(57)【要約】【課題】  需要の予測と実績との間の差異に応じた配水網の運用計画の修正を可能とする水運用計画装置等を提供する。【解決手段】  水運用計画装置１００は、配水網における需要の予測と計測結果とに基づいて、需要の予測を修正すべきかを判定する判定部１１０と、判定手段による判定結果に応じて、計測結果に基づき需要の予測を修正する需要予測修正部１２０と、修正された需要の予測に基づいて、配水網に設けられた設備の運用計画を修正する運用計画修正部１３０とを備える。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
配水網における需要の予測と計測結果とに基づいて、前記需要の予測を修正すべきかを判定する判定手段と、
前記判定手段による判定結果に応じて、前記計測結果に基づき前記需要の予測を修正する需要予測修正手段と、
修正された前記需要の予測に基づいて、前記配水網に設けられた設備の運用計画を修正する運用計画修正手段とを備える水運用計画装置。
【請求項２】
前記判定手段は、前記需要の予測と前記計測結果との差異に基づいて前記需要の予測を修正する、請求項１に記載の水運用計画装置。
【請求項３】
前記判定手段は、前記需要の予測と前記計測結果との差異が所定の基準よりも大きい場合に前記需要の予測を修正する、請求項２に記載の水運用計画装置。
【請求項４】
前記需要予測修正手段は、前記需要の予測と前記計測結果に基づく実際の需要との差異を求めることで前記需要の予測を修正する、請求項１から３のいずれか一項に記載の水運用計画装置。
【請求項５】
前記運用計画修正手段は、前記運用計画と、修正された前記需要の予測に応じて定められる新たな運用計画との差異を求めることで前記運用計画を修正する、請求項１から４のいずれか一項に記載の水運用計画装置。
【請求項６】
前記運用計画修正手段は、修正の対象となる前記設備の数を少なくするように前記運用計画を修正する、請求項１から５のいずれか一項に記載の水運用計画装置。
【請求項７】
前記運用計画修正手段は、修正の対象となる前記設備の各々について、修正される操作量を小さくするように前記運用計画を修正する、請求項１から６のいずれか一項に記載の水運用計画装置。
【請求項８】
前記配水網に設けられた貯水池の水位の予測と前記計測結果とに基づいて、前記水位を計算する水位モデルを修正する水位計算モデル修正手段を備える、請求項１から７のいずれか一項に記載の水運用計画装置。
【請求項９】
前記水位計算モデル修正手段は、前記水位の予測と前記計測結果との差異を表す水位差異モデルを用いて前記水位計算モデルを修正する、請求項８に記載の水運用計算装置。
【請求項１０】
配水網における需要を予測する需要予測手段と、
前記需要の予測に基づいて、前記配水網に設けられた設備の運用計画を決定する運用計画手段と、
前記需要の予測及び前記運用計画を修正する、請求項１から９のいずれか一項に記載の水運用計画装置とを備える、水運用計画システム。
【請求項１１】
配水網における需要の予測と計測結果とに基づいて、前記需要の予測を修正すべきかを判定し、
前記判定手段による判定結果に応じて、前記計測結果に基づき前記需要の予測を修正し、
修正された前記需要の予測に基づいて、前記配水網に設けられた設備の運用計画を修正する、水運用計画方法。
【請求項１２】
コンピュータに、
配水網における需要の予測と計測結果とに基づいて、前記需要の予測を修正すべきかを判定する処理と、
前記判定手段による判定結果に応じて、前記計測結果に基づき前記需要の予測を修正する処理と、
修正された前記需要の予測に基づいて、前記配水網における配水網の運用計画を修正する処理とを実行させるプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水運用計画装置、水運用計画システム、水運用計画方法及びプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
上水道の運用では、一般に、制御対象となる配水網に関する制約の下で需要予測を満たす運用が計画される。そして、当該計画に基づいて配水網が運用される。しかしながら、需要の予測と実績との間に差異が生じることに起因して、配水網の制約が満たされなくなる場合がある。この場合には、配水網の制約が満たされるように計画が修正される。そして、修正された計画に基づいて配水網が運用される。
【０００３】
特許文献１には、水運用システムが記載されている。特許文献１に記載の水運用システムでは、配水池の水位が所定の水位範囲を逸脱する直前まで策定された駆動期間を固定してこの駆動計画に基づいて水運用が行われる。そして、水位範囲を逸脱する時刻の直前の単位時刻に、再度送水ポンプの駆動条件が策定される。
【０００４】
特許文献２には、送水装置のポンプ最適運転制御方法に関する技術が記載されている。特許文献２に記載の方法では、運転後所定時間毎に基準水位と実際の貯水槽の水位とを比較しその水位差が求められる。そして、水位差の原因となる需要水量が需要時間帯の間続くものと仮定し、貯水槽の水位が所定の低レベルを割り込まない範囲で基本運転スケジュールが修正される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１２−２４６６８４号公報
【特許文献２】特開平１１−３７０５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載の技術では、需要の予測と実績との間に差異が生じる場合に、配水網に対する運用計画の修正が遅れる可能性がある。また、特許文献２に記載の技術では、水位差の原因となる需要水量が需要時間帯の間続くものと仮定した運転スケジュールの修正とは異なる修正を行うことが困難である。すなわち、各特許文献に記載の技術では、配水網の運用計画を、需要の予測と実績との間の差異に応じて適切に修正することが困難な場合がある。
【０００７】
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、需要の予測と実績との間の差異に応じた配水網の運用計画の修正を可能とする水運用計画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】
【０００８】
本発明の一態様における水運用計画装置は、配水網における需要の予測と計測結果とに基づいて、需要の予測を修正すべきかを判定する判定手段と、判定手段による判定結果に応じて、計測結果に基づき需要の予測を修正する需要予測修正手段と、修正された需要の予測に基づいて、配水網に設けられた設備の運用計画を修正する運用計画修正手段とを備える。
【０００９】
また、本発明の一態様における水運用計画システムは、配水網における需要を予測する需要予測手段と、需要の予測に基づいて、配水網に設けられた設備の運用計画を決定する運用計画手段と、需要の予測及び運用計画を修正する水運用計画装置とを備える。
【００１０】
また、本発明の一態様における水運用計画方法は、配水網における需要の予測と計測結果とに基づいて、需要の予測を修正すべきかを判定し、判定手段による判定結果に応じて、計測結果に基づき需要の予測を修正し、修正された需要の予測に基づいて、配水網に設けられた設備の運用計画を修正する。
【００１１】
また、本発明の一態様におけるプログラムは、コンピュータに、配水網における需要の予測と計測結果とに基づいて、需要の予測を修正すべきかを判定する処理と、判定手段による判定結果に応じて、計測結果に基づき需要の予測を修正する処理と、修正された需要の予測に基づいて、配水網における配水網の運用計画を修正する処理とを実行させる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によると、需要の予測と実績との間の差異に応じた配水網の運用計画の修正を可能とする水運用計画装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の各実施形態において想定される配水網の一例を示す図である。
【図２】本発明の第１の実施形態における水運用計画装置の構成を示す図である。
【図３】本発明の第１の実施形態における水運用計画システムの構成を示す図である。
【図４】は、本発明の第１の実施形態における水運用計画装置の他の構成を示す図である。
【図５】は、本発明の第１の実施形態における水運用計画システムの他の構成を示す図である。
【図６】本発明の第１の実施形態における水運用計画装置及び水運用計画システムの動作を示すフローチャートである。
【図７】本発明の第１の実施形態における水運用計画システムの一運用例を示す図である。
【図８】本発明の第１の実施形態における水運用計画システムの他の運用例を示す図である。
【図９】本発明の第２の実施形態における水運用計画装置の構成を示す図である。
【図１０】本発明の第２の実施形態における水運用計画システムの構成を示す図である。
【図１１】本発明の第２の実施形態における水運用計画装置及び水運用計画システムの動作を示すフローチャートである。
【図１２】本発明の各実施形態におけるシステム等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】
【００１４】
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。なお、本発明の各実施形態において、各装置（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（システム）の各構成要素の一部又は全部は、例えば図１２に示すような情報処理装置１０００とプログラム（ソフトウェア／コンピュータ・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。
【００１５】
・ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）１００１
・ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）１００２
・ＲＡＭ（Ｒａｍｄｏｍ  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。通信ネットワーク１００９は、有線であってもよいし、無線であってもよい。
【００１６】
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、複数の情報処理装置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。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。
【００１７】
また、各装置の各構成要素の一部又は全部は、汎用または専用の回路（ｃｉｒｃｕｉｔｒｙ）、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。
【００１８】
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。
【００１９】
最初に、本発明の各実施形態において想定される配水網の例を説明する。本発明の各実施形態においては、各システムは、図１に示す上水道の配水網５０において用いられることを想定する。配水網５０において、取水場５２−１又は５２−２にて河川５１から取り入れられた水は、管路５００を介して浄水場５３−１又は５３−２へそれぞれ送られる。浄水場５３−１又は５３−２にて浄化された水は、管路５００を介して需要点５５−１から５５−４へ送られる。需要点５５−１から５５−４の各々は、配水網５０を介して送られる水を利用する施設等である。需要点５５−１から５５−４の各々には、例えば、一般の家庭、企業等の事務所、商店、工場等が含まれる。すなわち、需要点５５は、配水網５０を介して配水される水を利用する利用者（需要家とも称する）の集合である。
【００２０】
配水網５０には、水の利用者へ水を供給するために、様々な設備（送配水プラントとも称する）が設けられる。浄水場５３−１又は５３−２から需要点５５−１から５５−４の間には、需要点５５−１から５５−４の各々における需要に応じて水を供給できるように、配水場が設けられる。図１に示す配水網５０の例では、配水場５４−１から５４−４の４つの配水場が設けられる。そして、浄水場５３−１又は５３−２、及び配水場５４−１から５４−４の各々には、配水される水を一時的に保持する貯水池が設けられる。図１に示す例では、浄水場５３−１又は５３−２には、貯水池５１０−１又は５１０−２がそれぞれ設けられる。また、配水場５４−１から５４−４の各々には、貯水池５１０−３又は５１０−６がそれぞれ設けられる。なお、以下の説明においては、配水網５０に配水される水を一時的に保持する施設を貯水池と総称する。
【００２１】
配水網５０において、各施設は管路５００を介して接続される。管路５００には、浄水場５３−１又は５３−２から需要点５５−１から５５−４までの経路に応じて、適宜図示しない分岐点や合流点が設けられる。また、管路５００には、水を送るための図示しないポンプや、流量を調整するバルブ５１１等が設けられる。図１に示す例では、管路５００に、バルブ５１１−１から５１１−１３がそれぞれ備えられている。
【００２２】
配水網５０の各施設は、一般に、予め定められた制約の下で運用される。一例として、貯水池５１０−１又は５１０−６の各々は、制約として、上限水位及び下限水位がそれぞれに定められる。すなわち、貯水池５１０−１から５１０−６においては、各々の水位が、上限水位及び下限水位にて定められる水位の範囲を逸脱しない運用が求められる。
【００２３】
なお、以下の各実施形態における装置やシステムは、上述した上水道の配水網に限られず、下水道網、農業用水の配水網、工業用水の配水網等、管路を用いて流体を送る施設等において用いられる。
【００２４】
（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２は、本発明の第１の実施形態における水運用計画装置の構成を示す図である。図３は、本発明の第１の実施形態における水運用計画システムの構成を示す図である。図４は、本発明の第１の実施形態における水運用計画装置の他の構成を示す図である。図５は、本発明の第１の実施形態における水運用計画システムの他の構成を示す図である。図６は、本発明の第１の実施形態における水運用計画装置及び水運用計画システムの動作を示すフローチャートである。図７は、本発明の第１の実施形態における水運用計画システムの一運用例を示す図である。図８は、本発明の第１の実施形態における水運用計画システムの他の運用例を示す図である。
【００２５】
図２に示すとおり、本発明の第１の実施形態における水運用計画装置１００は、判定部１１０と、需要予測修正部１２０と、運用計画修正部１３０とを備える。判定部１１０は、配水網における需要の予測と計測結果とに基づいて、需要の予測を修正すべきかを判定する。需要予測修正部１２０は、判定部１１０による判定結果に応じて、計測結果に基づき需要の予測を修正する。運用計画修正部１３０は、修正された需要の予測に基づいて、配水網に設けられた設備の運用計画を修正する。
【００２６】
また、図３に示すように、本実施形態における水運用計画装置１００を備える水運用計画システム１０が構成される。水運用計画システム１０は、配水網５０に設けられた設備の運用の計画及び修正を行う。水運用計画システム１０は、需要予測部１１と、運用計画作成部１２と、水運用計画装置１００とを有する。需要予測部１１は、配水網における需要を予測する。運用計画作成部１２は、需要の予測に基づいて、配水網の運用計画を決定する。
【００２７】
なお、本実施形態において、水運用計画システム１０は、水運用計画装置１００を含む各構成要素が一つのシステムとして構築されてもよい。また、水運用計画システム１０は、予め別個に構築された需要予測部１１、運用計画作成部１２及び水運用計画装置１００を組み合わせて構築されてもよい。例えば、水運用計画システム１０は、既存の需要予測部１１及び運用計画部１２に対して、更に水運用計画装置１００を組み合わせる態様で構築されてもよい。
【００２８】
また、水運用計画システム１０は、配水網５０毎に用意されてもよい。又は、本実施形態における水運用計画システム１０を用いたサービスがＳａａＳ（Ｓｏｆｔｗａｒｅ  ａｓ  ａ  Ｓｅｒｖｉｃｅ）形式にて提供されてもよい。
【００２９】
水運用計画システム１０は、配水網５０に設けられた設備の各々と通信可能に接続される。本実施形態においては、配水網５０には、一例として、少なくとも貯水池５１０と、貯水池への流入水量を調節するバルブ５１１が設けられていることを想定する。また、バルブ５１１を制御する制御部５２０が設けられていることを想定する。更に、配水網５０の状態を計測する計測部５３０が設けられていることを想定する。図３に示す例では、計測部５３０として、貯水池５１０の水位を計測する水位計である計測部５３０−１と、貯水池５１０からの流出水量を計測する流量計である計測部５３０−２とが設けられている例を想定する。
そして、図３に示す例では、水運用計画装置１００及び水運用計画システム１０は、少なくとも配水網５０におけるバルブ５１１の運用計画を決定する。
【００３０】
なお、水運用計画装置１００は、図４に示すように、入力部１５０、出力部１６０、記憶部１７０を備えてもよい。また、図５に示すように、水運用計画システム１０がこれらの要素を備えてもよい。入力部１５０は、水運用計画装置１００によって修正された需要予測や修正された運用計画の採択の可否、水運用計画装置１００の利用者による需要予測や運用計画の修正等を含む指示を受付ける。また、入力部１５０は、需要の予測、運用計画の決定やこれらの修正等に際して必要となる情報を受付けてもよい。入力部１５０は、例えば一般的なキーボードやタッチパネル、スイッチ等である。出力部１６０は、水運用計画装置１００等の動作の状態、需要の予測結果や運用計画、これらの修正結果などを出力する。出力部１６０は、例えば一般的なディスプレイや表示灯、配水網５０に設けられた設備の状態を表示する機器等である。記憶部１７０は、水運用計画システム１０の各構成要素の動作に際して必要となる情報を記憶する。また、記憶部１７０は、水運用計画装置１００等の動作の結果や、配水網５０から取得した情報を記憶してもよい。記憶部１７０は、一般的な不揮発性のストレージで実現される。
【００３１】
入力部１５０、出力部１６０、記憶部１７０の各々は、水運用計画装置１００又は水運用計画システム１０と直接に接続されてもよいし、図示しない通信ネットワークを介して接続されてもよい。
【００３２】
次に、本発明の第１の実施形態における水運用計画装置１００及び水運用計画システム１０の各構成要素について説明する。
【００３３】
需要予測部１１は、例えば一日毎等の予め定めた期間について、配水網５０における水の需要を予測する。需要予測部１１は、一例として、一日毎に、５分単位の需要等、配水網５０の状況や制約等の条件に応じて予め定められた間隔の需要を予測する。予測された需要は、例えば配水網５０において何らかの施設が配置された地点毎に、時系列の形で表される。
【００３４】
需要予測部１１において、需要は、予測対象となる時点の季節、月日、曜日、予想される天気や気温、配水網５０によって水が供給される地域におけるイベント等の有無等に基づいて予測される。需要予測部１１は、予め記憶部１７０に記憶された上述の情報を用いて需要の予測を行ってもよい。又は、需要予測部１１は、予測に際して、上述の情報を入力部１５０や図示しない通信ネットワーク等を介して取得してもよい。
【００３５】
需要予測部１１は、既知の種々の手法を用いて需要を予測する。一例として、需要予測部１１が予測に際して用いる手法には、過去の水の需要に関するデータベースからの類似日の検索、過去の需要に関するデータを学習した算術式を用いた予測、ニューラルネットワークを用いた予測等が含まれる。
【００３６】
なお、需要予測部１１は、個々の需要点に関する需要を予測してもよいし、配水網５０を介して水が供給される地点の全てに関する需要を予測してもよい。
【００３７】
運用計画作成部１２は、需要予測部１１にて予測された配水網５０における水の需要に基づいて、配水網５０の運用計画を決定する。すなわち、運用計画作成部１２は、予め定めた時間毎等に、配水網５０が備える設備の各々における状態や動作等を定める。例えば、運用計画作成部１２は、配水網５０が備えるバルブの開度、ポンプの起動又は停止、ポンプの速度等を定める。
【００３８】
運用計画作成部１２は、配水網５０における設備の各々を運用計画の作成の対象とする。図３に示す例では、運用計画作成部１２において、運用計画の作成対象となる設備は、バルブ５１１となる。運用計画作成部１２において運用計画の作成対象となる設備には、管路網５０の任意の箇所に設けられたポンプ等が含まれる。
【００３９】
運用計画作成部１２は、配水網５０における制約の下で、需要予測部１１にて予測された配水網５０における水の需要に基づいて、配水網５０の運用計画を決定する。配水網５０における制約としては、例えば、貯水池における水位があるが、これに限られない。運用計画作成部１２における運用計画の決定に際しては、既知の手法が用いられる。
【００４０】
運用計画作成部１２で決定された運用計画は、通信ネットワーク等を介して配水網５０に設けられた制御部５２０の各々へ送られる。制御部５２０は、決定された運用計画に従って、バルブ５１１等の配水網５０に設けられた設備を制御する。また、決定された運用計画に従った制御部５２０からの指示に基づいて、操作員が配水網５０に設けられた設備を制御してもよい。決定された運用計画は、出力部１６０から出力されてもよい。
【００４１】
また、運用計画作成部１２は、運用計画の決定と併せて、その運用計画に基づいて配水網５０が備える設備が運用された場合に、配水網５０の予め定めた地点において計測されることが見込まれる予測値を求める。
【００４２】
図３に示す例では、運用計画作成部１２は、貯水池５１０の水位を計測する水位計５３０−１において計測されることが見込まれる水位の予測値を求める。水位の予測値を求める際には、貯水池５１０の水位を計算する水位計算モデルが用いられる。水位計算モデルは、貯水池５１０の形状、流入量、流出量等に応じた貯水池５１０の水位を表すモデルである。
【００４３】
また、運用計画作成部１２は、配水網５０の需要点にて配管を流れる水の流量（すなわち、需要点での水の需要を示す）を計測する計測部５３０−２において計測されることが見込まれる流量の予測値を求める。
【００４４】
次に、水運用計画装置１００の判定部１１０は、上述のように、配水網５０における需要の予測と計測結果とに基づいて、需要の予測を修正すべきかを判定する。一例として、判定部１１０は、上述のように、配水網５０における需要の予測と計測結果との差異に基づいて、需要の予測を修正すべきかを判定する。
【００４５】
図３に示す例では、判定部１１０は、計測部５３０によって計測される値を運用計画作成部１２にて予測した予測値と、実際に計測された計測値とを比較する。例えば、判定部１１０は、配水網５０における需要を計測する計測部５３０−２を対象として、予測値と計測値とを比較して差異を求める。
【００４６】
そして、判定部１１０は、予測値と計測値との差異に基づいて、需要の予測を修正すべきかを判定する。例えば、判定部１１０は、予測値と計測値との差異が予め定めた条件を満たす場合に、需要の予測を修正すべきであると判定する。具体的には、判定部１１０は、予測値と計測値との差異が予め定めた基準を超えて大きくなった場合に、需要の予測を修正すべきであると判定する。
【００４７】
なお、判定部１１０において用いられる条件は上述した予測値と計測値との差異に限られず、配水網５０や計測部５３０の各々の状況に応じて適した条件が用いられる。例えば、判定部１１０は、予測値と計測値との差異の変化率を用いて判定してもよい。
【００４８】
また、配水網５０では、計測部５３０が複数である場合や、一つの計測部５３０で複数の種類の計測値が計測される場合等、判定部１１０によって判定の対象となる予測値及び計測値の組が複数である場合が想定される。すなわち、判定部１１０によって判定の対象となる項目が複数である場合が想定される。
【００４９】
この場合には、判定部１１０は、少なくとも一つの項目に基づいて、需要の予測を修正すべきと判定してもよい。つまり、判定部１１０は、少なくとも一つの計測部５３０において予測値と計測値との差異が予め定めた基準を超えて大きくなった場合に、需要の予測を修正すべきであると判定してもよい。又は、判定部１１０は、複数の項目の全てにおいて予測値と計測値との差異が予め定めた条件を満たす場合に、需要の予測を修正すべきであると判定してもよい。また、判定部１１０は、上述した方法と異なる方法で需要の予測を修正すべきかを判定してもよい。判定部１１０が需要の予測を修正すべきと判定する基準は、配水網５０の状況や計測部５３０で計測される計測値の種類等に応じて適宜定められる。
【００５０】
更に、配水網５０に複数の計測部５３０が設けられている場合には、上述の基準は、計測部５３０毎に異なってもよい。
【００５１】
図３に示す例では、上述のように、判定部１１０は、計測部５３０−２による予測値と計測値との差異に基づいて需要の予測を修正すべきかを判断することが好ましい。これは、計測部５３０−２による計測値は、需要を直接的に表す値であることが想定され、かつ、水位計５３０−１に関する予測値を求める場合に用いられる貯水池５１０の水位計算モデルには、誤差が存在する可能性があるためである。
【００５２】
ただし、貯水池５１０に関する水位計算モデルの誤差が、需要の予測に影響を及ぼさない程度に小さい場合が想定される。この場合には、判定部１１０は、計測部５３０−１に関する予測値と計測値との差異に基づいて需要の予測を修正すべきかを判断してもよい。
【００５３】
水運用計画装置１００の需要予測修正部１２０は、判定部１１０の判定結果に応じて、計測部５３０における計測結果に基づき需要の予測を修正する。すなわち、需要予測修正部１２０は、判定部１１０が需要の予測を修正すべきであると判定した場合に需要の予測を修正する。需要予測修正部１２０は、修正に際して、計測部５３０における計測の結果を用いて修正を行う。
【００５４】
需要予測修正部１２０は、一例として、需要予測部１１において需要を予測する際に用いられる手法と同様の手法で需要の予測を修正する。例えば、需要予測修正部１２０は、予測対象となる日の季節、月日、曜日、予想される天気や気温、配水網５０によって水が供給される地域におけるイベント等の有無等に基づいて、需要の予測を修正する。
【００５５】
また、需要予測修正部１２０は、予測された需要と実際の需要との差異を求めることで需要の予測を修正してもよい。この場合に、需要予測修正部１２０は、予測された需要に対する修正量を予測する需要予測修正式を用いてもよい。実際の需要は、計測部５３０による計測値に基づいて求められる。
【００５６】
需要予測修正式は、需要の予測値に対する変化分を変数として、需要の予測を行う式である。需要予測修正部１２０は、需要予測修正式を用いて需要の予測を修正する場合には、配水網５０に関する当初の制約の下で、当該変化分の最大値を求める。
【００５７】
需要予測修正式は、例えば、過去に収集され、季節、月日、曜日、天気、イベントの有無等に基づいて分類された過去の需要に関するデータに基づいて作成される。また、需要予測修正式は、過去に収集された予測値と計測値との差異を示すデータを用いた学習によって作成されてもよい。需要予測修正部１２０は、需要の予測を修正する場合に、予測の修正と併せて、予測値と計測値との差異を学習させる等の手法に用いて需要予測修正式を更新してもよい。
【００５８】
需要予測修正部１２０は、需要予測修正式を用いて需要予測の修正量を求めることで、需要予測部１１における需要の予測と同様の手法で需要の予測を修正する場合と比較して、少ない計算量で需要の予測を修正することが可能となる。
【００５９】
なお、需要予測修正部１２０にて修正された需要の予測は、例えば出力部１６０等から適宜出力される。
【００６０】
水運用計画装置１００の運用計画修正部１３０は、需要予測修正部１２０によって修正された需要の予測に基づいて、配水網５０に設けられた設備の運用計画を修正する。
【００６１】
すなわち、運用計画修正部１３０は、配水網５０における制約の下で、需要予測修正部１２０にて修正された配水網５０における需要の予測に基づいて、修正された新たな運用計画を求める。また、運用計画修正部１３０は、運用計画の修正と併せて、修正された運用計画に基づいて配水網５０が備える設備が運用された場合に、配水網５０の予め定めた地点において計測されることが見込まれる予測値を求める。
【００６２】
運用計画修正部１３０は、運用計画の修正に先立ち、修正された配水網５０における需要の予測と当初の運用計画とに基づいて、配水網５０の制約を満たすか否かを求めてもよい。そして、運用計画修正部１３０は、当初の運用計画に従って配水網５０が運用されると配水網５０の制約が満たされなくなる場合に、運用計画を修正してもよい。
【００６３】
例えば、運用計画修正部１３０は、修正された需要の予測と当初の運用計画とに基づいて貯水池５１０の水位等を予測する。そして、運用計画修正部１３０は、当該水位等が予め定められた上限又は下限を逸脱する場合に、当該貯水池５１０に関連するバルブ５１１に関する新たな運用計画を求める。
【００６４】
運用計画修正部１３０は、運用計画の修正として、ポンプやバルブ等を含む配水網５０に設けられた設備を対象として、新たな運用計画を求める。すなわち、運用計画修正部１３０は、稼働するポンプの台数、ポンプの運転速度、バルブの開度等に関する新たな運用計画を求める。
【００６５】
運用計画修正部１３０は、需要予測修正部１２０によって修正された運用計画に基づいて、修正された新たな運用計画を、運用計画作成部１２における配水網５０の運用計画を決定手法と同様の手法で求める。
【００６６】
又は、運用計画修正部１３０は、運用計画作成部１２で決定された当初の運用計画と、需要予測修正部１２０によって修正された需要の予測に応じて定められる新たな運用計画との差異を求めて、修正された運用計画としてもよい。すなわち、運用計画修正部１３０は、当初の運用計画との差異を表す運用計画の修正内容を求めることで運用計画を修正する。
【００６７】
運用計画修正部１３０が配水網５０の運用計画を修正する場合には、修正が少なくなることが好ましい。例えば、運用計画修正部１３０は、修正対象となるポンプやバルブ等の配水網５０に設けられた設備の数、又は、各々の設備に対して修正される操作量の少なくとも一方を小さく（最小化）するように運用計画を修正することが好ましい。
【００６８】
すなわち、運用計画修正部１３０は、修正対象となる設備の数を小さくする場合には、運用計画の修正対象となるポンプの台数やバルブの数を小さくするように運用計画を修正する。又は、運用計画修正部１３０は、修正される操作量を小さくする場合には、稼働するポンプの台数の変更量、ポンプの運転速度の変更量、バルブの開度の変更量等を小さくするように、運用計画を修正する。
【００６９】
このように運転計画を修正することで、配水網５０に設けられた設備が操作員等の人手によって操作される場合に、運用計画の修正に伴う操作員等への負担を軽減することが可能となる。また、運用計画の修正に伴って配水網５０に設けられた設備に対して生じる負担を軽減することが可能となる。
【００７０】
なお、運用計画修正部１３０によって修正された運用計画は、通信ネットワーク等を介して配水網５０に設けられた制御部５２０の各々へ送られる。制御部５２０は、修正された運用計画に従って、バルブ５１１等の配水網５０に設けられた設備を制御する。また、制御部５２０からの指示に基づいて、操作員が配水網５０に設けられた設備を修正された運用計画に従って制御してもよい。又は、運用計画修正部１３０によって修正された運用計画は、出力部１６０から出力されてもよい。
【００７１】
なお、このような運用計画の修正は、最適化問題として定式化できる。そして、定式化された最適化問題は、既存の手法を用いて解くことができる。運用計画修正部１３０は、貯水池の水位や水量、操作対象となる配水網５０の設備の数等を含む配水網５０の運用に関する制約に基づいて定式化された最適化問題を解くことで、運用計画の修正を行う。すなわち、運用計画修正部１３０は、最適化問題の解を用いて、修正された新たな運用計画を定める。
【００７２】
運用計画修正部１３０は、一例として以下のように運転計画を修正することで、運転計画の修正量を小さくする。
【００７３】
運用計画作成部１２において運用計画を決定する場合には、配水網５０が備える設備の各々に対する操作の具体的な内容が制御入力として定められる。制御入力には、例えば、ポンプの回転数や、バルブの開度などが含まれる。この例では、制御入力を、ｘ１、ｘ２、・・・、ｘｎと表す。また、運用計画作成部１２において、具体的な制御入力が、ｘ１＝ａ１、ｘ２＝ａ２、・・・、ｘｎ＝ａｎのように決定されたと想定する。
【００７４】
そして、運用計画修正部１３０においては、修正された運用計画における制御入力をｘ１＝ａ１＋ｄｘ１、ｘ２＝ａ２＋ｄｘ２、・・・、ｘｎ＝ａｎ＋ｄｘｎとする。すなわち、ｄｘ１、ｄｘ２、・・・、ｄｎは、運用計画の修正量を表す。
【００７５】
また、上述の制御入力は、配水網５０に設けられた貯水池の各々に対する容量や水位の上限や下限、フロー保存則等の制約を満たすことを想定する。フロー保存則は、例えば貯水池に対する流入水量と流出水量との差分が、当該貯水池における貯水量の増加分と等しいとする法則である。更に、運用計画の修正量に対して修正量の範囲が制約として与えられてもよい。
【００７６】
そして、運用計画修正部１３０は、下記の（１）式及び上述した制約に基づいて、運転計画の修正量を求める。
【００７７】
【数１】
2017082435.tif 000003
【００７８】
すなわち、この例においては、運用計画修正部１３０は、上述した制約の下で運用計画の修正量が最小化する最適化問題を解くことによって、運転計画の修正量を求める。このように運用計画の修正量を求めることで、運用計画修正部１３０は、修正を少なくすることが可能となる。
【００７９】
なお、（１）式に示す関数ｆの右辺は一例である。上述の手順にて運転計画の修正量が求められる場合には、関数ｆの右辺は、配水網５０に設けられた設備の状況や需要予測の修正の程度等を含む種々の条件に応じて適宜定められる。
【００８０】
次に、図６に示すフローチャートを用いて、本発明の第１の実施形態における水運用計画装置１００及び水運用計画システム１０の動作について説明する。なお、図６に示すフローチャートにおいて、ステップＳ１３０からステップＳ１５０の処理は、水運用計画装置１００の各構成要素によって実行される。
【００８１】
最初に、需要予測部１１は、配水網５０における需要を予測する（ステップＳ１１０）。次に、運用計画作成部１２は、ステップＳ１１０にて予測された水の需要に基づいて、配水網５０の各設備に対する運用計画を決定する（ステップＳ１２０）。ステップＳ１２０において、運用計画作成部１２は、決定された運用計画に従って配水網が運用された場合に、配水網５０に設けられた計測部５３０の各々にて計測されうる値の予測値を求める。
【００８２】
運用計画が決定されると、決定された運用計画は、制御部５２０等を含む配水網５０に備えられた設備や、当該設備の運用者に伝達される。そして、配水網５０が運用計画に従って運用される。
【００８３】
続いて、水運用計画装置１００の処理が実行される。判定部１１０は、ステップＳ１２０にて求めた予測値と、図３に示す計測部５３０の各々にて計測された計測値とに基づいて、需要の予測を修正すべきかを判定する（ステップＳ１３０）。判定部１１０が需要の予測を修正する必要はないと判定した場合には（ステップＳ１３０：Ｎｏ）、判定部１１０は、ステップＳ１３０の動作に戻る。すなわち、判定部１１０は、再び上述した判定を行う。
【００８４】
判定部１１０が需要の予測を修正すべきであると判定した場合には（ステップＳ１３０：Ｙｅｓ）、需要予測修正部１２０は、配水網５０における需要の予測を修正する（ステップＳ１４０）。需要予測修正部１２０は、このステップを実行する際に配水網５０の計測部５３０によって計測された計測値に基づいて需要の予測を修正する。
【００８５】
運用計画修正部１３０は、続いて、ステップＳ１４０にて修正された需要の予測に基づいて、配水網５０における運用計画を修正する（ステップＳ１５０）。修正された運用計画は、適宜配水網５０に備えられた設備やその運用者に伝達される。そして、修正された運用計画に従って配水網５０が運用される。
【００８６】
また、ステップＳ１５０において運用計画が修正されると、水運用計画装置１００は、再度ステップＳ１３０の処理に戻る。水運用計画装置１００は、判定部１１０による判定結果に応じて、ステップＳ１３０からステップＳ１５０までの処理を繰り返して実行する。この動作は、例えば水運用計画システム１０が新たにステップＳ１１０からの動作を開始するまで繰り返し行われる。
【００８７】
なお、水運用計画システム１０の一つの運用例では、上述のように、一日毎に需要の予測や運用計画の作成が行われる。この例では、水運用計画システム１０の需要予測部１１や運用計画作成部１２によって、夜間に次の日の需要の予測や運用計画の作成が行われる。すなわち、ステップＳ１１０及びＳ１２０における需要の予測や運用計画の作成は、上述のように、例えば一日毎等の単位で行われる。言い換えると、水運用計画システム１０の運用例では、一日毎に図６に示すフローチャートの動作が開始される。
【００８８】
また、水運用計画装置１００の判定部１１０における判定は、需要予測部１１や運用計画作成部１２による需要の予測や運用計画の作成と比較して短い間隔で行われる。すなわち、水運用計画システム１０では、需要予測部１１や運用計画作成部１２は、例えば一日毎に、その日の需要及び運用計画を作成する。そして、判定部１１０は、上述の運用計画に従って配水網が運用されている間に、例えば定期的に需要の予測と計測結果との差異を求めて当初の需要の予測や運用計画を修正すべきかを判定する。
【００８９】
水運用計画システム１０の一つの運用例では、判定部１１０は、上述のように例えば５分毎等の単位で判定を行う。すなわち、ステップＳ１３０が繰り返して行われる場合には、５分毎等の間隔で実行される。
【００９０】
以上のとおり、本発明の第１の実施形態における水運用計画装置１００は、需要の予測を修正すべきと判定した場合に、需要の予測を修正し、かつ、修正された需要予測に基づいて配水網５０の運用計画を修正する。需要予測の修正は、当該予測を修正すべきと判定された時点の配水網５０にて計測された計測値に基づいて行われる。したがって、水運用計画装置１００においては、精度の高い需要予測の修正が可能となる。
【００９１】
すなわち、本実施形態における水運用計画装置１００は、需要の予測と実績との間の差異に応じて配水網５０に設けられた設備の運用計画の修正を可能とする。そして、本実施形態における水運用計画システム１０は、水運用計画装置１００と同様の効果を奏する。
【００９２】
水運用計画装置１００は、需要の予測値と計測値との差異が予め定められた大きさよりも大きいと判定された場合には、直ちに、需要予測の修正や、当該修正された需要予測の結果を用いた運用計画の修正が行うことが可能である。したがって、水運用計画装置１００及び水運用計画装置１００を備える水運用計画システム１０は、迅速な運用計画の修正を可能とする。そして、水運用計画装置１００及び水運用計画装置１００を備える水運用計画システム１０は、配水網５０について定められた制約を逸脱しない配水網５０の運用を可能とする。
【００９３】
また、水運用計画装置１００では、需要予測修正部１２０は、需要予測修正式等を用いて予測された需要に対する修正量を予測してもよい。この例においては、例えば水運用計画システム１０の需要予測部１１に相当する機構が既に存在する場合に、当該機構の改修等を行うことなく需要予測の修正が可能となる。
【００９４】
更に、水運用計画装置１００では、運用計画修正部１３０は、修正量を小さくするように運用計画を修正してもよい。このようにすることで、修正された運用計画として、修正量が少ない計画が得られる。この結果として、配水網５０に備えられた機器や、当該機器を運用する運用者への負担の軽減が可能となる。
【００９５】
（運用例１）
続いて、本実施形態における水運用計画システム１０の運用例を説明する。この例では、図７を用いて水運用計画システム１０の運用例を説明する。図７の左側は、水運用計画システム１０が運用の対象とする配水網５０の一部の例を示す。
【００９６】
図７に示す配水網５０の例は、図３にて水運用計画システム１０と接続される配水網５０の例と同様の構成である。すなわち、この例では、貯水池５１０が設けられている。貯水池５１０に管路５００を介して流入する水の流入量は、バルブ５１１によって調節される。バルブ５１１は、制御器５２０にて制御される。また、貯水池５１０から流出する水は、管路５００を介して図示しない需要点へ供給される。また、貯水池の水位を計測する計測部５３０−１と、需要点へ流出する水量を計測する計測部５３０−２が設けられる。
【００９７】
この例では、配水網５０は、貯水池５１０の水位が予め定められた上限と下限との間にあるように運用される。貯水池５１０へ流入する水量は、バルブ５１１の開度を変更することで調整される。すなわち、水運用計画システム１０は、貯水池５１０の水位が上述の上限及び下限を超えないとの制約の下で配水網５０を運用する。具体的には、水運用計画システム１０は、貯水池５１０の水位が上述の上限及び下限を超えないようにバルブ５１１の開度を調節する。
【００９８】
この例において、需要予測部１１は、運用する時点の季節、月日、曜日、天候等の情報に基づいて、需要を予測する。予測された需要量は、例えば図７の（ｃ）に示すグラフの点線のようになる。すなわち、需要量は、時間の経過に伴って徐々に減少し、その後増加すると予測されている。
【００９９】
運用計画作成部１２は、需要予測部１１にて予測された水の需要に基づいて、配水網５０の制約を満たす運用計画を作成する。図７に示す例において、運用計画作成部１２は、バルブ５１１の運用計画を作成する。作成された運用計画は、例えば図７の（ａ）に示すグラフの点線のようになる。本運用例では、運用計画が作成された期間を通して貯水池５１０への水の流入量が概ね一定となるように運用計画が定められる。すなわち、バルブ５１１は、運用計画が作成された期間を通して概ね一定の開度となるように制御される。作成された運用計画は、適宜制御部５２０へ伝達される。そして、制御部５２０は、運用計画に従ってバルブ５１１の開度を変更する。又は、制御部５２０へ伝達された運用計画に従って、操作員が人手でバルブ５１１の開度を操作してもよい。
【０１００】
また、運用計画作成部１２は、貯水池５１０の貯水量を予測する。図７に示す例では、運用計画作成部１２は、貯水量として、貯水池５１０の水位を予測する。予測された水位は、例えば図７の（ｂ）に示すグラフの点線のようになる。貯水池５１０の水位は、制約である上限と下限との間に保たれる。すなわち、貯水池５１０の水位は、時間の経過に伴って徐々に上昇し、その後低下することが予測される。言い換えると、貯水池５１０の水位は、需要量の減少に伴って増加し、その後の需要量の増加に伴って低下する。
【０１０１】
上述のように決定された運用計画に従って、時刻Ｔ０から配水網５０が運用される。そして、判定部１１０は、予め定められた時点毎に、需要の予測を修正すべきであると判定する。図７に示す例では、判定部１１０は、予測値と計測値との差異が予め定めた差異基準を超えて大きくなる場合に、需要の予測を修正すべきと判定する。
【０１０２】
予測値は、上述のように図７の（ｃ）に示すグラフの点線で表される。また、計測値は、計測部５３０−２にて計測された需要量が用いられる。計測値は、図７の（ｃ）に示すグラフの実線である。また、上述した差異基準は、図７の（ｃ）に示すグラフの縦方向を向いた矢印にて示される。
【０１０３】
図７の例では、判定部１１０は、時刻Ｔ１及びＴ２の各々で需要の予測を修正すべきか判定する。時刻Ｔ１においては、需要量の計測値は予測値を下回っている。しかし、予測値と計測値との差異は、差異基準よりも小さい。判定部１１０は、したがって、時刻Ｔ１では需要の予測は修正する必要がないと判定する。
【０１０４】
しかしながら、時刻Ｔ２においては、予測値と計測値との差異は、差異基準よりも小さい。すなわち、需要量の計測値は、差異基準を超えて予測値よりも少なくなっている。したがって、判定部１１０は、需要の予測は修正すべきと判定する。
【０１０５】
この場合に、需要予測修正部１２０は、計測部５３０−２にて計測された需要量の計測値を用いて、時刻Ｔ２以降の需要の予測を修正する。修正された需要の予測値は、図７の（ｃ）に示すグラフの実線とつながった破線で表される。すなわち、需要量は、当初の予測値と類似した傾向であるものの、当初の予測値と比較して小さい状態が続くと予測される。
【０１０６】
そして、運用計画修正部１３０は、上述のように修正された需要量の予測に基づいて、運用計画を修正する。この例では、運用計画修正部１３０は、最初に、当初の運用計画と上述の修正された需要の予測に基づいて、時刻Ｔ２以降における貯水池５１０の水位を計算する。計算された貯水池５１０の水位は、図７の（ｂ）のグラフに示す破線で表される。この水位は、当初の予測と比較して需要が減少したことに起因して、予め定められた貯水池５１０の上限水位を超えることとなる。したがって、運用計画修正部１３０は、バルブ５１１の運用計画を修正する。
【０１０７】
この場合には、運用計画修正部１３０は、貯水池５１０の水位に関する制約が満たされるように、配水網５０の運用計画を修正する。すなわち、運用計画修正部１３０は、貯水池５１０に流入する水の流入量を減らすように、バルブ５１１の運用計画を修正する。修正された運用計画は、例えば図７の（ａ）に示すグラフの一点鎖線のようになる。すなわち、貯水池５１０へバルブ５１１を経由して流入する水量は、当初の運用計画と比較して少なくなる。
【０１０８】
そして、運用計画修正部１３０は、修正された運用計画と修正された需要の予測に基づいて、時刻Ｔ２以降における貯水池５１０の水位を計算する。
計算された貯水池５１０の水位は、図７の（ｂ）のグラフに示す一点鎖線で表される。この水位は、予め定められた貯水池５１０の上限水位を超えないこととなる。すなわち、上述の修正された運用計画は、配水網５０の制約を満たすことが分かる。
【０１０９】
修正された運用計画は、適宜制御部５２０へ伝達される。そして、バルブ５１１の開度は、修正された運用計画に従って変更される。このように運用計画が修正されることで、配水網５０の制約を満たすように配水網５０が運用される。
【０１１０】
また、この運用例では、運用計画の修正は、時刻Ｔ２で修正すべきと判断された時点で行われる。図７（ｂ）のグラフにて実線で示されるように、時刻Ｔ２においては、貯水池５１０の水位は、予め定められた上限を超えていない。そして、時刻Ｔ２において、運用計画修正部１３０は、貯水池５１０の水位に関する制約が満たされるように、配水網５０の運用計画を修正する。したがって、水運用計画システム１０が時刻Ｔ２において運用計画の修正を行うことで、配水網５０に対する制約からの逸脱が防止される。
【０１１１】
（運用例２）
続いて、本実施形態における水運用計画システム１０の別の運用例を説明する。本運用例では、図１に示す配水網の例を用いて水運用計画システム１０の運用例を説明する。より詳しくは、水運用計画システム１０は、図１に示す配水網５０のうち、配水場５４−２に設けられた貯水池５１０−４に関わる運用の計画例及び当該計画の修正例について説明する。
【０１１２】
なお、図１に示す例では、貯水池５１０の各々に対して、水位の上限及び下限が制約として定められていることを想定する。また、バルブ５１１−２及び５１１−４の開度を変更することで、貯水池５１０−４の制約が満たされるような運用例を想定する。すなわち、本運用例では、バルブ５１１−２及び５１１−４の２つのバルブが運用計画の作成や修正の対象となる点が、先の運用例と異なる。
【０１１３】
運用例２において、需要予測部１１は、先の運用例と同様に需要を予測する。本運用例では、需要予測部１１において予測される需要は、配水場５４−２から水が配水される地点での需要の総量である。すなわち、需要予測部１１は、需要点５５−２、配水場５４−３及び配水場５４−４の需要を予測する。予測された需要量は、運用例１の場合と類似して、例えば図８の（ｃ）に示すグラフの点線のようになる。すなわち、需要量は、時間の経過に伴って徐々に減少し、その後増加すると予測されている。
【０１１４】
運用計画作成部１２は、需要予測部１１にて予測された水の需要に基づいて、配水網５０の制約を満たす運用計画を作成する。本運用例において、運用計画が作成された期間を通して貯水池５１０への水の流入量が概ね一定となるように運用計画が定められる。そして、この運用計画に従って、バルブ５１１−２及び５１１−４の開度が定められる。運用計画は、バルブ５１１−２及び５１１−４へ各々の制御部（不図示）等を介して入力される。
【０１１５】
また、運用計画作成部１２は、貯水池５１０−４の水位を予測する。予測された水位は、例えば図８の（ｂ）に示すグラフの点線のようになる。すなわち、貯水池５１０−４の水位は、時間の経過に伴って徐々に上昇し、その後低下することが予測されている。そして、貯水池５１０−４の水位は、制約である上限と下限との間に保たれる。
【０１１６】
更に、運用計画作成部１２は、バルブ５１１−２及び５１１−４や管路５００を介してそれぞれ接続された貯水池５１０−１及び５１０−２の水位を予測する。予測された水位は、例えば図８の（ｄ）又は（ｅ）に示すグラフの点線のようになる。貯水池５１０−１及び５１０−２の水位は、制約である上限と下限との間に保たれる。
【０１１７】
上述のように決定された運用計画に従って、時刻Ｔ０から配水網５０が運用される。そして、判定部１１０は、予め定められた時点毎に、需要の予測を修正すべきであると判定する。
【０１１８】
本運用例では、判定部１１０は、時刻Ｔ１で需要の予測を修正すべきか判定する。時刻Ｔ１では、需要量の計測値は、図８（ｃ）のグラフに示す予め定められた差異基準を超えて予測値よりも少なくなっている。すなわち、時刻Ｔ１では、需要量の予測値と計測値との差異は、差異基準よりも大きくなっている。したがって、判定部１１０は、需要の予測は修正すべきと判定する。
【０１１９】
この場合に、需要予測修正部１２０は、貯水池５１０−４からの流出した水量である需要量の計測値を用いて、時刻Ｔ１以降の需要の予測を修正する。修正された需要の予測値は、図８の（ｃ）に示すグラフの破線で表される。すなわち、需要量は、当初の予測値と類似した傾向であるものの、当初の予測値と比較して小さい状態が続くと予測される。
【０１２０】
そして、運用計画修正部１３０は、上述のように修正された需要量の予測に基づいて、運用計画を修正する。この例では、運用計画修正部１３０は、最初に、当初の運用計画と上述の修正された需要の予測に基づいて、時刻Ｔ１以降における貯水池５１０−４の水位を計算する。計算された貯水池５１０−４の水位は図８の（ｂ）のグラフに示す破線で表される。
【０１２１】
この場合には、貯水池５１０−４の水位は、当初の予測と比較して需要が減少したことに起因して、予め定められた貯水池５１０−４の上限水位を超えることとなる。すなわち、当初の運用例では配水網５０の制約が満たされない。したがって、運用計画修正部１３０は、貯水池５１０−４への流入量を減らすように、バルブ５１１−２及び５１１−４の運用計画を修正する。
【０１２２】
この場合に、運用計画修正部１３０は、運用計画の修正量を少なくするように運用計画を修正する。本運用例では、運用計画修正部１３０は、バルブ５１１−２及び５１１−４のうち、いずれか一方の開度を変更するように運用計画を修正する。すなわち、運用計画修正部１３０は、運用計画が修正されるバルブの数が１つとの制約の下で運用計画を修正する。
【０１２３】
この場合において、バルブ５１１−４の開度を変更する場合を想定する。すなわち、バルブ５１１−４が開度を小さくなるように変更され、貯水池５１０−２からの流出量を減らすことで、貯水池５１０−４への流入量を減らすように修正することを想定する。しかしながら、貯水池５１０−２の水位が高いことから、バルブ５１１−４の開度を変更することで、図８（ｄ）に示す二点鎖線のように、貯水池５１０−２の水位が運用の際の上限水位を超えることとなる。すなわち、この場合には、配水網５０の制約が満たされない。
【０１２４】
そこで、バルブ５１１−２の開度を変更する場合を想定する。すなわち、バルブ５１１−２が開度を小さくなるように変更され、貯水池５１０−１からの流出量を減らすことで、貯水池５１０−４への流入量を減らすように修正することを想定する。この場合には、バルブ５１１−２の開度を変更しても、図８（ｅ）に示す二点鎖線のように、貯水池５１０−１の水位が運用の際の上限水位と下限水位の間に保たれることとなる。
【０１２５】
したがって、運用計画修正部１３０は、バルブ５１１−２の開度を変更するように運用計画を修正する。運用計画修正部１３０は、バルブ５１１−４の運用計画は当初の計画通りとする。そして、運用計画修正部１３０は、修正された運用計画と修正された需要の予測に基づいて、時刻Ｔ１以降における貯水池５１０−４等の水位を計算する。計算された貯水池５１０−４の水位は、図８の（ｂ）のグラフに示す一点鎖線で表される。この水位は、貯水池５１０−４の予め定められた上限水位を超えない。また、貯水池５１０−１及び５１０−２についても、各々の水位は、予め定められた上限水位よりも低い。
【０１２６】
上述のように、このような運用計画の修正は、最適化問題として定式化できる。本運用例では、操作対象となるバルブの数が一つであるとの制約を含む配水網５０の運用に関する制約の下で最適化問題が定式化される。運用計画修正部１３０は、定式化された最適化問題の解を既存の手法を用いて求めることで、バルブ５１１−２の開度を変更するとの新たな運用計画を得る。
【０１２７】
修正された運用計画は、バルブ５１１−２等へ伝達される。そして、バルブ５１１−２の開度は、修正された運用計画に従って変更される。このように運用計画が修正されることで、配水網５０の制約を満たすように配水網５０及びその設備が運用される。
【０１２８】
（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９は、本発明の第２の実施形態における水運用計画装置を示す図である。図１０は、本発明の第２の実施形態における水運用計画システムを示す図である。図１１は、本発明の第２の実施形態における水運用計画装置及び水運用計画システムの動作を示すフローチャートである。
【０１２９】
図９に示すように、本発明の第２の実施形態における水運用計画装置２００は、判定部２１０と、需要予測修正部１２０と、水位計算モデル修正部２４０と、運用計画修正部２３０とを備える。判定部２１０は、第１の実施形態における水運用計画装置１００と同様に、配水網における需要の予測と計測結果とに基づいて、需要の予測を修正すべきかを判定する。また、本実施形態においては、判定部２１０は、配水網に設けられた貯水池の各々に関する水位の予測と計測結果とに基づいて、貯水池の各々に関する水位計算モデルを修正すべきかを判定する。需要予測修正部１２０は、水運用計画装置１００における需要予測修正部１２０と同様の構成要素である。水位計算モデル修正部２４０は、配水網に設けられる貯水池の各々に関する水位計算モデルを修正する。運用計画修正部２３０は、修正された需要予測及び貯水池の各々に関する修正された水位計算モデルに基づいて、配水網における設備の運用計画を修正する。すなわち、運用計画修正部２３０は、貯水池の各々に関する修正された水位計算モデルを用いて運用計画を修正する点が、水運用計画装置１００における運用計画修正部１３０と異なる。
【０１３０】
また、図１０に示すように、本実施形態における水運用計画装置２００を備える水運用計画システム２０が構成される。水運用計画システム２０において、需要予測部１１及び運用計画作成部１２は、水運用計画システム１０が備える需要予測部１１及び運用計画作成部１２とそれぞれ同様の構成要素である。
【０１３１】
なお、本実施形態における水運用計画システム２０及び水運用計画装置２００は、第１の実施形態の例と同様に、入力部１５０、出力部１６０及び記憶部１７０を備えてもよい。
【０１３２】
配水網５０における需要の予測や運用計画の決定に際しては、配水網５０に設けられた貯水池５１０の各々に関して、運用時の上限水位及び下限水位が制約としてそれぞれに定められる場合がある。したがって、貯水池５１０の各々に関して、水位の予測が行われる。水位の予測は、貯水池５１０の各々に対して定められた水位計算モデルを用いて行われる。しかしながら、水位計算モデルは、何らかの事情に起因して、現実の貯水池５１０の挙動を正しく表していない場合がある。この場合には、貯水池５１０の水位の予測に誤差が生じ、結果として需要の予測や運用計画の決定に影響が生じる可能性がある。
【０１３３】
本実施形態における水運用計画装置２００は、水位計算モデルを修正する水位計算モデル修正部２４０を備える。水位計算モデル修正部２４０が水位計算モデルを修正することで、貯水池５１０の各々について、修正前と比較してより正確に水位を求めることが可能となる。この結果として、精度の高い需要予測の修正等が可能となる。
【０１３４】
次に、本発明の第２の実施形態における水運用計画装置２００及び水運用計画システム２０の各構成要素について説明する。なお、本実施形態において特段の説明がない場合、水運用計画装置２００及び水運用計画システム２０のそれぞれは、第１の実施形態における水運用計画装置及び水運用計画システム１０とそれぞれ同様の構成を備える。
【０１３５】
水運用計画装置２００の判定部２１０は、上述のように、配水網５０における需要の予測と計測結果とに基づいて、需要の予測を修正すべきかを判定する。この判定は、第１の実施形態における判定部１１０と同様に行われる。
【０１３６】
また、判定部２１０は、配水網５０に設けられた貯水池５１０の各々に関する水位の予測と計測結果とに基づいて、貯水池５１０の各々に関する水位計算モデルを修正すべきかを判定する。この場合には、判定部２１０は、例えば貯水池５１０の各々に関する水位の予測と計測結果との差異に基づいて、水位計算モデルを修正すべきかを判定する。すなわち、貯水池５１０の各々に関する水位の予測と計測結果との差異が予め定められた基準と比較して大きくなった場合に、判定部２１０は、水位計算モデルを修正すべきと判断する。
【０１３７】
需要予測修正部１２０は、水運用計画装置１００の需要予測修正部１２０と同様の構成要素である。
【０１３８】
水位計算モデル修正部２４０は、判定部２１０にて貯水池５１０の各々に関する水位計算モデルを修正すべきと判定された場合に、水位計算モデルを修正する。水位計算モデル２４０は、水位計算モデルを修正する場合には、配水網５０の計測部５３０によって計測された計測値を取得して水位計算モデルを修正する。水位計算モデルの修正対象は、判定部２１０によって水位計算モデルを修正すべきと判定された貯水池５１０のみであってもよいし、配水網５０に設けられた貯水池５１０の全てでもよい。
【０１３９】
水位計算モデル修正部２４０は、一例として、新たな水位計算モデルを求める。この場合には、水位計算モデル修正部２４０は、得られた水位計算モデルを修正された水位計算モデルとして置換する。この場合に、水位計算モデル修正部２４０は、水位計算モデルの修正対象である貯水池５１０への水の流入量を時系列で表したデータや、貯水池５１０からの水の流出量を時系列で表したデータ等を学習して新たな水位計算モデルを求める。
【０１４０】
また、水位計算モデル修正部２４０は、水位の予測値と計測値との差を表す水位差異モデルを求めてもよい。そして、水位計算モデル修正部２４０は、水位の計算に際して得られた水位差異モデルと当初の水位計算モデルと併せて用いることで、水位計算モデルを修正する。このようにすることで、水位計算モデル修正部２４０は、当初の水位計算モデルを変更することなく、水位計算モデルの修正が可能となる。この場合には、水位計算モデル修正部２４０は、水位計算モデルの修正対象である貯水池５１０への水の流入量を時系列で表したデータや、貯水池５１０からの水の流出量を時系列で表したデータ等を学習して水位差異モデルを求める。
【０１４１】
なお、水位計算モデルは、それぞれ以下のように求められる。まず、貯水池への単位時間当たりの水の流入量及び流出量を、それぞれＱｉｎ及びＱｏｕｔとする。また、水位の計算が行われる間隔をｄｔとする。この時間の間隔は、例えば判定部２１０が判定を行う間隔に応じて定められる。また、基準となる貯水量をＶとする。そして、貯水池の形状は断面積が一定の柱状であると仮定し、底面積をＡとする。この場合に、上述したフロー保存則に基づくと、貯水池の水位Ｌは以下の（２）式のように求められる。
【０１４２】
【数２】
2017082435.tif 000004
【０１４３】
すなわち、貯水池の水位Ｌは、基準となる貯水量に貯水量の変化分を加えた貯水量に基づいて求められる。
【０１４４】
また、水位計算モデル修正部２４０にて、水位計算モデルは、例えば下記の（３）式から（５）式に基づいて修正される。例えば、当初の水位計算モデルでは貯水池の底面積が異なっており、実際の底面積はｄＡだけ広い場合には、貯水池の水位Ｌ１は次の（３）式のように求められる。すなわち、水位Ｌ１は、当初の面積との差異に応じて、予め予測した水位Ｌから低くなるように求められる。
【０１４５】
【数３】
2017082435.tif 000005
【０１４６】
また、例えば貯水池に流入する配管からの漏れがあり、実際に貯水池に流入する水量が単位時間当たりでｄＱｉｎだけ少ない（すなわち、配管から単位時間当たりでｄＱｉｎだけ流出する）場合が想定される。この場合には、貯水池の水位Ｌ２は次の（４）式のように求められる。すなわち、水位Ｌ２は、配管から漏れた水量に応じて、予め予測した水位Ｌから低くなるように求められる。
【０１４７】
【数４】
2017082435.tif 000006
【０１４８】
また、例えば貯水池からの漏れがあり、貯水池に貯水された水が単位時間当たりでｄＶだけ流出する場合には、貯水池の水位Ｌ３は次の（５）式のように求められる。すなわち、水位Ｌ２は、貯水池から漏れた水量に応じて、予め予測した水位Ｌから低くなるように求められる。
【０１４９】
【数５】
2017082435.tif 000007
【０１５０】
運用計画修正部２３０は、水運用計画装置１００の運用計画修正部１３０と同様に、配水網に設けられた設備の運用計画を修正する。
本実施形態においては、運用計画修正部２３０は、需要予測修正部１２０によって修正された需要の予測に基づいて、水位計算モデル修正部２４０にて修正された水位計算モデルを用いて運用計画を修正する。
【０１５１】
次に、図１１に示すフローチャートを用いて、本発明の第２の実施形態における水運用計画装置２００及び水運用計画システム２０の動作について説明する。
【０１５２】
最初に、需要予測部１１は、配水網５０における需要を予測する（ステップＳ２１０）。次に、運用計画作成部１２は、ステップＳ１１０にて予測された水の需要に基づいて、配水網５０の各設備に対する運用計画を決定する（ステップＳ２２０）。ステップＳ２２０において、運用計画作成部１２は、配水網５０に設けられた計測部５３０の各々にて計測されうる値の予測値を求める。ステップＳ２１０及びＳ２２０における需要予測部１１及び運用計画作成部１２の動作は、第１の実施形態のステップＳ１１０及びＳ１２０における需要予測部１１及び運用計画作成部１２の動作とそれぞれ同様である。
【０１５３】
続いて、水運用計画装置２００の判定部２１０は、ステップＳ２２０にて求めた予測値と計測値とに基づいて、需要の予測を修正すべきかを判定する（ステップＳ２３０）。ステップＳ２３０における判定部２１０の動作は、ステップＳ１３０における判定部１１０の動作と同様である。
【０１５４】
判定部２１０が需要の予測を修正すべきと判断した場合（ステップＳ２３０：Ｙｅｓ）には、需要予測修正部１２０は、需要の予測を修正する（ステップＳ２４０）。ステップＳ２４０における需要予測修正部１２０の動作は、第１の実施形態のステップＳ１４０における動作と同様である。
【０１５５】
また、判定部２１０が需要の予測を修正する必要はないと判定した場合には（ステップＳ２３０：Ｎｏ）、判定部２１０は、更に貯水池５１０の各々に関する水位計算モデルを修正すべきであるかを判定する（ステップＳ２３１）。
【０１５６】
ステップＳ２４０での需要の予測に続いて、又はステップＳ２３１にて水位計算モデルの修正が必要と判断された場合（ステップＳ２３１：Ｙｅｓ）に、水位計算モデル修正部２４０は水位計算モデルを修正する（ステップＳ２４１）。
【０１５７】
運用計画修正部２３０は、運用計画を修正する（ステップＳ２５０）。修正された運用計画は、適宜配水網５０に備えられた設備やその運用者に伝達される。そして、修正された運用計画に従って配水網５０が運用される。
【０１５８】
ステップＳ２５０において運用計画が修正されると、水運用計画装置２００は、再度ステップＳ１３０の処理に戻る。水運用計画装置２００は、第１の実施形態における水運用計画装置１００と同様に、判定部２１０による判定結果に応じて、ステップＳ２３０からステップＳ２５０までの処理を繰り返して実行する。この動作は、例えば水運用計画システム２０が新たにステップＳ２１０からの動作を開始するまで繰り返し行われる。
【０１５９】
また、判定部２１０が水位計算モデルの修正を不要と判断した場合（ステップＳ２３１：Ｎｏ）にも、水運用計画装置２００は、再度ステップＳ１３０の処理に戻る。この場合にも、水運用計画装置２００は、ステップＳ２３０からステップＳ２５０までの処理を繰り返して実行する。
【０１６０】
以上のように、本発明の第２の実施形態における水運用計画装置２００は、水位計算モデル修正部２４０を更に備える。水位計算モデル修正部２４０は、配水網５０における貯水池５１０の各々の水位計算モデルを修正する。そのため、運用計画修正部２３０にて運用計画の修正が行われる場合には、未修正の場合と比較してより正確に貯水池５１０の水位が求められる。したがって、本実施形態における水運用計画装置２００は、第１の実施形態における水運用計画装置１００と比較して、精度の高い需要予測の修正が可能となる。水運用計画システム２０は、水運用計画装置２００と同様の効果を奏する。
【０１６１】
また、水位計算モデル修正部２４０は、水位計算モデルの修正に際して水位差異モデルを用いる。このようにすることで、水位計算モデルの修正を容易に行うことが可能となる。
【０１６２】
以上、実施形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明の構成や詳細には、本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。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。
【符号の説明】
【０１６３】
１０    水運用計画システム
１１    需要予測部
１２    運用計画作成部
５０    配水網
５１    河川
５２    取水場
５３    浄水場
５４    配水場
５５    需要点
１００、２００    水運用計画装置
１１０    判定部
１２０    需要予測修正部
１３０    運用計画修正部
１５０    入力部
１６０    出力部
１７０    記憶部
５００    管路
５１０    貯水池
５２０    制御部
５３０    計測部
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】
2017082435.tif 000008
【図２】
2017082435.tif 000009
【図３】
2017082435.tif 000010
【図４】
2017082435.tif 000011
【図５】
2017082435.tif 000012
【図６】
2017082435.tif 000013
【図７】
2017082435.tif 000014
【図８】
2017082435.tif 000015
【図９】
2017082435.tif 000016
【図１０】
2017082435.tif 000017
【図１１】
2017082435.tif 000018
【図１２】
2017082435.tif 000019