(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体供給管網モデルを作成するモデル作成部と、前記流体供給管網モデルに対して流体解析を実行するソルバー部と、前記流体供給管網モデルに基づいて前記ソルバー部のための解析用入力データを生成するプリプロセッサ部と、解析結果を表示するための出力データを生成するポストプロセッサ部とを備えた管網解析装置において、
前記モデル作成部が、各種管網エレメントの配置を通じて管網モデルが描画されるモデル作成レイヤと前記管網エレメントに流体解析用情報を割り当てる属性レイヤとを備えており、かつ
前記モデル作成部が、管網解析のための管網モデルを構築する際に、対象地域の水道管網施設図を下絵レイヤとして読み込む機能と、前記水道管網施設図を下地にして配置された各種管網エレメントをモデル作成レイヤ上に定義する機能と、前記モデル作成レイヤ上で管路口径を与えられた前記管網エレメントを前記属性レイヤに含まれる口径サイズ毎の管路口径レイヤに転写する機能と、前記管網モデルの構築後に前記モデル作成レイヤと前記属性レイヤとをリンクさせた形で前記プリプロセッサ部に送る機能とを備え、
前記プリプロセッサ部が前記流体供給管網モデルを構成する各管網エレメントのための解析用入力データを、対応する前記属性レイヤから取得した流体解析用情報に基づいて生成することを特徴とする管網解析装置。
【請求項２】
前記モデル作成レイヤと前記属性レイヤは地図的位置関係によって対応づけられていることを特徴とする請求項１に記載の管網解析装置。
【請求項３】
前記属性レイヤの１つは流体解析用情報としての取り出し量が地域単位で割り当てられたものであり、ある地域に割り当てられた取り出し量はその地域における取り出し点としての管路節点の全てに割り振られることを特徴とする請求項２に記載の管網解析装置。
【請求項４】
前記属性レイヤの１つは流体解析用情報としての地盤高さがメッシュ単位で割り当てられたものであることを特徴とする請求項２又は３に記載の管網解析装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、流体供給管網モデルを作成するモデル作成部と、前記流体供給管網モデルに対して流体解析を実行するソルバー部と、前記流体供給管網モデルに基づいて前記ソルバー部のための解析用入力データを生成するプリプロセッサ部と、解析結果を表示するための出力データを生成するポストプロセッサ部とを備えた管網解析装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の管網解析装置で管網解析を行う場合、特定の地区の管網マップファイルを用いて管網モデルを構築した上、プリプロセッサ部でソルバー部のための解析用入力データを生成するために、解析すべき管網モデルを構成している水源、管路、弁、栓、ポンプ、管路等の管網エレメントのそれぞれに対してその仕様を特定する属性情報、つまり流体解析用情報をプリプロセッサ部に与える必要がある。
【０００３】
管網マップファイルには管網配置図とともに、各管網エレメントにその属性情報が与えられており、例えばマウスで管網エレメントをクリックすることによりポップアップアイテムとしてその属性情報が表示されるようなユーザインターフェースが構築されているので、特定の管網エレメントの属性情報を容易に知ることができる。ここでいう属性情報とは、例えば、管路であれば、延長、管種、管径、埋設地盤高等の管網エレメントの管理に必要なデータである。
【０００４】
従って、このようなユーザインターフェースによって得られる属性情報を管網解析の対象となっている管網モデルにおける各管網エレメントに対して入力してやると、プリプロセッサ部はこれらの入力された流体解析用情報を利用して解析用入力データを生成することができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、管網エレメントの数が多いとこの属性情報をプリプロセッサ部に与える作業はオペレータに多大な負担をおわすことになる。上記実状に鑑み、本発明の課題は、プリプロセッサ部に対する流体解析用情報の入力プロセスを簡単化する技術を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、流体供給管網モデルを作成するモデル作成部と、前記流体供給管網モデルに対して流体解析を実行するソルバーと、前記流体供給管網モデルに基づいて前記ソルバー部のための解析用入力データを生成するプリプロセッサ部と、解析結果を表示するための出力データを生成するポストプロセッサ部とを備えた管網解析装置において、本発明では、前記モデル作成部が、各種管網エレメントの配置を通じて管網モデルが描画されるモデル作成レイヤと前記管網エレメント流体解析用情報を割り当てる属性レイヤとを備えており、かつ前記モデル作成部が、管網解析のための管網モデルを構築する際に、対象地域の水道管網施設図を下絵レイヤとして読み込む機能と、前記水道管網施設図を下地にして配置された各種管網エレメントをモデル作成レイヤ上に定義する機能と、前記モデル作成レイヤ上で管路口径を与えられた前記管網エレメントを前記属性レイヤに含まれる口径サイズ毎の管路口径レイヤに転写する機能と、前記管網モデルの構築後に前記モデル作成レイヤと前記属性レイヤとをリンクさせた形で前記プリプロセッサ部に送る機能とを備え、かつ前記プリプロセッサ部が前記流体供給管網モデルを構成する各管網エレメントのための解析用入力データを、対応する前記属性レイヤから取得した流体解析用情報に基づいて生成することを特徴としている。
【０００７】
この構成では、流体供給管網モデルが作成されているモデル作成レイヤに対応させて備えられている属性レイヤにプリプロセッサ部が解析用入力データの生成に必要とする流体解析用情報が割り当てられているので、管網モデルが構築されたモデル作成レイヤとこれに対応する属性レイヤを対応づけることにより、管網モデルの構成要素としての管網エレメントを特定すると、属性レイヤからこの管網エレメントのための流体解析用情報を簡単に参照することができる。従って、プリプロセッサ部は、モデル作成レイヤにおいて管網エレメントを特定し、この管網エレメントのための流体解析用情報が割り当てられている属性レイヤを参照すると、その管網エレメントの流体解析用情報が取得でき、この流体解析用情報に基づいて解析用入力データを生成することができるので、プリプロセッサ部に対する流体解析用情報の入力プロセスが飛躍的に簡単化される。また、管路エレメントの中核をなす管路の流体解析用情報として延設長さと口径サイズが重要であるが、延設長さは管網モデルをマップファイルから適切な縮尺で作成すれば、管路モデルから直接求めることも可能であるが、口径サイズは各管路エレメント毎に与えていく必要がある。この各管路エレメントと口径サイズの明確な対応づけのために、本発明では、流体解析用情報としての管路エレメントの口径サイズ毎に属性レイヤとして管路口径レイヤが用意されているので、モデル作成レイヤにおいて管網エレメントの口径サイズが入力されると、入力された口径サイズに合わせてモデル作成レイヤから適合する管路口径レイヤに管路エレメントを転写していく。これにより、管網モデルを構成する各管路エレメントの口径サイズは、該当管路エレメントが転写されている属性レイヤを特定することで簡単に得ることができる。また、このようなレイヤ構成を採用することで、所望の口径サイズの管路だけを全て即座に特定することも容易である。
【０００８】
好ましい実施形態として、前記モデル作成レイヤと前記属性レイヤを地図的位置関係によって対応づけることが提案される。これにより、管網マップファイルをベースにして作成されたモデル作成レイヤ上の管網モデルと属性レイヤ上の流体解析用情報を重ね合わせて表示するが容易となり、そのような合成画面を使うことで管網モデルと流体解析用情報との関係を視覚的にチェックできる。また、属性レイヤに流体解析用情報を割り当てる作業においても、背景に地図を配置させることで、地域的な状況に依存する流体解析用情報の割り当て作業が非常に容易となる。
【０００９】
前述した地域的な状況に依存する流体解析用情報の１つとして、流体供給管網に対する取り出し量（水道システムでは取水量）が挙げられるが、本発明の好適な実施形態の１つでは、流体解析用情報としての取り出し量が地域単位で割り当てられている属性レイヤ、つまり水量レイヤが用意され、ある地域に割り当てられた取り出し量はその地域における取り出し点としての管路の節点の全てに割り振られるように構成されたものがある。この構成では、地図上の地域単位での取り出し量は統計的に得られているので、地域単位で区画されている属性（水量）レイヤの各区画に対応する取り出し量を割り当てておき、その取り出し量を区画内に位置する管網モデルにおける取り出し点としての管路節点に割り振る。例えば、ある地域区画の取り出し量が１００であって、その地域区画に入っている管路節点の数が５ならば、各管路節点に流体解析用情報として２０という取り出し量を与えるのである。取り出し量といった流体解析用情報を管路節点毎に与えていくという作業は従来手間のかかる作業であったが、その作業効率が改善されるとともに、年々変動する取り出し量データを節点単位ではなくエリアで管理することによって、そのデータ管理が非常に簡素化されることになった。
【００１０】
もう１つの地域的な状況に依存する流体解析用情報として、水道など流下方式を採用しているシステムでは地盤高さが挙げられるが、本発明の好適な実施形態の１つでは、流体解析用情報としての地盤高さをメッシュ単位で割り当てている属性レイヤ、つまり地盤高さレイヤが用意されている。この構成では、予めこの属性レイヤにメッシュをきっておき、各メッシュに地盤高さを定義しておく。管網モデルを構成する各管網エレメントが埋設されているレベルは、モデル作成レイヤとこの地盤高さレイヤを対応づけ、管網エレメントの位置に対応するメッシュの地盤高さを参照することで簡単に得ることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下に水道管網システムに適用された本発明による管網解析装置の１つの実施形態を説明する。図１に示すように、この管網解析装置は、解析対象となる管網モデルを作成するモデル作成部１０と、管網モデルを構成する各管網エレメントの属性情報から解析用入力データを生成するプリプロセッサ部２０と、このプリプロセッサ部２０から与えられた解析用入力データに基づいて水理解析を実行するソルバー部３０と、このソルバー部３０による解析結果を視認性よく表示したりプリントしたりするための出力データを生成するポストプロセッサ部４０とを、主要構成要素としており、これらの主要構成要素はＩ／Ｏインターフェース部５０を介して、キーボード５１、マウス５２、デジタイザ５３、モニタ５４、プリンタ５５等の入出力機器やハードディスク等のデータ格納手段５６と接続されている。
【００１３】
データ格納手段５６には、デジタイザ５３等により入力された地図データをベースとして作成された水道管網施設図が格納されており、解析対象となる地域の管網モデルを作成する場合、その地域の水道管網施設図がモデル作成部１０に読み込まれ、下絵レイヤ１１に割り当てられ、この読み込まれた地域施設図を下地にして管網モデルが構築される。
【００１４】
図２に模式的に示すように、モデリング作成のためのワーキングレイヤとして設定されるモデル作成レイヤ１２には、地域施設図を読み込んだ下絵レイヤ１１以外に、この地域に対応する地盤高さレイヤ１３と水量レイヤ１４と管路口径レイヤ１５もリンクされる。管路口径レイヤ１５としては、口径サイズに応じて複数の管路口径レイヤ１５ａ、１５ｂ・・・が用意される。
【００１５】
地盤高さレイヤ１３は、図３に示すように、所定ピッチ（例えば１００ｍ）でメッシュがきられており、各メッシュには地図データに基づいて地盤高さが割り当てられている。つまり、メッシュによって構成されるＮｘＭのマトリックスの要素値として地盤高さが与えられている。図３の例では、マトリックス要素（３，３）は１６０ｍの地盤高さとなっている。この地盤高さレイヤ１３はモデル作成レイヤ１２と地図的な位置関係を維持した状態でリンクされているので、モデル作成レイヤ１２で設定された管網エレメントの属性情報としての地盤高さは地盤高さレイヤ１３を参照することで簡単に得られる。
【００１６】
水量レイヤ１４は、図４に示すように、所定の地域単位で区画されており、区画された各地域にその地域が１日に取り出す水量が割り当てられている。この１日当たりの水量は予め統計的なデータに基づいて決定されている。この水量レイヤ１４もモデル作成レイヤ１２と地図的な位置関係を維持した状態でリンクされているので、モデル作成レイヤ１２で設定された管網モデルにおける節点の水量は、各地域に割り当てられた水量を該当地域に含まれる節点に割り振ることで求めることができる。例えば、図４の例では、Ｂ地域には２００立方ｍ／日の取り出し量が与えられているので、Ｂ地域を通過する管網モデルの各節点の水量は、Ｂ地域に入っている節点の数で２００立方ｍ／日を割ることで算出できる（ここでは節点数は４つなので節点当たり５０立方ｍ／日となる）。
【００１７】
管路口径レイヤ１５は、管路エレメントの属性情報である口径サイズが割り当てられている属性レイヤであり、図５に示すように口径サイズ毎に異なるレイヤが設定されるが、ここでは口径３００ｍｍを代表している管路口径レイヤ１５ａと口径１５０ｍｍを代表している管路口径レイヤが示されている。モデル作成レイヤ１２での管網モデルの構築において、口径３００ｍｍの管路エレメントを作成すると対応する管路エレメント管路口径レイヤ１５ａに転写され、口径１５０ｍｍの管路エレメントを作成すると対応する管路エレメント管路口径レイヤ１５ｂに転写される。従って、この管路口径レイヤ１５から、口径サイズ別の管路エレメント群を簡単に把握することができる。
【００１８】
上述したように、管網モデルが構築されたモデル作成レイヤ１２には、対応する地盤高さレイヤ１３と水量レイヤ１４と管路口径レイヤ１５が常にリンクされており、これらを一体的に取り扱うことにより、プリプロセッサ部２０は、構築された管網モデルを解析するために必要なデータを生成し、ソルバー部３０へ解析用入力データとして与えることができる。解析用入力データとしては、上述した該当レイヤを参照することにより簡単に取得できる、各管網エレメントの地盤高さデータ、各節点から取り出される水量データ、各管路エレメントの口径データ以外に、管長さデータなどもあるが、これは、管路エレメントを実質的に正確な縮尺で作成ならば、モデル作成レイヤ１２あるいは、管路口径レイヤ１５から読み取ることが可能である。場合によってはマニュアル入力する必要のある解析用入力データは、キーボード５１よる直接入力やメニュ方式を用いたマウス５２によって行われる。
【００１９】
ソルバー部３０は、プリプロセッサ部２０から送られた解析用入力データを使って、それ自体はよく知られている解析対象管網モデルに対してヘーゼン・ウィリアムスの実験式を採用した管路特性をもとに節点方程式を解く。導出される結果データは各管網エレメントに関しての流速、流量データ等、節点に関して水頭等であり、これにより、水源から供給される水量が末端側に十分に供給されるか否かなどの評価が可能となる。
ポストプロセッサ部３では、ソルバー部３０で算出された結果データを処理して、上述の解析結果を視認性良くモニタ５４で表示するための表示データや、プリンタ５５でハードコピーするためのプリントデータなどの出力データを生成する。
【００２０】
次に、上記管網解析装置を用いて、管網モデルを構築していくステップを図６を用いて説明する。典型的な管網モデルの構築作業では、まず、管網解析しようとする地域の水道管網施設図がモデル作成部１０に下絵レイヤ１１として読み込まれ、この読み込まれた地域施設図を下地にして管網モデルを構築する各種管網エレメントがモデル作成レイヤ１２上に描画されされる。これらのレイヤはモニタ５４に表示されるので、オペレータはモニタ画面を見ながら、主にマウス５２を使って管網モデルを描画、つまり構築していく。
【００２１】
まず、矢印形状のマウスカーソルを配置したい管網エレメントのための始点位置にもってきて（＃１）、その位置でマウス５４をクリックするとその始点位置にクロスヘアが表示され、同時にポップアップメニュが画面に表示され、この始点に対する管網エレメントの選択が促される（＃２）。ここで、管網エレメントとして節点が選択されると、節点を示す図形（ここでは丸）がクロスヘヤに代えて表示される（＃３）。この始点から始まる管路エレメントを定義するため、まずその管路エレメントに折れ点があればその折れ点位置でマウス５４をクリックする（＃１２）。これによりこの折れ点から新たな方向で管路エレメントの長さを設定する。管路エレメントの終点位置を決定するためには、所望する終点位置でマウス５４をダブルクリックする（＃４）。このダブルクリックによりその終点位置にクロスヘアが記されると同時に、ポップアップメニュが画面に表示され（＃５）、ここで節点が選択されると、始点と終点が節点である管路エレメントがモデル作成レイヤ１２上で定義されたことになる（＃６）。さらに、この管路エレメントに対して、その口径サイズをメニュから与えると（例えば口径３００ｍｍ）、この管路エレメントは、管路口径が３００ｍｍである管路口径レイヤ１５ａに転写される（＃７）。このような作業を繰り返すことにより、順次管網エレメントがモデル作成レイヤ１２に描画され、管網モデルが構築される。
【００２２】
管網モデルの構築が完了すると、モデル作成レイヤ１２は、地盤高さレイヤ１３と水量レイヤ１４と管路口径レイヤ１５とリンクされた形で、プリプロセッサ部２０に送られ、そこでソルバー部３０が必要とする解析用入力データを生成するために利用される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による管網解析装置の模式的なブロック図
【図２】各種レイヤを示す模式図
【図３】地盤高さレイヤの説明図
【図４】水量レイヤの説明図
【図５】管路口径レイヤの説明図
【図６】管網モデルの構築作業を示す説明図
【符号の説明】
１０    モデル作成部
１１    下絵レイヤ
１２    モデル作成レイヤ
１３    地盤高さレイヤ
１４    水量レイヤ
１５    管路口径レイヤ
２０    プリプロセッサ部
３０    ソルバー部
４０    ポストプロセッサ部
【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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