(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
制御対象の配水管網の状態を収集するデータ収集部と、
配水管網における需要量を予測する需要予測部と、
前記需要量の予測に基づいて前記配水所の運用計画を立案する配水計画立案部と、
前記配水計画に基づき配水管網内の圧力を適正化する前記各配水所の制御指令を計算し、通常の制御周期で操作量を配水所に送信する操作量計算部と、
前記操作量と、圧力変化量に基づき、需要量の急変を判定する閾値および急変時に操作量を計算する補正式を計算する急変補正データ計算部と、
前記急変補正データ計算部の計算した閾値とデータ収集部からのセンサ情報を入力として需要量の急変を判定する急変判定部と、
前記急変判定部が需要急変と判定した際に前記補正式に基づいて操作量を計算する急変時操作量計算部と、
前記制御指令を各配水所に送信する伝送部とを備え、
前記急変判定部は、需要急変と判定した際には、前記制御周期より短い制御周期で前記に操作量を送信することを特徴とする配水運用制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の配水運用制御装置であって、
前記急変判定部は、需要急変と判定した際には、
前記急変補正データ計算部が更に前記閾値および前記補正式に基づいて前記操作量を計算することを特徴とする配水運用制御装置。
【請求項３】
請求項２に記載の配水運用制御装置であって、
配水管網内の節点における圧力及び管路の流量を推定する水理解析計算を行う水理解析計算部を備え、
前記操作量計算部は、前記水理解析計算部の結果に基づいて配水管網中で圧力を重点的に管理する制御ポイントを抽出し、前記制御ポイントの圧力を所定の目標値に保つ操作量を計算し、
また前記急変補正データ計算部は、前記制御ポイントの圧力を所定の目標値に保つ操作量を近似する補正式を導出することを特徴とする配水運用制御装置。
【請求項４】
請求項３に記載の配水運用制御装置であって、
前記急変時操作量計算部の計算する操作量は、配水所のポンプ吐出圧力、二次圧制御バルブの二次圧のいずれかであることを特徴とする配水運用制御装置。
【請求項５】
請求項４に記載の配水運用制御装置であって、
前記急変補正データ計算部が計算し前記急変時操作量計算部が利用する操作量の補正式は、推定末端圧一定制御方式に基づく補正式であることを特徴とする配水運用制御装置。
【請求項６】
請求項３に記載の配水運用制御装置であって、
前記水理解析計算部による計算結果をサンプリングする水理解析サンプル部と、
前記水理解析サンプル部のサンプリング結果を記録する水理解析サンプル記憶部と、
前記水理解析サンプル部の記録から水理解析計算の結果を近似する水理解析近似部を備え、
前記配水計画立案部は、前記水理解析近似部の計算する近似値に基づいて配水計画の評価関数値を計算することを特徴とする配水運用制御装置。
【請求項７】
請求項６に記載の配水運用制御装置であって、
前記水理解析サンプル部は、前記操作量計算部が操作量を計算する条件を模擬して配水管網中で圧力を重点的に管理する前記制御ポイントを抽出し、前記制御ポイントの圧力を所定の目標値に保つ条件での水理解析結果を前記水理解析サンプル記憶部に記録することを特徴とする配水運用制御装置。
【請求項８】
請求項７に記載の配水運用制御装置であって、
前記水理解析サンプル部は、配水所の配水流量、タンクの水位、流量調整バルブの流量の少なくともいずれかを配水状態を構成する量として、前記の各量を変化させた条件で水理解析計算結果のサンプリングを行うことを特徴とする配水運用制御装置。
【請求項９】
請求項８に記載の配水運用制御装置であって、
前記水理解析近似部は水理解析計算の近似値として、ポンプ消費電力、ポンプ吐出圧力、タンク流入出量、配水管網内の圧力、前記操作量計算部が制御ポイントとする節点の少なくともいずれかを計算することを特徴とする配水運用制御装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の配水運用制御装置であって、
前記水理解析サンプル部は、前記配水状態を構成する量を一定間隔毎に変化させた条件で水理解析結果のサンプリングを行うことを特徴とする配水運用制御装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の配水運用制御装置であって、
前記水理解析近似部は、前記水理解析サンプル記憶部に記録された水理解析計算の結果を、与えられた配水状態を囲むサンプリング結果を前記水理解析サンプル記憶部より抽出し、前記抽出したサンプリング結果を各配水状態を構成する量に関して線形補間を行うことで近似値を計算することを特徴とする配水運用制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
配水運用制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、リアルタイムのプロセスデータにより配水管網の状態をシミュレーションし、各配水注入点を含む操作点に対して最適な操作量を自動的に算出して設定可能な配水コントロールシステムを実現する技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−１０４７７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の配水コントロールシステムは、短期間に需要量が大きく変化する場合に、配水管網中の圧力を適切に維持する操作量を精緻に計算することが困難である。そのため例えば、配水所のポンプ吐出圧力は余裕を持たせて高めに設定することになり、ポンプ消費電力のロスが生じる場合がある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために、例えば制御対象の配水管網の状態を収集するデータ収集部と、配水管網における需要量を予測する需要予測部と、需要量の予測に基づいて配水所の運用計画を立案する配水計画立案部と、配水計画に追従し配水管網内の圧力を適正化する各配水所の制御指令を計算し、通常の制御周期で操作量を配水所に送信する操作量計算部と、操作量に基づき、需要量の急変を判定する閾値および急変時に操作量を計算する補正式を計算する急変補正データ計算部と、急変補正データ計算部の計算した閾値とデータ収集部からのセンサ情報を入力として需要量の急変を判定する急変判定部と、急変判定部が需要急変と判定した際に補正式に基づいて操作量を計算する急変時操作量計算部と、制御指令を各配水所に送信する伝送部とを備え、急変判定部は、需要急変と判定した際には、制御周期より短い制御周期で前記に操作量を送信することを備える。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、配水管網中の圧力を精緻に制御し、省エネルギーと省コストに寄与する配水運用制御装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】配水運用制御装置の第一の実施形態の構成例を示す図である。
【図２】配水運用制御装置のハードウェアブロック図である。
【図３】配水運用制御装置に接続された配水所の機器及び制御装置の構成図である。
【図４】配水計画記憶部に記録される配水計画を示すテーブルである。
【図５】運用条件記憶部に記録される配水所の累積配水量の上下限値を示すテーブルである。
【図６】解析条件記憶部に記録されるポンプ能力に起因した配水所における流量と全揚程の制御可能範囲を示す図である。
【図７】圧力制御則記憶部に記録される配水管網での制御ポイントの選択を説明する図である。
【図８】台数増減条件記憶部に記録される配水所のポンプ運転台数の増減条件を示す図である。
【図９】急変補正データ計算部の処理で計算される配水量が変化する際の圧力の変化と必要な吐出圧の変化を表すテーブルである。
【図１０】需要量が急変する際の配水運用制御装置による操作量の計算タイミングを示す図である。
【図１１】急変時操作量計算部によるポンプ施設の吐出圧力の算出方法を示す図である。
【図１２】急変判定部による配水運用制御装置の操作量決定のフローチャートを示す図である。
【図１３】水理解析サンプル記憶部に記録される水理解析サンプルの流量配分の配置を示す図である。
【図１４】水理解析サンプル記憶部に記録される水理解析サンプルのデータ内容を示すテーブルである。
【図１５】水理解析サンプル部の処理における配水ポンプ施設消費電力データの近似を示す図である。
【図１６】水理解析近似部の処理を示すフローチャートである。
【図１７】配水運用制御装置の第二の実施形態の構成例を示す図である。
【図１８】配水運用制御装置の第二の実施形態に接続された配水所の機器及び制御装置の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【実施例１】
【０００８】
以下、第一の実施形態について、実施例を用い図面を参照しながら詳細に説明する。
【０００９】
図１は、配水運用制御装置１０１の構成例を示す図である。
【００１０】
配水運用制御装置１０１は、水理解析計算部１４１と、解析条件記憶部１４２と、圧力制御則記憶部１４３と、配水計画記憶部１４４と、操作量計算部１５１と、急変補正データ計算部１５２と、急変判定部１５４と、急変時操作量計算部１５５と、配水計画立案部１６１と、水理解析サンプル部１６２と、水理解析サンプル記憶部１６３と、水理解析近似部１６４と、需要予測部１６５と、運用条件記憶部１６６と、データ収集部１７１と、伝送部１７２と、を有する。
【００１１】
配水運用制御装置１０１が制御する対象は、配水所Ａおよび配水所Ｂである。本実施例では配水所のみを制御対象としているが、例えばバルブやブースターポンプ、高架タンク等を有する施設を配水運用制御装置の制御対象に含む配水管網においては、前記施設を含めて配水施設と呼ぶ。その場合、必要に応じて配水施設も配水所とみなして後述の計画立案および制御の対象として扱うことができる。
【００１２】
配水管網１１１へと配水所Ａ、配水所Ｂの２つの配水所から配水が行われており、配水管網１１１内の状態を監視するためにリモートセンサ１１２、リモートセンサ１１３が設置されている。
【００１３】
配水所Ａは配水池１２１、制御装置１２２、配水ポンプ設備１２３、センサ１２４とから構成されている。配水所Ｂは配水池１３１、制御装置１３２、配水ポンプ設備１３３、センサ１３４とから構成されている。簡単化のため各配水所の配水池へ浄水を供給する浄水場等は記載していない。実際には各配水所は浄水場に併設されている、あるいは浄水場から送水管を経由して浄水を受水する等により、浄水の供給を受けている。
【００１４】
各配水所の制御装置や各リモートセンサは、通信ネットワークを介して配水運用制御装置１０１に接続されている。各配水所のセンサや各リモートセンサは、計測したセンサデータを配水運用制御装置１０１のデータ収集部１７１へと送信する。また、配水運用制御装置１０１の伝送部１７２から各配水所へとポンプやバルブを制御する指示値が送信される。
【００１５】
水理解析計算部１４１は、操作量計算部１５１、操作量計算部１５１、急変補正データ計算部１５２のいずれかから解析条件データを受信し入力として、解析条件記憶部１４２に記録された配水管網１１１のモデル等の情報と、配水管網１１１の需要量の情報として水理解析サンプル部１６２の出力する設定需要量あるいは操作量計算部１５１が構成する制御時点推定需要量と、操作量計算部１５１、操作量計算部１５１、急変補正データ計算部１５２のいずれかから受信した計算条件を用いて、水道の配水管網の水理計算を行う処理により、出力として配水管網の節点における圧力と、配水管網の管路の流量と、配水池の水位変化の推定値を算出してデータ送信元の操作量計算部１５１、操作量計算部１５１あるいは急変補正データ計算部１５２に送信する。
【００１６】
以下、配水管網の節点における圧力と、配水管網の管路の流量と、配水池の水位変化とを、配水管網の状態と呼ぶこととする。水理計算は公知の技術であるため詳細は省略する。
【００１７】
解析条件記憶部１４２は、水理解析計算部１４１の入力となる配水管網１１１のモデルとして、配水管網を構成する管路の接続関係と、各管路の口径、長さ、流速係数と、需要量の空間的な分布等からなる配水管網モデルを構築し、水理解析の条件として記憶しておく。また、設置されたポンプ能力に起因する配水所の制御可能範囲に関する情報を記憶しておく。制御可能範囲については図６の説明にて後述する。
【００１８】
圧力制御則記憶部１４３は、配水運用制御装置１０１による配水管網の圧力の制御に関する制御則に関する情報を記録している。例えば、配水所の制御モードの設定方法、配水管網中での制御ポイントの選択方法等を記録している。
【００１９】
配水所の制御モードとは、配水計画値を目標として配水量を制御する流量制御モードと、配水管網１１１内の圧力分布を適正化するように吐出圧力を制御する圧力制御モードからなる。
【００２０】
図１の配水管網１１１のように複数の配水所から押合いで配水を行う配水系の場合、一つの配水所を圧力制御モードとし、残りの配水所を流量制御モードとする。圧力制御モードで制御されている配水所を圧力制御配水所、流量制御モードで制御されている配水所を流量制御配水所と呼ぶ。配水管網中にバルブやブースターポンプを有する施設が設置されており、そうした施設も配水運用制御装置１０１の制御対象の配水施設として扱う場合には、圧力制御モードとする配水所を一つではなく複数設定することが適当なケースもある。
【００２１】
制御ポイントの選択方法については、図７の説明にて後述する。
【００２２】
操作量計算部１５１及び水理解析サンプル部１６２は、圧力制御則記憶部１４３に記録された同一の圧力制御則の情報に基づいて、各配水所の制御装置に送信する操作量の決定や、配水計画立案部１６１が利用する水理解析結果の近似の計算に利用する。
【００２３】
需要予測部１６５と、配水計画立案部１６１とは、配水計画を立案する機能を担う。
【００２４】
配水計画とは、その立案時点より所定（例えば１日後まで）の期間（以下、計画立案期間と呼ぶ）にわたって、需要量の予測に基づき、各配水所が分担する配水量（以下、分担配水量）とを定めた計画である。配水計画については図４の説明とともに後述する。
【００２５】
高架タンクを含む配水管網においては、分担配水量の計画だけでなく、高架タンクの水位も合わせて計画で定める必要がある。
【００２６】
配水計画の立案は、例えば３０分毎に周期的に行い、需要予測量や、配水池水位の変化、配水所の分担配水量などを当該時点で得られる最新の情報を反映して更新する。
【００２７】
定期的な更新によって、需要量の当初の予測からのずれにより乗じる計画とシステム状態の偏差、例えば配水池水位の偏差や、各配水所の分担配水量の１日累積値の偏差等を是正するよう運用制御していくことができる。
【００２８】
分担配水量とは、配水管網１１１の需要量を分担して供給するように、配水所Ａ、配水所Ｂのそれぞれが配水する流量とする。配水計画の立案に際して、配水管網の状態を定めるのに必要な量を合わせて配水状態と呼ぶことにする。具体的には、各配水所の分担配水量ないしは流量制御バルブの流量と、高架タンクを含む配水管網においては高架タンクの水位が配水状態を構成する量となる。もしオン・オフ制御を行うブースターポンプが配水管網中にあれば、その当該ブースターポンプのオン・オフ状態も配水状態に含めることが望ましい。本実施例では、配水状態は、配水所Ａの配水量と、配水所Ｂの配水量から構成される。
【００２９】
需要予測部１６５は、過去及び現時点の実績配水量のデータを入力とし、例えば過去の実績配水量データを用いて、過去及び現時点の配水量から将来の需要量を予測する回帰式を構成して、前記回帰式に必要な実績配水量のデータを代入する処理を行い、計画立案期間の配水管網における需要量の予測、即ち３０分から１時間平均の需要予測量を出力して、配水計画立案部１６１へと送信する。なお、全配水所からの配水量の総和は配水管網における総需要量に一致するため、需要予測部１６５では実績配水量データを実績需要量データと考えて取り扱う。需要予測を行う処理は公知の技術を利用できるため詳細は省略する。
【００３０】
需要予測は配水管網全体での需要量を予測するだけでなく、配水管網を需要特性等に応じて適切な区域へと分割し、各区域の需要量を予測することが望ましい。例えば住宅の多い地域や商業需要家の多い地域では水需要の利用パターンが異なるため、区域毎に需要量を予測することで、後述する水理解析計算の精度を向上できる。
【００３１】
配水計画立案部１６１は、需要予測部１６５で計算した需要予測量と、運用条件記憶部１６６に記憶された配水計画の満たすべき条件と配水計画の評価関数とを入力とし、計画立案期間における配水所の運用計画である配水計画を出力する。出力である分担配水量の計画については、図４の説明にて配水計画記憶部１４４の記録内容とともに後述する。
【００３２】
配水運用制御装置１０１の制御対象とする配水系に高架タンクがある場合、高架タンクの水位及びその流入出量も計画の対象に含められる。
【００３３】
配水計画立案部１６１の処理では、計画立案期間の各時刻の分担配水量を決定変数とし、運用条件記憶部１６６に記録された評価関数を最小化する最適化問題として記述し、例えば遺伝的アルゴリズム等の最適化技術を用いて、運用条件記憶部１６６に記録された配水計画の満たすべき条件の範囲内で決定変数を変化させて探索し、前記最適化問題を求解することで、出力の配水計画を最適解として得る。
【００３４】
運用条件記憶部１６６に記憶しておく評価関数としては、例えば、全配水所のポンプ消費電力量の総和など、配水管網の状態から計算できる指標値を加算した関数を用いることができる。
【００３５】
最適化問題としての記述やその解法については、様々な公知の技術を採用できるため詳細は省略する。
【００３６】
配水計画立案部１６１は、評価関数の値の計算に際して、配水計画の候補を取り上げ、後述する水理解析近似部１６４に対して当該配水計画を入力として与えて水理解析の近似計算を行い、水理解析近似部１６４の出力より配水計画の立案に必要な配水管網の状態の推定値を取得し、当該状態の推定値を利用して評価関数の値を計算する。
【００３７】
配水計画立案部１６１は配水状態の時系列を定めるものであるが、評価関数の値は、各時刻における配水管網の状態から計算される。例えばポンプ消費電力量は、計画期間中の各時刻における配水所の消費電力を積分（総和をとる）することで評価できる。各時刻における配水管網の状態は、適切な情報を与えれば必ずしも時系列で水理解析計算部１４１によりシミュレーションを行う必要はなく、時刻毎に独立に計算することができる。配水管網１１１の例では、需要量と配水所Ａの配水量および配水所Ｂの配水量を定めれば、圧力制御則記憶部１４３に記憶された条件で制御を行う場合の各配水所の吐出圧力、配水管網内の各ポイントの圧力等は定まる。
【００３８】
このように時刻毎に独立に配水管網の状態を推定できることを前提として、後述する水理解析サンプル部１６２、水理解析サンプル記憶部１６３、水理解析近似部１６４は、各時刻における配水管網の状態を毎回水理解析計算部１４１による計算を行うことなく近似する役割を担う。また時刻毎に独立して評価を行うことに加えて、計算時間の長い水理解析計算部１４１の処理を配水計画立案部１６１の処理と独立して水理解析サンプル部１６２で実行することによって、配水計画立案部１６１の計算時間を短縮することができる。
【００３９】
なお、配水計画立案部１６１による評価関数値の計算は、必ずしも水理解析近似部１６４を通してのみ行う必要はなく、少数回数のみの評価であれば水理解析計算部１４１が、より精緻な評価関数値の計算を行うこととしてもよい。少数の回数であれば配水計画立案の計算時間に大きく影響を与えることなく、評価関数値の計算を精緻化することができる。例えば、最適化計算がほぼ最適解に収束したと判定されたときに、配水計画立案部１６１は以降の評価関数値の計算に際して、水理解析近似部１６４ではなく水理解析計算部１４１に解析条件データを送信し、水理解析計算部１４１から水理解析結果を受信し、その水理解析結果に基づいて評価関数値を計算するよう変更することで、より精緻な評価指標に基づく最適解を得ることとしてもよい。
【００４０】
配水計画記憶部１４４は、配水計画立案部１６１で計算された配水計画を記憶し、各配水所への制御指令の目標値として操作量計算部１５１に提供する。
【００４１】
運用条件記憶部１６６には、先述の通り、配水計画の満たすべき条件と配水計画の評価関数とを記録しておく。配水計画の満たすべき条件については、図５の説明にて補足する。
【００４２】
水理解析サンプル部１６２は、圧力制御則記憶部１４３に定められた圧力制御則の情報を入力として、配水計画立案部１６１で評価が求められる配水状態について水理解析近似部１６４が水理解析の結果を近似できるよう、図１３および図１４の説明で後述するように水理解析結果のサンプリング処理を行い、そのサンプリング結果を出力として水理解析サンプル記憶部１６３に記録する。
【００４３】
水理解析サンプル部１６２は、配水計画立案部１６１による配水計画の立案プロセスと独立して実行することができる。解析条件記憶部１４２および圧力制御則記憶部１４３の情報に更新があれば、随時処理を行って水理解析サンプル記憶部１６３のデータを更新する。
【００４４】
水理解析サンプル記憶部１６３は、水理解析サンプル部１６２の出力である水理解析計算のサンプリング結果を記録し、水理解析近似部１６４に情報を提供する。記録内容については、図１３、図１４および図１５の説明で後述する。
【００４５】
水理解析近似部１６４は、配水計画立案部１６１からの配水状態の情報と、水理解析サンプル記憶部１６３に記録された水理解析の計算結果を入力とし、与えられた配水状態の近傍の水理解析サンプル結果を抽出し、前記サンプル結果を数値的に補間する処理を行なうことで、与えられた配水状態における水理解析の計算結果の近似値を出力して配水計画立案部１６１へと送信する。
【００４６】
水理解析近似部１６４の処理の詳細は、図１６の説明で後述する。
【００４７】
操作量計算部１５１、急変補正データ計算部１５２、急変時操作量計算部１５５および急変判定部１５４は、配水計画と収集されたデータに基づいて各配水所への制御指令を計算する機能を担う。
【００４８】
制御指令（操作量）の計算と配水所への伝送は、データ収集部１７１が新たなデータを収集する周期に基づいて、その収集周期と同等から数倍の周期で行う。例えば各配水所やリモートセンサからのデータが１分周期で収集できる場合、制御指令の計算は１分から５分程度の範囲内の周期で行う。
【００４９】
制御周期は、図１０および図１２で説明するように需要量の変化が通常範囲内か急激かを急変判定部１５４が判定し、判定に基づいて前記の範囲内で変更する。
【００５０】
操作量計算部１５１は、配水計画記憶部１４４に記録された配水計画と、データ収集部１７１から受信した制御時点のセンサ計測値とを入力とし、補正済み配水計画に追従しつつ配水管網１１１内の配水圧力を適正範囲内に保つような制御対象の各配水施設の制御モードおよび制御目標値からなる制御指令（操作量）を出力し、伝送部１７２を経由して各配水施設の制御装置へと送信する。
【００５１】
配水所の制御装置、例えば制御装置１３２は、制御指令を伝送部１７２より受信し、制御指令に指定された制御モードと制御目標値に追従するようポンプ設備を制御する。制御装置１３２によるポンプ設備の制御については図３の説明にて後述する。
【００５２】
この実施例における操作量とは、圧力制御配水所の吐出圧力、流量制御配水所の吐出流量である。配水所だけでなく、二次圧制御バルブを有する配水管網では、二次圧制御バルブの二次圧を圧力制御配水所の吐出圧力に相当するとし操作量として扱うことができる。また、流量制御バルブを有する配水管網では、流量制御バルブの流量を流量制御配水所の吐出流量に相当するとし、操作量として扱うことができる。
【００５３】
制御モードの決定方法は、圧力制御則記憶部１４３に記録された任意の手法を用いることができる。例えば、ある配水所を圧力制御モード、その他の配水所を流量制御モードで固定することができる。また、制御時点の制御ポイントの位置に応じて、定められた配水所を圧力制御モードとして選択することなどが考えられる。
【００５４】
制御指令の計算処理には、例えば以下の技術を利用できる。例えば、流量制御モードの配水所は配水計画値通りに配水するよう固定し、求めたい操作量である圧力制御モードの配水所の吐出圧力を決定変数として探索の対象とする。両制御モードの配水所の運転方法を入力として、水理解析計算部１４１が出力した水理解析計算結果から求められる後述の目的関数値を最小化するように決定変数を定める。
【００５５】
目的関数には、後述する制御ポイントにおける水理解析計算部１４１で計算された圧力値の、予め設定した適正範囲からの逸脱量などを選ぶことができる。最適な決定変数を探索する手法には、例えば山登りシンプレックス法などの公知の最適化手法を適用できる。
【００５６】
なお管網内圧力の良好な制御性能を得るために、収集したセンサデータを用いて当該時刻での需要量を計算して水理解析計算部１４１への入力とし、需要予測部１６５からの予測値に代える。
【００５７】
需要急変と判定されていない場合、操作量計算部１５１は５分の周期（以下、通常時制御周期と呼ぶ）で実行し、配水管網の状態に応じた適切な操作量を定めるように用いる。５分の周期で日常的な需要量の変化には対応できる。周期を長く取ることで操作量の変更回数が少なくなり、配水所の制御装置の制御処理が簡単化される。
【００５８】
急変補正データ計算部１５２は、操作量計算部１５１で定められた操作量を入力とし、水理解析計算部１４１が出力した結果を用いた処理により、補正データ１５３として需要量の急変を判定する配水量の閾値と、急変時に操作量を計算する補正式を出力する。
【００５９】
前記補正式は、当該操作量で配水施設を制御している際に、前記閾値に基づいて急変判定部１５４が需要量の急激な変化（以下、急変と呼ぶ）を判定した場合に、急変時操作量計算部１５５が操作量を計算する際に利用する補正式である。
【００６０】
急変補正データ計算部１５２の処理の詳細は、図９の説明で後述する。
【００６１】
補正データ１５３は、急変補正データ計算部１５２で計算されるデータであり、急変を判定する圧力制御配水所の配水量の閾値と、需要急変時に急変時操作量計算部１５５で操作量すなわち圧力制御配水所の吐出圧力を補正するときに利用される補正式とからなる。
【００６２】
補正データ１５３の詳細は、図９および図１１の説明と合わせて後述する。
【００６３】
急変時操作量計算部１５５は、補正データ１５３と、急変判定部１５４を介してデータ収集部１７１に集められた情報とを入力とし、配水管網内の圧力を適切に維持する操作量を出力する。急変時操作量計算部１５５の出力する操作量は、操作量計算部１５１の出力する操作量を上書きして伝送部１７２を介して各配水所の制御装置へと送信される。
【００６４】
急変時操作量計算部１５５の処理の詳細は、図１１の説明で後述する。
【００６５】
この実施例における急変時操作量計算部１５５が計算する操作量とは、圧力制御配水所の吐出圧力である。前述したとおり、二次圧制御バルブの二次圧も同様に操作量として扱うことができる。
【００６６】
需要急変と判定されて急変時操作量計算部１５５で操作量を計算する場合、データ収集部１７１からのデータ収集周期に合わせて、制御周期は例えば１分に短縮する（以下、急変時制御周期と呼ぶ）。急変時操作量計算部１５５は、補正式に基づいて操作量を計算するため計算速度は十分に早く、需要急変と判定されればただちに操作量を計算し、配水所の制御に適用することができる。
【００６７】
急変判定部１５４は、補正データ１５３と、データ収集部１７１からのセンサ情報を受信し、需要量の急変を判定する処理を行い、判定結果に従って操作量計算部１５１および急変時操作量計算部１５５へとセンサ情報データを操作量計算条件として送信する。また、急変時には、補正データ１５３を更新するようセンサ情報データを補正データ更新条件として操作量計算部１５１に送信する。
【００６８】
急変判定部１５４は、データ収集部１７１より判定に必要な情報、即ち圧力制御配水所の配水量のデータが収集される度、例えば１分毎に需要急変の判定を行う。
【００６９】
急変判定部１５４の処理の詳細は、図１２の説明で後述する。
【００７０】
データ収集部１７１は、各配水所、各リモートセンサからセンサ情報およびその他の伝送情報として配水管網１１１の状態を収集する。
【００７１】
図２を参照して、配水運用制御装置のハードウェア構成を説明する。図２において、配水運用制御装置１０１は、ＣＰＵ２０１と、メモリ２０２と、メディア入出力部２０３と、入力部２０５と、通信制御部２０４と、表示部２０６と、周辺機器ＩＦ部２０７と、バス２１０とから構成されている。
【００７２】
ＣＰＵ２０１は、メモリ２０２上のプログラムを実行する。メモリ２０２は、プログラム、テーブル等を一時記憶する。メディア入出力部２０３は、プログラム、テーブル等を保持する。入力部２０５は、キーボード、マウス等である。通信制御部２０４は、ネットワーク２２０と接続されている。表示部２０６は、図１の説明のディスプレイである。周辺機器ＩＦ部２０７は、プリンタ等のインタフェースである。バス２１０は、ＣＰＵ２０１、メモリ２０２、メディア入出力部２０３、入力部２０５、通信制御部２０４、表示部２０６、周辺機器ＩＦ部２０７を相互接続する。
【００７３】
図１と図２との対比から明らかなように、図１の配水運用制御装置１０１は、ＣＰＵ２０１がプログラムを実行することで実現している。
【００７４】
各配水所の制御装置、例えば制御装置１３２も配水運用制御装置１０１と同様のハードウェア構成を有する。
【００７５】
図３は、第一の実施形態における配水所Ｂの機器及び制御装置の構成図である。配水ポンプ設備１３３は、ポンプ１８０１、ポンプ１８０２、及び各ポンプの吐出口に設置された吐出弁１８１１、吐出弁１８１２の各設備から構成されている。
【００７６】
ポンプ１８０１およびポンプ１８０２はインバータが設置されており、制御装置１３２から受信する制御信号に従ってポンプ回転数を変化させることができる可変速ポンプである。また各吐出弁は制御装置１３２から受信する制御信号に従って開度を変更することができる。
【００７７】
伝送信号３４０は配水運用制御装置１０１の伝送部１７２から送信された信号で、当該配水所の制御モード（圧力制御または流量制御のいずれか）および当該制御モードでの目標値（圧力目標値または流量目標値）からなる。
【００７８】
制御装置１３２は、伝送信号３４０及びセンサ１３４の計測値を入力とし、伝送信号３４０の指定する制御モードの制御部を用いて、伝送信号３４０の指定する制御目標値に追従するよう配水ポンプ設備１３３の各設備の制御信号を出力する。
【００７９】
制御モード切替部３３０は、伝送信号３４０を入力とし、伝送信号３４０の制御モード情報を読込み、制御モード情報が圧力制御モードあるいは流量制御モードのいずれかにあるかに対応して、それぞれ圧力制御部３３１あるいは流量制御部３３２を有効化する制御部として選択し、有効化する制御部へと伝送信号３４０の制御目標値を送信する。
【００８０】
センサ１３４は、配水所Ｂの吐出圧力及び吐出流量（配水流量）を計測して制御装置１３２に送信する。
【００８１】
台数増減条件記憶部３６５は、ポンプ運転台数を変化させて制御を行っている配水所において、ポンプ運転台数を切り替える条件を記憶している。具体的には、配水所に設置されたポンプの台数と各ポンプの能力特性と、ポンプ運転台数ごとの運転状態範囲と、ポンプ運転台数を増減する条件の情報を記憶している。ポンプ運転台数の増減条件については図８の説明で後述する。
【００８２】
圧力制御部３３１は、伝送信号３４０の吐出圧力制御目標値と、センサ１３４の計測値を入力とし、前記吐出圧力制御目標値および前記計測値が台数増減条件記憶部１８６５に記録されたポンプ台数増減条件に該当するか判定する処理を行い、また前記計測値の吐出圧力を前記制御目標値に追従させるよう構成されたＰＩ制御ロジックによって可変速ポンプの回転数および吐出弁の開度を計算処理し、前記台数増減条件に該当する場合は起動あるいは停止させるポンプの起動あるいは停止指令を出力し、また前記可変速ポンプの回転数および吐出弁の開度を出力して、伝送部１８５０を経由して配水ポンプ設備１３３へ送信し各設備の運転状態を変更する。
【００８３】
流量制御部３３２は、伝送信号３４０の吐出流量制御目標値と、センサ１３４の計測値を入力とし、前記吐出流量制御目標値および前記計測値が台数増減条件記憶部１８６５に記録されたポンプ台数増減条件に該当するか判定する処理を行い、また前記計測値の吐出流量を前記制御目標値に追従させるよう構成されたＰＩ制御ロジックによって可変速ポンプの回転数および吐出弁の開度を計算処理し、前記台数増減条件に該当する場合は起動あるいは停止させるポンプの起動あるいは停止指令を出力し、また前記可変速ポンプの回転数および吐出弁の開度を出力して、伝送部１８５０を経由して配水ポンプ設備１３３へ送信し各設備の運転状態を変更する。
【００８４】
図４は、配水計画記憶部１４４に記録される配水計画を示すテーブルである。例として、３月１３日の０：００から３月１４日０：００までの２４時間を３０分間隔の区分にわけ、各時刻について各配水所の分担配水量と、制御ポイントを定めている。
【００８５】
日付情報４０１および時刻情報４０２の定める日時に対して、予測された需要量を示す需要量情報４０３に、各配水所の分担配水量を配水所Ａ配水量情報４０４、配水所Ｂ配水量情報４０５にて与えている。また、図７で後述する制御ポイントを制御ポイント情報４０６に示している。
【００８６】
図５は、運用条件記憶部１６６に保持されている運用条件記憶部に記録される配水所の累積配水量の上下限値を示すテーブルである。各配水所に関して１日の累積配水量の共用できる上下限値（最小値と最大値）の情報からなる。
【００８７】
各時刻の配水量は後述の図６で示す施設能力が満たすべき条件となるが、図５のテーブルは１日の分担配水量の累積量に対する制約条件を与える。例えば他の水道事業者からの給水を受けている配水所は、各時刻においては施設能力の範囲内で配水量を変化させることができるが、他事業者との契約のために１日の累積量での配水量を大きく変化させることが難しい。
【００８８】
配水計画立案部１６１ではこのテーブルの条件を満たす範囲内で配水計画の候補探索することで、前記契約の順守に寄与できる。
【００８９】
図６は、解析条件記憶部１４２に記録されるポンプ能力に起因した配水所における流量と全揚程の制御可能範囲を示す図である。図３に示した配水所Ｂを例にとって説明する。グラフの制御可能領域６０１に網掛けで示した領域は、ポンプ運転台数と可変速ポンプの回転数変更により制御が可能な配水量と全揚程（吐出圧力）の領域を示す。
【００９０】
領域左下の曲線は可変速ポンプ１台を最小回転数で運転したときのポンプ能力（性能）特性、領域右上の曲線は全ポンプ（可変速ポンプ２台）を最大回転数で運転したときの並列ポンプ能力特性となっている。
【００９１】
解析条件記憶部１４２は各配水所について制御可能範囲の情報を保持している。水理解析計算部１４１では、配水所の運転状態の制御可能範囲からの逸脱を評価し、逸脱の有無を解析条件データの送信元へ送信する。
【００９２】
図７は、圧力制御則記憶部１４３に選択方法が記録される、配水管網での制御ポイントの選択を説明する図である。配水の制御では管網全体で圧力を適正範囲内に納めることが求められるが、特に圧力の低下するポイントを最低限度必要な圧力以上に保つことが求められる。そこで、計画期間中の各時刻において、配水管網中で圧力を重点的に管理する地点を制御ポイントとして抽出する。例えば水理解析計算部１４１の計算結果から、最も圧力が低い一つの節点を制御ポイントとして選択する。
【００９３】
需要量の多い時間帯は、管摩擦による圧力損失の影響を受け、配水所から地理的に遠い地点で圧力が低下する。一方、需要量の少ない時間帯は、配水所の吐出圧力を下げるため、配水所からの地理的距離に依らず標高の高い地点で圧力が低下する。
【００９４】
各時刻で圧力低下ポイントを抽出することで、前記圧力低下ポイントの時間による変化を捉えられる。
【００９５】
制御ポイントは、水理解析の全節点から抽出してもよく、あるいは制御ポイント候補７０１、制御ポイント候補７０２、制御ポイント候補７０３のように候補を限定しておき、候補の中で圧力低下ポイントを選ぶこととしてもよい。
【００９６】
制御ポイントの候補は必ずしもリモートセンサの設置位置でなくとも構わない。水理解析計算を用いることで、リモートセンサの設置されていない位置を制御ポイントとすることができる。ただしリモートセンサが一切不要というわけではなく、水理解析計算の精度向上や制御性能の向上のためにリモートセンサの値を利用することが重要である。
【００９７】
図８は、配水所のポンプ運転台数の増減条件を示す図である。これらの条件は制御装置１３２の台数増減条件記憶部１８６５等に記憶されている。
【００９８】
図８（ａ）は、吐出圧力に依らず、吐出流量（配水量）が閾値をまたいで変化することを判定条件とした台数増減条件である。図中、例えば「１台→２台」と記載した流量閾値をまたいで吐出流量が増加するとき、配水所の制御装置はポンプ台数を１台から２台へ増加させるよう、停止中のポンプ１台を起動させる。また例えば「２台→１台」と記載した流量閾値をまたいで吐出流量が減少するとき、配水所の制御装置はポンプ台数を２台から１台へ減少させるよう、稼働中のポンプ１台を停止させる。
【００９９】
運転台数を増加させる条件と、減少させる条件が一致せず、余裕が設けてあるのは、運転状態が増減条件付近で細かく変動をする際に頻繁なポンプの起動・停止を防止するためである。例えば条件（ａ）において「１台→２台」の流量閾値は、「２台→１台」の流量閾値よりも大きく設定されている。
【０１００】
なお図８は全て同型のポンプを有する配水所の増減条件の例である。異なる能力を持つポンプを組合せて有する配水所の増減条件はより複雑なものとなるものの、増減条件が吐出流量（配水量）や吐出圧力により定められる点は変わらない。
【０１０１】
制御装置１３２は台数増減条件を参照し、吐出流量や吐出圧力などの運転状態の変化が条件を満たすかを判定することで配水所内のポンプの起動・停止操作を行う。また配水運用制御装置１０１の水理解析サンプル部１６２は、同様の台数増減条件を参照して配水所ポンプの運転台数を計算し、各配水所のポンプ消費電力の推定に利用する。
【０１０２】
図９は、急変補正データ計算部１５２の処理で計算される、配水量が変化する際の、制御ポイントの圧力の変化と、制御ポイントの圧力を一定に保つために必要な圧力制御配水所の吐出圧の変化を表すテーブルである。圧力制御配水所の候補と、制御ポイントの候補はそれぞれ複数存在するが、急変補正データ計算部１５２では、操作量計算部１５１が選択した一つの圧力制御配水所と一つの制御ポイントを対象としてテーブルを構築する。
【０１０３】
急変補正データ計算部１５２の処理では、操作量計算部１５１の出力する操作量の状態を基準として、需要量を基準の状態から変化させた状態を水理解析計算部１４１に送信し、水理解析計算部１４１から受信した水理解析計算結果での制御ポイントの圧力の基準からの変化量を計算する。
【０１０４】
また、同じく需要量を基準から変化させた上で、それぞれの需要量変化に対して吐出圧力を様々に変化させた状態を水理解析計算部１４１に送信し、需要量変化の条件ごとに、水理解析計算部１４１から受信した水理解析結果において制御ポイントの圧力を基準と同等に保つことができている吐出圧力の設定を選択し、圧力制御配水所の吐出圧の基準からの変化量を計算する。
【０１０５】
図９は、種別情報９０１は、基準から需要量を増加あるいは減少させたかの種別であり、圧力制御配水所の配水量を配水量情報９０２に、制御ポイントの圧力の変化量を制御ポイント圧力変化量情報９０３に、制御ポイント圧力を保つために必要な吐出圧変化量を必要吐出圧変化量情報９０４に示すテーブルである。
【０１０６】
これらの結果から、急変補正データ計算部１５２は例えば以下のように補正データ１５３を計算する。テーブルの情報に、以下の２つの式が最もよくフィットするように最小二乗法などを用いて係数ｋ、ｎ、ｋｃ、ｎｃを定める。
【０１０７】
Ｈｄ−Ｈ０＝ｋ×（Ｑｄ＾ｎ−Ｑ０＾ｎ）
Ｈｃ−Ｈｃ０＝―ｋｃ×（Ｑｄ＾ｎｃ−Ｑ０＾ｎｃ）
ただし、
Ｑｄ：配水量情報９０２の値、
Ｈｄ―Ｈ０：必要吐出圧変化量情報９０４の値、
Ｈｃ―Ｈｃ０：制御ポイント圧力変化量情報９０３の値、
Ｑ０：基準の配水量、
Ｈ０：基準の吐出圧力
Ｈｃ０：基準の制御ポイントの圧力
である。また、ｘ＾ｙはｘのｙ乗を表す。
【０１０８】
その上で、制御ポイントの圧力変化の許容範囲が±３ｍであったとすると、需要急変を判定する配水量の閾値を以下の式で定める。
―３＝―ｋｃ×（ＱｄＨ＾ｎｃ―Ｑ０＾ｎｃ）
＋３＝―ｋｃ×（ＱｄＬ＾ｎｃ―Ｑ０＾ｎｃ）
ただし、
ＱｄＬ：需要急変の判定閾値（下限）、
ＱｄＨ：需要急変の判定閾値（上限）
である。
【０１０９】
補正データ１５３は、必要吐出圧の変化を表す補正計算式、
Ｈｄ＝（Ｈ０―ｋ×Ｑ０＾ｎ）＋ｋ×Ｑｄ＾ｎ      （式１）
と、需要急変の判定閾値ＱｄＬ、ＱｄＨで構成する。補正式を定める係数のうち、配水量の乗数であるｎも可変として補正データ計算時の水理解析計算から定めている。
【０１１０】
式１のように配水量の累乗に比例する項と定数項の和で吐出圧を計算する手法は、推定末端圧一定制御方式と呼ばれる。ここで述べた補正式は、推定末端圧一定制御に基づく補正式となっており、そのパラメータを水理解析計算の結果から導出する手法である。
【０１１１】
補正データ１５３の構成方法は、この例に限定されるものではない。例えば、需要急変の判定閾値は、基準から±２％というように固定的に定めてもよい。また吐出圧の補正計算式や、その係数導出方法は、別の手法を用いても良い。
【０１１２】
図１０は、需要量が急変する際の配水運用制御装置による操作量の計算タイミングを示す図である。
圧力制御配水所の配水量の変化が、補正データ１５３の需要急変の判定閾値の間（図中網掛け部分）に収まる場合、急変判定部１５４は需要変化を通常と判定し、５分の通常時制御周期で操作量計算部１５１による操作量の送信を行う。
【０１１３】
配水量の変化が判定閾値の間から外れた場合、制御ポイントの圧力が許容範囲を超えて変化すると予想されるため、急変判定部１５４は需要が急変していると判定する。需要急変と判定された場合、急変時操作量計算部１５５が補正データ１５３の補正計算式を用いて操作量を計算し、その操作量が各配水所に伝送される。急変時操作量計算部１５５による操作量の計算は、１分の急変時制御周期毎に行い、配水所へ伝送される。さらに、操作量計算部１５１および急変補正データ計算部も通常時制御周期（５分）より短い周期（例えば３分、以下更新周期と呼ぶ）で急変判定部１５４より補正データ計算条件を受信し、補正データ１５３を更新する。
【０１１４】
需要の変化が補正データ１５３の判定閾値の間で推移を続けると、需要の急激な変化が収まり、急変判定部１５４が需要急変は終了と判定し、通常の操作量計算部１５１による制御へと復帰する。
急変判定部１５４による判定と操作量の計算については、図１２の説明でも後述する。
【０１１５】
図１１は、急変時操作量計算部１５５による吐出圧力の算出方法を示す図である。補正データ１５３の補正計算式は、基準の操作量を通る曲線として、推定末端圧一定制御方式により式１であらわされている。急変時操作量計算部１５５は、配水流量の計測値を代入して補正計算式から急変時の操作量（吐出圧）を計算する。
この式は配水量の計測値から瞬時に計算することができるため、迅速にポンプ施設の制御目標値を修正できる。ただし、配水流量の変化が大きくなると、より精緻な制御を実現する操作量計算部１５１による計算値とはずれが生じる。そのため、操作量計算部１５１および急変補正データ計算部１５２を定期的に実行して補正データ１５３の更新を行う。この補正データ１５３の更新処理については、図１２の説明にて後述する。
【０１１６】
図１２は、急変判定部１５４による操作量決定のフローチャートを示す図である。データ収集部１７１で１分毎にセンサデータが収集される度に、急変判定部１５４は図１２のフローチャートに従って操作量の計算を統括する。
【０１１７】
ステップ１２０２では、前時刻の需要急変の判定を参照して処理を切り替える。通常モードであった場合、ステップ１２０３に、急変モードであった場合、ステップ１２０５に進む。
【０１１８】
ステップ１２０３では、データ収集部１７１からの配水量計測値が補正データ１５３の判定閾値の間にあるかどうかを判定する。閾値の間にあれば通常と判定し、ステップ１２１１へ、閾値の間を逸脱していれば急変と判定し、ステップ１２０４へと進む。
【０１１９】
ステップ１２０４では、現時刻は需要の急変に入ったとし、モードを移行してステップ１２０５に進む。
【０１２０】
ステップ１２０５では、急変時操作量計算部１５５が、補正データ１５３の補正計算式および配水量計測値を用いて操作量を計算する。
【０１２１】
ステップ１２０６では、急変時操作量計算部１５５で計算された操作量を伝送部１７２経由で各配水所の制御装置へ送信する。送信は、毎センサデータ収集周期の毎、即ち急変時制御周期毎に行われる。
【０１２２】
ステップ１２０７では、配水量計測値が補正データ１５３の判定閾値の間に、操作量計算部１５１の通常制御周期（５分）以上、継続してあるかどうかを判定する。継続的に閾値内であった場合は通常へ復帰と判定し、ステップ１２１０へ進む。そうでない場合は急変継続と判定し、ステップ１２０８へ進む。
【０１２３】
ステップ１２０８では、操作量計算部１５１および急変補正データ計算部１５２による補正データ１５３の最後の更新から、更新周期（３分）が経過したかどうかを判定する。経過した場合は該当と判定し、ステップ１２０９へと進む。経過していない場合は非該当と判定し、ステップ１２１４へ進んで処理を終了する。
【０１２４】
ステップ１２０９では、操作量計算部１５１および急変補正データ計算部１５２が、補正データ１５３の更新を行い、ステップ１２１４へ進んで処理を終了する。
【０１２５】
ステップ１２１１では、操作量計算部１５１による操作量の最後の計算から、通常時制御周期（５分）が経過したかどうかを判定する。経過した場合は該当と判定し、ステップ１２１２へと進む。経過していない場合は非該当と判定し、ステップ１２１３へ進む。
【０１２６】
ステップ１２１２では、操作量計算部１５１および急変補正データ計算部１５２が操作量の計算と、補正データ１５３の更新を行い、ステップ１２１３へ進む。
【０１２７】
ステップ１２１３では、操作量計算部１５１で計算された操作量を伝送部１７２経由で各配水所の制御装置へ送信し、ステップ１２１４へ進んで処理を終了する。
【０１２８】
急変補正データ計算部１５２、急変時操作量計算部１５５および急変判定部１５４の処理により、需要の急激な変化を判定し、高速な演算が可能な補正手法で迅速に操作量を変更することで、配水管網中の圧力の変動を抑制できる。また、操作量計算部１５１による水理解析計算を用いた精緻な操作量の計算も、通常の５分からより短い３分の計算周期（更新周期）へと短縮し補正手法の計算式を更新することで、需要量の大規模な変化にも精緻に追従して配水管網内の圧力を制御できる。
【０１２９】
図１３は、水理解析サンプル記憶部１６３に記録される水理解析サンプルの流量配分の配置を示す図である。
【０１３０】
水理解析サンプル部１６２は、配水計画立案部１６１で決定変数として設定しうる配水状態の範囲を、後述する水理解析近似部１６４での近似が十分な精度、例えば２％以内、を持つように、当該配水状態の範囲を一定間隔の点で覆うよう、サンプリングを行う配水状態を決定する。具体的には、装置調整者が配水運用制御装置１０１の試運転時に精度の評価を行って適切に間隔を定めればよい。
【０１３１】
図１３は、配水所Ａおよび配水所Ｂから配水を行う配水管網１１１でのサンプルの配置を表す。需要量は両配水所の配水量の和であるため、Ｑａ＋Ｑｂ＝（一定）となる直線は同量の需要に対する配分を表す。
【０１３２】
解析条件記憶部１４２あるいは圧力制御則記憶部１４３に記録された制約条件を満たさない配水状態は斜め十字印にて、制約条件を満たす配水状態を丸印にて表示している。制約条件を満足するかどうかの情報の記録については図１４で後述する。
【０１３３】
また、水理解析近似部１６４が水理解析結果を求める流量配分を三角印で例示し、水理解析近似部１６４が補間のために利用する近傍のサンプリング点を破線四角で囲っている。水理解析近似部１６４の処理については図１６の説明で後述する。
【０１３４】
この例ではサンプリングは２次元平面であるが、より多くの配水所がある配水管網を対象とした配水運用制御装置１０１では、より高次元の空間からサンプリングを行う必要がある。また、配水状態の構成量に、配水所配水量やタンク水位のような連続量ではなく、ポンプのオン・オフのような離散量を含めることが適切である場合、離散量については全組合せについて必ずサンプリングを行うことが望ましい。
【０１３５】
本実施例のように配水状態を構成する量の数が多くない場合には、サンプリング結果を線形補間するだけで十分な近似精度が得られる。
【０１３６】
図１４は、水理解析サンプル記憶部１６３に記録される水理解析サンプルのデータ内容を示すテーブルの例である。水理解析サンプル記憶部１６３は、図１３に示した各サンプリング点について、このようなテーブルの情報を記録している。
【０１３７】
テーブルに記録する項目は、配水計画立案部１６１が必要とする最小限のものとしてよい。例えば、配水所Ａ流量、配水所Ｂ流量、制約条件の満足、総電力、制御ポイントのみを記録することとできる。
【０１３８】
水理解析サンプル部１６２は、図１３の説明で述べたサンプリング点について、圧力制御則記憶部１４３に記録された圧力制御則の情報に従って水理解析計算を行い、その結果をこのテーブルに記録する。サンプリングを行う配水状態について、圧力制御則に従って制御ポイントを抽出し、当該制御ポイントの圧力を目標値とする各配水所の吐出圧を水理解析計算から定める。また、吐出圧から各配水所の消費電力を計算する。消費電力の計算については図１５の説明で補足する。配水所の配水量と吐出圧が図６の制御可能範囲に収まり、その他満たすべき制約条件を満足する場合に制約条件を満たすと判定する。前記水理解析計算の結果と前記判定の結果を合わせて水理解析サンプル記憶部１６３に記録する。
【０１３９】
図１５は、水理解析サンプル部１６２の処理における配水ポンプ施設消費電力データの近似を示す図である。図８で説明したとおり、配水ポンプ施設のポンプ運転台数は、当該時点の配水流量だけでは一意に定まらず、配水流量の推移に依存するヒステリシスを有する。そのため、水理解析サンプル部１６２が計算する消費電力は、図１５（ａ）のように、流量分担だけでは一意に定まらず、ポンプ運転台数まで定めてようやく一意に定まる。
【０１４０】
そこで、水理解析サンプル部１６２では図１５（ｂ）のように流量から一意に消費電力が定まるように近似する。例えば、２通りのポンプ運転台数をとり得る領域については、その領域をなめらかにＳ字曲線で結ぶように近似する。
【０１４１】
配水計画は、需要予測部１６５の予測結果に基づいて立案するため、立案時点の需要予測と制御時点の需要には誤差が生じる。そのため、ポンプ運転台数のヒステリシスに起因する誤差は避けることが出来ないため、前記近似を行うことによる誤差は大きな影響はない。
【０１４２】
なお、ヒステリシスの近似に関して、需要予測部１６５の需要予測がより確からしい期間においては前記近似を行わず、厳密なポンプ消費電力を評価することとしてもよい。水理解析計算部１４１が、精緻に評価関数値を計算する手法と組合せることが考えられる。
【０１４３】
例えば、配水計画立案部１６１で最適化計算がほぼ最適解に収束したと判定されたときに、配水計画立案部１６１は以降の評価関数値の計算に際して、水理解析近似部１６４ではなく水理解析計算部１４１に解析条件データを送信し、水理解析計算部１４１から水理解析結果を受信し、その水理解析結果に基づいて評価関数値を計算するよう変更し、また需要予測がより確からしい立案時点から直近３時間の期間においては前記ヒステリシスの影響を考慮して消費電力量を精緻に計算し、精緻に消費電力量を最小化する配水計画を得ることとしてもよい。
【０１４４】
図１６は、水理解析近似部１６４の処理を示すフローチャートである。
【０１４５】
ステップ１６０２では、配水計画立案部より与えられた配水状態に対して、その近傍のサンプリング点を水理解析サンプル記憶部１６３から抽出する。
【０１４６】
ステップ１６０３では、ステップ１６０２で抽出した全てのサンプリング点の水理解析結果が、制約条件を満足しているかどうかを判定する。全ての点が満足している場合、ステップ１６０４へ進む。そうでない場合、ステップ１６０５へ進む。
【０１４７】
ステップ１６０４では、抽出したサンプリング点の結果を補間することで前記配水状態の結果の近似値を計算する。図１３で示した例の場合、前記配水状態を囲む４つのサンプリング点の結果を、バイリニア補間することで近似値を得る。より高次元の場合でもバイリニア補間の拡張である補間手法、すなわち、線形補間を各量に関して繰り返す補間処理を行うことで近傍のサンプリング点の結果から補間を行うことができる。バイリニア補間は公知の技術であるため詳細な説明は省略する。当該流量配分は制約条件を満足すると判定し、補間で得られた結果を出力して処理を終了する。
【０１４８】
ステップ１６０５では、当該流量配分は制約条件を満足できないと判定して、その結果を出力して処理を終了する。
【実施例２】
【０１４９】
第二の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【０１５０】
図１７は、配水運用制御装置の第二の実施形態の構成例を示す図である。第一の実施形態との違いは、急変判定部および急変時操作量計算部は配水運用制御装置１７０１ではなく、配水所の制御装置である制御装置１７２２、制御装置１７３２の構成としていることである。
【０１５１】
図１８は、第二の実施形態における配水所Ｂの機器及び制御装置の構成図である。第一の実施形態における急変判定部１５４および急変時操作量計算部１５５に相当する構成が、急変判定部１８５４および急変時操作量計算部１８５５として配水所の制御装置１７３２にある。この変更に伴い、操作量だけでなく補正データ１５３も合わせて配水所の制御装置に伝送される。また、急変判定部１８５４からの補正データ１５３の更新の指示は伝送信号１８４１として配水所の制御装置から配水運用制御装置１７０１へとネットワークを介して送信される。
【０１５２】
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。
【０１５３】
また、上記の各構成、機能、処理部、処理手段等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリや、ハードディスク、ＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ  Ｓｔａｔｅ  Ｄｒｉｖｅ）等の記録装置、または、ＩＣカード、ＳＤカード、ＤＶＤ等の記録媒体に置くことができる。
【０１５４】
また、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。
【符号の説明】
【０１５５】
１０１  配水運用制御装置
１４１  水理解析計算部
１５１  操作量計算部
１５２  急変補正データ計算部
１５４  急変判定部
１５５  急変時操作量計算部
１６１  配水計画立案部
１６２  水理解析サンプル部
１６３  水理解析サンプル記憶部
１６４  水理解析近似部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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