(57)【要約】水道施設における消費電力量を適切に評価できるようにする。配水計画システム（１００）は、複数の水道施設のそれぞれについて、各々が単位時間当たりの配水量と消費電力量との関係を示し、かつ対応する時間スケール毎に異なる複数のコスト指標を決定する決定部（１１０）と、前記複数の水道施設のそれぞれを制御するための複数の計画であって、当該計画に応じた時間スケールで表される複数の計画を、前記決定された複数のコスト指標のうち当該計画に応じた時間スケールに対応するコスト指標を用いて決定する計画部（１２０）とを備える。
2017073012.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の水道施設のそれぞれについて、各々が単位時間当たりの配水量と消費電力量との関係を示し、かつ対応する時間スケール毎に異なる複数のコスト指標を決定する決定手段と、
前記複数の水道施設のそれぞれを制御するための複数の計画であって、当該計画に応じた時間スケールで表される複数の計画を、前記決定された複数のコスト指標のうち当該計画に応じた時間スケールに対応するコスト指標を用いて決定する計画手段と
を備える配水計画システム。
【請求項２】
前記決定手段は、複数のポンプにより構成されるポンプ設備を含む前記水道施設について、単位時間当たりの配水量と消費電力量との関係を前記ポンプ設備単位で示す第１のコスト指標と、単位時間当たりの配水量と消費電力量との関係を前記ポンプ設備を構成するポンプ単位で示し、前記第１のコスト指標よりも時間スケールが小さい第２のコスト指標とを決定する
請求項１に記載の配水計画システム。
【請求項３】
前記複数の水道施設は、浄水場を含み、
前記計画手段は、
前記浄水場における第１の時間スケールでの浄水量を示す浄水計画を前記第１のコスト指標を用いて決定する第１の計画手段と、
複数の需要点に配水するためのポンプの運転計画であって前記第１の時間スケールよりも小さい第２の時間スケールでの運転計画を、前記第２のコスト指標を用いて決定する第２の計画手段とを有する
請求項２に記載の配水計画システム。
【請求項４】
前記複数の水道施設の少なくともいずれかは、貯水設備を含む施設であり、
前記計画手段は、前記貯水設備に関する貯水計画を前記第２のコスト指標を用いて決定する第３の計画手段を有する
請求項３に記載の配水計画システム。
【請求項５】
前記決定手段は、所定の圧力で配水するために必要な消費電力を、前記複数のポンプの組み合わせ毎にシミュレーションによって算出し、算出結果に基づいて前記第１のコスト指標及び前記第２のコスト指標を決定する
請求項２から請求項４までのいずれか１項に記載の配水計画システム。
【請求項６】
複数の水道施設のそれぞれについて、各々が単位時間当たりの配水量と消費電力量との関係を示し、かつ対応する時間スケール毎に異なる複数のコスト指標を決定し、
前記複数の水道施設のそれぞれを制御するための複数の計画であって、当該計画に応じた時間スケールで表される複数の計画を、前記決定された複数のコスト指標のうち当該計画に応じた時間スケールに対応するコスト指標を用いて決定する
配水計画方法。
【請求項７】
コンピュータに、
複数の水道施設のそれぞれについて、各々が単位時間当たりの配水量と消費電力量との関係を示し、かつ対応する時間スケール毎に異なる複数のコスト指標を決定する処理と、
前記複数の水道施設のそれぞれを制御するための複数の計画であって、当該計画に応じた時間スケールで表される複数の計画を、前記決定された複数のコスト指標のうち当該計画に応じた時間スケールに対応するコスト指標を用いて決定する処理と
を実行させるためのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能なプログラム記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水道施設の配水計画に関する。
【背景技術】
【０００２】
水道施設における消費電力の抑制が求められている。消費電力を抑制するための方法として、例えば、浄水場などの水道施設と各施設を接続する管路とによって構成される水道システムを数理モデル化し、数理最適化問題を解くことによって電力効率が高い運用計画を作成する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２-１９７６２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
水道システム全体の運用計画は、具体的には、複数の計画に細分化される。例えば、水道システムの運用計画には、浄水量の計画やポンプの運転計画が含まれ得る。細分化された個々の計画には、それぞれの計画に適した時間スケールが存在する。例えば、浄水場における浄水量を計画する場合には、１日の水需要量を考慮するなどして、比較的大きい時間スケールが適用される方が望ましいといえる。一方、個々のポンプの運転を計画する場合には、需要点における水需要量の時間帯毎の変化を考慮するなどして、比較的小さい時間スケールが適用される方が望ましいといえる。しかし、特許文献１に記載された技術は、コストモデルを複数の時間スケール毎に立案するものではない。したがって、特許文献１に記載された技術では、細分化された計画、換言すれば時間的観点からみて別種の計画のそれぞれに適したコストモデルを適用することができない。【０００５】
本発明の目的は、水道施設における消費電力量を適切に評価できるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様に係る配水計画システムは、複数の水道施設のそれぞれについて、各々が単位時間当たりの配水量と消費電力量との関係を示し、かつ対応する時間スケール毎に異なる複数のコスト指標を決定する決定手段と、前記複数の水道施設のそれぞれを制御するための複数の計画であって、当該計画に応じた時間スケールで表される複数の計画を、前記決定された複数のコスト指標のうち当該計画に応じた時間スケールに対応するコスト指標を用いて決定する計画手段とを備える。【０００７】
本発明の別の態様に係る配水計画方法は、複数の水道施設のそれぞれについて、各々が単位時間当たりの配水量と消費電力量との関係を示し、かつ対応する時間スケール毎に異なる複数のコスト指標を決定し、前記複数の水道施設のそれぞれを制御するための複数の計画であって、当該計画に応じた時間スケールで表される複数の計画を、前記決定された複数のコスト指標のうち当該計画に応じた時間スケールに対応するコスト指標を用いて決定する。【０００８】
本発明のさらに別の態様に係るプログラム記録媒体は、コンピュータに、複数の水道施設のそれぞれについて、各々が単位時間当たりの配水量と消費電力量との関係を示し、かつ対応する時間スケール毎に異なる複数のコスト指標を決定する処理と、前記複数の水道施設のそれぞれを制御するための複数の計画であって、当該計画に応じた時間スケールで表される複数の計画を、前記決定された複数のコスト指標のうち当該計画に応じた時間スケールに対応するコスト指標を用いて決定する処理とを実行させるコンピュータ読み取り可能なプログラムを記録する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、水道施設における消費電力量を適切に評価することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、配水計画システムの構成の一例を示すブロック図である。
【図２】図２は、配水制御システムの構成の一例を示すブロック図である。
【図３】図３は、配水網の構成の一例を示す模式図である。
【図４】図４は、配水制御システムにおける動作の一例を示すフローチャートである。
【図５】図５は、コストモデルを決定する処理の一例を示すフローチャートである。
【図６】図６は、単位時間当たりの配水量と消費電力量のシミュレーション結果の一例を示す模式図である。
【図７】図７は、第１のコストモデルの一例を示す模式図である。
【図８】図８は、第２のコストモデルの一例を示す模式図である。
【図９】図９は、浄水計画を決定する処理の一例を示すフローチャートである。
【図１０】図１０は、ポンプの運転計画を決定する処理の一例を示すフローチャートである。
【図１１】図１１は、浄水計画の決定処理の一例を示す図である。
【図１２】図１２は、ポンプの運転計画の決定処理の一例を示す図である。
【図１３】図１３は、配水計画部の構成の一例を示すブロック図である。
【図１４】図１４は、配水計画システム又は配水制御システムを実現するコンピュータ装置のハードウェア構成を例示するブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
［第１実施形態］
図１は、本発明の一実施形態に係る配水計画システム１００の構成を示すブロック図である。配水計画システム１００は、複数の水道施設に関する配水計画を決定するための情報処理システムである。配水計画システム１００は、決定部１１０と計画部１２０とを含んで構成される。
【００１２】
ここにおいて、配水計画とは、配水網を構成する水道施設又は当該施設に含まれる設備の運用計画をいう。事業者は、この配水計画に基づいて各水道施設における浄水量、配水量、貯水量などを管理する。配水計画には、例えば、浄水量に関する浄水計画、ポンプの運転計画、貯水設備（貯水池、貯水タンクなど）の貯水計画などが含まれ得る。ここでは、このような個々の計画の総体を配水計画という。
【００１３】
また、水道施設とは、配水網を構成し、需要点に水を供給するための施設をいう。水道施設には、例えば、取水場、浄水場、給水所などが含まれ得る。本実施形態において配水計画の決定対象となる水道施設は、特に、ポンプ等の設備を含み、配水に際し電力を要する施設である。個々の水道施設は、管路（水道管）によって他の水道施設と接続する。すなわち、配水網は、水道施設を管路によって接続したネットワークである。
【００１４】
決定部１１０は、水道施設における単位時間当たりの配水量と消費電力量との関係を示すコスト指標を決定する。決定部１１０は、配水網を構成する複数の水道施設のそれぞれに応じたコスト指標を決定する。すなわち、コスト指標は、水道施設毎に異なり得る。例えば、コスト指標は、水道施設に設置されるポンプの数や性能に応じて異なる。コスト指標は、所定の関数によって表されてもよいし、ルックアップテーブルによって表されてもよい。
【００１５】
また、決定部１１０は、１つの水道施設に関して複数のコスト指標を決定する。決定部１１０は、後述する複数の時間スケールのそれぞれに応じた複数のコスト指標を決定する。決定部１１０は、水道施設の設備毎にコスト指標を決定してもよい。
【００１６】
計画部１２０は、決定部１１０により決定されたコスト指標を用いて配水計画を決定する。計画部１２０は、複数の種類の計画を決定する。ここでいう複数の種類の計画は、上述した浄水計画、ポンプの運転計画及び貯水計画のように、対象（目的）がそれぞれ異なる計画のことを指す。計画部１２０は、決定された配水計画を示す計画情報を出力し、他の装置に提供してもよい。
【００１７】
それぞれの計画には、当該計画の種類に応じた時間スケールがあらかじめ決められている。時間スケールとは、例えば、「１日単位」、「半日単位」、「１時間単位」、「３０分単位」といった、計画の時間的な尺度をいう。計画部１２０は、それぞれの計画に応じた時間スケールに対応するコスト指標を用いて個々の計画を決定する。例えば、計画部１２０は、浄水計画であれば１日単位で決定し、ポンプの運転計画であれば３０分単位で決定する、というように、それぞれの計画の性質や特性に応じた時間スケールで計画を決定する。
【００１８】
本実施形態の配水計画システム１００によれば、計画の時間スケールに応じた複数のコスト指標を決定することができるため、時間スケールが異なる複数種類の計画を当該複数のコスト指標のうちの適当なものを用いて決定することが可能である。これにより、配水計画システム１００は、それぞれの計画について適切なコスト指標を用いることができ、水道施設における消費電力量を適切に評価することが可能である。
【００１９】
［第２実施形態］
図２は、本発明の別の実施形態に係る配水制御システム２００の構成を示すブロック図である。配水制御システム２００は、配水計画を決定し、配水網を構成する水道施設を決定された配水計画に従って制御するための情報処理システムである。配水制御システム２００は、第１実施形態の配水計画システム１００の適用例の一つに相当する。配水制御システム２００は、入力部２１０と、モデル決定部２２０と、配水計画部２３０と、計画設定部２４０とを備える。
【００２０】
入力部２１０は、情報の入力を受け付ける。入力部２１０は、例えば、インターネットなどのネットワークを介して情報を取得する。あるいは、入力部２１０は、キーボードなどの入力装置を介して情報を取得してもよい。入力部２１０の具体的な形態や情報の取得経路は、特に限定されない。入力部２１０は、取得された情報を記憶する記憶装置を含んで構成されてもよい。
【００２１】
モデル決定部２２０は、第１実施形態の決定部１１０の一例に相当する。モデル決定部２２０は、ポンプ情報に基づいてコストモデルを決定する。ポンプ情報は、水道施設に含まれるそれぞれのポンプの性能を表す。例えば、ポンプ情報は、ポンプに関する各種の規格値（容量、揚程、効率など）を含む。コストモデルは、第１実施形態のコスト指標の一例に相当する。本実施形態のコストモデルは、ポンプの単位時間当たりの配水量と消費電力量との関係を示す関数によって表される。
【００２２】
モデル決定部２２０は、複数の時間スケール毎にコストモデルを決定する。本実施形態の時間スケールは、特定の値に限定されないが、以下の説明においては「１日単位」と「１５分単位」の２種類であるとする。以下においては、１日単位の時間スケールを「第１の時間スケール」といい、第１の時間スケールに対応するコストモデルを「第１のコストモデル」という。また、１５分単位の時間スケールを「第２の時間スケール」といい、第２の時間スケールに対応するコストモデルを「第２のコストモデル」という。
【００２３】
配水計画部２３０は、第１実施形態の計画部１２０の一例に相当する。配水計画部２３０は、モデル決定部２２０により決定されたコストモデルを用いて配水計画を決定する。本実施形態の配水計画は、浄水場における浄水計画と、各水道施設におけるポンプの運転計画とを少なくとも含む。配水計画部２３０は、一般的によく知られた数理計画法である、線形計画法や混合整数線形計画法を用いた最適化の手法によって配水計画を決定することができる。
【００２４】
配水計画部２３０は、より詳細には、第１計画部２３１と第２計画部２３２とを含む。第１計画部２３１は、浄水計画を決定する。第１計画部２３１は、第１のコストモデルを用いて、第１の時間スケールで表される浄水計画を決定する。一方、第２計画部２３２は、ポンプの運転計画を決定する。第２計画部２３２は、第２のコストモデルを用いて、第２の時間スケールで表される運転計画を決定する。
【００２５】
計画設定部２４０は、配水計画部２３０により決定された計画をそれぞれの計画に応じた水道施設に設定する。例えば、計画設定部２４０は、決定された計画を示す計画情報を当該計画が適用される水道施設に供給する。あるいは、計画設定部２４０は、決定された計画に基づいて水道施設を遠隔制御してもよい。なお、水道施設の実際の制御は、自動で行われてもよいし、オペレータの操作によって行われてもよい。
【００２６】
配水制御システム２００の構成は、以上のとおりである。以下においては、配水制御システム２００の動作が具体例を用いて説明される。ただし、以下に示す具体例は、説明の便宜上簡略化されている。
【００２７】
図３は、配水網の構成を例示する模式図である。この配水網は、計画の決定対象となる水道施設として浄水場１１、１２及び給水所２１、２２を含む。浄水場１１、１２及び給水所２１、２２は、需要点４１、４２、４３、４４に水を供給するための水道施設である。このうち、給水所２１、２２は、貯水設備を含んでいる。分岐点３１、３２は、バルブ等を備え、必要に応じて流路を変更することができる。また、図中の矢印は、管路と水流の方向を示している。
【００２８】
ここにおいて、需要点とは、１又は複数の需要家をいう。１つの需要点は、特定地域の複数の需要家に相当してもよいし、特定の需要家（例えば、公共施設、商業施設などの大口需要家）に相当してもよい。
【００２９】
浄水場１１、１２及び給水所２１、２２は、１又は複数のポンプ場を含む。ここにおいて、ポンプ場とは、水道施設に付帯し、１又は複数のポンプにより構成される設備（ポンプ設備）をいう。ポンプ場は、ここでは管路毎に設けられているものとするが、複数の管路に共通の設備として設けられ、バルブによって流路が切り替えられるように構成されてもよい。
【００３０】
具体的には、浄水場１１は、ポンプ場Ｐ１、Ｐ２を含む。ポンプ場Ｐ１は、需要点４１に送水するためのポンプ設備である。一方、ポンプ場Ｐ２は、給水所２１に送水するためのポンプ設備である。同様に、浄水場１２はポンプ場Ｐ３、給水所２１はポンプ場Ｐ４、給水所２２はポンプ場Ｐ５、Ｐ６をそれぞれ含んでいる。
【００３１】
この例において、配水制御システム２００は、浄水場１１、１２の浄水計画とポンプ場Ｐ１〜Ｐ６の運転計画とをそれぞれ決定し、各施設における配水を制御する。なお、説明は省略されるものの、配水制御システム２００は、分岐点３１、３２における流路の制御や、需要点４１〜４４における水圧の制御を配水計画に含んでもよい。
【００３２】
図４は、配水制御システム２００における動作の概要を示すフローチャートである。はじめに、ステップＳ１においては、モデル決定部２２０がコストモデルを決定する。モデル決定部２２０は、ポンプ場Ｐ１〜Ｐ６のそれぞれについて、第１のコストモデル及び第２のコストモデルを決定する。
【００３３】
図５は、コストモデルを決定する処理（ステップＳ１）を示すフローチャートである。この処理において、モデル決定部２２０は、まず、所定の需要点において要求される水圧を満たすために必要なポンプの圧力（水頭）を決定する（ステップＳ１１）。需要点における所望の水圧は、入力部２１０を介して与えられるパラメータである。例えば、ポンプ場Ｐ１の場合、モデル決定部２２０は、需要点４１において必要とされる水圧に基づいてポンプの圧力を決定する。
【００３４】
次に、モデル決定部２２０は、ステップＳ１１において決定された圧力で配水するために必要な消費電力量をシミュレーションによって算出する（ステップＳ１２）。モデル決定部２２０は、ポンプ場が複数のポンプを含む場合、稼働させるポンプの組み合わせを変えながらシミュレーションを実行し、配水量に対する消費電力量が最も少ないポンプの組み合わせを特定する。このシミュレーションに用いられる各ポンプのモデル方程式としては、例えば以下の式（１）を挙げることができる。
2017073012.tif 000003
【００３５】
式（１）中の各文字は、それぞれ以下のパラメータを示す。なお、係数Ａ及び効率ηQは、ポンプ情報に含まれる。また、効率ηQは、水流量Ｑに応じて変化する関数として表すことができる。
Power：消費電力[kW]
ρ：水密度[kg/m3]
Ｑ：水流量[m3/s]
Ｈ：ポンプの圧力（水頭）[m]
Ａ：所定の係数
ηQ：ポンプの効率
【００３６】
図６は、単位時間当たりの配水量と消費電力量のシミュレーション結果の一例を示す模式図である。この例は、ポンプ場に２台のポンプ（以下それぞれ「ポンプＡ」、「ポンプＢ」という。）がある場合を示している。ポンプＢは、ポンプＡよりも単位時間当たりの吐出量が大きいものとする。
【００３７】
図６において、曲線Ｃ１は、ポンプＡを用いた場合の配水量と消費電力量の関係を示す（以下これを「第１のパターン」という。）。曲線Ｃ２は、ポンプＢを用いた場合の配水量と消費電力量の関係を示す（以下これを「第２のパターン」という。）。曲線Ｃ３は、ポンプＡ及びポンプＢを同時に用いた場合の配水量と消費電力量の関係を示す（以下これを「第３のパターン」という。）。
【００３８】
図６に示す例においては、第１のパターンと第２のパターンのいずれを用いても配水可能な配水量が存在する。具体的には、単位時間当たりの配水量がｑ１〜ｑ２である場合に、第１のパターンと第２のパターンのいずれを用いても配水可能である。このような場合、モデル決定部２２０は、複数のパターンのうち、消費電力量がより少ないパターンを用いてもよいし、計画を決定する際の直前の時間に用いられていたパターンを用いてもよい。例えば、モデル決定部２２０は、配水量がｑ１〜ｑ２である場合において、直前の時間に第１のパターンが用いられていたときには第１のパターンを用い、直前の時間に第２のパターンが用いられていたときには第２のパターンを用いてもよい 。
【００３９】
なお、ポンプ場に３台以上のポンプがある場合には、モデル決定部２２０は、考え得る全ての組み合わせについてシミュレーションを実行してもよいし、適当に選択された一部の組み合わせのみについてシミュレーションを実行してもよい。また、ポンプは、複数組み合わせて用いられず、それぞれが単独で用いられてもよい。
【００４０】
消費電力量のシミュレーションを実行したら、モデル決定部２２０は、第１のコストモデル及び第２のコストモデルをそれぞれ決定する（ステップＳ１３、Ｓ１４）。具体的には、モデル決定部２２０は、ステップＳ１２において算出されたシミュレーション結果に基づいて、以下のようにしてそれぞれのコストモデルを決定する。
【００４１】
図７は、図６の例に従った第１のコストモデルを例示する模式図である。また、図８は、図６の例に従った第２のコストモデルを例示する模式図である。この例において、第１のコストモデルは、曲線Ｃ１〜Ｃ３を単一の直線で近似した関数によって表される。換言すれば、第１のコストモデルは、配水量と消費電力量の関係をポンプ場単位で表している。これに対し、第２のコストモデルは、曲線Ｃ１〜Ｃ３のそれぞれを直線で近似した区分関数によって表される。換言すれば、第２のコストモデルは、配水量と消費電力量の関係をポンプ単位（又はポンプの組み合わせ単位）で表している。
【００４２】
なお、第１のコストモデル及び第２のコストモデルは、必ずしも直線で表されていなくてもよい。例えば、第２のコストモデルは、複数の高次関数で表された曲線を複数の低次関数によって近似したものであってもよい。また、曲線（又は高次関数）を直線（又は低次関数）に近似する具体的な方法は、特に限定されず、周知のいずれの方法を用いてもよい。
【００４３】
コストモデルが決定されたら、ステップＳ２、Ｓ３において、配水計画部２３０が浄水計画とポンプの運転計画をそれぞれ決定する。具体的には、第１計画部２３１が浄水計画を決定し、第２計画部２３２がポンプの運転計画を決定する。
【００４４】
図９は、ある日の浄水計画を決定する処理（ステップＳ２）を示すフローチャートである。この処理において、第１計画部２３１は、配水網全体における１日当たりの水需要量の予測値を取得する（ステップＳ２１）。換言すれば、第１計画部２３１は、第１の時間スケールで表される水需要量の予測値を取得する。水需要量の予測値は、入力部２１０を介して与えられるパラメータである。配水網全体における１日当たりの水需要量の予測値は、例えば、それぞれの需要点における１日当たりの水需要量の予測値を積算することで求められる。
【００４５】
次に、第１計画部２３１は、該当する日の配水網情報と制約条件を取得する（ステップＳ２２）。配水網情報は、配水網（特に管路）の構成や物理限界を記述した情報である。また、ここでいう制約条件は、配水網のうちの工事等の理由により使用できない設備があったり、取水制限が課せられたりした場合に設定される条件である。
【００４６】
第１計画部２３１は、ステップＳ２１、Ｓ２２において取得された情報と、第１のコストモデルとを用いて、１日当たり（すなわち第１の時間スケール）の浄水計画を決定する（ステップＳ２３）。具体的には、第１計画部２３１は、予測された１日当たりの水需要量を満たし、かつ配水に要する消費電力量が最小になるように、それぞれの浄水場における浄水量の割り振りを決定する。このとき、第１計画部２３１は、配水網情報及び制約条件による制限の範囲内で消費電力量が最小になる浄水計画を決定する（詳細は後述）。
【００４７】
図１０は、ある日のポンプの運転計画を決定する処理（ステップＳ３）を示すフローチャートである。この処理において、第２計画部２３２は、個々の需要点における水需要量の１５分単位の予測値を取得する（ステップＳ３１）。この処理は、第２の時間スケールで表される水需要量の予測値を取得する点において、（予測値が第１の時間スケールで表されている）ステップＳ２１の処理と異なる。
【００４８】
次に、第２計画部２３２は、第１計画部２３１により決定された浄水計画が示す各浄水場の浄水量（計画値）を取得する（ステップＳ３２）。また、第２計画部２３２は、該当する日の配水網情報と制約条件を取得する（ステップＳ３３）。なお、配水網情報及び制約条件が時間帯によって変化する場合であれば、第２計画部２３２は、該当する時間帯の配水網情報と制約条件を取得する。
【００４９】
これらの情報を取得したら、第２計画部２３２は、ステップＳ３１〜Ｓ３３において取得された情報と、第２のコストモデルとを用いて、１５分単位（すなわち第２の時間スケール）のポンプの運転計画を決定する（ステップＳ３４）。具体的には、第２計画部２３２は、予測された１５分毎の水需要量をそれぞれ満たし、かつ配水に要する消費電力量が最小になるように、各時間帯（１５分単位）における浄水場又は給水所の配水量を決定する（詳細は後述）。なお、第２計画部２３２は、１日分の運転計画を一括して決定してもよいし、１５分単位の運転計画を都度決定してもよい。
【００５０】
このようにして浄水計画及びポンプの運転計画が決定された後、計画設定部２４０は、配水網内の該当する水道施設（又は設備）に浄水計画及びポンプの運転計画を設定する（ステップＳ４）。計画設定部２４０が該当する水道施設の全てに計画を設定したら、図４に示した動作は終了する。
【００５１】
図１１は、浄水計画の決定処理の一例を示す図である。ここで、図１１に示すように、需要点４１、４２、４３、４４のそれぞれにおける１日当たりの水需要量の予測値が「６０」、「１４０」、「８０」、「１２０」であったとする。この場合、配水網全体での１日当たりの水需要量の予測値は、「４００」である。第１計画部２３１は、一定量の配水に要する消費電力量が複数の浄水場の間で異なるとき、消費電力量がより少ない浄水場での浄水を優先させる。また、この浄水場での浄水が配水網情報や制約条件による制限を受ける場合、第１計画部２３１は、この制限を受けない他の浄水場に浄水量を割り振る。
【００５２】
ここで、需要点は、特定の浄水場のみから配水される需要点と、複数の浄水場から配水可能な需要点とがある。例えば、需要点４１が浄水場１１のみから配水される一方で、需要点４２は、浄水場１１と浄水場１２のいずれからも配水され得る。第１計画部２３１は、配水網情報を参照することにより、このような需要点に対し、要求される水需要量を満たしつつ、消費電力量が最小になるように、浄水場１１、１２における浄水量を決定することができる。例えば、第１計画部２３１は、需要点４２、４３に配水するために用いられるポンプ場Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４、Ｐ５に関する第１のコストモデルに基づき、消費電力量が最小になる浄水量の割り当てを決定する。一方、需要点４１に配水可能な浄水場は、浄水場１１のみであり、需要点４４に配水可能な浄水場は、浄水場１２のみである。結果として、第１計画部２３１は、例えば浄水場１１における浄水量を「２５０」、浄水場１２における浄水量を「１５０」というように割り当てを決定する。
【００５３】
図１２は、ポンプの運転計画の決定処理の一例を示す図である。図１２上段において、破線で示したグラフは、それぞれの需要点における水需要量の推移（時間変化）を模式的に示している。また、図１２下段において、破線で示したグラフは、それぞれのポンプ場における配水量の推移を模式的に示している。
【００５４】
第２計画部２３２は、需要点４１〜４４における水需要量の１５分毎の予測値を取得すると、浄水計画や第２のコストモデルを参照してポンプ場Ｐ１〜Ｐ６の運転計画を決定する。第２計画部２３２は、１日単位で浄水場１１、１２に対して計画されているそれぞれの浄水量を超えず、かつ、１５分単位で需要点４１〜４４における水需要量を満たすとともに、全体の消費電力量が最小になるように、ポンプ場Ｐ１〜Ｐ６における時間帯毎の配水量を決定する。第２計画部２３２は、第１計画部２３１と同様に、消費電力量が最小になる運転計画を配水網情報及び制約条件による制限の範囲内で決定する。
【００５５】
以上のとおり、本実施形態の配水制御システム２００によれば、第１の時間スケールによる浄水計画と第２の時間スケールによるポンプの運転計画とを決定し、水道施設を制御することが可能である。これにより、配水制御システム２００は、水道施設における消費電力量を適切に評価することが可能である。
【００５６】
例えば、浄水量は、比較的大きい時間スケールで計画される。しかし、より小さい時間スケールでみた場合、水需要量は常に変動しており、一定ではない。また、各需要点における水需要量もまちまちである。したがって、浄水計画のような時間スケールが大きい計画を決定する際には、個々のポンプ場の運転パターンを特定した第２のコストモデルを適用するよりも、ポンプ場単位での電力消費の傾向を示した第１のコストモデルを適用した方が適切であるといえる。また、ポンプの運転計画のような時間スケールが小さい計画を決定する際に（ポンプ場単位での電力消費の傾向を示した）第１のコストモデルを適用したのでは、算出される消費電力量の誤差が大きくなり、消費電力量を正確に予測することができなくなる。
【００５７】
一方、配水制御システム２００のように時間スケールに応じた複数のコストモデルを用いると、例えば単一のコストモデルを用いる場合に比べ、時間スケールが異なるそれぞれの計画を適切に決定することが可能になる。この結果として、配水制御システム２００は、消費電力量が少なくなるような配水計画を精度良く決定し、配水に要する消費電力の削減に寄与することが可能になる。また、配水制御システム２００によれば、単一のシミュレーション結果から複数のコストモデルを決定することができるため、それぞれのコストモデル毎にシミュレーションを実行する場合に比べて計算量を少なくすることが可能である。
【００５８】
［変形例］
本発明の実施の形態は、上述した実施形態のみに限定されない。本発明の実施の形態は、例えば、以下に記載する変形例を含み得る。また、本発明の実施の形態は、本明細書に記載された実施形態及び変形例を必要に応じて適宜に組み合わせたものであってもよい。例えば、特定の実施形態を用いて説明された変形は、他の実施形態に対しても適用され得る。
【００５９】
（変形例１）
図１３は、第２実施形態の配水計画部２３０の変形例を示すブロック図である。同図に示す配水計画部２３０ａは、第３計画部２３３を含む点において第２実施形態の配水計画部２３０（図２参照）と相違し、その他の点において配水計画部２３０と共通の構成を有する。配水制御システム２００は、配水計画部２３０に代えて配水計画部２３０ａを備えてもよい。
【００６０】
第３計画部２３３は、給水所２１、２２に含まれる貯水設備に関する貯水計画を決定する。例えば、第３計画部２３３は、貯水設備における貯水量の実測値と当該設備に設定された貯水量の閾値（上限値及び下限値）とに基づいて、貯水量、換言すれば貯水設備への流入量及び貯水設備からの流出量を決定する。例えば、第３計画部２３３は、流入及び流出後の貯水量が上述した閾値の範囲内に収まるように流入量及び流出量を決定する。この場合、貯水計画が示す貯水量は、浄水計画やポンプの運転計画の決定に際して制約条件として用いられる（図９、１０参照）。
【００６１】
需要点における水需要量は、時々刻々と変動する。また、ポンプの運転計画も、比較的小さい時間スケールで決定される。したがって、第３計画部２３３は、第２のコストモデルを用いて貯水計画を決定する。
【００６２】
（変形例２）
第１計画部２３１は、ポンプの電力消費に加え、他の電力消費要素による電力消費を考慮して浄水計画を決定してもよい。例えば、浄水場における電力消費は、ポンプによる電力消費が支配的であるものの、浄化設備などの他の設備による電力消費も含まれる。したがって、第１計画部２３１は、ポンプによる電力消費量に加え、このような他の設備による消費電力量を浄水場毎に算出した上で、配水に要する消費電力量が最小になるように各浄水場における浄水量の割り振りを決定してもよい。
【００６３】
（変形例３）
本発明は、典型的には上水道に適用されるが、他の水道に対しても適用され得る。例えば、本発明は、工業用水道に適用されてもよい。また、本発明でいう水道施設は、配水網の種別に応じて異なり得る。
【００６４】
（変形例４）
配水計画システム１００及び配水制御システム２００の具体的なハードウェア構成は、特定の構成に限定されない。例えば、配水計画システム１００及び配水制御システム２００は、いずれも単一の装置によって構成されてもよいし、複数の装置の組み合わせによって構成されてもよい。ここでいう複数の装置は、有線又は無線のいずれで接続されてもよく、また、ネットワークを介して接続されてもよい。
【００６５】
例えば、図２に示した配水制御システム２００は、入力部２１０を備える第１の装置と、モデル決定部２２０及び配水計画部２３０を備える第２の装置と、計画設定部２３０を備える第３の装置とによって構成されてもよい。この場合、第２の装置は、本発明に係る配水計画システムを構成する。
【００６６】
図１４は、配水計画システム１００又は配水制御システム２００を実現するコンピュータ装置３００のハードウェア構成を例示するブロック図である。コンピュータ装置３００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）３０１と、ＲＯＭ（Read Only Memory）３０２と、ＲＡＭ（Random Access Memory）３０３と、記憶装置３０４と、ドライブ装置３０５と、通信インタフェース３０６と、入出力インタフェース３０７とを備える。
【００６７】
ＣＰＵ３０１は、ＲＡＭ３０３を用いてプログラム３０８を実行する。プログラム３０８は、ＲＯＭ３０２に記憶されていてもよい。また、プログラム３０８は、記録媒体３０９に記録され、ドライブ装置３０５によって読み出されてもよいし、外部装置からネットワーク３１０を介して送信されてもよい。通信インタフェース３０６は、ネットワーク３１０を介して外部装置とデータをやり取りする。入出力インタフェース３０７は、周辺機器（キーボード、マウス、表示装置など）とデータをやり取りする。通信インタフェース３０６及び入出力インタフェース３０７は、データを取得又は出力する手段として機能することができる。
【００６８】
なお、配水計画システム１００又は配水制御システム２００の構成要素の一部又は全部は、汎用又は専用の電気回路構成（circuitry）によって実現され得る。ここで、電気回路構成とは、単一のデバイス（single device）、複数のデバイス（multiple devices）又はチップセット（chipset）を概念的に含む文言である。さらに、配水計画システム１００又は配水制御システム２００の構成要素の一部又は全部は、上述した電気回路構成とプログラムとの組み合わせによって実現されてもよい。
【００６９】
また、本発明の利用形態には、クラウドコンピューティングやＳａａＳ（Software as a Service）が含まれ得る。例えば、配水計画システム１００又は配水制御システム２００が複数の装置によって構成される場合、当該複数の装置の一部の機能は、ネットワークを介したサービスとしてユーザ（水道事業者）に提供されてもよい。具体的には、配水制御システム２００は、サーバ装置とユーザが使用するクライアント装置とを含んで構成され、ユーザが必要な情報をサーバ装置に送信することで計画情報を受信できるサービスを提供するものであってもよい。
【００７０】
この出願は、２０１５年１０月２６日に出願された日本出願特願２０１５−２０９６０２を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
【符号の説明】
【００７１】
１００    配水計画システム
１１０    決定部
１２０    計画部
２００    配水制御システム
２１０    入力部
２２０    モデル決定部
２３０、２３０ａ    配水計画部
２３１    第１計画部
２３２    第２計画部
２３３    第３計画部
２４０    計画設定部
【図１】
2017073012.tif 000004
【図２】
2017073012.tif 000005
【図３】
2017073012.tif 000006
【図４】
2017073012.tif 000007
【図５】
2017073012.tif 000008
【図６】
2017073012.tif 000009
【図７】
2017073012.tif 000010
【図８】
2017073012.tif 000011
【図９】
2017073012.tif 000012
【図１０】
2017073012.tif 000013
【図１１】
2017073012.tif 000014
【図１２】
2017073012.tif 000015
【図１３】
2017073012.tif 000016
【図１４】
2017073012.tif 000017
【手続補正書】
【提出日】平成30年1月10日(2018.1.10)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の水道施設のそれぞれについて、各々が単位時間当たりの配水量と消費電力量との関係を示し、かつ対応する時間スケール毎に異なる複数のコスト指標を決定する決定手段と、
前記複数の水道施設のそれぞれを制御するための複数の計画であって、当該計画に応じた時間スケールで表される複数の計画を、前記決定された複数のコスト指標のうち当該計画に応じた時間スケールに対応するコスト指標を用いて決定する計画手段と
を備える配水計画システム。
【請求項２】
前記決定手段は、複数のポンプにより構成されるポンプ設備を含む前記水道施設について、単位時間当たりの配水量と消費電力量との関係を前記ポンプ設備単位で示す第１のコスト指標と、単位時間当たりの配水量と消費電力量との関係を前記ポンプ設備を構成するポンプ単位で示し、前記第１のコスト指標よりも時間スケールが小さい第２のコスト指標とを決定する
請求項１に記載の配水計画システム。
【請求項３】
前記複数の水道施設は、浄水場を含み、
前記計画手段は、
前記浄水場における第１の時間スケールでの浄水量を示す浄水計画を前記第１のコスト指標を用いて決定する第１の計画手段と、
複数の需要点に配水するためのポンプの運転計画であって前記第１の時間スケールよりも小さい第２の時間スケールでの運転計画を、前記第２のコスト指標を用いて決定する第２の計画手段とを有する
請求項２に記載の配水計画システム。
【請求項４】
前記複数の水道施設の少なくともいずれかは、貯水設備を含む施設であり、
前記計画手段は、前記貯水設備に関する貯水計画を前記第２のコスト指標を用いて決定する第３の計画手段を有する
請求項３に記載の配水計画システム。
【請求項５】
前記決定手段は、所定の圧力で配水するために必要な消費電力を、前記複数のポンプの組み合わせ毎にシミュレーションによって算出し、算出結果に基づいて前記第１のコスト指標及び前記第２のコスト指標を決定する
請求項２から請求項４までのいずれか１項に記載の配水計画システム。
【請求項６】
複数の水道施設のそれぞれについて、各々が単位時間当たりの配水量と消費電力量との関係を示し、かつ対応する時間スケール毎に異なる複数のコスト指標を決定し、
前記複数の水道施設のそれぞれを制御するための複数の計画であって、当該計画に応じた時間スケールで表される複数の計画を、前記決定された複数のコスト指標のうち当該計画に応じた時間スケールに対応するコスト指標を用いて決定する
配水計画方法。
【請求項７】
コンピュータに、
複数の水道施設のそれぞれについて、各々が単位時間当たりの配水量と消費電力量との関係を示し、かつ対応する時間スケール毎に異なる複数のコスト指標を決定する処理と、
前記複数の水道施設のそれぞれを制御するための複数の計画であって、当該計画に応じた時間スケールで表される複数の計画を、前記決定された複数のコスト指標のうち当該計画に応じた時間スケールに対応するコスト指標を用いて決定する処理と
を実行させるためのプログラム。
【国際調査報告】
2017073012.tif 000018
2017073012.tif 000019
2017073012.tif 000020
2017073012.tif 000021