(57)【要約】  配管診断装置（１０）は、診断対象となる配管設備における流体の圧力の時系列データを取得する、時系列データ取得部（１１）と、流体の圧力の時系列データから、流体における圧力変動の回数を計測する、圧力変動計測部（１２）と、計測され圧力変動の回数と、配管設備を構成する配管の強度とに基づいて、配管設備の故障リスクを推定する、故障リスク推定部（１３）とを備えている。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
診断対象となる配管設備における流体の圧力の時系列データを取得する、時系列データ取得部と、  前記流体の圧力の時系列データから、前記流体における圧力変動の回数を計測する、圧力変動計測部と、  計測され前記圧力変動の回数と、前記配管設備を構成する配管の強度とに基づいて、前記配管設備の故障リスクを推定する、故障リスク推定部と、を備えている、ことを特徴とする配管診断装置。
【請求項２】
前記時系列データ取得部が、前記配管設備を構成する配管に設置された圧力センサが出力するデータによって、前記時系列データを取得する、請求項１に記載の配管診断装置。
【請求項３】
前記時系列データ取得部が、前記配管設備を構成する配管の全部又は一部について、水理シミュレータによって推定された圧力を前記時系列データとして取得する、請求項１または２に記載の配管診断装置。
【請求項４】
前記故障リスク推定部が、前記故障リスクとして、前記圧力変動の回数が多いほど値が高くなる指標を算出する、請求項１〜３のいずれかに記載の配管診断装置。
【請求項５】
前記故障リスク推定部が、前記故障リスクとして、前記圧力変動の振幅が大きいほど値が高くなる指標を算出する、請求項１〜３のいずれかに記載の配管診断装置。
【請求項６】
前記配管設備を構成する配管の強度を推定する、配管強度推定部を更に備えている、請求項１〜５のいずれかに記載の配管診断装置。
【請求項７】
前記配管強度推定部が、前記配管設備を構成する配管の敷設されてからの年数を少なくとも用いて、前記配管設備を構成する配管の強度を推定する、請求項６に記載の配管診断装置。
【請求項８】
診断対象となる配管設備における流体の圧力の時系列データを取得する、時系列データ取得部と、  前記流体の圧力の時系列データから、前記流体における圧力変動の回数を計測する、圧力変動計測部と、  計測され前記圧力変動の回数と、前記配管設備を構成する配管の強度とに基づいて、前記配管設備の故障リスクを推定する、故障リスク推定部と、  前記故障リスク推定部が推定した前記故障リスクに基づいて、前記配管設備を構成する各配管に対して、交換の順位を設定する、交換順位設定部と、を備えている、ことを特徴とする資産管理装置。
【請求項９】
（ａ）診断対象となる配管設備における流体の圧力の時系列データを取得する、ステップと、（ｂ）前記流体の圧力の時系列データから、前記流体における圧力変動の回数を計測する、ステップと、（ｃ）計測され前記圧力変動の回数と、前記配管設備を構成する配管の強度とに基づいて、前記配管設備の故障リスクを推定する、ステップと、を有する、ことを特徴とする配管診断方法。
【請求項１０】
コンピュータに、（ａ）診断対象となる配管設備における流体の圧力の時系列データを取得する、ステップと、（ｂ）前記流体の圧力の時系列データから、前記流体における圧力変動の回数を計測する、ステップと、（ｃ）計測され前記圧力変動の回数と、前記配管設備を構成する配管の強度とに基づいて、前記配管設備の故障リスクを推定する、ステップと、を実行させる命令を含む、プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、上水道といった配管設備の故障リスクを診断するための、配管診断装置、及び配管診断方法に関し、更には、これらを実現す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記録媒体、配管診断装置を用いた資産管理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】  上水道管網等の配管施設は、一般に規模が膨大である。また、地中に埋設された配管の劣化の進行は、配管が埋設された土壌の酸性度、電位、圧力等によって異なる場合がある。このため、相対的に新しい配管が急激に劣化し早期の交換が必要となる場合がある。従って、配管の補修や交換を的確かつ効率的に行うことが可能となるよう、現在の配管の劣化の程度と今後の劣化の進行を適切に診断する技術が求められている。【０００３】  現在の配管の劣化の程度を診断する技術については、特許文献１に、配管の非破壊検査に関する技術が開示されている。特許文献１に開示の技術では、まず、配管の長手方向に離隔された２点を通って管内を伝搬する振動の伝搬速度を表す実測値が求められる。続いて、伝搬速度の値から配管の肉厚を求める式に、実測値を適合させることによって、配管の肉厚が逆算される。【０００４】  その後、特許文献１に開示された技術では、算出された配管の肉厚から、現在の配管の劣化度合いが判定され、配管の劣化の進行が診断される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１３−６１３５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】  しかしながら、上記特許文献１に開示された技術では、今後の劣化の進行速度と、それに基づく水道管の寿命について推定することは不可能である。そのため、適切な配管の交換時期を予測することができず、水道事業者においては、自身が保有する多数の配管について経済効率のよい交換順位を定めることができないという問題が発生する。【０００７】  本発明の目的の一例は、上記の課題を鑑み、配管設備において、将来の配管の劣化の進行を推定し得る、配管診断装置、資産管理装置、配管診断方法、及びコンピュータ読み取り可能な記録媒体を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】  上記目的を達成するため、本発明の一側面における配管診断装置は、  診断対象となる配管設備における流体の圧力の時系列データを取得する、時系列データ取得部と、  前記流体の圧力の時系列データから、前記流体における圧力変動の回数を計測する、圧力変動計測部と、  計測され前記圧力変動の回数と、前記配管設備を構成する配管の強度とに基づいて、前記配管設備の故障リスクを推定する、故障リスク推定部と、を備えている、ことを特徴とする。【０００９】  上記目的を達成するため、本発明の一側面における資産管理装置は、診断対象となる配管設備における流体の圧力の時系列データを取得する、時系列データ取得部と、  前記流体の圧力の時系列データから、前記流体における圧力変動の回数を計測する、圧力変動計測部と、  計測され前記圧力変動の回数と、前記配管設備を構成する配管の強度とに基づいて、前記配管設備の故障リスクを推定する、故障リスク推定部と、  前記故障リスク推定部が推定した前記故障リスクに基づいて、前記配管設備を構成する各配管に対して、交換の順位を設定する、交換順位設定部と、を備えている、ことを特徴とする。【００１０】  また、上記目的を達成するため、本発明の一側面における配管診断方法は、（ａ）診断対象となる配管設備における流体の圧力の時系列データを取得する、ステップと、（ｂ）前記流体の圧力の時系列データから、前記流体における圧力変動の回数を計測する、ステップと、（ｃ）計測され前記圧力変動の回数と、前記配管設備を構成する配管の強度とに基づいて、前記配管設備の故障リスクを推定する、ステップと、を有する、ことを特徴とする。【００１１】  更に、上記目的を達成するため、本発明の一側面におけるコンピュータ読み取り可能な記録媒体は、コンピュータに、（ａ）診断対象となる配管設備における流体の圧力の時系列データを取得する、ステップと、（ｂ）前記流体の圧力の時系列データから、前記流体における圧力変動の回数を計測する、ステップと、（ｃ）計測され前記圧力変動の回数と、前記配管設備を構成する配管の強度とに基づいて、前記配管設備の故障リスクを推定する、ステップと、を実行させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】  以上のように、本発明によれば、配管設備において、将来の配管の劣化の進行を推定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、本発明の実施の形態における配管診断装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２】図２は、本発明の実施の形態における配管診断装置の具体的構成を示すブロック図である。
【図３】図３は、配管に加わる圧力と応力とを説明する説明図である。
【図４】図４は、配管のＳ−Ｎ曲線の一例を示す図である。
【図５】図５は、本発明の実施の形態における配管診断装置の動作を示すフロー図である。
【図６】図６は、配水ブロック内のある地点における水圧の時系列データの一例を示す図である。
【図７】図７は、本発明の実施の形態における資産管理装置の構成を示すブロック図である。
【図８】図８は、本発明の実施の形態における配管診断装置を実現するコンピュータの一例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】（実施の形態）  以下、本発明の実施の形態における、配管診断装置、配管診断方法、及びコンピュータ読み取り可能な記録媒体について、図１〜図８を参照しながら説明する。
【００１５】［装置構成］  最初に、図１を用いて、本実施の形態における配管診断装置の構成について説明する。図１は、本発明の実施の形態における配管診断装置の概略構成を示すブロック図である。
【００１６】  図１に示す本実施の形態における配管診断装置１０は、診断対象となる配管設備の将来における劣化を診断するための装置である。図１に示すように、配管診断装置１０は、時系列データ取得部１１と、圧力変動計測部１２と、故障リスク推定部１３とを備えている。
【００１７】  時系列データ取得部１１は、診断対象となる配管設備における流体の圧力の時系列データを取得する。圧力変動計測部１２は、流体の圧力の時系列データから、流体における圧力変動の回数を計測する。故障リスク推定部１３は、計測され圧力変動の回数と、配管設備を構成する配管の強度とに基づいて、配管設備の故障リスクを推定する。
【００１８】  このように、本実施の形態では、診断対象となる配管設備の故障リスクが推定されるので、将来の配管の劣化の進行を推定することが可能となる。また、これにより、配管設備において、配管の適切な交換時期、交換の順番を定めることができる。
【００１９】  続いて、図２を用いて、本実施の形態における配管診断装置の構成をより具体的に説明する。図２は、本発明の実施の形態における配管診断装置の具体的構成を示すブロック図である。
【００２０】  まず、本実施の形態において診断対象となる配管設備について説明する。図２に示すように、本実施の形態では、配管設備１００は、上下水道を構成する水道管網であり、流体は水である。配管設備１００は、浄水場１０６と、水道本管１０１と、配水ブロック１０４とを備えている。
【００２１】  また、配管設備１００が設置される地形によっては、浄水場１０６と水道本管１０１との間にポンプ１０２が設置される。この場合は、ポンプ１０２は、配水ブロック１０４の末端まで水が供給されるように加圧を行なうので、それにより末端から水が吐出さる。
【００２２】  一般に、ポンプ１０２は、日中は水需要が増大するため高圧で送水し、深夜は水需要が少なくなるため低水圧で送水する。このポンプ１０２の運転モードの切り替え時には大振幅の水圧変動が発生し、水道本管１０１に圧力波が伝播する。この水圧変動の伝搬を水撃とも言う。
【００２３】  一方、配水ブロック１０４の入り口には配水ブロック１０４内に過剰水圧がかからないよう減圧バルブ１０３が設置されている。減圧バルブ１０３は入力側である水道本管１０１の方が出力側である配水ブロック１０４側よりも水圧が高い場合に、出力側の水圧が一定になるように調整する。この減圧バルブ１０３により、水道本管１０１を伝播してきた大振幅の水撃が配水ブロック１０４内へ伝播することが防がれ、配水ブロック１０４内の配管などの水道施設への負荷が抑制される。
【００２４】  しかしながら、減圧バルブ１０３により配水ブロック１０４外からの水撃を遮断できたとしても、配水ブロック１０４においても、バルブの急な開閉、空気だまりの発生及び崩壊、需要家の水使用に伴う栓の急な開閉、等に伴って水撃が発生する。このような水撃は配管に応力変動を与え、配管の疲労を引き起こす。
【００２５】  これは、配管内には、製造時及び経年の使用により微小な亀裂が発生しており、この亀裂が、応力変動によって配管全体が伸縮する際に成長するためである。そして、長年の使用により繰り返し応力変動が加わると、疲労が進展して配管が破断する。従って、配水ブロック１０４を構成する水道管網の配管の交換時期を推定するためには、配管の劣化状態だけでなく、配管に加わる水圧変動を評価し劣化の進行速度を推定することも重要である。
【００２６】  この繰り返し応力変動と疲労破壊との関係を説明する。図３は、配管に加わる圧力と応力とを説明する説明図である。図３の例では、説明のため、配管の断面の半分のみが示されている。まず、図２に示すように、直径ｄ、厚さｔの円筒状の配管に圧力ｐが加わると、配管の円周方向に引き伸ばすように応力σが加わる。この応力をフープ応力といい、下記の数１によって算出される。
【００２７】
【数１】
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【００２８】  そして、図３に示す配管に一定振幅Δσの応力変動が繰り返し加わると、配管は、ある回数Ｎで破断する。図４は、配管のＳ−Ｎ曲線の一例を示す図である。図４に示すように、配管に振幅Δσ1の応力変動が繰り返し加わり、配管がＮ１回で破断したとする。同様に、配管に振幅Δσ2の応力変動が繰り返し加わり、配管がＮ２回で破断したとする。この場合、配管の強度特性として図４に示すようなＳ−Ｎ曲線が得られる。
【００２９】  一般の鉄鋼材料では、ある大きさ以下の振幅の場合には繰り返し回数を増やしても破断に至らない応力振幅値が存在し、これを疲労限度と言う。従来、水圧変動による応力変動の振幅は配管の疲労限度よりも十分小さく、無視できると考えられてきた。
【００３０】  これに対して、本実施の形態における配管診断装置１０は、この疲労限度以下の応力振幅による劣化の進展も考慮し、Ｓ−Ｎ曲線の傾きを疲労限度以下まで直線で延長し、すべての応力振幅を損傷として累積する。図４の例では、疲労限度以下の応力変動振幅Δσ3がＳ−Ｎ曲線の延長線と交わる位置の回数がＮ３である。
【００３１】  以上のＳ−Ｎ曲線は応力変動の振幅を固定して破断するまで疲労試験を行って作成するが、実際の配管にはさまざまな振幅の応力が複合して加わるため、総合的に評価することが必要である。今、配管が製造されて設置されてから、振幅σ1のフープ応力の変動がｎ１回、振幅σ2のフープ応力の変動がｎ２回、振幅σ3のフープ応力の変動がｎ３回発生したとする。このときの配管の疲労度Ｄは、下記の数２で評価することができる。この疲労度Ｄが大きいほど破断のリスクが大きいことを示す。疲労度Ｄの最大値は１である。
【００３２】
【数２】
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【００３３】  次いで、以下に、本実施の形態における配管診断装置の構成を具体的に説明する。図２に示すように、配管診断装置１０は、上述した時系列データ取得部１１、圧力変動計測部１２、及び故障リスク推定部１３に加えて、配管強度推定部１４と、配管強度データ収集部１５と、圧力データベース１６と、配管情報データベース１７とを備えている。
【００３４】  時系列データ取得部１１は、本実施の形態では、配管設備１００を構成する配管に設置された圧力センサ１０５が出力するデータによって、時系列データを取得する。具体的には、圧力センサ１０５は、配水ブロック１０４内の配管に設置され、配管を流れる水の圧力（水圧）を特定するデータを、設定間隔で出力する。また、図２の例では、単一の圧力センサ１０５のみが図示されているが、実際には、複数の圧力センサ１０５が、配水ブロック１０４の部分毎に設置されていても良い。
【００３５】  また、圧力センサ１０５は、配水ブロック１０４の入り口の減圧バルブ１０３の近辺のテレメータに設置されていても良い。更に、圧力センサ１０５は、配水ブロック１０４内の任意の位置、例えば、消火栓、空気抜きバルブ等の箇所に設置されていても良い。配管に影響を与える水圧変動を適切に測定するためには、圧力センサ１０５は、毎秒１００サンプル以上の頻度で水圧を計測することが望ましい。
【００３６】  時系列データ取得部１１は、この圧力センサ１０５が出力した水圧の時系列データを取得し、取得した時系列データを圧力データベース１６に格納する。また、圧力センサ１０５は、データを無線又は有線によって送信する機能を備えていても良い。その場合は、時系列データ取得部１１は、圧力センサ１０５から送信されてきたデータを受信することによって、時系列データを取得する。
【００３７】  また、圧力センサ１０５は、データ記憶装置を備えた可搬型のセンサであっても良い。この場合、圧力センサ１０５は、配水ブロック１０４の任意の箇所に数日間設置され、その間、水圧の時系列データを測定すると共に、データを格納する。その後、時系列データ取得部１１は、圧力センサ１０５のデータ記憶装置から、水圧の時系列データを取得する。
【００３８】  また、本実施の形態では、時系列データ取得部１１は、配管設備１００を構成する配管の全部又は一部について、水理シミュレータによって推定された圧力を時系列データとして取得することもできる。つまり、圧力センサ１０５が設置されている箇所においては、直接水圧が計測される、その計測値が直接用いられるが、圧力センサ１０５が設置されていない箇所では圧力は測定されない。このような圧力センサ１０５が設置されていない箇所については、時系列データ取得部１１は、同じ配水ブロック１０４で測定した時系列データと水理シミュレータとを用いて、水圧を推定することができる。
【００３９】  具体的には、この場合、時系列データ取得部１１は、対象とする配水ブロック１０４の配管の口径、材質、距離、接続情報に基づいて、管網解析モデルを作成し、これに、圧力センサ１０５の設置箇所で測定した時系列データを入力して、解析を実行する。これにより、配水ブロック１０４内の各点の水圧の時系列データが算出される。このような水理シミュレータとしては、例えば、EPANET等が挙げられる。
【００４０】  圧力変動計測部１２は、本実施の形態では、取得された水圧の時系列データから、配水ブロック１０４の部分毎に、水圧変動の回数を計測する。また、圧力変動計測部１２は、変動を計測する際、その時の振幅の幅も計測する。水圧変更の係数の計測方法として、例えば、レインフロー法が挙げられる。レインフロー法は、材料のヒステリシス曲線と対応しているため、疲労寿命予測として適している。また、ピークカウント法、レベルクロッシングカウント法、ミーンクロッシングカウント法、レンジカウント法、レンジペアカウント法なども用いることができる。
【００４１】  配管強度データ収集部１５は、外部から入力された配管の強度データ、又は配管の劣化の状態を示す劣化データを収集する。また、入力される強度データは、対象とする配管の実際の強度を測定することによって得られていても良い。強度の測定方法としては、直接肉厚を計測する方法、磁界センサによって強度を測定するmagnetic flux leakage法（MFL法）、渦電流を計測するRemote Field Eddy Current法（RFEC法）、Broadband Electromagnetic法（BEM法）が挙げられる。なお、これらの方法を実施するためには、予め、配管が埋設されている箇所の周囲の土を掘削する必要がある。
【００４２】  また、土を掘削せず配管が埋設されたまま配管の強度を測定する方法としては、上述の特許文献１に開示されている、音速から肉厚を推定する方法等が挙げられる。また、配管内にカメラを挿入して管壁の表面を観測し、管の劣化状態を大まかに推定する方法も挙げられる。配管強度データ収集部１５は、このようにして収集した配管の強度データ及び劣化データを配管情報データベース１７に格納する。
【００４３】  配管情報データベース１７は、強度データ及び劣化データに加えて、各配管の材質、口径、距離、敷設された時期、場所等を特定する情報を格納していても良い。更に、配管情報データベースは、実験データ又は文献情報に基づいて、配管の材質及び口径毎に、配管の強度を示すＳ−Ｎ曲線のデータを格納していても良い。このＳ−Ｎ曲線としては、新品配管と劣化配管との両方のデータが格納されているのが良く、この場合、特に、劣化配管のＳ−Ｎ曲線は、それに対応する配管の強度の度合いと対応付けられて格納されている。
【００４４】  配管強度推定部１４は、配管設備１００を構成する配管の強度を推定する。具体的には、配管強度推定部１４は、配管情報データベース１７に格納されている情報に基づいて、対象とする配管の強度を推定して、Ｓ−Ｎ曲線を出力する。
【００４５】  具体的には、配管強度推定部１４は、強度が直接測定されている配管については、その測定結果と対応するＳ−Ｎ曲線を選択または作成する。また、配管強度推定部１４は、強度が直接測定されていない配管については、配管情報データベース１７から、対象とする配管と材料及び口径が同じ配管のＳ−Ｎ曲線に基づいて、対象とする配管のＳ−Ｎ曲線を作成する。
【００４６】  更に、対象とする配管と材料及び口径が同じ配管のＳ−Ｎ曲線が配管情報データベース１７に格納されていない場合は、配管強度推定部１４は、材料は同一であるが、口径が異なる配管のＳ−Ｎ曲線から、対象とする配管のＳ−Ｎ曲線を算出する。
【００４７】  また、対象とする配管の強度が測定されていない場合は、配管強度推定部１４は、対象とする配管が敷設されてからの経過年数と、配管の平均寿命とから劣化度合いを推定し、推定した劣化度合に基づいて、対象とする配管のＳ−Ｎ曲線を作成することもできる。
【００４８】  故障リスク推定部１３は、本実施の形態では、故障リスクとして、圧力変動の回数が多いほど値が高くなる指標を算出する。なお、故障リスクは、この例に限定されず、故障リスクとして、前記圧力変動の振幅が大きいほど値が高くなる指標が算出されても良い。
【００４９】  具体的には、故障リスク推定部１３は、対象とする配管毎に、圧力変動計測部１２が計測した水圧変動の回数と、配管強度推定部１４が推定した対象配管のＳ−Ｎ曲線とを用いて、故障リスクを示す指標を算出する。故障リスク推定部１３は、故障リスクの指標として、算出のために取得されるデータの種類に応じて、１又は２以上の指標を用いることができる。
【００５０】  例えば、配管が敷設されてからの累計の水圧変動の回数ｎ１、ｎ２、ｎ３が取得されている場合は、故障リスク推定部１３は、上記の数２を用いて疲労度Ｄを算出し、算出した疲労度Ｄを配管の故障リスクとして出力することができる。
【００５１】  また、上記数２において、Ｄ＝１となる場合は、統計的に配管が破断する予想時期を表すので、故障リスク推定部１３は、これを用いて配管の残寿命を推定することもできる。すなわち、現在の疲労度がＤ、現時点で時間Δｔの間に、振幅σ1、σ2、σ3、・・・、σi回のフープ応力の変動が、それぞれΔｎ１、Δｎ２、Δｎ３、・・・Δｎｉ回発生している場合、故障リスク推定部１３は、まず、単位期間あたりの疲労度の増加率ΔD／Δｔを下記の数３を用いて算出する。
【００５２】
【数３】
2018179727.tif 000005
【００５３】  そして、上記数３において、Ｄ＝１となるまでの時間（残寿命）ｔ’は、Ｄ+ｔ’ΔＤ／Δｔ＝１であるから、故障リスク推定部１３は、下記の数４を用いて、時間（残寿命）ｔ’を算出する。
【００５４】
【数４】
2018179727.tif 000006
【００５５】  また、配管が敷設されてからの累計の水圧変動の回数が取得できない場合であっても、故障リスク推定部１３は、観測されている水圧変動の回数から求めた疲労度の増加率ΔD／Δｔに、敷設されてからの時間を乗算することで現在の疲労度を推定できる。また、配管が敷設されてからの累計の水圧変動の回数が取得できなくても、現在の強度データが取得できる場合には、故障リスク推定部１３は、現在の強度データから疲労度Ｄを推定する。この場合、故障リスク推定部１３は、更に、推定した疲労度Ｄから故障リスクを推定する。
【００５６】  このように、本実施の形態では、故障リスクの指標としては、疲労度Ｄ、疲労度Ｄの増加率ΔD／Δｔ、推定した残寿命ｔ’のいずれかを用いることができ、更に、これらを組み合わせた指標が作成されていても良い。
【００５７】  また、上述の例では、圧力センサ１０５が配水ブロック１０４内に設置され、配水ブロック１０４内の配管が診断対象となっているが、本実施の形態は、この例に限定されるものではない。本実施の形態では、水道本管１０１など、水道管網を構成する全ての配管が診断の対象となる。
【００５８】［装置動作］  次に、本実施の形態における配管診断装置１０の動作について図５を用いて説明する。図５は、本発明の実施の形態における配管診断装置の動作を示すフロー図である。以下の説明においては、適宜図１〜図４を参酌する。また、本実施の形態では、配管診断装置１０を動作させることによって、配管診断方法が実施される。よって、本実施の形態における配管診断方法の説明は、以下の配管診断装置１０の動作説明に代える。
【００５９】  図５に示すように、最初に、時系列データ取得部１１は、配管設備１００を構成する配管に設置された圧力センサ１０５が出力するデータによって、水圧の時系列データを取得する（ステップＳ１）。また、時系列データ取得部１１は、取得した時系列データを圧力データベース１６に格納する。
【００６０】  次に、圧力変動計測部１２は、圧力データベース１６から、ステップＳ１で取得された水圧の時系列データを取得し、取得した水圧の時系列データから、配水ブロック１０４の部分毎に、水圧変動の回数を計測する（ステップＳ２）。
【００６１】  次に、配管強度推定部１４は、配管情報データベース１７に格納されている情報に基づいて、対象とする配管の強度を推定して、推定した強度として配管のＳ−Ｎ曲線を出力する（ステップＳ３）。
【００６２】  次に、故障リスク推定部１３は、診断対象となる配管毎に、ステップＳ２で計測された水圧変動の回数と、ステップＳ３で推定された対象配管のＳ−Ｎ曲線とを用いて、故障リスクを示す指標を算出する（ステップＳ４）。また、算出された故障リスクを示す指標は、配管診断装置１０に接続された管理者の端末装置に送信され、端末装置の画面上に表示される。これにより、配管設備１００の管理者は、配管の適切な交換時期、交換の順番を定めることができる。
【００６３】［具体例］  続いて、本実施の形態の具体例について図６を用いて説明する。図６は、配水ブロック内のある地点における水圧の時系列データの一例を示す図である。図６の例では、ある１日の水圧の時系列データの測定値が示されており、水が使用されていない場合では、この地点の水圧は１００［ｍＨ２Ｏ］となる。
【００６４】  図６に示すように、水を使用するとその地点まで送水する際の圧力損失が発生するため、水圧が下がる。特に、朝６時過ぎ及び夕方１８時頃は、住民の使用量が極大になるため４０から５０［ｍＨ２Ｏ］近くまで水圧が下がる。また、住民が水道の栓を急開、急閉した際に水撃が発生しており、特に６時から１０時までの時間帯には、水撃が多数発生している。
【００６５】  配管に疲労をもたらす圧力変動は、一日を通した４０〜１００［ｍＨ２Ｏ］に渡る変動と、水使用に伴う数［ｍＨ２Ｏ］の変動の両方が含まれる。これらの水圧変動の回数をレインフロー法で計数し、この水道管のＳ−Ｎ曲線と合わせることにより一日あたりの疲労度の増加率ΔD／Δｔを求めることができる。また、この配管が設置されてからの年数Ｙから求まる経過日数を増加率に掛けることにより、現時点での疲労度Ｄを求めることができ、また推定算寿命ｔも求めることができる。
【００６６】［資産管理装置］  続いて、図７を用いて、本実施の形態における資産管理装置について説明する。図７は、本発明の実施の形態における資産管理装置の構成を示すブロック図である。
【００６７】  図７に示すように、本実施の形態における資産管理装置２０は、事業者が保有する配管設備の管理を行なうための装置である。図７に示すように、資産管理装置２０は、図２に示した配管診断装置１０と、交換順位設定部２１とを備えている。
【００６８】  交換順位設定部２１は、配管診断装置１０において故障リスク推定部１３が故障リスクを推定すると、推定された故障リスクに基づいて、配管設備を構成する各配管に対して、交換の順位を設定する。具体的には、交換順位設定部２１は、故障リスク推定部１３によって算出された指標に基づいて、各配管に交換の順位を設定する。なお、この順位付けにもちいられる指標は、上述した指標のうちのいずれの指標であっても良い。
【００６９】  すなわち、交換順位設定部２１は、疲労度Ｄ、疲労度の増加率ΔＤ／Δｔ、推定算寿命ｔのいずれを用いてもよい。例えば、疲労度Ｄを用いる場合には、交換順位設定部２１は、疲労度の大きい配管を優先して順位を設定する。これにより、事業者は、故障のリスクの高い配管から交換を実施することができるので、事業者が保有する配管の故障を最小限するための効率的な交換が可能となる。
【００７０】［実施の形態における効果］  以上のように本実施の形態によれば、配管の今後の劣化の進行が推定される。このため、配管が破裂してしまう可能性を推定でき、更には、配管の適切な交換時期、交換の順番を定めることもできる。そして、この結果、効率良く、配管設備の故障の発生を抑制することができる。
【００７１】［プログラム］  本実施の形態におけるプログラムは、コンピュータに、図５に示すステップＳ１〜Ｓ４を実行させるプログラムであれば良い。このプログラムをコンピュータにインストールし、実行することによって、本実施の形態における配管診断装置１０と配管診断方法とを実現することができる。この場合、コンピュータのプロセッサは、時系列データ取得部１１、圧力変動計測部１２、故障リスク推定部１３、配管強度推定部１４、及び配管強度データ収集部１５として機能し、処理を行なう。
【００７２】  また、本実施の形態では、圧力データベース１６及び配管情報データベース１７は、コンピュータに備えられたハードディスク等の記憶装置に、これらを構成するデータファイルを格納することによって、又はこのデータファイルが格納された記録媒体をコンピュータと接続された読取装置に搭載することによって実現できる。
【００７３】  また、本実施の形態におけるプログラムは、複数のコンピュータによって構築されたコンピュータシステムによって実行されても良い。この場合は、例えば、各コンピュータが、それぞれ、時系列データ取得部１１、圧力変動計測部１２、故障リスク推定部１３、配管強度推定部１４、及び配管強度データ収集部１５のいずれかとして機能しても良い。また、圧力データベース１６及び配管情報データベース１７は、本実施の形態におけるプログラムを実行するコンピュータとは別のコンピュータ上に構築されていても良い。
【００７４】［物理構成］  ここで、本実施の形態におけるプログラムを実行することによって、配管診断装置１０を実現するコンピュータについて図８を用いて説明する。図８は、本発明の実施の形態における配管診断装置を実現するコンピュータの一例を示すブロック図である。また、本実施の形態では、図８に示すコンピュータによって、資産管理装置２０を実現することもできる。
【００７５】  図８に示すように、コンピュータ１１０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１１１と、メインメモリ１１２と、記憶装置１１３と、入力インターフェイス１１４と、表示コントローラ１１５と、データリーダ／ライタ１１６と、通信インターフェイス１１７とを備える。これらの各部は、バス１２１を介して、互いにデータ通信可能に接続される。なお、コンピュータ１１０は、ＣＰＵ１１１に加えて、又はＣＰＵ１１１に代えて、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）、又はＦＰＧＡ（Field-ProgrammableGate Array）を備えていても良い。
【００７６】  ＣＰＵ１１１は、記憶装置１１３に格納された、本実施の形態におけるプログラム（コード）をメインメモリ１１２に展開し、これらを所定順序で実行することにより、各種の演算を実施する。メインメモリ１１２は、典型的には、ＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）等の揮発性の記憶装置である。また、本実施の形態におけるプログラムは、コンピュータ読み取り可能な記録媒体１２０に格納された状態で提供される。なお、本実施の形態におけるプログラムは、通信インターフェイス１１７を介して接続されたインターネット上で流通するものであっても良い。
【００７７】  また、記憶装置１１３の具体例としては、ハードディスクドライブの他、フラッシュメモリ等の半導体記憶装置が挙げられる。入力インターフェイス１１４は、ＣＰＵ１１１と、キーボード及びマウスといった入力機器１１８との間のデータ伝送を仲介する。表示コントローラ１１５は、ディスプレイ装置１１９と接続され、ディスプレイ装置１１９での表示を制御する。
【００７８】  データリーダ／ライタ１１６は、ＣＰＵ１１１と記録媒体１２０との間のデータ伝送を仲介し、記録媒体１２０からのプログラムの読み出し、及びコンピュータ１１０における処理結果の記録媒体１２０への書き込みを実行する。通信インターフェイス１１７は、ＣＰＵ１１１と、他のコンピュータとの間のデータ伝送を仲介する。
【００７９】  また、記録媒体１２０の具体例としては、ＣＦ（Compact Flash（登録商標））及びＳＤ（Secure Digital）等の汎用的な半導体記憶デバイス、フレキシブルディスク（Flexible Disk）等の磁気記録媒体、又はＣＤ−ＲＯＭ（Compact DiskRead Only Memory）などの光学記録媒体が挙げられる。
【００８０】  なお、本実施の形態における配管診断装置１０は、プログラムがインストールされたコンピュータではなく、各部に対応したハードウェアを用いることによっても実現可能である。更に、配管診断装置１０は、一部がプログラムで実現され、残りの部分がハードウェアで実現されていてもよい。
【００８１】  上述した実施の形態の一部又は全部は、以下に記載する（付記１）〜（付記２２）によって表現することができるが、以下の記載に限定されるものではない。
【００８２】（付記１）  診断対象となる配管設備における流体の圧力の時系列データを取得する、時系列データ取得部と、  前記流体の圧力の時系列データから、前記流体における圧力変動の回数を計測する、圧力変動計測部と、  計測され前記圧力変動の回数と、前記配管設備を構成する配管の強度とに基づいて、前記配管設備の故障リスクを推定する、故障リスク推定部と、を備えている、ことを特徴とする配管診断装置。
【００８３】（付記２）  前記時系列データ取得部が、前記配管設備を構成する配管に設置された圧力センサが出力するデータによって、前記時系列データを取得する、付記１に記載の配管診断装置。
【００８４】（付記３）  前記時系列データ取得部が、前記配管設備を構成する配管の全部又は一部について、水理シミュレータによって推定された圧力を前記時系列データとして取得する、付記１または２に記載の配管診断装置。
【００８５】（付記４）  前記故障リスク推定部が、前記故障リスクとして、前記圧力変動の回数が多いほど値が高くなる指標を算出する、付記１〜３のいずれかに記載の配管診断装置。
【００８６】（付記５）  前記故障リスク推定部が、前記故障リスクとして、前記圧力変動の振幅が大きいほど値が高くなる指標を算出する、付記１〜３のいずれかに記載の配管診断装置。
【００８７】（付記６）  前記配管設備を構成する配管の強度を推定する、配管強度推定部を更に備えている、付記１〜５のいずれかに記載の配管診断装置。
【００８８】（付記７）  前記配管強度推定部が、前記配管設備を構成する配管の敷設されてからの年数を少なくとも用いて、前記配管設備を構成する配管の強度を推定する、付記６に記載の配管診断装置。
【００８９】（付記８）  診断対象となる配管設備における流体の圧力の時系列データを取得する、時系列データ取得部と、  前記流体の圧力の時系列データから、前記流体における圧力変動の回数を計測する、圧力変動計測部と、  計測され前記圧力変動の回数と、前記配管設備を構成する配管の強度とに基づいて、前記配管設備の故障リスクを推定する、故障リスク推定部と、  前記故障リスク推定部が推定した前記故障リスクに基づいて、前記配管設備を構成する各配管に対して、交換の順位を設定する、交換順位設定部と、を備えている、ことを特徴とする資産管理装置。
【００９０】（付記９）（ａ）診断対象となる配管設備における流体の圧力の時系列データを取得する、ステップと、（ｂ）前記流体の圧力の時系列データから、前記流体における圧力変動の回数を計測する、ステップと、（ｃ）計測され前記圧力変動の回数と、前記配管設備を構成する配管の強度とに基づいて、前記配管設備の故障リスクを推定する、ステップと、を有する、ことを特徴とする配管診断方法。
【００９１】（付記１０）  前記（ａ）のステップにおいて、前記配管設備を構成する配管に設置された圧力センサが出力するデータによって、前記時系列データを取得する、付記９に記載の配管診断方法。
【００９２】（付記１１）  前記（ａ）のステップにおいて、前記配管設備を構成する配管の全部又は一部について、水理シミュレータによって推定された圧力を前記時系列データとして取得する、付記９または１０に記載の配管診断方法。
【００９３】（付記１２）  前記（ｃ）のステップにおいて、前記故障リスクとして、前記圧力変動の回数が多いほど値が高くなる指標を算出する、付記９〜１１のいずれかに記載の配管診断方法。
【００９４】（付記１３）  前記（ｃ）のステップにおいて、前記故障リスクとして、前記圧力変動の振幅が大きいほど値が高くなる指標を算出する、付記９〜１１のいずれかに記載の配管診断方法。
【００９５】（付記１４）（ｄ）前記配管設備を構成する配管の強度を推定する、ステップを更に有する、付記９〜１３のいずれかに記載の配管診断方法。
【００９６】（付記１５）  前記（ｄ）のステップにおいて、前記配管設備を構成する配管の敷設されてからの年数を少なくとも用いて、前記配管設備を構成する配管の強度を推定する、付記１４に記載の配管診断方法。
【００９７】（付記１６）コンピュータに、（ａ）診断対象となる配管設備における流体の圧力の時系列データを取得する、ステップと、（ｂ）前記流体の圧力の時系列データから、前記流体における圧力変動の回数を計測する、ステップと、（ｃ）計測され前記圧力変動の回数と、前記配管設備を構成する配管の強度とに基づいて、前記配管設備の故障リスクを推定する、ステップと、を実行させる命令を含む、プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
【００９８】（付記１７）  前記（ａ）のステップにおいて、前記配管設備を構成する配管に設置された圧力センサが出力するデータによって、前記時系列データを取得する、付記１６に記載のコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
【００９９】（付記１８）  前記（ａ）のステップにおいて、前記配管設備を構成する配管の全部又は一部について、水理シミュレータによって推定された圧力を前記時系列データとして取得する、付記１６または１７に記載のコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
【０１００】（付記１９）  前記（ｃ）のステップにおいて、前記故障リスクとして、前記圧力変動の回数が多いほど値が高くなる指標を算出する、付記１６〜１８いずれかに記載のコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
【０１０１】（付記２０）  前記（ｃ）のステップにおいて、前記故障リスクとして、前記圧力変動の振幅が大きいほど値が高くなる指標を算出する、付記１６〜１８のいずれかに記載のコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
【０１０２】（付記２１）前記プログラムが、前記コンピュータに、（ｄ）前記配管設備を構成する配管の強度を推定する、ステップを更に実行させる、付記１６〜２０のいずれかに記載のコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
【０１０３】（付記２２）  前記（ｄ）のステップにおいて、前記配管設備を構成する配管の敷設されてからの年数を少なくとも用いて、前記配管設備を構成する配管の強度を推定する、付記２１に記載のコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
【０１０４】  以上、実施の形態を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記実施の形態に限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、本願発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。
【０１０５】  この出願は、２０１７年３月２８日に出願された日本出願特願２０１７−０６２６４９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。
【産業上の利用可能性】
【０１０６】  以上のように、本発明によれば、配管設備において、将来の配管の劣化の進行を推定することができる。本発明は、流体を配管網で分配するシステム、たとえば浄水場から浄水を配水する配管網システム、石油・ガスを送るパイプライン、といった用途に有用である。
【符号の説明】
【０１０７】  １０  配管診断装置  １１  時系列データ取得部  １２  圧力変動計測部  １３  故障リスク推定部  １４  配管強度推定部  １５  配管強度データ収集部  １６  圧力データベース  １７  配管情報データベース  ２０  資産管理装置  ２１  交換順位設定部  １００  配管設備  １０１  水道本管  １０２  ポンプ  １０３  減圧バルブ  １０４  配水ブロック  １０５  圧力センサ  １０６  浄水場  １１０  コンピュータ  １１１  ＣＰＵ  １１２  メインメモリ  １１３  記憶装置  １１４  入力インターフェイス  １１５  表示コントローラ  １１６  データリーダ／ライタ  １１７  通信インターフェイス  １１８  入力機器  １１９  ディスプレイ装置  １２０  記録媒体  １２１  バス
【図１】
2018179727.tif 000007
【図２】
2018179727.tif 000008
【図３】
2018179727.tif 000009
【図４】
2018179727.tif 000010
【図５】
2018179727.tif 000011
【図６】
2018179727.tif 000012
【図７】
2018179727.tif 000013
【図８】
2018179727.tif 000014
【手続補正書】
【提出日】令和1年9月20日(2019.9.20)
【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】
診断対象となる配管設備における流体の圧力の時系列データを取得する、時系列データ取得部と、
前記流体の圧力の時系列データから、前記流体における圧力変動の回数を計測する、圧力変動計測部と、
計測され前記圧力変動の回数と、前記配管設備を構成する配管の強度とに基づいて、前記配管設備の故障リスクを推定する、故障リスク推定部と、
を備えている、ことを特徴とする配管診断装置。
【請求項２】
前記時系列データ取得部が、前記配管設備を構成する配管に設置された圧力センサが出力するデータによって、前記時系列データを取得する、
請求項１に記載の配管診断装置。
【請求項３】
前記時系列データ取得部が、前記配管設備を構成する配管の全部又は一部について、水理シミュレータによって推定された圧力を前記時系列データとして取得する、
請求項１または２に記載の配管診断装置。
【請求項４】
前記故障リスク推定部が、前記故障リスクとして、前記圧力変動の回数が多いほど値が高くなる指標を算出する、
請求項１〜３のいずれかに記載の配管診断装置。
【請求項５】
前記故障リスク推定部が、前記故障リスクとして、前記圧力変動の振幅が大きいほど値が高くなる指標を算出する、
請求項１〜３のいずれかに記載の配管診断装置。
【請求項６】
前記配管設備を構成する配管の強度を推定する、配管強度推定部を更に備えている、
請求項１〜５のいずれかに記載の配管診断装置。
【請求項７】
前記配管強度推定部が、前記配管設備を構成する配管の敷設されてからの年数を少なくとも用いて、前記配管設備を構成する配管の強度を推定する、
請求項６に記載の配管診断装置。
【請求項８】
診断対象となる配管設備における流体の圧力の時系列データを取得する、時系列データ取得部と、
前記流体の圧力の時系列データから、前記流体における圧力変動の回数を計測する、圧力変動計測部と、
計測され前記圧力変動の回数と、前記配管設備を構成する配管の強度とに基づいて、前記配管設備の故障リスクを推定する、故障リスク推定部と、
前記故障リスク推定部が推定した前記故障リスクに基づいて、前記配管設備を構成する各配管に対して、交換の順位を設定する、交換順位設定部と、
を備えている、ことを特徴とする資産管理装置。
【請求項９】
（ａ）診断対象となる配管設備における流体の圧力の時系列データを取得する、ステップと、
（ｂ）前記流体の圧力の時系列データから、前記流体における圧力変動の回数を計測する、ステップと、
（ｃ）計測され前記圧力変動の回数と、前記配管設備を構成する配管の強度とに基づいて、前記配管設備の故障リスクを推定する、ステップと、
を有する、ことを特徴とする配管診断方法。
【請求項１０】
コンピュータに、
（ａ）診断対象となる配管設備における流体の圧力の時系列データを取得する、ステップと、
（ｂ）前記流体の圧力の時系列データから、前記流体における圧力変動の回数を計測する、ステップと、
（ｃ）計測され前記圧力変動の回数と、前記配管設備を構成する配管の強度とに基づいて、前記配管設備の故障リスクを推定する、ステップと、
を実行させるプログラム。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００１】
本発明は、上水道といった配管設備の故障リスクを診断するための、配管診断装置、及び配管診断方法に関し、更には、これらを実現するためのプログラムに関する。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
本発明の目的の一例は、上記の課題を鑑み、配管設備において、将来の配管の劣化の進行を推定し得る、配管診断装置、資産管理装置、配管診断方法、及びプログラムを提供することにある。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
更に、上記目的を達成するため、本発明の一側面におけるプログラムは、
コンピュータに、
（ａ）診断対象となる配管設備における流体の圧力の時系列データを取得する、ステップと、
（ｂ）前記流体の圧力の時系列データから、前記流体における圧力変動の回数を計測する、ステップと、
（ｃ）計測され前記圧力変動の回数と、前記配管設備を構成する配管の強度とに基づいて、前記配管設備の故障リスクを推定する、ステップと、
を実行させることを特徴とする。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２６】
この繰り返し応力変動と疲労破壊との関係を説明する。図３は、配管に加わる圧力と応力とを説明する説明図である。図３の例では、説明のため、配管の断面の半分のみが示されている。まず、図３に示すように、直径ｄ、厚さｔの円筒状の配管に圧力ｐが加わると、配管の円周方向に引き伸ばすように応力σが加わる。この応力をフープ応力といい、下記の数１によって算出される。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００９７】
（付記１６）
コンピュータに、
（ａ）診断対象となる配管設備における流体の圧力の時系列データを取得する、ステップと、
（ｂ）前記流体の圧力の時系列データから、前記流体における圧力変動の回数を計測する、ステップと、
（ｃ）計測され前記圧力変動の回数と、前記配管設備を構成する配管の強度とに基づいて、前記配管設備の故障リスクを推定する、ステップと、
を実行させるプログラム。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００９８】
（付記１７）
前記（ａ）のステップにおいて、前記配管設備を構成する配管に設置された圧力センサが出力するデータによって、前記時系列データを取得する、
付記１６に記載のプログラム。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００９９】
（付記１８）
前記（ａ）のステップにおいて、前記配管設備を構成する配管の全部又は一部について、水理シミュレータによって推定された圧力を前記時系列データとして取得する、
付記１６または１７に記載のプログラム。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１００
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１００】
（付記１９）
前記（ｃ）のステップにおいて、前記故障リスクとして、前記圧力変動の回数が多いほど値が高くなる指標を算出する、
付記１６〜１８いずれかに記載のプログラム。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１０１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１０１】
（付記２０）
前記（ｃ）のステップにおいて、前記故障リスクとして、前記圧力変動の振幅が大きいほど値が高くなる指標を算出する、
付記１６〜１８のいずれかに記載のプログラム。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１０２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１０２】
（付記２１）
前記プログラムが、前記コンピュータに、
（ｄ）前記配管設備を構成する配管の強度を推定する、ステップを更に実行させる、
付記１６〜２０のいずれかに記載のプログラム。
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１０３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１０３】
（付記２２）
前記（ｄ）のステップにおいて、前記配管設備を構成する配管の敷設されてからの年数を少なくとも用いて、前記配管設備を構成する配管の強度を推定する、
付記２１に記載のプログラム。
【国際調査報告】
2018179727.tif 000015
2018179727.tif 000016
2018179727.tif 000017