(57)【要約】  圧力波の発生位置を精度よく推定する位置推定装置等を提供する。  位置推定装置は、管路網の少なくとも２か所において管路網を流れる流体の圧力を計測した計測値に基づいて、流体の圧力に関する第１相互相関を導出する第１相互相関導出手段と、管路網の少なくとも２か所における流体の圧力を計算して求めた計算値に基づいて、流体の圧力に関する第２相互相関を導出する第２相互相関導出手段と、第１相互相関と第２相互相関との相違に基づいて圧力波の発生位置を推定する推定手段とを備える。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
管路網の少なくとも２か所においてそれぞれ計測された前記管路網を流れる流体の圧力を表す計測値に基づいて、前記計測値に関する第１相互相関を導出する第１相互相関導出手段と、
前記管路網の前記少なくとも２か所における前記流体の圧力をそれぞれ計算して求めた計算値に基づいて、前記計算値に関する第２相互相関を導出する第２相互相関導出手段と、
前記第１相互相関及び前記第２相互相関に基づいて前記管路網における圧力波の発生位置を推定する推定手段とを備える、位置推定装置。
【請求項２】
前記推定手段は、前記第１相互相関と前記第２相互相関との相違に基づいて前記圧力波の発生位置を推定する、請求項１に記載の位置推定装置。
【請求項３】
前記第２相互相関導出手段は、前記管路網において圧力波の予想発生位置を設定し、前記圧力波の予想発生位置にて圧力波が発生した場合における前記第２相互相関を導出する、請求項１又は２に記載の位置推定装置。
【請求項４】
前記推定手段は、前記第１相互相関と前記第２相互相関との相違が所定の条件を満たす場合に、前記第２相互相関導出手段において前記第２相互相関を導出する場合に用いられた前記圧力波の予想発生位置を前記管路網における圧力波の発生位置として推定する、請求項３に記載の位置推定装置。
【請求項５】
前記第２相互相関導出手段において流体の圧力の計算対象となる前記圧力波の予想発生位置を繰り返し設定する予想位置設定手段を備える、請求項３又は４に記載の位置推定装置。
【請求項６】
前記予想位置設定手段は、予め定められた前記管路網における複数の位置から少なくとも一つの位置を選択して前記圧力波の予想発生位置として設定する、請求項５に記載の位置推定装置。
【請求項７】
前記予想位置設定手段は、前記設定された前記圧力波の発生位置において第１相互相関と前記第２相互相関との相違が前記所定の条件を満たす場合に、前記所定の条件を満たす前記圧力波の発生位置に基づいて、前記予め定められた前記管路網における複数の位置から少なくとも一つの位置を選択して前記圧力波の予想発生位置として設定する、請求項６に記載の位置推定装置。
【請求項８】
前記予想位置設定手段は、前記所定の複数の位置の少なくとも一つにおいて、前記第１相互相関と前記第２相互相関との相違が前記所定の条件を満たす場合に、前記予め定められた前記管路網における複数の位置と異なる位置に圧力波の予想発生位置を設定する、請求項６又は７に記載の位置推定装置。
【請求項９】
前記第１及び第２相互相関の少なくとも一方から所定の成分を分離する相関分離手段を備える、請求項１から８のいずれか一項に記載の位置推定装置。
【請求項１０】
前記相関分離手段は、前記第１及び第２相互相関からそれぞれ所定の周波数成分を分離し、
前記推定手段は、前記第１及び第２相互相関の前記所定の周波数成分に基づいて、前記圧力波の発生位置を推定する、請求項９に記載の位置推定装置。
【請求項１１】
前記相関分離手段は、前記第１及び第２相互相関を、複数の前記所定の周波数成分に分離し、
前記推定手段は、前記第１及び第２相互相関の前記複数の所定の周波数成分の各々の相違に基づいて、前記圧力波の発生位置を推定する、請求項１０に記載の位置推定装置。
【請求項１２】
請求項１から１１のいずれか一項に記載の位置推定装置と、
前記管路網を流れる流体の圧力を計測する複数の圧力検知手段とを備える、位置推定システム。
【請求項１３】
管路網の少なくとも２か所において前記管路網を流れる流体の圧力をそれぞれ計測した計測値に基づいて、前記計測値に関する第１相互相関を導出し、
前記管路網の前記少なくとも２か所における前記流体の圧力をそれぞれ計算して求めた計算値に基づいて、前記計算値に関する第２相互相関を導出し、
前記第１相互相関及び前記第２相互相関に基づいて圧力波の発生位置を推定する、位置推定方法。
【請求項１４】
コンピュータに、
管路網の少なくとも２か所においてそれぞれ計測された前記管路網を流れる流体の圧力を表す計測値に基づいて、前記計測値に関する第１相互相関を導出する処理と、
前記管路網の前記少なくとも２か所における前記流体の圧力をそれぞれ計算して求めた計算値に基づいて、前記計算値に関する第２相互相関を導出する処理と、
前記第１相互相関及び前記第２相互相関に基づいて圧力波の発生位置を推定する処理とを実行させるプログラムを格納した、コンピュータ読み取り可能記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、位置推定装置、位置推定システム、位置推定方法及びコンピュータ読み取り可能記録媒体に関する。
【背景技術】
【０００２】
液体や気体等の流体が流れる管路網においては、内部を流れる流体の流量の変化に伴い、流体が定常的に流れる場合に対して大きな圧力波（以下「過大圧力波」とする）が生じる場合がある。過大圧力波が生じる原因には、例えば、ポンプやバルブ等の急激な操作、水使用量の急激な変化、管路網を構成する管路の異常や破裂等がある。【０００３】
過大圧力波は、管路網に負荷を与えることから、管路網の劣化や管路網を構成する管路の異常や破裂を引き起こす要因となる。そのため、過大圧力波が発生した位置を求め、当該位置における過大圧力波を発生させる要因を解消することによって、管路網の寿命を延ばすことができる可能性がある。【０００４】
過大圧力波が発生した位置を特定する手法の一つは、管路網を構成する管路に沿って多数の圧力計を設置して管路網を流れる流体の圧力を詳細に調べることである。しかしながら、管路網に多数の圧力計を設置することは、一般に高いコストを必要とする。したがって、できるだけ少ない数の圧力計にて過大圧力波の発生位置を推定する手法の開発が行われている。【０００５】
非特許文献１には、単管路の波動特性を利用してバースト発生位置を推定する技術が記載されている。非特許文献２には、バースト発生直後の管路網の流量等を解析することによってバースト発生位置を推定する技術が記載されている。非特許文献３には、管路網をいくつかのエリアに分割し、当該エリアへの流体の出入りの不整合を指標として流体漏れエリアを推定する技術が記載されている。非特許文献４には、管破裂による圧力波が配管網を無視して同心円状に広がると仮定して、圧力波の震源地を推定する技術が記載されている。非特許文献５には、センサ計測による圧力波の到達時間差と計算機シミュレーションによる圧力波の到達時間差との差分が最も小さい点を圧力波の波源と推定する技術が記載されている。非特許文献６には、センサ計測による圧力波の到達時間差と計算機シミュレーションによる圧力波の伝搬時間差との差分が最も小さい点をグラフ的及び階層的な絞り込みにより効率よく探索し、探索された点を圧力波の波源と推定する技術が記載されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】福田豊生，進行波理論による送水管路の異常検知法，計測自動制御学会論文集，Ｖｏｌ．１８，Ｎｏ．１０，１９８２
【非特許文献２】築山誠，配水管網の異常発生区域推定法，計測自動制御学会論文集，Ｖｏｌ．２３，Ｎｏ．６，１９８７
【非特許文献３】宮田真ほか, 仮想エリア分割による漏水検知手法の提案, ＥＩＣＡ環境システム計測制御学会研究発表会論文集，Ｖｏｌ．１７，Ｎｏ．２−３，２０１２
【非特許文献４】服部大ほか，上水道施設の省エネ・省コスト運用に貢献する技術，東芝レビュー，ｖｏｌ６９，ｎｏ５，２０１４
【非特許文献５】Ｓｅｓｈａｎ  Ｓｒｉｒａｎｇａｒａｊａｎ，Ｗａｖｅｌｅｔ−ｂａｓｅｄ  Ｂｕｒｓｔ  Ｅｖｅｎｔ  Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｌｏｃａｌｉｚａｔｉｏｎ  ｉｎ  Ｗａｔｅｒ  Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ  Ｓｙｓｔｅｍｓ，  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍｓ，Ｖｏｌ．７２，Ｉｓｓｕｅ  １，ｐｐ１−１６，２０１３
【非特許文献６】Ｗ．Ｊ．Ｈａｍｐｓｏｎ，  ｅｔ  ａｌ．，Ｔｒａｎｓｉｅｎｔ  ｓｏｕｒｃｅ  ｌｏｃａｌｉｚａｔｉｏｎ  ｍｅｔｈｏｄｏｌｏｇｙ  ａｎｄ  ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ  ｖａｌｉｄａｔｉｏｎ，Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ  ｏｎ  Ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ  ａｎｄ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  ｆｏｒ  ｔｈｅ  Ｗａｔｅｒ  Ｉｎｄｕｓｔｒｙ（ＣＣＷＩ），Ｖｏｌ．７０，ｐｐ．７８１−７９０，２０１３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
非特許文献１に記載の技術は、単一の管路を対象としている。すなわち、非特許文献１に記載の技術は、複数の配管が接続された管路網を必ずしも対象としていない。また、非特許文献２に記載の技術は、バーストが発生した位置の推定に際し、管路を流れる流体の流量を用いている。しかしながら、管路に異常が生じた場合には、その変化は、流量と比較して圧力に特徴的に現れる場合がある。すなわち、非特許文献２に記載されたような管路を流れる流体の流量を用いた手法では、管路における小規模な破裂や異常を捉えることが難しい場合がある。また、非特許文献４から６に記載の技術は、圧力波が生じた場合における当該圧力波の第一波の到達時間差に基づいて圧力波の波源の位置を推定する。しかしながら、当該第一波の到達時間は、判定基準や雑音の影響を受け、誤差を含む場合がある。【０００８】
すなわち、各非特許文献に記載の技術では、複数の配管が複雑に接続された管路網において、少ないセンサにて圧力波の発生位置を精度よく推定することは難しい場合がある。【０００９】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、圧力波の発生位置を精度よく推定する位置推定装置等を提供することを主たる目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一態様における位置推定装置は、管路網の少なくとも２か所において管路網を流れる流体の圧力を計測した計測値に基づいて、流体の圧力に関する第１相互相関を導出する第１相互相関導出手段と、管路網の少なくとも２か所における流体の圧力を計算して求めた計算値に基づいて、流体の圧力に関する第２相互相関を導出する第２相互相関導出手段と、第１相互相関と第２相互相関との相違に基づいて圧力波の発生位置を推定する推定手段とを備える。【００１１】
本発明の一態様における位置推定方法は、管路網の少なくとも２か所において管路網を流れる流体の圧力をそれぞれ計測した計測値に基づいて、前記計測値に関する第１相互相関を導出し、管路網の少なくとも２か所における流体の圧力をそれぞれ計算して求めた計算値に基づいて、計算値に関する第２相互相関を導出し、第１相互相関及び第２相互相関に基づいて圧力波の発生位置を推定する。【００１２】
本発明の一態様におけるコンピュータ読み取り可能記録媒体は、コンピュータに、管路網の少なくとも２か所において管路網を流れる流体の圧力をそれぞれ計測した計測値に基づいて、計測値に関する第１相互相関を導出する処理と、管路網の少なくとも２か所における流体の圧力をそれぞれ計算して求めた計算値に基づいて、計算値に関する第２相互相関を導出する処理と、第１相互相関及び２相互相関に基づいて圧力波の発生位置を推定する処理とを実行させるプログラムを非一時的に格納する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によると、圧力波の発生位置を精度よく推定する位置推定装置等を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】管路網等を圧力波が伝搬する様子の一例を示す図である。
【図２】管路網を流れる流体に関する圧力波とその相互相関との関係を示す図である。
【図３】本発明の第１の実施形態における位置推定装置を示す図である。
【図４】本発明の第１の実施形態における位置推定システムを示す図である。
【図５】本発明の第１の実施形態における位置推定装置にて圧力波の発生位置を推定する場合に用いられる相互相関の局所ピークを示す図である。
【図６】本発明の第１の実施形態における位置推定装置の動作を示すフローチャートである。
【図７】本発明の第２の実施形態における位置推定装置を示す図である。
【図８】本発明の第２の実施形態における位置推定装置の予想位置設定部が圧力波の発生位置を設定する場合の例を示す図である。
【図９】本発明の第２の実施形態における位置推定装置によって管路網における圧力波の発生位置を探索する場合の一例を示す図である。
【図１０】本発明の第２の実施形態における位置推定装置の予想位置設定部の動作の一例を示す図である。
【図１１】本発明の第３の実施形態における位置推定装置を示す図である。
【図１２】管路網における圧力波の伝搬速度に違いが生じる場合の一例を示す。
【図１３】管路網において生じる圧力波の伝搬速度に違いが生じる場合の別の一例を示す。
【図１４】管路網における伝搬速度が異なる圧力波の合成波に関する相互相関の例を示す。
【図１５】本発明の第３の実施形態において第１相互相関導出部１１０及び相関分離部３５０の動作の一例を表す模式図である。
【図１６】本発明の各実施形態における位置推定装置を実現する情報処理装置の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の各実施形態について、添付の図面を参照して説明する。最初に、本発明の各実施形態において用いられる圧力波の位置推定に関する原理等を説明し、その後、本発明の各実施形態について説明する。
【００１６】
なお、本発明の各実施形態において、各装置又はシステムの各構成要素は、機能単位のブロックを示している。各装置又はシステムの各構成要素の一部又は全部は、例えば図１６に示すような情報処理装置１０００とプログラムとの任意の組み合わせにより実現される。情報処理装置１０００は、一例として、以下のような構成を含む。
【００１７】
・ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）１００１
・ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）１００２
・ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）１００３
・ＲＡＭ１００３にロードされるプログラム１００４
・プログラム１００４を格納する記憶装置１００５
・記録媒体１００６の読み書きを行うドライブ装置１００７
・通信ネットワーク１００９と接続する通信インターフェース１００８
・データの入出力を行う入出力インターフェース１０１０
・各構成要素を接続するバス１０１１
各実施形態における各装置の各構成要素は、これらの機能を実現するプログラム１００４をＣＰＵ１００１が取得して実行することで実現される。各装置の各構成要素の機能を実現するプログラム１００４は、例えば、予め記憶装置１００５やＲＡＭ１００３に格納されており、必要に応じてＣＰＵ１００１が読み出す。なお、プログラム１００４は、通信ネットワーク１００９を介してＣＰＵ１００１に供給されてもよいし、予め記録媒体１００６に格納されており、ドライブ装置１００７が当該プログラムを読み出してＣＰＵ１００１に供給してもよい。
【００１８】
各装置の実現方法には、様々な変形例がある。例えば、各装置は、構成要素毎にそれぞれ別個の情報処理装置１０００とプログラムとの任意の組み合わせにより実現されてもよい。また、各装置が備える複数の構成要素が、一つの情報処理装置１０００とプログラムとの任意の組み合わせにより実現されてもよい。
【００１９】
また、各装置の各構成要素の一部又は全部は、その他の汎用または専用の回路、プロセッサ等やこれらの組み合わせによって実現される。これらは、単一のチップによって構成されてもよいし、バスを介して接続される複数のチップによって構成されてもよい。各装置の各構成要素の一部又は全部は、上述した回路等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。
【００２０】
各装置の各構成要素の一部又は全部が複数の情報処理装置や回路等により実現される場合には、複数の情報処理装置や回路等は、集中配置されてもよいし、分散配置されてもよい。例えば、情報処理装置や回路等は、クライアントアンドサーバシステム、クラウドコンピューティングシステム等、各々が通信ネットワークを介して接続される形態として実現されてもよい。
【００２１】
まず、本発明の各実施形態において用いられる圧力波の位置推定に関する原理等を説明する。最初に、図１を用いて、管路等を圧力波が伝搬する様子に関して説明する。
【００２２】
図１（Ａ）は、単一の管路５００において圧力波が伝搬する様子を示す。この例において、管路５００の破裂に起因する急激な流体の圧力変化によって圧力波が生じた場合が想定される。この圧力波は、管路５００を流れる流体及び管路５００を媒質として、当該圧力波の発生個所から管路５００の両方向へ伝搬する。一般に、鉄や樹脂を主な材料とする管路の管肉を伝搬する圧力波よりも、管路を流れる流体を伝搬する圧力波の方が減衰しにくいことが知られている。
【００２３】
一方、図１（Ｂ）は、管路５００が接続されて構成される管路網５０において圧力波が伝搬する様子を示す。図１（Ｂ）に示す例においても、管路網５０を構成する管路５００の破裂に起因する急激な流体の圧力変化によって圧力波が生じた場合が想定される。なお、管路網５０において、上述のような圧力波が発生した位置を、「管路網における圧力波の発生位置」又は単に「圧力波の発生位置」と呼ぶ。そして、図１（Ｂ）に示すように、管路網５０のある一点にて発生した圧力波は、管路網５０を構成する管路５００を流れる流体及び管路５００を媒質として、管路網５０の各所へ伝搬する。管路網５０の各所へ伝搬した圧力波は、管路網５０に設置された圧力計５５１から５５３の各々にて計測される。圧力計５５１から５５３のうち、圧力波の発生位置から近い位置に設置されたものにおいては、管路５００が破裂した後の早い時刻に圧力波が計測される。また、圧力計５５１から５５３のうち、圧力波の発生位置から遠い位置に設置されたものにおいては、管路５００が破裂した後、圧力波の発生位置からの距離に応じた時間が経過してからに圧力波が計測される。
【００２４】
図１（Ｂ）に示す例において、圧力波が発生した時刻が不明な場合においても、圧力計５５１から５５３の各々において、圧力波のうち最初に到達する第一波（以下、単に「第一波」とする）が計測される時刻は知ることができる。すなわち、圧力計５５１から５５３の各々において第一波が計測される時刻の差は測定可能である。この時刻の差は、圧力波が発生する位置に応じて変化する。
【００２５】
一方、管路網５０の各所の構造（管路５００の長さ、径、肉厚等）及び圧力波の伝搬速度は、予め知ることができる場合がある。この場合には、これらの情報に基づいて、任意の位置にて発生する圧力波に関して、圧力計５５１から５５３の各々における第一波の到達時刻やこれらの時刻の差を計算機シミュレーション等の計算にて求めることが可能となる。
【００２６】
そして、圧力計５５１から５５３の各々にて計測された第一波の到達時刻の差と、計算により得られた第一波の到達時刻に基づいて、圧力波が発生した位置を推定することができる。例えば、計測により得られた第一波の到達時刻の差と、任意の箇所を圧力波の発生位置と仮定して計算により得られた第一波の到達時刻の差とが所定の条件を満たす場合に、当該任意の箇所を圧力波の発生位置と推定することができる。所定の条件としては、上述した２つの第一波の到達時刻の差が一致する、２つの第一波の到達時刻の差の相違が最小となる、等がある。
【００２７】
しかしながら、この例において、圧力計５５１から５５３の各々にて計測された第一波の到達時刻には、誤差が含まれる場合がある。これは、一般に圧力計にて計測される値には雑音が含まれていることや、第一波は、波の谷又は山のいずれの可能性もあり、第一波を特定することが容易でない場合があることが原因である。したがって、上述した方法にて圧力波の発生位置を推定する場合、推定された圧力波の発生位置の精度が低い場合がある。
【００２８】
また、管路網の複数の箇所における圧力波の到達時刻差を求める別の手法として、２つの圧力波の相互相関を用いる手法がある。一例として、信号ｘ１［ｎ］と信号ｘ２［ｎ］との相互相関Ｃ［ｋ］は、以下の（１）式にて表される。なお、ｋは相互相関における時刻インデックスを表す。 
2016084366.tif 000003
【００２９】
図２は、管路網の２か所で計測された圧力波ｘ１及びｘ２の到達時刻差と各々の相互相関との関係の一例を示す図である。図２（Ａ）は、圧力波ｘ１及びｘ２が各々を計測した個所に到達した時刻の差がない（すなわち、同時に到達した）場合における相互相関及び圧力の例を示す。図２（Ａ）の例に示すように、圧力波の到達時刻に差がない場合には、相互相関の値は時刻インデックスｋが０の場合に最大となる。
【００３０】
また、図２（Ｂ）は、圧力波ｘ１及びｘ２が各々を計測した個所に到達した時刻の差がある（すなわち、異なる時刻に到達した）場合における相互相関及び圧力の例を示す。このように、圧力波の到達時刻に差がある場合には、相互相関の値は、時刻インデックスｋが０と異なる場合に最大となる。図２（Ｂ）に示す例においては、圧力波ｘ１及びｘ２の相互相関は、時刻インデックスｋが＋４において最大になる。すなわち、図２（Ｂ）に示す例においては、圧力波ｘ１は、圧力波ｘ２に対して時刻インデックス４だけ遅れて到達している。このように、圧力波の相互相関を用いることによって、管路網の複数の箇所における圧力波の到達時刻差を求めることができる。
【００３１】
また、上述のように、図１（Ｂ）に示すような管路網５０の構成情報が分かる場合には、流体力学に基づいて、管路の破裂等を含む管路を流れる流体の急激な圧力の変化によって生じる圧力波の伝搬の様子は、計算によって求められる。管路網５０の構成情報は、例えば、管路網５０を構成する管路５００の各々の長さ、径、内部の粗さ係数、肉厚、管路５００の内部を流れる流体内の圧力波速度等である。
【００３２】
この場合におけるより詳しい一例として、圧力波の伝搬の様子は、以下のような計算機シミュレーションにて算出される。すなわち、管路網における任意の位置において、管路を流れる流体にステップ状の圧力変化が発生することが仮定される（以下、このように仮定された位置を「圧力波の予想発生位置」とする）。そして、管路網において圧力計が設置されている位置における管路内部の圧力が変化する過程がシミュレーションされる。
【００３３】
このような計算機シミュレーション等によって得られた管路網の圧力波の計算値は、管路網において計測された圧力の計測値と比較すると、その圧力の変化の様子である振幅や位相までが完全に一致しない場合がある。しかしながら、管路網の２か所における圧力波の到達時間差を解析する場合に必要となる精度にて圧力波の計算値を算出することは可能である。そのため、圧力波の計算値が算出されれば、管路網の２か所における圧力波の相互相関を求めることが可能である。また、圧力波の計算値は、シミュレーション等の計算により求められることから、管路網の任意の箇所における管路の破裂等にて生じる圧力波の計算値を算出することができる。したがって、管路網の任意の２か所における圧力波の計算値に関する相互相関を求めることが可能である。
【００３４】
（第１の実施形態）
続いて、本発明の第１の実施形態について説明する。図３は、本発明の第１の実施形態における位置推定装置を示す図である。図４は、本発明の第１の実施形態における位置推定システム及び当該位置推定システムを用いて圧力波の発生位置を推定する対象となる管路網を示す図である。図５は、本発明の第１の実施形態における位置推定装置にて圧力波の発生位置を推定する場合に用いられる相互相関の局所ピークを示す図である。図６は、本発明の第１の実施形態における位置推定装置の動作を示すフローチャートである。
【００３５】
図３に示すとおり、本発明の第１の実施形態における位置推定装置１００は、第１相互相関導出部１１０と、第２相互相関導出部１２０と、推定部１３０とを備える。第１相互相関導出部１１０は、管路網の少なくとも２か所において管路網を流れる流体の圧力をそれぞれ計測した計測値に基づいて、前記計測値に関する第１相互相関を導出する。第２相互相関導出部１２０は、前記管路網の前記少なくとも２か所における前記流体の圧力をそれぞれ計算して求めた計算値に基づいて、前記計算値に関する第２相互相関を導出する。推定部１３０は、前記第１相互相関及び前記第２相互相関に基づいて圧力波の発生位置を推定する。
【００３６】
また、本実施形態においては、位置推定装置１００を含む位置推定システム１０が構成される。図４は、本発明の第１の実施形態における位置推定システム１０を示す。位置推定システム１０は、位置推定装置１００と、複数の圧力検知部５６１から５６３を備える。また、本実施形態における位置推定システム１０を用いて圧力波の発生位置を推定する対象となる管路網５１は、一例として、管路５０１と、タンク５３１及び５３２と、ポンプ５４１及び５４２とを含む。複数の圧力検知部５６１から５６３の各々は、管路網５１を流れる流体の圧力を計測する。複数の圧力検知部５６１から５６３の各々は、管路網５１を流れる流体の圧力を計測できる例えば任意の種類の圧力計が用いられる。なお、図４においては、複数の圧力検知部の数は３つであるが、圧力検知部の数は任意であり、３つでなくてもよい。複数の圧力検知部の数は、圧力波の発生位置を推定する対象となる管路網の構成に応じて適宜変更される。また、図４に示す管路網５１の構成は、一つの例であり、これに限定されない。本実施形態における位置推定システム１０は、管路網５１と異なる任意の構成の管路網について、圧力波の発生位置を推定することが可能である。
【００３７】
最初に、本実施形態における位置推定装置１００の各構成要素について説明する。第１相互相関導出部１１０は、上述のとおり、管路網を流れる流体の圧力を計測した計測値に関する第１相互相関を導出する。この計測値は、管路網に設置され、管路の内部を流れる流体の圧力を計測する圧力計等の任意の手段によって求められる。第１相互相関導出部１１０は、一例として、上述した（１）式を用いて相互相関を算出する。
【００３８】
第１相互相関導出部１１０は、一例として、管路網の複数の箇所において計測される計測値である圧力波形のうち、任意の２地点の計測値の組み合わせに関する第１相互相関Ｃｒｅｆ（ｍ）［ｋ］を導出する。この場合において、ｍは組み合わせの番号を表し、１から組み合わせ総数Ｍ（Ｍは１以上の整数）までのいずれかの値を取る。
【００３９】
例えば、第１相互相関導出部１１０は、管路網の３地点（地点１から３とする）において計測された圧力の計測値に基づいて第１相互相関を用いる場合には、３Ｃ２＝３組の第１相互相関Ｃｒｅｆ（ｍ）［ｋ］を導出する。この場合において、管路網の場所の組み合わせは、（地点１、地点２）、（地点１、地点３）、（地点２、地点３）となる。また、第１相互相関導出部１１０は、管路網の４地点（地点１から４とする）において計測された圧力の計測値に基づいて第１相互相関を用いる場合には、４Ｃ２＝６組の第１相互相関Ｃｒｅｆ（ｍ）［ｋ］を導出する。この場合において、管路網の場所の組み合わせは、（地点１、地点２）、（地点１、地点３）、（地点１、地点４）、（地点２、地点３）、（地点２、地点４）、（地点３、地点４）となる。
【００４０】
なお、第１相互相関導出部１１０は、組み合わせの総数Ｍの全てについて第１相互相関を導出してもよいし、組み合わせの総数Ｍに含まれる一部の組について第１相互相関を求めてもよい。第１相互相関導出部１１０にて求められる第１相互相関の数は、後述する推定部１３０にて圧力波の発生位置を推定する際の推定方法や、推定にて必要とされる精度などに応じて適宜定められる。
【００４１】
第２相互相関導出部１２０は、上述のとおり、管路網を流れる流体の圧力を計算して求めた計算値に関する第２相互相関を導出する。この計算値は、上記説明したとおり、計算機シミュレーション等によって求められる。第２相互相関導出部１２０は、一例として、第１相互相関導出部１１０と同様に、上述した（１）式を用いて相互相関を算出する。第２相互相関導出部１２０は、例えば、圧力波の予想発生位置として管路網の任意の地点を設定し、この位置と異なる管路網の任意の複数地点における圧力波をそれぞれ求めた計算値の組み合わせに関する第２相互相関Ｃｃａｌ（ｍ）［ｋ］を導出する。なお、上述した管路網の任意の複数地点は、例えば管路網５１において圧力計が設置された位置である。すなわち、第２相互相関導出部１２０にて導出される第２相互相関は、適宜定めた圧力波の予想発生位置にて発生した圧力波を、管路網に設置された圧力計にて計測したことを想定した場合に求められることが予想される値である。この場合において、ｍは組み合わせの番号を表し、１から組み合わせ総数Ｍ（Ｍは１以上の整数）までのいずれかの値を取る。
【００４２】
第２相互相関導出部１２０は、後の推定部１３０における推定処理に応じて、管路網の任意の地点を圧力波の予想発生位置として設定して第２相互相関Ｃｃａｌ（ｍ）［ｋ］を導出することができる。例えば、第２相互相関導出部１２０は、管路網の任意の一地点に圧力波の予想発生位置を設定して第２相互相関Ｃｃａｌ（ｍ）［ｋ］を導出してもよい。又は、第２相互相関導出部１２０は、管路網の任意の異なる複数の一地点を圧力波の予想発生位置として設定してもよい。この場合には、第２相互相関導出部１２０は、一例として、当該管路網の任意の異なる複数の一地点のうち一つの地点において圧力波が発生した場合における第２相互相関Ｃｃａｌ（ｍ）［ｋ］を、それぞれの地点について導出する。
【００４３】
また、第２相互相関導出部１２０は、第２相互相関Ｃｃａｌ（ｍ）［ｋ］の値が用いられる場合に、必要に応じて都度第２相互相関Ｃｃａｌ（ｍ）［ｋ］を計算して求めてもよい。あるいは、第２相互相関導出部１２０は、予め計算して求めた第２相互相関Ｃｃａｌ（ｍ）［ｋ］の値を図示しない記憶手段等に記憶しておき、必要に応じて記憶した値を参照してもよい。
【００４４】
推定部１３０は、前記第１相互相関及び前記第２相互相関に基づいて管路網における圧力波の発生位置を推定する。推定部１３０は、一例として、第１相互相関と第２相互相関との相違に基づいて、圧力波の発生位置を推定する。つまり、推定部１３０は、第１相互相関と第２相互相関との相違が小さいほど、第２相互相関にて圧力波の予想発生位置とした位置が、実際の管路網にて圧力波が発生した位置に近づくとして、管路網における圧力波の発生位置を推定する。
【００４５】
具体的な推定方法の一例として、推定部１３０は、第１相互相関Ｃｒｅｆ（ｍ）［ｋ］と、圧力波の予想発生位置を変えて求められた複数の第２相互相関Ｃｃａｌ（ｍ）［ｋ］の各々との相違に基づいて、圧力波の発生位置を推定する。すなわち、推定部１３０は、２つの相互相関の相違（誤差）が所定の条件を満たす第２相互相関Ｃｃａｌ（ｍ）［ｋ］に関して設定された圧力波の予想発生位置を、現実の管路網における圧力波の発生位置であるとする。この場合において、所定の条件は、例えば、２つの相互相関の相違が予め定めた大きさより小さくなる、２つの相互相関の相違が、上述した複数の第２相互相関Ｃｃａｌ（ｍ）［ｋ］のにおいて最小となる、等がある。このようにすることで、推定部１３０は、管路網における圧力波の発生位置を推定することができる。
【００４６】
第１相互相関Ｃｒｅｆ（ｍ）［ｋ］と、第２相互相関Ｃｃａｌ（ｍ）［ｋ］との相違（誤差）を求める一般化した式は、（２）式のように表される。推定部１３０は、（２）式を用いて２つの相互相関の相違を求める。しかしながら、推定部１３０は、これとは異なる方法で２つの相互相関の相違ｅを求めてもよい。
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【００４７】
（２）式において、関数ｇ（ｘ、ｙ）は、ｘとｙとを相違を求めるための値に変換する関数を表す。また、（２）式において、Ｋは、ｋがとりうる値の範囲である値域を表す。関数ｇ（ｘ、ｙ）及び値域Ｋは、例えば、以下のように定められる。
【００４８】
関数ｇ（ｘ、ｙ）としては、具体的には以下の（ｇ１）から（ｇ３）のような式が用いられる。
ｇ（ｘ，ｙ）＝（ｘ−ｙ）＊（ｘ−ｙ）・・・（ｇ１）
ｇ（ｘ，ｙ）＝｜ｘ−ｙ｜            ・・・（ｇ２）
ｇ（ｘ、ｙ）＝表参照（｜ｘ−ｙ｜）  ・・・（ｇ３）
なお、これらの式において、“＊”との記号は乗算を表す。また“｜｜”との記号はその中にて規定された式の絶対値を表す。
【００４９】
上述した式において、（ｇ１）式は、ｘとｙとの差の二乗を表す。また、（ｇ２）式は、ｘとｙとの差の絶対値を表す。（ｇ３）式は、ｘとｙとの差の値に基づいて表参照した値を表す。すなわち、（ｇ３）式は、入力値と出力値との対応関係について予め定められた表等に基づいて出力値を返す。（ｇ３）式における表参照にて用いられる表は任意の形式とすることが可能であり、例えば任意の数式を含んでいてもよい。必要に応じた表を参照することで（ｇ３）式は、予め定めた上限値や下限値を超える値を所定の値に変換することや、入力値を量子化することを可能にする。（ｇ３）式にて用いられる表は、管路網の状況や、発生した圧力波の大きさ、必要とされる圧力波の発生位置の推定精度等に基づいて適宜定められる。
【００５０】
値域Ｋは、具体的には、以下の（ｋ１）又は（ｋ２）のように定められる。
Ｋ＝［−Ｎ＋１，Ｎ−１］                  ・・・（ｋ１）
Ｋ＝ｌｏｃａｌＰｅａｋｓ（Ｃｒｅｆ（ｍ））・・・（ｋ２）
この式において、値域（ｋ１）は、指定された範囲の整数を表す。すなわち、値域Ｋが値域（ｋ１）のように表される場合、推定部１３０は、（ｋ１）式にて表される範囲の時刻インデックスにおける圧力波より求められた第１及び第２相互相関に基づいて、圧力波の発生位置を推定する。また、値域（ｋ２）は、相互相関（Ｃｒｅｆ（ｍ））の局所ピークを表す。なお、局所ピークとは、相互相関を表す波形において、波形の山又は谷のように、曲線の傾きがゼロになる点を示す。図５に示すような波形ｘ１とｘ２との相互相関においては、局所ピークは、図中で示す相互相関の波形にて丸で囲まれた点である。値域Ｋを値域（ｋ２）のようにＣｒｅｆ（ｍ）の局所ピークに限ることで、推定部１３０は、第１及び第２の局所相関における特定の注目点に関する相違に基づいて、圧力波の発生位置を推定することとなる。
【００５１】
なお、関数ｌｏｃａｌＰｅａｋｓ（Ｃｒｅｆ（ｍ））は、所定の条件を満たす局所ピークを表すような形式であってもよい。所定の条件の例として、局所ピークのうち、その振幅の絶対値が、相互相関における振幅の最大の絶対値に対して５０％以上の大きさである、局所ピークのうち、その振幅の絶対値が当該絶対値の最大値から３つ以内である、等がある。
【００５２】
次に、図６を用いて、本発明の第１の実施形態における位置推定装置１００の動作を説明する。
【００５３】
最初に、第１相互相関導出部１１０は、第１相互相関を導出する（ステップＳ１０１）。このステップにおいて、第１相互相関導出部１１０は、予め計測され、記憶手段等に記憶されている計測値や、このステップを実行する際に計測された計測値を用いることができる。また、第１相互相関導出部１１０は、常時、一定間隔毎など、連続的に管路網の圧力を計測する圧力計において、過大圧力波が計測された場合に、当該過大圧力波を含む圧力波形に関して第１相互相関を求めてもよい。
【００５４】
続いて、第２相互相関導出部１２０は、第２相互相関を導出する（ステップＳ１０２）。この場合において、第２相互相関導出部１２０は、例えば後のステップにおいて管路網における圧力波の発生位置の推定が容易になるよう、圧力波の予想発生位置を管路網の必要となる個所に設定して第２相互相関を導出する。
【００５５】
なお、ステップＳ１０１及びステップＳ１０２は、この順序と異なる順序にて実行されてもよい。すなわち、ステップＳ１０２の動作が、ステップＳ１０１の動作より先に行われてもよいし、ステップＳ１０１及びステップＳ１０２が同時に実行される等、この２つのステップの動作が行われる時期が重なっていてもよい。
【００５６】
続いて、推定部１３０は、圧力波の発生位置を推定する（ステップＳ１０３）。推定された圧力波の発生位置に関する情報は、例えば、記憶装置（不図示）に記憶されてもよいし、通信ネットワークや表示手段等（不図示）を介して外部へ出力されてもよい。推定部１３０は、圧力波の発生位置に関する情報として、圧力波の推定位置として推定された管路網の位置や範囲を示してもよい。また、推定部１３０は、圧力波の発生位置に関する情報として、管路網の特定の位置や範囲が、圧力波の発生位置であると推定されたか否かを示してもよい。
【００５７】
また、上述のように、推定部１３０は、第１相互相関と、圧力波の予想発生位置を変えて求められた複数の第２相互相関の各々との相違に基づいて、圧力波の発生位置を推定する場合がある。この場合には、一例として、推定部１３０は、第１相互相関と、複数の第２相互相関の各々との相違が所定の条件を満たすかを判定する。そして、推定部１３０は、上記の相違が当該所定の条件を満たす第２相互相関に関して設定された圧力波の予想発生位置を、管路網における圧力波の発生位置とすることができる。
【００５８】
なお、推定部１３０が、複数の第２相互相関のいずれについても上記の相違が所定の条件を満たさないと判断した場合に、位置推定装置１００は、ステップＳ１０２に戻り、処理を繰り返してもよい。この場合に、ステップＳ１０２においては、第２相互相関導出部１２０は、一例として、先のステップにて設定された位置と異なる位置を圧力波の予想発生位置として設定して、第２相互相関を導出する。
【００５９】
以上のとおり、本発明の第１の実施形態における位置推定装置１００は、上述した第１相互相関及び第２相互相関に基づいて、圧力波の発生位置を推定する。本実施形態における位置推定装置１００は、圧力波の到達時間差に関する計測値と計算値とに基づいて、圧力波の発生位置を推定する。すなわち、本実施形態における位置推定装置１００は、少数の圧力計にて計測された計測値に基づいて、圧力波の発生位置を推定することを可能とする。また、本実施形態における位置推定装置１００は、圧力波の計測値及び計算値に関して、それぞれの相互相関に基づいて圧力波の発生位置を推定する。相互相関を用いることによって、位置推定装置１００は、管路網における圧力波の到達時間差を容易に精度よく求めることが可能となる。その結果として、位置推定装置１００による圧力波の発生位置に関する推定精度を高めることが可能となる。したがって、本発明の第１の実施形態における位置推定装置１００は、圧力波の発生位置を精度よく推定することができる。
【００６０】
（第１の実施形態の変形例）
本実施形態における位置推定装置１００は、種々の変形例が考えられる。例えば、本実施形態における位置推定装置１００は、圧力以外の指標を併せて用いてもよい。一例として、本実施形態における位置推定装置１００は、振動センサ等で検知された管路網の振動に関する情報を併せて用いることができる。この場合には、本実施形態における位置推定装置１００は、例えば、圧力と振動の各々に関してそれぞれ相互相関を求めて圧力波の発生位置を推定し、当該２つの推定結果に基づいて、最終的に圧力波の発生位置として推定される位置を求める。
【００６１】
また、本実施形態における位置推定装置１００は、圧力波の発生位置の推定対象となる管路網の構成情報（管路の長さ、径、内部の粗さ係数、肉厚、管路５００の内部を流れる流体内の圧力波速度等）を用いてもよい。
【００６２】
この場合において、第２相互相関導出部１２０は、例えば、上述した管路網の構成情報に基づいて、管路に異常や破裂が生じる可能性が高い位置を圧力波の予想発生位置として設定し、第２相互相関を導出する。また、推定部１３０は、例えば圧力波の発生位置として複数の位置が推定される場合に、上述した管路網の構成情報に基づいて、管路に異常や破裂が生じる可能性が高い位置が管路網における圧力波の発生位置として推定することができる。
【００６３】
また、本実施形態における位置推定装置１００において、第１相互相関導出部１１０、第２相互相関導出部１２０及び推定部１３０は、それぞれ個別の装置として実現されてもよい。この場合には、その個別の装置は、それぞれ図示しない有線又は無線の通信ネットワークなどによって接続される。
【００６４】
（第２の実施形態）
続いて、本発明の第２の実施形態について説明する。図７は、本発明の第２の実施形態における位置推定装置を示す図である。
図８は、本発明の第２の実施形態における位置推定装置の予想位置設定部が圧力波の予想発生位置を設定する場合の例を示す図である。図９は、本発明の第２の実施形態における位置推定装置によって管路網における圧力波の予想発生位置を探索する場合の一例を示す図である。図１０は、本発明の第２の実施形態における位置推定装置の予想位置設定部の動作の一例を示す図である。
【００６５】
図７に示すとおり、本発明の第２の実施形態における位置推定装置２００は、第１相互相関導出部１１０と、第２相互相関導出部１２０と、予想位置設定部２４０と、推定部１３０とを備える。予想位置設定部２４０は、第２相互相関導出部１２０において流体の圧力の計算対象となる圧力波の予想発生位置を繰り返し設定する。これ以外の点については、本発明の第２の実施形態における位置推定装置２００は、本発明の第１の実施形態における位置推定装置１００と同様の構成を備えている。
【００６６】
なお、本発明の第１の実施形態における位置推定システム１０と同様に、本実施形態における位置推定装置２００を含む位置推定システム２０が構成される。
【００６７】
本発明の第１の実施形態における位置推定装置１００の説明のとおり、第２相互相関導出部１２０は、圧力波の予想発生位置を管路網の任意の複数の位置に設定して、第２相互相関を導出する場合がある。この場合に、第２相互相関導出部１２０にて設定される圧力波の予想発生位置は、第１及び第２相互相関の相違を小さくするよう管路網における位置を変えて複数回に亘って繰り返し設定される場合がある。
【００６８】
本実施形態の位置推定装置２００では、予想位置設定部２４０は、第２相互相関導出部１２０における圧力波の予想発生位置を繰り返し設定する。例えば、予想位置設定部２４０が推定部１３０にて推定された結果に基づいて第２相互相関導出部１２０における圧力波の予想発生位置を繰り返し設定することで、管路網における圧力波の発生位置が精度よく推定される。
【００６９】
（特定の位置への圧力波の予想発生位置の設定）
予想位置設定部２４０は、第２相互相関導出部１２０において第２相互相関を導出する場合における圧力波の予想発生位置を、任意の様々な手法で繰り返し設定する。この場合に用いられる繰り返しの手法は、例えば、圧力波の予想発生位置の設定方法には、階層的探索、勾配法的探索、グラフ理論的な最適解探索手法、ランダム選択的探索手法がある。この場合の一例として、予想位置設定部２４０は、管路網において予め定めた複数の特定の位置の少なくとも一つを、第２相互相関を導出する際の圧力波の予想発生位置とする。また、上述した特定の位置は、例えば、管理網において複数の管路が交わる交点がある。
【００７０】
図８は、上述した階層的探索によって、予想位置設定部２４０が圧力波の予想発生位置を設定する場合の例を示す図である。図８において、管路網５２は、図中の直線にて示されている複数の管路５０２と、タンク５３３及び５３４と、ポンプ５４３及び５４４とを含む。また、複数の管路５０２は、それぞれ図中の黒丸にて表されている複数の分岐点５１２にて接続されている。この例にて示される階層的探索において、予想位置設定部２４０は、特定の位置として、圧力波の発生位置を複数の分岐点５１２のいずれかに設定する。
【００７１】
この例において、予想位置設定部２４０は、第１段階として、図８（Ａ）に星印にて示す管路の交点５７１から５７４のそれぞれを、第２相互相関導出部１２０において第２相互相関を導出する際の圧力波の予想発生位置として設定する。第２相互相関導出部１２０は、交点５７１から５７４のそれぞれを圧力波の予想発生位置として、第２相互相関を導出する。
【００７２】
この段階において、交点５７１から５７４のそれぞれは、複数の管路が交わる交点に設定される。そして、推定部１３０は、第２相互相関導出部１１０にて導出された第１相互相関と、交点５７１から５７４のそれぞれを圧力波の予想発生位置として導出された第２相互相関に基づいて、管路網における圧力波の発生位置を推定する。この例において、例えば、推定部１３０は、交点５７３が、実際の管路網における圧力波の発生位置に最も近いと推定する。
【００７３】
続いて、予想位置設定部２４０は、第２段階として、図８（Ｂ）に星印にて示す管路の交点５７５から５７８のそれぞれを、第２相互相関導出部１２０において第２相互相関を導出する際の圧力波の予想発生位置として設定する。第２相互相関導出部１２０は、交点５７５から５７８のそれぞれを圧力波の予想発生位置として、第２相互相関を導出する。
【００７４】
この段階においても、交点５７５から５７８のそれぞれは、複数の管路が交わる交点に設定される。また、交点５７５から５７８のそれぞれは、交点５７１から５７４のそれぞれと比較して、管路網においてより近い位置に設定されている。また、交点５７５から５７８のそれぞれは、第１段階において管路網における圧力波の発生位置に最も近いと推定された交点５７３に近い位置に設定されている。そして、推定部１３０は、第２相互相関導出部１１０にて導出された第１相互相関と、交点５７５から５７８のそれぞれを圧力波の予想発生位置として導出された第２相互相関に基づいて、管路網における圧力波の発生位置を推定する。
【００７５】
この例のように、予想位置設定部２４０は、第２相互相関導出部１２０における圧力波の予想発生位置を変更しながら繰り返し設定する。管路網において圧力波が発生したと推定される位置を絞り込みつつ繰り返し推定することで、本実施形態における位置推定装置２００は、高速かつ高い精度で圧力波の発生位置を推定することができる。
【００７６】
（特定の位置と異なる地点への圧力波の予想発生位置の設定）
また、別の例として、本実施形態における位置推定装置２００は、上述した特定の位置に関して第２相互相関を導出して圧力波の発生位置を推定した場合に、更にその圧力波の発生位置を詳細に求めることができる。この場合に、予想位置設定部２４０は、推定された圧力波の発生位置に基づいて、更に上述した特定の位置とは異なる位置に第２相互相関を導出する際の圧力波の予想発生位置を設定する。
【００７７】
先の圧力波の予想発生位置の設定に関する例では、圧力波の予想発生位置は、予想位置設定部２４０によって、予め定めた特定の位置に設定される。すなわち、圧力波の予想発生位置は、複数の管路の交点に設定される。この場合に、推定部１３０にて推定される管路網における圧力波の発生位置は、当該設定された管路の交点である。
【００７８】
しかしながら、実際の管路網においては、管路の異常や破裂は、管路の交点と異なる場所で生じる場合がある。すなわち、管路網における圧力波の発生位置は、管路の交点と異なる場所である可能性がある。このような場合において、この例において、予想位置設定部２４０は、更に、実際に管路網において圧力波が発生した位置が、交点と異なる延在する管路にあるか否かを探索するよう、第２相互相関を導出する際の圧力波の予想発生位置を設定する。
【００７９】
図９は、この例において管路網における圧力波の予想発生位置を探索する場合の一例を示す図である。図９（Ａ）に示す管路網では、少なくとも交点Ｐ０からＰ４を含む交点によって複数の管路が接続されている。また、少なくとも交点Ｐ０からＰ４が圧力波の発生位置の候補であるとして、第２相互相関導出部１２０によって交点Ｐ０からＰ４の各々を圧力波の予想発生位置として第２相互相関が導出された場合が想定されている。そして、図９（Ｂ）に示すように、交点Ｐ０において第１相互相関と第２相互相関との相違が最小であり、推定部１３０によって、交点Ｐ０が、管路網における圧力波の発生位置であると推定されたとする。すなわち、この例においては、交点Ｐ０又はその近傍に、実際に管路網において圧力波が発生した位置が存在する可能性が高いと考えられる。
【００８０】
この場合において、予想位置設定部２４０は、交点Ｐ０の位置に基づいて、上述した特定の位置とは異なる位置に、第２相互相関導出部１２０において第２相互相関を導出する際の圧力波の予想発生位置を設定する。図９の例では、予想位置設定部２４０は、交点Ｐ０と、交点Ｐ０に接続される管路と別の管路との交点であるＰ１からＰ４のそれぞれとの間の管路に圧力波の発生位置を設定する。
【００８１】
そして、第２相互相関導出部１２０は、予想位置設定部２４０によって設定された地点を圧力波の予想発生位置として第２相互相関を導出する。更に、推定部１３０は、当該任意の地点における第１及び第２相互相関の相違に基づいて、管路網における圧力波の発生位置を推定する。例えば、推定部１３０は、当該任意の地点における第１及び第２相互相関の相違が、交点Ｐ０における第１及び第２相互相関の相違と比べて小さい場合に、当該任意の地点を管路網における圧力波の発生位置とする。このようにすることで、この例における位置推定装置２００は、より高い精度で圧力波の発生位置を推定することができる。
【００８２】
この例において、予想位置設定部２４０は、上述した任意の地点を様々な方法で決定する。予想位置設定部２４０は、例えば、図９（Ｃ）に示すように、第２相互相関導出部１２０において第２相互相関を導出する際の圧力波の予想発生位置として設定する。
【００８３】
この例では、図９（Ｃ）の（１）に示すように、予想位置設定部２４０は、交点Ｐ０と、その周囲の交点Ｐ１からＰ４の各々との間の管路に設定された一つ以上の新たな地点を圧力波の予想発生位置として設定する。図９（Ｃ）の（１）に示す例では、交点Ｐ０と、交点Ｐ１からＰ４の各々との間に、図中の白丸にて表される３つの新たな地点が設定されている。第２相互相関導出部１２０は、これらの地点に関する第２相互相関を導出する。
【００８４】
そして、推定部１３０は、第１相互相関と、上述のように導出された第２相互相関の各々との相違に基づいて、管路網における圧力波の発生位置を推定する。この場合には、第２相互相関が設定された一つ以上の新たな地点のうち、推定部１３０は、第１相互相関と、第２相互相関の各々との相違が最も小さい地点を、管路網において圧力波が発生した地点とすることができる。
【００８５】
また、図９（Ｃ）の（２）に示す例のように、予想位置設定部２４０は、交点Ｐ０と、交点Ｐ１からＰ４の各々との点に関する第１及び第２相互相関の相違の比に応じて管路に設定された新たな地点を圧力波の予想発生位置として設定する。図９（Ｃ）の（２）に示す例では、Ｐ０と、Ｐ１からＰ４のそれぞれとの点に関する第１及び第２相互相関の相違の比に応じて、図中の白丸にて表される新たな地点が設定されている。第２相互相関導出部１２０は、これらの地点を新たな圧力波の予想発生位置として、第２相互相関を導出する。
【００８６】
この例では、交点Ｐ０と、その周囲の交点の各々とに関する第１及び第２相互相関の相違の比が大きい（相違の差が大きい）場合には、例えばＰ０とＰ４との間の管路に設定された地点のように、交点Ｐ０の近傍に新たな地点が設定される。交点Ｐ０と、その周囲の交点の各々とに関する第１及び第２相互相関の相違の比が小さい（相違の差が小さい）場合には、例えばＰ０とＰ３との間の管路に設定された地点のように、周囲の交点の近傍の場所に新たな地点が設定される。
【００８７】
そして、推定部１３０は、この場合においても、第１相互相関と、上述のように導出された第２相互相関の各々との相違に基づいて、管路網における圧力波の発生位置を推定する。この場合においても、第２相互相関を導出する際に新たに設定された圧力波の予想発生位置のうち、推定部１３０は、第１相互相関と、第２相互相関の各々との相違が最も小さい地点を、管路網において圧力波が発生した地点とする。
【００８８】
（２つの圧力波の予想発生位置に関する設定手法の組み合わせ）
上述した本実施形態における位置推定装置２００の動作例は、互いに組み合わせて用いられることが可能である。位置推定装置２００を用いて管路網における圧力波の予想発生位置を求める際の予想位置設定部２４０の動作の一例は、例えば、図１０のように表される。
【００８９】
図１０に示す動作の例では、まず、予想位置設定部２４０は、第２相互相関導出部１２０において最初に第２相互相関を導出する際の圧力波の予想発生位置を、初期探索点として設定する（ステップＳ２５１）。この場合において、予め定められた特定の位置から、複数の初期探索点が設定される。初期探索点は、例えば、以下のように設定される。
・管路網において予め定められた地点を常に初期探索点として選択する。
・管路網において候補となる地点のうち、初期探索点とする地点をランダムに初期探索点として選択する。
・発生位置の特定対象となる圧力波を最初に検知した圧力計の位置に基づいて初期探索点を定める。
【００９０】
初期探索点が設定されると、当該初期探索点を第２相互相関導出部１２０において第２相互相関を導出する際の圧力波の予想発生位置として、管路網における圧力波の発生位置が推定される。この場合において、位置推定装置２００の各構成要素は、図６に示したステップＳ１０１からステップＳ１０３の動作と同様に、管路網における圧力波の発生位置を推定する。
【００９１】
続いて、先のステップＳ２５１にて推定された圧力波の発生位置に基づいて、予想位置設定部２４０は、第２相互相関導出部１２０において第２相互相関を導出する際の圧力波の予想発生位置を設定する（ステップＳ２５２）。この場合において、予想位置設定部２４０は、先に説明した種々の手法にて圧力波の予想発生位置を設定する。また、予想位置設定部２４０は、以前に設定した複数の圧力波の予想発生位置と少なくとも一つの位置が異なるように、上述した特定の位置から圧力波の予想発生位置を選択して設定する。第２相互相関導出部１２０において第２相互相関を導出する際の圧力波の予想発生位置が設定されると、位置推定装置２００の各構成要素によって管路網における圧力波の発生位置が推定される。
【００９２】
なお、予想位置設定部２４０は、このステップＳ２５２を、図１０に示すように一度だけ行ってもよいし、圧力波の発生位置に関する推定結果に基づいて、繰り返して複数回行ってもよい。また、第２相互相関を導出する際の圧力波の予想発生位置が設定されると、位置推定装置２００の各構成要素は、適宜管路網における圧力波の発生位置を推定する。
【００９３】
次に、ステップＳ２５２にて推定された圧力波の発生位置に基づいて、予想位置設定部２４０は、第２相互相関導出部１２０において第２相互相関を導出する際の圧力波の予想発生位置を、上述した特定の位置と異なる位置に設定する（ステップＳ２５３）。
【００９４】
この場合には、予想位置設定部２４０は、先のステップにて推定された管路網における圧力波の発生位置に基づいて、上述した特定の位置とは異なる位置に、第２相互相関を導出する際の圧力波の予想発生位置を設定する。また、上述のように、予想位置設定部２４０は、上述した特定の位置とは異なる位置として、複数の地点を設定してもよい。
【００９５】
以上のとおり、本発明の第２の実施形態における位置推定装置２００は、予想位置設定部２４０が、第２相互相関導出部１２０において流体の圧力の計算対象となる圧力波の予想発生位置を繰り返し設定する。本実施形態においては、予想位置設定部２４０が、推定部１３０によって推定された管路網における圧力波の発生位置に基づいて、第２相互相関を導出する際の圧力波の予想発生位置を繰り返し設定する。そのため、本実施形態における位置推定装置２００は、管路網における圧力波の発生位置を迅速に推定することができる。また、本実施形態においては、予想位置設定部２４０は、実際に管路網において圧力波が発生した可能性が高いと考えられる位置の近傍の位置に基づいて、第２相互相関を導出する際の圧力波の予想発生位置を繰り返し設定する。そのため、本実施形態における位置推定装置２００は、管路網における圧力波の発生位置を精度よく推定することができる。すなわち、本実施形態における位置推定装置２００は、高速かつ高い精度で圧力波の発生位置を推定することができる。
【００９６】
なお、本実施形態における位置推定装置２００に示す構成は、必要に応じて第１の実施形態における位置推定装置１００の変形例と互いに組み合わせることができる。
【００９７】
（第３の実施形態）
続いて、本発明の第３の実施形態について説明する。図１１は、本発明の第３の実施形態における位置推定装置３００の構成を示す図である。図１２は、管路網における圧力波の伝搬速度に違いが生じる場合の一例を示す。図１３は、管路網において生じる圧力波の伝搬速度に違いが生じる場合の別の一例を示す。図１４は、伝搬速度が異なる圧力波の合成波に関する相互相関の例を示す。図１５は、本発明の第３の実施形態において第１相互相関導出部１１０及び相関分離部３５０の動作の一例を表す模式図である。
【００９８】
図１１に示すとおり、本発明の第３の実施形態における位置推定装置３００は、相関分離部３５０と、第１相互相関導出部１１０と、第２相互相関導出部１２０と、推定部１３０とを備える。相関分離部３５０は、第１又は第２相互相関の少なくとも一方の導出に用いられる計測値から所定の成分を分離する。これ以外の点については、本発明の第３の実施形態における位置推定装置３００は、本発明の第１の実施形態における位置推定装置１００と同様の構成を備えている。
【００９９】
なお、本発明の第１の実施形態における位置推定システム１０等と同様に、本実施形態における位置推定装置３００を含む位置推定システムが構成される。
【０１００】
本実施形態において、相関分離部３５０は、上述のように、第１又は第２相互相関の少なくとも一方の導出に用いられる計測値からそれぞれ所定の成分を分離する。一例として、相関分離部３５０は、上述した計測値から、それぞれ所定の周波数成分を分離する。この場合において、相関分離部３５０は、計測値から、それぞれ特定の周波数成分のみを分離して取り出してもよいし、計測値を、周波数成分毎に分離してもよい。また、相関分離部３５０は、推定部１３０にて管路網における圧力波の発生位置を推定する際に雑音となる成分を取り除いてもよい。相関分離部３５０は、所望の伝搬周波数を持つ成分を抽出する任意の帯域通過フィルタにて実現される。そして、第１相互相関導出部１１０及び第２相互相関導出部１２０は、例えば相関分離部３５０にて分離された成分毎にそれぞれ第１及び相互相関を導出する。なお、第１相互相関導出部１１０及び第２相互相関導出部１２０は、上述した各実施形態と同様に、管路網の少なくとも２か所において管路網を流れる流体の圧力をそれぞれ計測した計測値に基づいて、第１及び第２相互相関を導出してもよい。
【０１０１】
圧力波の伝搬速度は、当該圧力波が伝搬する媒質や、圧力波の種類に応じて異なる場合がある。管路網において、管路の異常や破裂に起因して圧力波が生じる場合には、当該圧力波は伝搬速度が異なる圧力波の合成波である場合がある。
【０１０２】
図１２は、管路網における圧力波の伝搬速度に違いが生じる場合の一例を示す。図１２に示す例では、管路の内壁及び管路内の流体の異なる２つの媒質を伝搬することで、管路網において生じる圧力波は伝搬速度が異なる圧力波の合成波となる。図１２に示す例において、管路の内壁を伝搬する圧力波の伝搬速度をＶ１、管路内の流体を伝搬する圧力波の伝搬速度をＶ２とすると、２つの速度の関係は、Ｖ２＜Ｖ１となる。
【０１０３】
また、図１３は、管路網において生じる圧力波の伝搬速度に違いが生じる場合の別の一例を示す。図１３に示す例では、疎密波とねじり波という波の種類の違いによって、管路網における圧力波は伝搬速度が異なる圧力波の合成波となる。図１２に示す例において、疎密波の伝搬速度をＶ１、ねじり波の伝搬速度をＶ２とすると、２つの速度の関係は、Ｖ２＜Ｖ１となる。
【０１０４】
管路網における圧力波が伝搬速度の異なる圧力波の合成波である場合には、当該圧力波を計測して求められる第１相互相関には、圧力波の伝搬速度に応じて、図５に示す局所ピークが互いに強め合ったり弱め合ったりする場合がある。
【０１０５】
図１４は、伝搬速度が異なる圧力波の合成波に関する相互相関の例を示す。図１４（Ａ）及び図１４（Ｂ）は、それぞれ異なる伝搬速度Ｖ１又はＶ２にて伝搬する圧力波から求められた相互相関の例である。一方、図１４（Ｃ）は、伝搬速度がＶ１又はＶ２である２つの圧力波の合成波から求められた相互相関の例である。図１４（Ｃ）に示す例では、図１４（Ａ）や（Ｂ）の例と比較して、相互相関の局所ピークが現れる周期が乱れている。このような合成波を用いることは、第２相互相関の具体的な導出方法によっては、推定部１３０における圧力波の発生位置の推定に影響を及ぼす可能性がある。
【０１０６】
そこで、本実施形態においては、相関分離部３５０は、異なる伝搬速度の圧力波を分離するように、所定の成分を分離する。すなわち、相関分離部３５０は、伝搬速度の異なる圧力波の合成波から求められる第１相互相関を、伝搬速度が同じ（又は、伝搬速度が同じと扱うことができる所定の範囲にある）成分に分離する。このようにすることで、第１相互相関を導出する対象となる圧力波に伝搬速度が異なる圧力波が含まれることに起因する圧力波の影響が軽減される。そのため、本実施形態における位置推定装置３００は、推定部１３０における圧力波の発生位置の推定を高い精度で行うことができる。
【０１０７】
相関分離部３５０は、上述のように、一例として、所望の伝搬周波数を持つ成分を抽出する任意の帯域通過フィルタにて実現される。圧力波は、一般に、伝搬速度が異なる場合には、圧力波自体やその相互相関の周波数が異なる。したがって、帯域通過フィルタを用いて必要となる周波数成分を適宜取り出すことによって、相関分離部３５０は、第１相互相関から所望の伝搬速度に関する成分を取り出すことが可能となる。
【０１０８】
図１５は、第１相互相関導出部１１０及び相関分離部３５０の動作の一例を表す模式図である。図１５に示す例では、相関分離部３５０は、少なくとも帯域通過フィルタＢＰＦ１からＢＰＦ３を内部に有する。帯域通過フィルタＢＰＦ１からＢＰＦ３は、それぞれ異なる周波数成分を通過させる。相関分離部３５０は、更に、帯域通過フィルタＢＰＦ１からＢＰＦ３のそれぞれと異なる周波数成分を通過させる帯域通過フィルタを有していてもよい。
【０１０９】
この例では、相関分離部３５０は、管路網において計測された圧力の時系列信号ｘ及びｙに基づいて、それぞれ異なる伝搬速度に対応する周波数成分に分離する。そして、第１相互相関導出部１１０それぞれ異なる伝搬速度に対応する周波数成分に相当する第１相互相関Ｒ１からＲ３を導出する。また、第１相互相関導出部１１０は、管路網において計測された圧力の時系列信号ｘ及びｙに基づいて、第１相互相関Ｒ０を導出する。
【０１１０】
また、本実施形態において、第２相互相関導出部１２０は、相関分離部３５０の動作に応じて、第１相互相関Ｒ１からＲ３のそれぞれの周波数成分に分離された第２相互相関を導出してもよい。この場合には、推定部１３０は、上述した周波数成分毎に分離された第１相互相関及び第２相互相関に基づいて、圧力波の発生位置を推定する。
【０１１１】
なお、本実施形態において、第２相互相関導出部１２０は、圧力波の伝搬速度や周波数成分毎に分離することなく第２相互相関を導出してもよい。この場合に、相関分離部３５０は、必要に応じて、第１相互相関に限らず、第２相互相関に関して所定の成分を分離してもよい。
【０１１２】
以上のとおり、本発明の第３の実施形態における位置推定装置３００は、相関分離部３５０を備える。相関分離部３５０は、第１及び第２相互相関の少なくとも一方を導出する際に用いられる計測値から所定の成分を分離する。そのため、推定部１３０において圧力波の発生位置を推定する場合に、圧力波が伝搬速度の異なる圧力波の合成波であっても、伝搬速度の違いに起因する影響が小さくなる。すなわち、本実施形態における位置推定装置３００は、より高い精度で圧力波の発生位置を推定することができる。
【０１１３】
なお、本実施形態における位置推定装置３００に示す構成は、必要に応じて第１の実施形態における位置推定装置１００の変形例又は第２の実施形態における位置推定装置２００と互いに組み合わせることができる。
【０１１４】
以上、実施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可能である。また、各実施形態における構成は、本発明のスコープを逸脱しない限りにおいて、互いに組み合わせることが可能である。
【０１１５】
この出願は、２０１４年１１月２５日に出願された日本出願特願２０１４−２３８０５０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】
【０１１６】
１０、２０、３０    位置推定システム
１００、２００、３００    位置推定装置
１１０    第１相互相関導出部
１２０    第２相互相関導出部
１３０    推定部
２４０    予想位置設定部
３５０    相関分離部
５０、５１、５２    管路網
５００、５０１    管路
５３１、５３２、５３３、５３４    タンク
５４１、５４２、５４３、５４４    ポンプ
５５１、５５２、５５３    圧力計
５６１、５６２、５６３    圧力検知部
５７１、５７２、５７３、５７４、５７５、５７６、５７７、５７８    交点
１０００    情報処理装置
１００１    ＣＰＵ
１００２    ＲＯＭ
１００３    ＲＡＭ
１００４    プログラム
１００５    記憶装置
１００６    記録媒体
１００７    ドライブ装置
１００８    通信インターフェース
１００９    通信ネットワーク
１０１０    入出力インターフェース
１０１１    バス
【図１】
2016084366.tif 000005
【図２】
2016084366.tif 000006
【図３】
2016084366.tif 000007
【図４】
2016084366.tif 000008
【図５】
2016084366.tif 000009
【図６】
2016084366.tif 000010
【図７】
2016084366.tif 000011
【図８】
2016084366.tif 000012
【図９】
2016084366.tif 000013
【図１０】
2016084366.tif 000014
【図１１】
2016084366.tif 000015
【図１２】
2016084366.tif 000016
【図１３】
2016084366.tif 000017
【図１４】
2016084366.tif 000018
【図１５】
2016084366.tif 000019
【図１６】
2016084366.tif 000020
【手続補正書】
【提出日】平成29年5月18日(2017.5.18)
【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】
管路網の少なくとも２か所においてそれぞれ計測された前記管路網を流れる流体の圧力を表す計測値に基づいて、前記計測値に関する第１相互相関を導出する第１相互相関導出手段と、
前記管路網の前記少なくとも２か所における前記流体の圧力をそれぞれ計算して求めた計算値に基づいて、前記計算値に関する第２相互相関を導出する第２相互相関導出手段と、
前記第１相互相関及び前記第２相互相関に基づいて前記管路網における圧力波の発生位置を推定する推定手段とを備える、位置推定装置。
【請求項２】
前記推定手段は、前記第１相互相関と前記第２相互相関との相違に基づいて前記圧力波の発生位置を推定する、請求項１に記載の位置推定装置。
【請求項３】
前記第２相互相関導出手段は、前記管路網において圧力波の予想発生位置を設定し、前記圧力波の予想発生位置にて圧力波が発生した場合における前記第２相互相関を導出する、請求項１又は２に記載の位置推定装置。
【請求項４】
前記第２相互相関導出手段において流体の圧力の計算対象となる前記圧力波の予想発生位置を繰り返し設定する予想位置設定手段を備える、請求項３に記載の位置推定装置。
【請求項５】
前記予想位置設定手段は、予め定められた前記管路網における複数の位置から少なくとも一つの位置を選択して前記圧力波の予想発生位置として設定する、請求項４に記載の位置推定装置。
【請求項６】
前記第１及び第２相互相関の少なくとも一方から所定の成分を分離する相関分離手段を備える、請求項１から５のいずれか一項に記載の位置推定装置。
【請求項７】
前記相関分離手段は、前記第１及び第２相互相関からそれぞれ所定の周波数成分を分離し、
前記推定手段は、前記第１及び第２相互相関の前記所定の周波数成分に基づいて、前記圧力波の発生位置を推定する、請求項６に記載の位置推定装置。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか一項に記載の位置推定装置と、
前記管路網を流れる流体の圧力を計測する複数の圧力検知手段とを備える、位置推定システム。
【請求項９】
管路網の少なくとも２か所において前記管路網を流れる流体の圧力をそれぞれ計測した計測値に基づいて、前記計測値に関する第１相互相関を導出し、
前記管路網の前記少なくとも２か所における前記流体の圧力をそれぞれ計算して求めた計算値に基づいて、前記計算値に関する第２相互相関を導出し、
前記第１相互相関及び前記第２相互相関に基づいて圧力波の発生位置を推定する、位置推定方法。
【請求項１０】
コンピュータに、
管路網の少なくとも２か所においてそれぞれ計測された前記管路網を流れる流体の圧力を表す計測値に基づいて、前記計測値に関する第１相互相関を導出する処理と、
前記管路網の前記少なくとも２か所における前記流体の圧力をそれぞれ計算して求めた計算値に基づいて、前記計算値に関する第２相互相関を導出する処理と、
前記第１相互相関及び前記第２相互相関に基づいて圧力波の発生位置を推定する処理とを実行させるプログラム。
【国際調査報告】
2016084366.tif 000021
2016084366.tif 000022