００［ｋｇ／ｍ³］）、Ｄ：管口径［ｍｍ］、ｅ：肉厚［ｍｍ］、Ｅ：縦弾性係数１５８［ＧＰａ］（ダクタイル鋳鉄管の場合）である。

よって、圧力伝播速度αは、上記（１）式から管口径Ｄや肉厚ｅに影響されることが分る。このことは、実際の圧力計６ａ，６ｂの反応時間差によって圧力伝播速度が得られた場合、この既知の圧力伝播速度を前記（３）式に代入することにより、対象となる配水管路の肉厚を逆算的に求めることが可能である。

そこで、この実施の形態における漏水位置推定装置１３においては、図３と同様に周期データ取得手段２１、圧力計反応時間算出手段２２、圧力伝播速度推定手段２３の他に、管口径演算手段３１、管路肉厚推定手段３２及び管路肉厚表示制御手段３３が設け、流量変化のあった配水管路の管路肉厚を推定する。

周期データ取得手段２１、圧力計反応時間算出手段２２及び圧力伝播速度推定手段２３は、図３と同様であるので、ここではそれらの説明は省略する。

管口径演算手段３１は、周期データ取得手段２１から流量変化に関する信号を受けたとき、配水管路網地図データベース１４−２から配水ブロック例えば３ａを構成する配水管路に関する縦弾性係数の他、流量計５と圧力計６ａとをつなぐ配水管路や圧力計６ａ，６ｂどうしをつなぐ配水管路の口径データを取り出す。ここで、管口径演算手段３２は、配水管路網地図データベース１４−２から取り出した配水管路の口径が異なる場合、つまり口径の異なる管路どうしが接続されている場合、移動平均による演算を実施することにより管口径の平均値を求めた後、縦弾性係数及び管口径を管路肉厚を管路肉厚推定手段３２に送る。勿論、管口径演算手段３１は、１つの口径による配水管路の場合には、当該配水管路の管口径及び縦弾性係数を管路肉厚推定手段３２に送る。

管路肉厚推定手段３２は、予め（１）式に基づく固定パラメータが設定され、流量変化に基づいて圧力伝播速度推定手段２３から送られてくる圧力伝播速度と管口径演算手段３２から受け取る縦弾性係数及び管口径とを用い、前記（１）式による演算処理を実行し、該当配水ブロックの流量変化のあった配水管路の肉厚を計算し推定する。そして、管路肉厚推定手段３２は、得られた管路肉厚推定値を管路肉厚表示制御手段３３を介して監視サーバ１２−１及びマッピング装置１４−１に送出する。

従って、この実施の形態によれば、実際の圧力計６ａ，６ｂの反応時間差から圧力伝播速度を推定すれば、この推定された圧力伝播速度と既知のデータとを用い、前記（１）式に基づいて流量変化のあった配水管路の肉厚を容易に知ることができる。

また、他の実施の形態例としては、例えば複数の圧力計６ａ，６ｂが設置されていない場合、圧力計反応時間差を算出できないので、圧力伝播速度を推定することができない。

そこで、複数の圧力計例えば６ａだけ設置されている場合、予め配水管路網地図データベース１４−２に該当配水ブロックの管口径、肉厚、縦弾性係数が規定されていれば、配水管路網地図データベース１４−２からそれらデータを用いて、（１）式の演算式により圧力伝播速度を推定することができる。

さらに、別の実施の形態例としては、図１０に示す管路肉厚推定手段３２に代えて圧力伝播速度演算手段（図示せず）を設け、圧力伝播速度推定手段２３により得られる実際の圧力計６ａ，６ｂの圧力応力時間差から推定される圧力伝播速度と圧力伝播速度演算手段による前記（１）の演算式で求めた圧力伝播速度とを比較する。ここで、両圧力伝播速度の間に大きな乖離があれば、配管ブロックの流量変化のあった配水管路の肉厚が薄くなっているとか、管路内が錆ついていることが考えられる。

そこで、圧力伝播速度演算手段は、配管ブロックの流量変化のあった配水管路データを表示制御手段（管路肉厚表示制御手段３３に相当する）を介して少なくともマッピング装置１４−１に送信する。

マッピング装置１４−１は、配管ブロックの流量変化のあった配水管路データを受け取ると、配水管路網地図データベース１４−２から該当配水ブロックの配水管路データ近傍の配水管路網地図をマッピング装置１４−１に表示する。

この実施の形態によれば、圧力伝播速度推定手段２３で求めた圧力伝播速度と前記（１）式で求めた圧力伝播速度との間に大きな乖離があるとき、流量変化のあった配水管路周辺の配水管路網地図を表示することにより、配水管路の肉厚が薄くなっているか、管路内が錆付いていること，ひいては将来的に亀裂や破断が生じる可能性を把握することができる。

さらに、漏水位置推定装置１３としては、図９に示す流量変化要因取得手段２８において、管路の亀裂,破断であると判定したとき、亀裂，破断に関する信号を流量変化位置推定手段２４に送出する。ここで、流量変化位置推定手段２４は、前述したように圧力伝播推定手段２３で求めた圧力伝播速度と流量計５，圧力計６ａ,６ｂ等の設置位置とに基づいて流量変化位置を推定し、漏水位置表示制御手段２６を介して監視サーバ１２−１やマッピング装置１３−１に送出する。

一方、流量変化要因取得手段２８が管路の亀裂,破断以外の用品を流量変化要因と判定したとき、管流量変化位置推定手段２４に代えて、図１０に示す管路肉厚推定手段３２を用いる。この管路肉厚推定手段３２は、予め（１）式に基づく固定パラメータが設定され、流量変化に基づいて圧力伝播速度推定手段２３から送られてくる圧力伝播速度と管口径演算手段３２から受け取る縦弾性係数及び管口径とを用い、前記（１）式による演算処理を実行し、該当配水ブロックの流量変化のあった配水管路の肉厚を計算し推定する。そして、管路肉厚推定手段３２は、得られた管路肉厚推定値を管路肉厚表示制御手段３３を介して監視サーバ１２−１及びマッピング装置１４−１に送出する。

つまり、流量変化要因に応じて、管流量変化位置推定手段２４と管路肉厚推定手段３２とを使い分けし、流量変化位置または管路の肉厚を推定し出力することにより、流量変化要因に応じた管路や他の用品の状況を表示することが可能となる。

その他、本発明は、上記実施の形態に限定されるものでなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施できる。

（１）上記各実施の形態では、配水管路網地図作成装置１４を用いて配水管路網地図を作成し、配水管路網地図データベース１４−２に保存し管理したが、例えば配水管路網地図作成装置１４で作成された配水管路網地図に関するデータを漏水位置推定装置１３に保存し、漏水位置を推定する際に配水管路網地図に関するデータを利用し、漏水位置推定装置１３自体の表示部に表示する構成であってもよい。

（２）上記各実施の形態では、各配水ブロック３ａ，３ｂ，…に１つの流量計５、２つの圧力計６ａ，６ｂを設置した例について説明したが、例えば流量計５が２つ以上でもよく、また、圧力計が１つまたは３つ以上であってもよい。

本発明に係る漏水位置推定装置を備えた漏水監視システムの概略構成を示す図。図１に示す監視用データベースに配列されるデータ配列の一例を示す図。本発明に係る漏水位置推定装置の第１の実施の形態を説明する漏水監視システムの構成図。配水ブロックに設置される流量計及び圧力計で実測された1秒周期の流量データ及び圧力データの推移を示す図。図４に示す領域（ニ）を拡大して示す図。流量計及び圧力計を備えた領域の配水管路網地図を表示した図。本発明に係る漏水位置推定装置の第２の実施の形態を説明する漏水監視システムの構成図。漏水原因管路口径を特定するための参照データを示す図。本発明に係る漏水位置推定装置の第２の実施の形態の他の例を説明する漏水監視システムの構成図。本発明に係る漏水位置推定装置の第３の実施の形態を説明する漏水監視システムの構成図。

符号の説明

１…配水池、２…主幹線、３ａ，３ｂ…配水ブロック、４…需要家、４ａ…受水槽、５…流量計、６ａ，６ｂ…圧力計、７ａ，７ｂ，１１…テレメータ、１２…監視装置、１２−１…監視サーバ、１２−２…監視用データベース、１３…漏水位置推定装置、１４…配水管路網地図作成装置、１４−１…マッピング装置、１４−２…管路網地図データベース、２１…周期データ取得手段、２２…圧力計反応時間算出手段、２３…圧力伝播速度推定手段、２４…流量変化位置（漏水位置）推定手段、２５…漏水位置表示制御手段、２６…口径特定参照データ記憶手段、２７…管路口径特定手段、２８…流量変化要因取得手段、３１…管口径演算手段、３２…管路肉厚推定手段、３３…管路肉厚表示制御手段。

Claims

配水管路網を構成する各配水ブロック内に１つ以上の流量計及び２つ以上の圧力計が設置され、これら流量計及び圧力計で測定される流量データ及び圧力データから漏水位置を推定する漏水監視システムにおいて、
前記流量計及び圧力計で測定される流量データ及び圧力データを受信し、配水ブロックごとに所定周期で時系列的に流量及び圧力データを記憶する監視装置と、この監視装置に記憶される流量及び圧力データから漏水位置を推定する漏水位置推定装置とを有し、
この漏水位置推定装置は、
前記監視装置から配水ブロックごとに所定周期の流量データ及び圧力データを取り出し、当該所定周期の流量データから漏水を予想させる流量変化及び前記少なくとも２つの圧力計に関する所定周期の圧力データから当該流量変化に起因して変化する圧力変化に関する信号を取り出して出力する周期データ取得手段と、
この周期データ取得手段から出力される２つの圧力変化に関する信号から圧力反応時間差を算出する圧力計反応時間算出手段と、
この圧力計反応時間算出手段で得られる圧力反応時間差と予め記憶される配水管路網地図データに規定される該当配水ブロックの２つの圧力計設置位置から得られる圧力計間距離とを用いて、圧力伝播速度を推定する圧力伝播推定手段と、
少なくとも流量変化値と管口径との関係を記憶する記憶手段と、
前記周期データ取得手段で得られる流量変化に関する信号を受けたとき、当該流量変化値に基づいて前記記憶手段を参照し、流量変化のあった管路の管口径を特定する管口径特定手段と、
前記周期データ取得手段から流量変化に関する信号を受けたとき、前記圧力伝播推定手段で推定された圧力伝播速度と前記配水管路網地図データに規定される流量計設置位置・圧力計設置位置とを用いて、流量変化位置（漏水位置）を推定し、前記管口径特定手段で特定された管口径データとともに表示する流量変化位置推定手段とを備えたことを特徴とする漏水監視システム。
請求項１に記載の漏水監視システムにおいて、
少なくとも流量変化値と前記各配水ブロックに設置される管路の亀裂，破断を含む各種の流量変化要因データとの関係を記憶する記憶手段と、前記周期データ取得手段で得られる流量変化に関する信号を受けたとき、当該流量変化値に基づいて前記記憶手段を参照し、少なくとも管路の亀裂,破断か、消火栓の利用か、受水槽の稼動かの何れか１つを要因とする流量変化であることを表す前記流量変化要因データを推定し表示する流量変化要因取得手段を付加したことを特徴とする漏水監視システム。
配水管路網を構成する各配水ブロック内に１つ以上の流量計及び２つ以上の圧力計が設置され、これら流量計及び圧力計で測定される流量データ及び圧力データから漏水位置を推定する漏水監視システムにおいて、
前記流量計及び圧力計で測定される流量データ及び圧力データを受信し、配水ブロックごとに所定周期で時系列的に流量及び圧力データを記憶する監視装置と、この監視装置に記憶される流量及び圧力データから漏水位置を推定する漏水位置推定装置とを有し、
この漏水位置推定装置は、
前記監視装置から配水ブロックごとに所定周期の流量データ及び圧力データを取り出し、当該所定周期の流量データから漏水を予想させる流量変化及び前記少なくとも２つの圧力計に関する所定周期の圧力データから当該流量変化に起因して変化する圧力変化に関する信号を取り出して出力する周期データ取得手段と、
この周期データ取得手段から出力される２つの圧力変化に関する信号から圧力反応時間差を算出する圧力計反応時間算出手段と、
この圧力計反応時間算出手段で得られる圧力反応時間差と予め記憶される配水管路網地図データに規定される該当配水ブロックの２つの圧力計設置位置から得られる圧力計間距離とを用いて、圧力伝播速度を推定する圧力伝播推定手段と、
前記周期データ取得手段から流量変化に関する信号を受けたとき、予め記憶される配水管路網地図データから該当配水ブロックの前記圧力計同士または前記流量計と圧力計とをつなぐ管口径を取り出し、この取り出した管口径が異なる管口径の管路で接続されているとき管口径の平均値を求める管口径演算手段と、
この管口径演算手段により得られる管口径及び前記圧力伝播速度を用いて、所定の圧力伝播速度の演算式に基づいて前記流量変化のあった管路の肉厚を推定し表示する管路肉厚推定手段とを備えたことを特徴とする漏水監視システム。
請求項３に記載の漏水監視システムにおいて、
前記圧力伝播推定手段で推定された圧力伝播速度と前記配水管路網地図データから得られる流量変化のあった管路の肉厚及び管口径を用いて前記所定の圧力伝播速度の演算式から求める圧力伝播速度とを比較し、両圧力伝播速度が乖離しているとき、流量変化のあった管路データを出力し表示する手段を設けたことを特徴とする漏水監視システム。
請求項２に記載の漏水監視システムにおいて、
前記周期データ取得手段から流量変化に関する信号を受けたとき、予め記憶される配水管路網地図データから該当配水ブロックの前記圧力計同士または前記流量計と圧力計とをつなぐ管口径を取り出し、この取り出した管口径が異なる管口径の管路で接続されているとき管口径の平均値を求める管口径演算手段と、この管口径演算手段により得られる管口径及び前記圧力伝播速度を用いて、所定の圧力伝播速度の演算式に基づいて前記流量変化のあった管路の肉厚を推定し表示する管路肉厚推定手段とを付加し、
前記流量変化要因取得手段が管路の亀裂,破断とする流量変化要因を推定したとき、前記流量変化位置推定手段が前記圧力伝播推定手段で求めた圧力伝播速度に基づいて流量変化位置を推定し出力し、
また、前記流量変化要因取得手段が管路の亀裂,破断以外とする流量変化要因を推定したとき、前記管路肉厚推定手段で前記流量変化のあった管路の肉厚を推定し表示することを特徴とする漏水監視システム。