(57)【要約】【課題】各種コストおよび水理条件の制約を踏まえつつ、水需要の変動に合わせた管路更新計画の立案支援を可能とする。【解決手段】更新計画立案装置１００において、管網データと水需要量データとを保持する記憶装置１０１と、管網データが示す配水管網にて、将来の水需要量データが示す水需要に応えつつ水理的制約を満足する条件で、配水管網に関するコストを最小化する最適化問題を数理計画のアルゴリズムに適用し、将来の各管路の口径を少なくとも含む更新内容を決定し、所定時期の配水管網から将来の更新内容が決定された配水管網に更新を行う状況に関し、水理的制約および所定期間毎の更新予算の制約をそれぞれ満足する条件で、配水管網に関するコストを最小化する最適化問題を数理計画のアルゴリズムに適用し、所定時期から将来に至る期間での各管路の更新時期を決定する演算装置１０４を含む構成とする。【選択図】図１
2017045222.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
更新計画対象の配水管網を示す管網データと、当該配水管網の配水対象地域に関する将来の水需要を示す水需要量データとを少なくとも保持する記憶装置と、
前記管網データが示す配水管網にて、前記将来の水需要量データが示す水需要に応えつつ所定の水理的制約を満足する条件で、配水管網に関するコストを最小化する最適化問題を、所定の数理計画のアルゴリズムに適用し、当該配水管網における将来の各管路の口径を少なくとも含む更新内容を決定する更新内容決定処理と、
所定時期の配水管網から前記将来の更新内容が決定された配水管網に更新を行う状況に関し、前記水理的制約および所定期間毎の更新予算の制約をそれぞれ満足する条件で、配水管網に関するコストを最小化する最適化問題を、所定の数理計画のアルゴリズムに適用し、前記所定時期から前記将来に至る期間での、前記配水管網における少なくとも各管路の更新時期を決定する立案処理と、
を実行する演算装置と、
を備えることを特徴とする更新計画立案装置。
【請求項２】
前記演算装置は、
前記更新内容決定処理において、前記最適化問題を前記数理計画のアルゴリズムに適用し、当該配水管網における将来の各管路の口径と各ポンプの吐出圧とを含む更新内容を決定し、
前記立案処理において、前記最適化問題を前記数理計画のアルゴリズムに適用し、前記所定時期から前記将来に至る期間での、前記配水管網における各管路の更新時期と、前記各更新時期におけるポンプの吐出圧とを決定するものである、
ことを特徴とする請求項１に記載の更新計画立案装置。
【請求項３】
前記記憶装置は、
前記配水管網の配水対象地域に関する将来の人口推移データを更に保持しており、
前記演算装置は、
前記人口推移データが示す前記将来の人口値を所定値で除算して、当該配水管網の配水対象地域に関する将来の水需要を示す水需要量データを算出し、記憶装置に格納する処理を更に実行するものである、
ことを特徴とする請求項１に記載の更新計画立案装置。
【請求項４】
前記演算装置は、
前記更新内容決定処理において、前記配水管網における水圧または流速の少なくともいずれかの上下限値に応じた前記水理的制約を満足する条件で、配水管網に関する管路埋設コストおよびポンプの運転電力コストの和を最小化する前記最適化問題を、数理計画のアルゴリズムに適用し、当該配水管網における将来の各管路の口径と各ポンプの吐出圧とを含む更新内容を決定し、
前記立案処理において、前記配水管網における水圧または流速の少なくともいずれかの上下限値に応じた前記水理的制約、および所定期間毎の更新予算の制約をそれぞれ満足する条件で、配水管網に関する管路埋設コストおよびポンプの運転電力コストの和を最小化する前記最適化問題を前記数理計画のアルゴリズムに適用し、前記所定時期から前記将来に至る期間での、前記配水管網における各管路の更新時期と、前記各更新時期におけるポンプの吐出圧とを決定するものである、
ことを特徴とする請求項１に記載の更新計画立案装置。
【請求項５】
前記記憶装置は、
前記配水管網の配水対象地域に関する、前記所定時期から前記将来に至る計画期間中のいずれかの時期である中継時期の水需要を示す水需要量データを更に保持し、
前記演算装置は、
前記水需要量データが示す前記中継時期および前記将来の各水需要に応えつつ、水理的制約と、前記中継時期までに更新された管路は以降の計画期間中では更新が禁じられる制約と、前記中継時期までに更新された管路の口径が前記計画期間の最終時期たる将来での口径と一致することを定める制約と、を満足する条件で、配水管網に関するコストを最小化する最適化問題を、前記数理計画のアルゴリズムに適用し、当該配水管網における前記中継時期および前記将来の各管路の口径と、各管路の前記中継時期までの更新要否を少なくとも含む更新内容を決定し、
前記所定時期の配水管網から前記中継時期の配水管網、および前記中継時期の配水管網から前記将来の配水管網、にそれぞれ更新を行う状況に関し、前記水理的制約および所定期間毎の更新予算の制約と、中継時期までに更新される管路の更新時期を中継時期以前に制限する制約とをそれぞれ満足する条件で、配水管網に関するコストを最小化する最適化問題を、前記数理計画のアルゴリズムに適用し、前記所定時期から前記中継時期を経て前記将来に至る期間での、前記配水管網における少なくとも各管路の更新時期を決定する、
多段立案処理を更に実行するものである、
ことを特徴とする請求項１に記載の更新計画立案装置。
【請求項６】
前記記憶装置は、
前記立案処理により過去に立案した、前記配水管網における少なくとも各管路の更新時期を含む更新計画を格納した計算結果データと、前記配水管網の各管路の更新実績を格納した更新実績データとを更に保持しており、
前記演算装置は、
前記更新内容決定処理において、前記水理的制約を満足する条件で、配水管網に関する前記コストと、前記過去に立案した更新計画と当該装置が今次立案する更新計画との間での各管路の口径差異に応じた所定値との和を最小化する前記最適化問題を、前記数理計画のアルゴリズムに適用し、前記配水管網における将来の各管路の口径を含む更新内容を再決定し、
前記立案処理において、前記水理的制約および所定期間毎の更新予算の制約をそれぞれ満足する条件で、前記配水管網に関するコストと、前記過去に立案した更新計画と前記更新内容を再決定した前記更新計画との間での、更新時期における各管路の口径差異に応じた所定値との和を最小化する前記最適化問題を、前記数理計画のアルゴリズムに適用し、前記所定時期から前記将来に至る期間での、前記配水管網における各管路の更新時期を再決定するものである、
ことを特徴とする請求項１に記載の更新計画立案装置。
【請求項７】
前記記憶装置は、
前記立案処理により過去に立案した、前記配水管網における少なくとも各管路の更新時期を含む更新計画を格納した計算結果データと、前記配水管網の各管路の更新実績を格納した更新実績データと、前記配水管網の配水対象地域に関する、前記所定時期から前記将来に至る計画期間中のいずれかの時期である中継時期の水需要を示す水需要量データと、を更に保持しており、
前記演算装置は、
前記多段立案処理において、
前記水需要量データが示す前記中継時期および前記将来の各水需要に応えつつ、水理的制約と、前記中継時期までに更新された管路は以降の計画期間中では更新が禁じられる制約と、前記中継時期までに更新された管路の口径が前記計画期間の最終時期たる将来での口径と一致することを定める制約と、を満足する条件で、配水管網に関するコストと、前記過去に立案した更新計画と当該装置が今次立案する更新計画との間での各管路の口径差異に応じた所定値との和を最小化する最適化問題を、前記数理計画のアルゴリズムに適用し、当該配水管網における前記中継時期および前記将来の各管路の口径と、各管路の前記中継時期までの更新要否を少なくとも含む更新内容を再決定し、
前記所定時期の配水管網から前記中継時期の配水管網、および前記中継時期の配水管網から前記将来の配水管網、にそれぞれ更新を行う状況に関し、前記水理的制約および所定期間毎の更新予算の制約と、中継時期までに更新される管路の更新時期を中継時期以前に制限する制約とをそれぞれ満足する条件で、配水管網に関するコストと、前記過去に立案した更新計画と前記更新内容を再決定した前記更新計画との間での、更新時期における各管路の口径差異に応じた所定値との和を最小化する最適化問題を、数理計画のアルゴリズムに適用し、前記所定時期から前記中継時期を経て前記将来に至る期間での、前記配水管網における少なくとも各管路の更新時期を再決定するものである、
ことを特徴とする請求項５に記載の更新計画立案装置。
【請求項８】
前記演算装置は、
前記記憶装置で保持する管網データが示す配水管網と、前記更新内容決定処理および前記立案処理の各処理結果に応じた前記更新時期および前記将来の配水管網と、の少なくともいずれかの表示データを生成し、所定の表示装置に出力する処理を更に実行するものである、
ことを特徴とする請求項１に記載の更新計画立案装置。
【請求項９】
更新計画対象の配水管網を示す管網データと、当該配水管網の配水対象地域に関する将来の水需要を示す水需要量データとを少なくとも保持する記憶装置を備えた情報処理装置が、
前記管網データが示す配水管網にて、前記将来の水需要量データが示す水需要に応えつつ所定の水理的制約を満足する条件で、配水管網に関するコストを最小化する最適化問題を、所定の数理計画のアルゴリズムに適用し、当該配水管網における将来の各管路の口径を少なくとも含む更新内容を決定する更新内容決定処理と、
所定時期の配水管網から前記将来の更新内容が決定された配水管網に更新を行う状況に関し、前記水理的制約および所定期間毎の更新予算の制約をそれぞれ満足する条件で、配水管網に関するコストを最小化する最適化問題を、所定の数理計画のアルゴリズムに適用し、前記所定時期から前記将来に至る期間での、前記配水管網における少なくとも各管路の更新時期を決定する立案処理と、
を実行することを特徴とする更新計画立案方法。
【請求項１０】
前記情報処理装置が、
前記更新内容決定処理において、前記最適化問題を前記数理計画のアルゴリズムに適用し、当該配水管網における将来の各管路の口径と各ポンプの吐出圧とを含む更新内容を決定し、
前記立案処理において、前記最適化問題を前記数理計画のアルゴリズムに適用し、前記所定時期から前記将来に至る期間での、前記配水管網における各管路の更新時期と、前記各更新時期におけるポンプの吐出圧とを決定する、
ことを特徴とする請求項９に記載の更新計画立案方法。
【請求項１１】
前記情報処理装置が、
前記記憶装置において、前記配水管網の配水対象地域に関する将来の人口推移データを更に保持し、
前記人口推移データが示す前記将来の人口値を所定値で除算して、当該配水管網の配水対象地域に関する将来の水需要を示す水需要量データを算出し、記憶装置に格納する処理を更に実行する、
ことを特徴とする請求項９に記載の更新計画立案方法。
【請求項１２】
前記情報処理装置が、
前記更新内容決定処理において、前記配水管網における水圧または流速の少なくともいずれかの上下限値に応じた前記水理的制約を満足する条件で、配水管網に関する管路埋設コストおよびポンプの運転電力コストの和を最小化する前記最適化問題を、数理計画のアルゴリズムに適用し、当該配水管網における将来の各管路の口径と各ポンプの吐出圧とを含む更新内容を決定し、
前記立案処理において、前記配水管網における水圧または流速の少なくともいずれかの上下限値に応じた前記水理的制約、および所定期間毎の更新予算の制約をそれぞれ満足する条件で、配水管網に関する管路埋設コストおよびポンプの運転電力コストの和を最小化する前記最適化問題を前記数理計画のアルゴリズムに適用し、前記所定時期から前記将来に至る期間での、前記配水管網における各管路の更新時期と、前記各更新時期におけるポンプの吐出圧とを決定する、
ことを特徴とする請求項９に記載の更新計画立案方法。
【請求項１３】
前記情報処理装置が、
前記記憶装置において、前記配水管網の配水対象地域に関する、前記所定時期から前記将来に至る計画期間中のいずれかの時期である中継時期の水需要を示す水需要量データを更に保持し、
前記水需要量データが示す前記中継時期および前記将来の各水需要に応えつつ、水理的制約と、前記中継時期までに更新された管路は以降の計画期間中では更新が禁じられる制約と、前記中継時期までに更新された管路の口径が前記計画期間の最終時期たる将来での口径と一致することを定める制約と、を満足する条件で、配水管網に関するコストを最小化する最適化問題を、前記数理計画のアルゴリズムに適用し、当該配水管網における前記中継時期および前記将来の各管路の口径と、各管路の前記中継時期までの更新要否を少なくとも含む更新内容を決定し、
前記所定時期の配水管網から前記中継時期の配水管網、および前記中継時期の配水管網から前記将来の配水管網、にそれぞれ更新を行う状況に関し、前記水理的制約および所定期間毎の更新予算の制約と、中継時期までに更新される管路の更新時期を中継時期以前に制限する制約とをそれぞれ満足する条件で、配水管網に関するコストを最小化する最適化問題を、前記数理計画のアルゴリズムに適用し、前記所定時期から前記中継時期を経て前記将来に至る期間での、前記配水管網における少なくとも各管路の更新時期を決定する、
多段立案処理を更に実行する、
ことを特徴とする請求項９に記載の更新計画立案方法。
【請求項１４】
前記情報処理装置が、
前記記憶装置において、前記立案処理により過去に立案した、前記配水管網における少なくとも各管路の更新時期を含む更新計画を格納した計算結果データと、前記配水管網の各管路の更新実績を格納した更新実績データとを更に保持し、
前記更新内容決定処理において、前記水理的制約を満足する条件で、配水管網に関する前記コストと、前記過去に立案した更新計画と当該装置が今次立案する更新計画との間での各管路の口径差異に応じた所定値との和を最小化する前記最適化問題を、前記数理計画のアルゴリズムに適用し、前記配水管網における将来の各管路の口径を含む更新内容を再決定し、
前記立案処理において、前記水理的制約および所定期間毎の更新予算の制約をそれぞれ満足する条件で、前記配水管網に関するコストと、前記過去に立案した更新計画と前記更新内容を再決定した前記更新計画との間での、更新時期における各管路の口径差異に応じた所定値との和を最小化する前記最適化問題を、前記数理計画のアルゴリズムに適用し、前記所定時期から前記将来に至る期間での、前記配水管網における各管路の更新時期を再決定する、
ことを特徴とする請求項９に記載の更新計画立案方法。
【請求項１５】
前記情報処理装置が、
前記記憶装置において、前記立案処理により過去に立案した、前記配水管網における少なくとも各管路の更新時期を含む更新計画を格納した計算結果データと、前記配水管網の各管路の更新実績を格納した更新実績データと、前記配水管網の配水対象地域に関する、前記所定時期から前記将来に至る計画期間中のいずれかの時期である中継時期の水需要を示す水需要量データと、を更に保持し、
前記多段立案処理において、
前記水需要量データが示す前記中継時期および前記将来の各水需要に応えつつ、水理的制約と、前記中継時期までに更新された管路は以降の計画期間中では更新が禁じられる制約と、前記中継時期までに更新された管路の口径が前記計画期間の最終時期たる将来での口径と一致することを定める制約と、を満足する条件で、配水管網に関するコストと、前記過去に立案した更新計画と当該装置が今次立案する更新計画との間での各管路の口径差異に応じた所定値との和を最小化する最適化問題を、前記数理計画のアルゴリズムに適用し、当該配水管網における前記中継時期および前記将来の各管路の口径と、各管路の前記中継時期までの更新要否を少なくとも含む更新内容を再決定し、
前記所定時期の配水管網から前記中継時期の配水管網、および前記中継時期の配水管網から前記将来の配水管網、にそれぞれ更新を行う状況に関し、前記水理的制約および所定期間毎の更新予算の制約と、中継時期までに更新される管路の更新時期を中継時期以前に制限する制約とをそれぞれ満足する条件で、配水管網に関するコストと、前記過去に立案した更新計画と前記更新内容を再決定した前記更新計画との間での、更新時期における各管路の口径差異に応じた所定値との和を最小化する最適化問題を、数理計画のアルゴリズムに適用し、前記所定時期から前記中継時期を経て前記将来に至る期間での、前記配水管網における少なくとも各管路の更新時期を再決定する、
ことを特徴とする請求項１３に記載の更新計画立案方法。
【請求項１６】
前記情報処理装置が、
前記記憶装置で保持する管網データが示す配水管網と、前記更新内容決定処理および前記立案処理の各処理結果に応じた前記更新時期および前記将来の配水管網と、の少なくともいずれかの表示データを生成し、所定の表示装置に出力する処理を更に実行する、
ことを特徴とする請求項９に記載の更新計画立案方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、更新計画立案装置および更新計画立案方法に関するものであり、具体的には、各種コストおよび水理条件の制約を踏まえつつ、水需要の変動に合わせた管路更新計画の立案支援を可能とする技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
上水道等を構成する配水管などの各種管は、その老朽化に伴って、漏水事故の多発や配水する水の水質劣化などの問題が生じる確率が高まる。このため適切な時期に管を更新することが望まれる。こうした管の更新に際しては、予算や人員等のリソース確保が当然必要となるため、管理機関における更新計画立案が行われることになる。
【０００３】
管路更新計画の立案に関する従来技術としては、例えば、配水システム（ＷＤＳ）の設計、修繕技術であって、ユーザが選択、入力した、設計基準、パラメータ、接合需要選択肢等を含む設計モデル、配管寸法、費用データ、連結状態等の設計情報、および、修繕オプションに基づき、各種のオプションや選択肢の結果を計算して、試行解決策を一般化し、遺伝的アルゴリズムにより試行解決策を検索し、単一最適化目的の最良適合解決策を取得し、多目的最適化モデルの複数の解決策を取得する技術（特許文献１参照）などが提案されている。
【０００４】
上述の技術は、コストの最小化、水圧に基づき計算される利益の最大化、および両者のトレードオフを考慮しながら配水管網の口径を最適化すべく、ある時点の水需要量を設定したとき、遺伝的アルゴリズムを用いて前記の指標を最適化するよう管路の口径を自動計算する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】ＵＳ７５９３８３９Ｂ１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述の従来技術によれば、コストの指標と水理条件（特に水圧）に基づき計算される利益の指標をそれぞれ最適化する条件で、配水管網における各管路の口径を自動決定できる。しかしながら、現実に数十年という長い期間をかけて推移する水需要の変動を踏まえていない。そのため、或る時点では最適な管路口径が、その後の水需要変動に伴って水理条件を悪化させる管路口径となってしまう恐れも十分にある。つまり従来技術においては、計画期間を数十年など相応の長期間とした場合、水需要の長期的変動の影響を回避出来ず、期間全体で最適な管路口径を決定できない。
【０００７】
また、数年程度の計画期間において各管路の更新順序を決定する従来技術は存在するが、水需要の変動や水理条件に関して考慮するものではなく、更新時における管路口径の変更を計画することもない。
【０００８】
そこで本発明の目的は、各種コストおよび水理条件の制約を踏まえつつ、水需要の変動に合わせた管路更新計画の立案支援を可能とする技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決する本発明の更新計画立案装置は、更新計画対象の配水管網を示す管網データと、当該配水管網の配水対象地域に関する将来の水需要を示す水需要量データとを少なくとも保持する記憶装置と、前記管網データが示す配水管網にて、前記将来の水需要量データが示す水需要に応えつつ所定の水理的制約を満足する条件で、配水管網に関するコストを最小化する最適化問題を、所定の数理計画のアルゴリズムに適用し、当該配水管網における将来の各管路の口径を少なくとも含む更新内容を決定する更新内容決定処理と、所定時期の配水管網から前記将来の更新内容が決定された配水管網に更新を行う状況に関し、前記水理的制約および所定期間毎の更新予算の制約をそれぞれ満足する条件で、配水管網に関するコストを最小化する最適化問題を、所定の数理計画のアルゴリズムに適用し、前記所定時期から前記将来に至る期間での、前記配水管網における少なくとも各管路の更新時期を決定する立案処理と、を実行する演算装置と、を備えることを特徴とする。
【００１０】
また本実施形態の更新計画立案方法は、更新計画対象の配水管網を示す管網データと、当該配水管網の配水対象地域に関する将来の水需要を示す水需要量データとを少なくとも保持する記憶装置を備えた情報処理装置が、前記管網データが示す配水管網にて、前記将来の水需要量データが示す水需要に応えつつ所定の水理的制約を満足する条件で、配水管網に関するコストを最小化する最適化問題を、所定の数理計画のアルゴリズムに適用し、当該配水管網における将来の各管路の口径を少なくとも含む更新内容を決定する更新内容決定処理と、所定時期の配水管網から前記将来の更新内容が決定された配水管網に更新を行う状況に関し、前記水理的制約および所定期間毎の更新予算の制約をそれぞれ満足する条件で、配水管網に関するコストを最小化する最適化問題を、所定の数理計画のアルゴリズムに適用し、前記所定時期から前記将来に至る期間での、前記配水管網における少なくとも各管路の更新時期を決定する立案処理と、を実行することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、各種コストおよび水理条件の制約を踏まえつつ、水需要の変動に合わせた管路更新計画の立案支援が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第１実施形態における更新計画立案装置の構成例を示す図である。
【図２】第１実施形態における管網データ（頂点属性テーブル）の例を示す図である。
【図３】第１実施形態における管網データ（辺属性テーブル）の例を示す図である。
【図４】第１実施形態における人口推移データの構成例を示す図である。
【図５】第１実施形態における計算条件データの構成例を示す図である。
【図６】第１実施形態における計算結果データの構成例を示す図である。
【図７】第１実施形態の更新計画立案方法におけるフロー例１を示す図である。
【図８】第１実施形態の更新計画立案方法におけるフロー例２を示す図である。
【図９】第１実施形態における管網モデル例を示す図である。
【図１０】第１実施形態の更新計画立案方法におけるフロー例３を示す図である。
【図１１】第１実施形態における表示画面例を示す図である。
【図１２】第２実施形態の更新計画立案方法におけるフロー例１を示す図である。
【図１３】第２実施形態の更新計画立案方法におけるフロー例２を示す図である。
【図１４】第３実施形態における更新実績データの例を示す図である。
【図１５】第３実施形態の更新計画立案方法におけるフロー例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
−−−装置構成の例−−−
【００１４】
以下に本発明の実施形態について図面を用いて詳細に説明する。図１は、第１実施形態の更新計画立案装置１００の構成例を示す図である。図１に示す更新計画立案装置１００は、各種コストおよび水理条件の制約を踏まえつつ、水需要の変動に合わせた管路更新計画の立案支援を可能とするコンピュータ装置である。
【００１５】
当該更新計画立案装置１００は、ハードウェア構成として、ＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ  Ｓｔａｔｅ  Ｄｒｉｖｅ）やハードディスクドライブなど適宜な不揮発性記憶素子で構成される記憶装置１０１、ＲＡＭなど揮発性記憶素子で構成されるメモリ１０３、記憶装置１０１に保持されるプログラム１０２をメモリ１０３に読み出すなどして実行し装置自体の統括制御を行なうとともに各種判定、演算及び制御処理を行なうＣＰＵなどの演算装置１０４、ユーザからのキー入力や音声入力を受け付ける入力装置１０５、および、処理データの表示を行うディスプレイ等の出力装置１０６、を備えている。
【００１６】
なお、記憶装置１０１内には、第１実施形態の更新計画立案装置１００として必要な機能を実装する為のプログラム１０２の他、各種データ１０２１〜１０２５が少なくとも記憶されている。これらデータに関する詳細は後述する。
【００１７】
第１実施形態における更新計画立案装置１００が実装する機能としては、計画立案部１０１１、データ受信部１０１６、およびデータ出力部１０１７を想定する。このうち、更新計画立案方法に応じた機能を主として実装するのが計画立案部１０１１である。計画立案部１０１１は、口径決定機能１０１２、更新計画立案機能１０１３、計画多段立案機能１０１４、および計画再立案機能１０１５から構成されている。
【００１８】
一方、データ受信部１０１６は、当該更新計画立案装置１００内の他ユニット（記憶装置１０１、演算装置１０４、入力装置１０５、出力装置１０６）から、データ群１０２０の所定データや、入力装置１０５が受けたユーザ入力値などのデータをＢＵＳを介して受信し、上述の計画立案部１０１１に提供する機能部である。
【００１９】
また、データ出力部１０１７は、計画立案部１０１１による計算結果を記憶装置１０１のデータ群に向けて出力（書込）する処理や、或いは、上述の計算結果の描画データを生成して出力装置１０６に送信する処理など、他ユニットへのデータ出力を担う機能部である。
−−−機能例−−−
【００２０】
続いて、第１実施形態の更新計画立案装置１００が備える機能について説明する。上述したように、以下に説明する機能は、例えば更新計画立案装置１００が備えるプログラム１０２を実行することで実装される機能と言える。
【００２１】
第１実施形態の更新計画立案装置１００は、配水管網の配水対象地域に関する将来（例：６０年後など）の人口推移データ１０２２が示す将来の人口値を、所定値で除算し、当該配水管網の配水対象地域に関する将来の水需要を示す水需要量データを算出し、記憶装置１０１に格納する機能を備えている。
【００２２】
また、第１実施形態の更新計画立案装置１００は、記憶装置１０１の管網データ１０２１が示す配水管網にて、上述した将来の水需要量データが示す水需要に応えつつ所定の水理的制約を満足する条件で、配水管網に関するコストを最小化する最適化問題を、所定の数理計画のアルゴリズムに適用し、当該配水管網における将来の各管路の口径を少なくとも含む更新内容を決定する機能を備えている。当該機能は口径決定機能１０１２に該当する。なお、数理計画のアルゴリズムは、最適化問題を解くための一般的なものであり、例えばプログラム１０２に予め含まれているものとする。
【００２３】
また、第１実施形態の更新計画立案装置１００は、現時点など所定時期の配水管網から、上述の口径決定機能１０１２で将来の更新内容が決定された配水管網へと更新を行う状況に関し、水理的制約および年度ごとなど所定期間毎の更新予算の制約をそれぞれ満足する条件で、配水管網に関するコストを最小化する最適化問題を、上述の数理計画のアルゴリズムに適用し、所定時期から将来に至る期間での、配水管網における少なくとも各管路の更新時期を決定する機能を備えている。この機能は更新計画立案機能１０１３に該当する。
【００２４】
なお、第１実施形態の更新計画立案装置１００は、上述の口径決定機能１０１２において、最適化問題を数理計画のアルゴリズムに適用し、当該配水管網における将来の各管路の口径と各ポンプの吐出圧とを含む更新内容を決定するものとする。この場合、上述の更新計画立案機能１０１３は、最適化問題を数理計画のアルゴリズムに適用し、所定時期から将来に至る期間での、配水管網における各管路の更新時期と、各更新時期におけるポンプの吐出圧とを決定する機能を備えている。
【００２５】
また、上述の口径決定機能１０１２は、配水管網における水圧または流速の少なくともいずれかの上下限値に応じた水理的制約を満足する条件で、配水管網に関する管路埋設コストおよびポンプの運転電力コストの和を最小化する最適化問題を、数理計画のアルゴリズムに適用し、当該配水管網における将来の各管路の口径と各ポンプの吐出圧とを含む更新内容を決定するものとする。
【００２６】
この場合、更新計画立案機能１０１３は、配水管網における水圧または流速の少なくともいずれかの上下限値に応じた水理的制約、および所定期間毎の更新予算の制約をそれぞれ満足する条件で、配水管網に関する管路埋設コストおよびポンプの運転電力コストの和を最小化する最適化問題を数理計画のアルゴリズムに適用し、所定時期から将来に至る期間での、配水管網における各管路の更新時期と、各更新時期におけるポンプの吐出圧とを決定するものとする。
【００２７】
また、本発明の更新計画立案装置１００は、記憶装置１０１において、配水管網の配水対象地域に関する、現時点など所定時期から数十年後などの将来に至る計画期間中のいずれかの時期である中継時期の水需要量データを保持しているものとする。当該水需要量データは、更新計画立案装置１００が、記憶装置１０１で保持する適宜な人口推移データ１０２２（例：現時点、中継時期、および将来の各人口の値を含んでいる）に基づき算定したものとする。
【００２８】
この場合、更新計画立案装置１００は、記憶装置１０１の水需要量データが示す中継時期および将来の各水需要に応えつつ、所定の水理的制約と、中継時期までに更新された管路は以降の計画期間中では更新が禁じられる制約と、中継時期までに更新された管路の口径が計画期間の最終時期たる将来での口径と一致することを定める制約と、を満足する条件で、配水管網に関するコストを最小化する最適化問題を、数理計画のアルゴリズムに適用し、当該配水管網における中継時期および将来の各管路の口径と、各管路の中継時期までの更新要否を少なくとも含む更新内容を決定する機能を備えている。この機能は計画多段立案機能１０１４が含む機能である。
【００２９】
またこの計画多段立案機能１０１４は、上述の所定時期の配水管網から中継時期の配水管網、および中継時期の配水管網から将来の配水管網、にそれぞれ更新を行う状況に関し、水理的制約および所定期間毎の更新予算の制約と、中継時期までに更新される管路の更新時期を中継時期以前に制限する制約とをそれぞれ満足する条件で、配水管網に関するコストを最小化する最適化問題を数理計画のアルゴリズムに適用し、所定時期から中継時期を経て将来に至る期間での、配水管網における少なくとも各管路の更新時期を決定する機能を備えている。
【００３０】
また、第１実施形態の更新計画立案装置１００は、記憶装置１０１において、立案処理により過去に立案した、配水管網における少なくとも各管路の更新時期を含む更新計画を格納した計算結果データ１０２４と、配水管網の各管路の更新実績を格納した更新実績データ１０２５とを更に保持している。
【００３１】
この場合の更新計画立案装置１００は、水理的制約を満足する条件で、配水管網に関するコストと、過去に立案した更新計画と当該装置が今次立案する更新計画との間での各管路の口径差異に応じた所定値との和を最小化する最適化問題を数理計画のアルゴリズムに適用し、配水管網における将来の各管路の口径を含む更新内容を再決定する機能を備えている。この機能は、計画再立案機能１０１５が含む機能である。
【００３２】
上述の計画再立案機能１０１５は、水理的制約および所定期間毎の更新予算の制約をそれぞれ満足する条件で、配水管網に関するコストと、過去に立案した更新計画と更新内容を再決定した更新計画との間での、更新時期における各管路の口径差異に応じた所定値との和を最小化する最適化問題を数理計画のアルゴリズムに適用し、所定時期から将来に至る期間での、配水管網における各管路の更新時期を再決定する機能を備えている。
【００３３】
また、第１実施形態における上述の計画多段立案機能１０１４または計画再立案機能１０１５は、上述の水需要量データが示す中継時期および将来の各水需要に応えつつ、所定の水理的制約と、中継時期までに更新された管路は以降の計画期間中では更新が禁じられる制約と、中継時期までに更新された管路の口径が計画期間の最終時期たる将来での口径と一致することを定める制約と、を満足する条件で、配水管網に関するコストと、過去に立案した更新計画と当該装置が今次立案する更新計画との間での各管路の口径差異に応じた所定値との和を最小化する最適化問題を数理計画のアルゴリズムに適用し、当該配水管網における中継時期および将来の各管路の口径と、各管路の中継時期までの更新要否を少なくとも含む更新内容を再決定する機能を更に備えている。
【００３４】
この場合、上述の計画多段立案機能１０１４または計画再立案機能１０１５は、上述の所定時期の配水管網から中継時期の配水管網、および中継時期の配水管網から将来の配水管網、にそれぞれ更新を行う状況に関し、水理的制約および所定期間毎の更新予算の制約と、中継時期までに更新される管路の更新時期を中継時期以前に制限する制約とをそれぞれ満足する条件で、配水管網に関するコストと、過去に立案した更新計画と更新内容を再決定した更新計画との間での、更新時期における各管路の口径差異に応じた所定値との和を最小化する最適化問題を数理計画のアルゴリズムに適用し、所定時期から中継時期を経て将来に至る期間での、配水管網における少なくとも各管路の更新時期を再決定する機能を更に備えている。
【００３５】
また、第１実施形態の更新計画立案装置１００は、記憶装置１０１で保持する管網データ１０２１が示す配水管網と、口径決定機能１０１２、更新計画立案機能１０１３、計画多段立案機能１０１４、および計画再立案機能１０１５の各処理結果に応じた更新時期および将来の配水管網と、の少なくともいずれかの表示データを生成し、出力装置１０６に出力する機能を備えている。
−−−データ例−−−
【００３６】
次に、第１実施形態の更新計画立案装置１００が記憶装置１０１で保持する各データの構造例について説明する。記憶装置１０１が格納しているデータ群１０２０のうち、管網データ１０２１は、配水管網を計算機上で処理可能なようモデル化したデータである。こうした管網データ１０２１は、例えば管網モデルを構成する頂点と辺に関するデータから構成される。より具体的には、図２に例示する頂点属性テーブル１０２１１、および図３に例示する辺属性テーブル１０２１２から構成される。
【００３７】
このうち頂点属性テーブル１０２１１は、管網モデルを構成する要素たる頂点の詳細情報を格納したテーブルである。ここで頂点とは、配水管網における供給源または管路接続点または需要点などが該当する。
【００３８】
図２に例示した頂点属性テーブル１０２１１は、頂点の固有ＩＤをキーとして、当該頂点の種類、標高、Ｘ座標およびＹ座標、種類が需要点である場合の水需要量、および当該頂点が存在する地域（例：町や区といった地図上の単位）、といった各値を対応付けたレコードの集合体となっている。
【００３９】
例えば頂点属性テーブル１０２１１における、２行目と３行目のレコードは、それぞれ「種類」が「供給源」または「管路接続点」である、ＩＤ「ｗ１」および「ｊ１」の各頂点に関する情報を保持している。この情報は、頂点「ｗ１」と「ｊ１」の「標高」および「Ｘ座標」および「Ｙ座標」の各値が含まれる。しかし両頂点は水需要が存在しないため、「需要量」の値を持っていない。
【００４０】
一方、頂点属性テーブル１０２１１における４行目のレコードは、種類「需要家」に関する頂点「ｃ１」の情報を保持している。このレコードは、他の頂点と同様に「標高」および「Ｘ座標」および「Ｙ座標」の各値を保持する。このレコードが示す頂点「ｃ１」は、「種類」が「需要家」で需要点に関するものであり、水需要が存在する。そのため「需要量」欄に、値を含んでいる。この値は、例えば現在の配水管網におけるピーク時間帯の水需要量の値を想定できる。
【００４１】
なお、図２で例示する当該頂点属性テーブル１０２１１では、需要量欄を１つだけ持つ構成としているが、列を増やして１単位時間毎の時系列データを格納する構成としてもよい。ここで１単位時間とは、例えば秒、分、時間、日などが該当する。
【００４２】
図３は第１実施形態における管網データ１０２１の辺属性テーブル１０２１２の例を示す図である。この辺属性テーブル１０２１２は、上述の管網モデルを構成す辺に関するデータを格納したテーブルに該当する。管網モデルにおける辺とは、例えば管路やポンプが該当する。
【００４３】
当該辺属性テーブル１０２１２は、辺の固有ＩＤをキーとして、当該辺の種類、口径、長さ、始点、終点、および管路抵抗と、ポンプの定格吐出圧および定格流量と、辺の開閉状態と、辺をなす管路またはポンプの耐用年数および供用年数の各値を対応付けたレコードの集合体となっている。
【００４４】
例えば辺属性テーブル１０２１２における、２行目のレコードは、「種類」が「管路」である、ＩＤ「ｐ１」の辺に関する情報を保持している。この情報は、辺「ｐ１」の口径「３００」、長さ「５３０」、始点「ｊ１」および終点「ｃ４」、管路抵抗「１１０」、開閉「開」、耐用年数「６０」、供用年数「２５」の各値を含んでいる。
【００４５】
一方、辺属性テーブル１０２１２における３行目のレコードは、種類「ポンプ」に関する辺「ｐｍｐ１」の情報を保持している。この情報は、辺「ｐｍｐ１」の口径「３００」、始点「ｗ１」および終点「ｊ１」、吐出圧「４０」、流量「６００」、開閉「開」、耐用年数「１５」、供用年数「１０」の各値を含んでいる。ここで、吐出圧および流量は、例えば定格での値である。
【００４６】
当該辺属性テーブル１０２１２は、上述の頂点属性テーブル１０２１１と同様に、適宜な項目に関して列を増やして追加情報を保持する構成としてもよい。例えば、辺が「ポンプ」である場合に対応して、回転数や吐出圧の時系列の制御パターンなどを追加するとしてもよい。
【００４７】
なお、上述の頂点属性テーブル１０２１１および辺属性テーブル１０２１２は、説明の都合上、一つのテーブルに各データを保持する構成とした。しかしながら、種類毎に異なるテーブルにデータを保持するよう入力データのテーブルを構成してもよい。また第１実施形態では管網モデルをテーブルとして表現したが、各値を格納したリストなど異なるデータ構造で保持するとしてもよい。
【００４８】
図４は第１実施形態の人口推移データ１０２２における人口推移データテーブル１０２２１の構成例を示す図である。この人口推移データテーブル１０２２１は、配水管網を保有している自治体における過去から将来にわたっての人口予測値を格納したテーブルである。
【００４９】
図４で例示する人口推移データテーブル１０２２１は、自治体を一意に示す地域ＩＤをキーに、初年度から各年度ごと（例：５年ごと）の人口値（予測値）を対応付けたレコードの集合体となっている。なお、当該人口推移データテーブル１０２２１の最終レコードでは、上述の地域ＩＤ欄において値として「総和」を設定し、各年度の人口値の欄には、各年度の自治体ごとの人口値の集計値が設定されている。
【００５０】
図５は第１実施形態における計算条件データ１０２３の構成例を示す図である。より具体的には、計算条件データテーブル１０２３１のデータ構成例を示している。計算条件データ１０２３は、口径決定機能１０１２、更新計画立案機能１０１３、計画多段立案機能１０１４、および計画再立案機能１０１５のいずれかが各々の処理を実行する際に利用する制約などの数値情報である。
【００５１】
図５で例示する計算条件データテーブル１０２３１は、上述の計算条件データ１０２３の構成例となる。こうした計算条件データテーブル１０２３１は、例えば計算条件の種類の値をキーに、当該計算条件の名称、上限値、下限値、および値の各定義を対応付けたレコードの集合体となっている。図５の計算条件データテーブル１０２３１が保持するレコードのうち、例えば種類が「制約」のレコードでは、「水圧」と「流速」と「予算」に関して、上下限値を格納している。また種類が「定数」のレコードでは、「中継時期」の値を格納している。また種類が「集合」のレコードでは、計画立案部１０１１が計算モデルを構築する際に利用する集合等を記録している。
【００５２】
図６は第１実施形態における計算結果データ１０２４の構成例を示す図である。計算結果データ１０２４は、計画立案部１０１１の演算結果に対応したデータである。図６では、より具体的に計算結果データテーブル１０２４１を示している。当該計算結果データテーブル１０２４１は、「管路」や「ポンプ」等の管網データ１０２１の構成要素の「種別」およびその「ＩＤ」をキーに、計算で得られた管路更新に関する情報たる「更新年」、および「値」の各値を対応付けたレコードの集合体となっている。図６で例示する計算結果データテーブル１０２４１のレコードのうち、例えば２行目のレコードでは、ＩＤが「ｐ１」である「管路」が、「５」年目に「口径５０ｍｍ」の管路で更新される更新計画を計算済みであることを示している。
【００５３】
−−−フロー例１（メインフロー）−−−
【００５４】
以下、第１実施形態における更新計画立案方法の実際手順について図に基づき説明する。以下で説明する更新計画立案方法に対応する各種動作は、更新計画立案装置１００がメモリ等に読み出して実行するプログラムによって実現される。そして、このプログラムは、以下に説明される各種の動作を行うためのコードから構成されている。
【００５５】
図７は、第１実施形態の更新計画立案方法におけるフロー例１を示す図であり、具体的にはメインフローを示している。ここでは、第１実施形態における更新計画立案装置１００が実行する口径決定機能１０１２および更新計画立案機能１０１３の処理について説明する。
【００５６】
このフローにおいて、更新計画立案装置１００のデータ受信部１０１６は、管網データ１０２１、人口推移データ１０２２、および計算条件データ１０２３を、記憶装置１０１のデータ群１０２０から受信する（７００２）。この受信は、例えばユーザによる入力装置１０５での指示を受けて、記憶装置１０１のデータ群１０２０から該当データの読み出しが実行されことに応じてなされるものとする。
【００５７】
次に計画立案部１０１１の口径決定機能１０１２が、上述のステップ７００２でデータ受信部１０１６が受信した管網データ１０２１、人口推移データ１０２２、および計算条件データ１０２３に基づき、各管路の最適な口径を計算する（７００３）。この時、計画立案部１０１１は、口径決定機能１０１２による計算結果である、管路と当該管路の口径の各情報を含んだ更新後口径データを、例えばテーブル形式で内部メモリ（メモリ１０３にて保持する適宜な記憶領域。以下同様）に保存するものとする。
【００５８】
次に計画立案部１０１１の更新計画立案機能１０１３が、上述の管網データ１０２１、人口推移データ１０２２、計算条件データ１０２３、および更新後口径データを用いて、コスト最小で所定の制約条件を満たす管路の更新計画を立案する（７００４）。更新計画立案機能１０１３は、当該ステップ７００４の終了に応じ、その立案結果を例えば計算結果データテーブル１０２４１の形式でデータ出力部１０１７に出力する。
【００５９】
一方、データ出力部１０１７は、更新計画立案機能１０１３から得た立案結果を、記憶装置１０１の計算結果データ１０２４に格納する。また、データ出力部１０１７は、上述の立案結果を出力装置１０６に送信して画面表示させ（７００５）、当該フローを終了する。
【００６０】
−−−フロー例２（口径決定機能の処理）−−−
【００６１】
図８は第１実施形態の更新計画立案方法におけるフロー例２を示す図であり、具体的には、計画立案部１０１１が口径決定機能１０１２を起動した際の処理フローチャートであり、前述のフロー例１におけるステップ７００３の詳細を示すものとなる。但し、説明の簡便化のため各処理は計画立案部１０１１が実行するとして記載する。
【００６２】
この場合、計画立案部１０１１は、データ受信部１０１６を介して得ている管網データ１０２１に基づいて、メモリ１０３上に管網モデルＰＮを構築する（８００２）。ここで管網モデルＰＮは、一般的なグラフ理論におけるグラフＧ＝（Ｖ，Ｅ）の形式で表現される。この場合のＶは頂点を表し、計画立案部１０１１が読込んだ頂点属性テーブル１０２１１から構成する。各頂点は、各頂点が保有する属性として頂点属性テーブル１０２１１に記載する各列の値を保持する。一方でＥは辺を表し、同様に計画立案部１０１１が読込んだ辺属性テーブル１０２１２から構成する。各辺は、辺が保有する属性として辺属性テーブル１０２１１に記載する各列の値を保持する。
【００６３】
続いて計画立案部１０１１は、データ受信部１０１６を介して得ている人口推移データ１０２２たる人口推移データテーブル１０２２１の、第１列と第２列および右端の列の各人口値から、初年度と最終年度の各地域の水需要量の変化量を算出する（８００３）。例えば、「地域１」の行に関して変化量を計算する場合、計画立案部１０１１は、右端の列の値（最も遠い将来の人口予測値）を、更新計画の初年度における人口を示す第２列の値「１０，０００」で除算することで計算する。本実施形態において、この変化量を需要係数と称する。
【００６４】
こうして需要係数を算定した計画立案部１０１１は、各地域ａとその需要係数ｄａとの対となる情報を、例えばテーブル形式で内部メモリ保存する。本実施形態において、このテーブルを需要係数テーブルと称する。また計画立案部１０１１は、上述のステップ８００２で構築済みの管網モデルＰＮにおける各需要点の需要量を決定する。これは、各頂点ｖの地域ａｖを参照し、需要係数テーブルから参照できる需要係数ｄａを、需要量ｄｖにかけた値を求めることとなる。ここで地域ａｖおよび需要量ｄｖは、ある頂点ｖが保持する属性における地域および需要量である。
【００６５】
次に計画立案部１０１１は、最適化計算のための計算モデルを構築する（８００４）。この計算モデルは、各管路の更新後の口径を表す決定変数と、最終年度でのポンプの吐出圧を表す決定変数と、水理条件の制約を示す複数の制約式と、目的関数とから成る。
【００６６】
この場合、計画立案部１０１１は、上述の管網モデルＰＮが保持する各管路に対応した決定変数を作成し、メモリ１０３へ保存する。ここで各管路とは、計画立案部１０１１がデータ受信部１０１６を介して得ている辺属性テーブル１０２１２にＩＤが存在し、かつその種類が管路である全ての辺である。また、決定変数は、整数値を取る変数Ｄｐ  ∈  Ｄの形式で計画立案部１０１１が保存する。ここでｐ  ∈  Ｐは、管網が保持する管路ＩＤである。なおＰは全ての管路のＩＤから成る集合、Ｄは、上述の計算条件データテーブル１０２３１において予め読込んでいる口径集合の値である。ｄの値が０より大きい整数であればその値と等しい口径を示し、０であれば管路を除去することを示す。
【００６７】
さらに計画立案部１０１１は、上述の管網が保持する各ポンプに対応する決定変数を作成し、メモリ１０３へ保存する。同様に各ポンプとは、辺属性テーブル１０２１２にＩＤが存在しかつ種類がポンプである全ての辺である。
【００６８】
上述の決定変数は実数値を取る変数Ｈｐｍの形式で計画立案部１０１１が保存する。ここでｐｍ  ∈  ＰＭは管網モデルＰＮが保持するポンプＩＤである。なお、ＰＭは全てのポンプＩＤから成る集合である。
【００６９】
さらに計画立案部１０１１は、水を安定供給するための制約として、水圧および流速の上下限値を表す制約式を定義し、メモリ１０３へ保存する。このうち水圧の制約式は下記の式１、流速の制約式は式２の形式でそれぞれ表現される。
2017045222.tif 000003
−−−（式１）
【００７０】
ここでＰｕｂは計画立案部１０１１が読込んだ計算条件データテーブル１０２３１において、種類が制約かつ名称が水圧の行における上限値である。同様にＰｌｂは下限値である。またＰｖは頂点ｖにおける水圧である。
2017045222.tif 000004
−−−（式２）
【００７１】
ここでＶｕｂは計画立案部１０１１が読込んだテーブル１０２３１において、種類が制約かつ名称が流速の行における上限値である。同様にＶｌｂは下限値である。またＶｐは管路ｐにおける流速である。
【００７２】
水圧および流速の計算は、例えば既知の技術である管網計算を計画立案部１０１１が実行することで対応する。なお、管網計算においては、後述する最適化処理における解の探索過程で暫定的に得られた決定変数の値を元に、計画立案部１０１１が各管路の口径とポンプ吐出圧を設定した管網モデルを作成し、このモデルを対象に管網計算を行うものとする。例えばある管路ｐに対応する決定変数Ｄｐの値が５０であれば、計画立案部１０１１は、管路ｐの口径を暫定的に５０ｍｍに設定した管網モデルＰＮ’をメモリ１０３へ作成し、この管網モデルＰＮ’を対象に管網計算を行う。
【００７３】
さらに計画立案部１０１１は、目的関数を示す式を設定する。第１実施形態においては、目的関数の計算式は計画立案部１０１１の内部メモリに予め格納されているものとする。ただし計算条件データテーブル１０２３１が保持しており、計画立案部１０１１がこれを読込んで用いるとしてもよい。こうした目的関数は、下記の式３の形式となる。
2017045222.tif 000005
−−−（式３）
【００７４】
ここでＣＣｐ，ｄは管路ｐを口径ｄの管路で更新する場合の管路および埋設コストであり、詳細には式４で示すものとなる。
2017045222.tif 000006
−−−（式４）
【００７５】
ここでＬｐは管路ｐの長さであり、ｕ（Ｄｐ）は決定変数Ｄｐにより定まる管路ｐの口径ｄに応じた単位コストである。目的関数と同様に口径に応じた単位コストはメモリ１０３が予め保持しているとする。ただし計算条件データテーブル１０２３１が予め保持しておき、計画立案部１０１１がそれを読込んで利用するとしてもよい。
【００７６】
またＯＣｐｍはポンプｐｍの消費電力コストである。詳細には式５で示すものとなる。
2017045222.tif 000007
−−−（式５）
【００７７】
ここでＱｐｍはポンプｐｍの吐出流量、Ｈｐｍは決定変数により定まるポンプｐｍの吐出圧である。吐出流量は水圧または流速を計算した際と同様に、計画立案部１０１１が管網計算を実行することで算出できる。
【００７８】
計画立案部１０１１は、以上の計算モデルを対象にして、最適な口径とポンプ吐出圧を計算する（８００５）。なお最適化計算は、計画立案部１０１１が既存の最適化アルゴリズム（数理計画のアルゴリズム）である遺伝的アルゴリズムなどを用いて実行する。
【００７９】
最後に計画立案部１０１１は、計算結果である、各管路と計算後の当該管路の口径との対となる情報を、例えばテーブル形式で内部メモリ保存する（８００６）。この場合、例えば計算結果データテーブル１０２４１における、第１列「種別」、第２列「ＩＤ」、および第４列「値」から成るテーブル形式で保存する（更新年は未計算の状態）。ここで、このテーブルを更新後口径テーブルと称する。
【００８０】
図９にて第１実施形態における管網モデル例を示す。図９で示す管網９００１は、上述の計画立案部１０１１が構築した初期の管網モデルＰＮであり、一つの供給源と一つのポンプと複数の頂点および管路から構成されている。この管網モデルの要素のうち、例えば丸は需要点であり、線は管路を示す。一方、管網９００２は、口径決定機能１０１２によって得られた最適口径を反映した管網モデルＰＮ＊である。この管網モデルＰＮ＊を構成する要素において、例えば口径が小さくなった管に対応する辺は細い線で表示し、除去された管路は破線などで表示する。
【００８１】
以上の処理を計画立案部１０１１が実行することにより、コスト最小かつ水理条件の制約を満たす、将来の水需要の変動に合わせた最適な口径を決定することができる。数理計画のアルゴリズムによる最適化計算は人手を介することなく実行されるため、計画立案者の技量に依存した更新計画の良否の差が解消または従来より低減される。
【００８２】
−−−フロー例３（更新計画立案機能の処理）−−−
【００８３】
次に、更新計画立案機能１０１３の処理について、その詳細を説明する。図１０は第１実施形態の更新計画立案方法におけるフロー例３を示す図であり、具体的には、上述のフロー例１におけるステップ７００４の処理であって、計画期間内での各管路の更新年を決定するフローを示すものとなる。但し、上述のフロー例２と同様、説明の簡便化のため各処理は計画立案部１０１１が実行するものとして説明する。
【００８４】
このフローにおいて計画立案部１０１１は、各年度ｙにおける管網モデルＰＮｙを構築する（１０００２）。計画立案部１０１１は、口径決定機能１０１２の実行の際と同様に、管網モデルをグラフ形式で構築して内部メモリ保存する。ただし異なる点は、計画立案部１０１１が、計算条件データテーブル１０２３１から読み込んだ計画期間に含まれる各年度ｙに対応する管網モデルＰＮｙを作成することである。例えば計画期間の集合Ｙ＝｛５，１０，，，，，，６０｝と１２期間分ある場合、計画立案部１０１１は管網モデルを１２通り作成する。例えば５年時点での管網モデルをＰＮ５とする。
【００８５】
さらに計画立案部１０１１は、各年度における需要量を設定する。そのため計画立案部１０１１は、計画期間の集合Ｙが含む各年での需要係数を設定する（１０００３）。この処理は、口径決定機能のときと同様に実行される。すなわち計画立案部１０１１は、例えば或る地域ａを想定したとき、当該地域ａの或る年度ｙの需要係数を、年度ｙの人口を初年度の人口で除した値として計算する。
【００８６】
計画立案部１０１１は、各地域において需要係数を計算し、例えば地域と年度と需要係数の各値を対応付けたテーブル形式で内部メモリ保存する。このテーブルを年度毎需要係数テーブルと称する。
【００８７】
次に計画立案部１０１１は、計算モデルを構築する（１０００４）。この場合、計画立案部１０１１は、各年度ｙの管網モデルＰＮｙに対して、上述の需要係数に基づき需要量を設定する。例えば５年度での管網を示す管網モデルＰＮ５が保持する各需要点ｖの需要量ｄは、需要点ｖの地域が地域ａであるならば、上述の年度毎需要係数テーブルにおいて地域がａでありかつ年度が５である行の需要係数と需要量ｄの積として設定できる。
【００８８】
さらに計画立案部１０１１は、上述の各管網モデルＰＮｙおよび口径決定機能１０１２の計算結果である更新後口径テーブルを用いて、最適化計算用のモデルを設定する。
【００８９】
この場合、計画立案部１０１１は、まず各管路ｐの更新年度を表す整数型の決定変数Ｙｐ  ∈  Ｙを作成し、内部メモリ保存する。なおＹは計画立案部１０１１が読込んだ計算条件データテーブル１０２３１における計画期間の集合であり、計算条件データテーブル１０２３１の例ではＹ＝｛５，１０，，，，，，６０｝となる。
【００９０】
さらに計画立案部１０１１は、各年度ｙにおける各ポンプｐｍの吐出圧を示す実数型の決定変数Ｈｙ，ｐｍを作成し、内部メモリ保存する。
【００９１】
次に計画立案部１０１１は、最適化計算における制約式を作成し、メモリ１０３へ保存する。制約は例えば水圧の上下限値であり、式６に示すものとなる。
2017045222.tif 000008
−−−（式６）
【００９２】
ここでＰｕｂとＰｌｂは、それぞれ計画立案部１０１１が読込んだ計算条件データテーブル１０２３１を参照することで得られる水圧の上限値と下限値である。またＰｙｖは年度ｙ∈Ｙにおける管網モデルの頂点ｖの水圧である。
【００９３】
同様に計画立案部１０１１は、流速に関する制約式を作成し、メモリ１０３へ保存する。制約式は例えば式７に示すものとなる。
2017045222.tif 000009
−−−（式７）
【００９４】
ここでＶｕｂとＶｌｂは、それぞれ計画立案部１０１１が読込んだ計算条件データテーブル１０２３１を参照することで得られる流速の上限値と下限値である。またＶｙｐは年度ｙにおける管網モデルの管路ｐの流速である。
【００９５】
水圧および流速は、計画立案部１０１１が、既存技術である管網計算を各年度ｙの管網モデルに対して実行することで計算する。
【００９６】
なお、各年度ｙの管網モデルは次のようにして構築する。この場合、計画立案部１０１１は、後述の最適化処理（１０００５）において探索中の暫定解をメモリ１０３から取得する。この暫定解における管路ｐの更新時期を表す決定変数をＹ’ｐ、ポンプｐｍの吐出圧を表す決定変数をＨ’ｐｍとする。
【００９７】
さらに計画立案部１０１１は、内部メモリで保持している各年度ｙの管網モデルＰＮｙに対して、上述の暫定解の値を反映した管網モデルを作成する。すなわち、Ｙ’ｐの値がｙ以上である管網モデルＰＮｙについては各管路ｐの口径ｄを更新後の値で設定する。更新後の値は上述の更新後口径テーブルを参照することで得る。そうでない場合は変更を加えない。計画立案部１０１１は、管路の供用年数に従って管路抵抗を適宜に変化させる。なお管路抵抗の適宜な値とは、論文等記載されている既存技術を用いて計算するものとする。
【００９８】
一方、計画立案部１０１１は、各管網モデルＰＮｙのポンプｐｍの吐出圧を、年度ｙに対応する決定変数Ｈ’ｐｍの値で設定する。
【００９９】
さらに計画立案部１０１１は、管路の耐用年数を超えないように各管路ｐを更新していく。そのような制約は式８に示すものとなる。
2017045222.tif 000010
−−−（式８）
【０１００】
なおＥｐは辺属性テーブル１０２１２に記載されている、管路ｐの耐用年数である。またｐａは辺属性テーブル１０２１２に記載される、計画立案部１０１１がデータを受信した時点での管路ｐの供用年数である。更新年度はＹｐにより決定されるため、更新時点での供用年数が耐用年数を超えないよう制約式を記述している。
【０１０１】
さらに計画立案部１０１１は、各年度における予算の制約を表す制約式を式９の形式で記述する。
2017045222.tif 000011
−−−（式９）
【０１０２】
ここでＢｕｂとＢｌｂは、それぞれ計画立案部１０１１が読込んだ計算条件データテーブル１０２３１を参照することで得られる、各年度で使用可能な予算の上限値と下限値である。またＢｙは年度ｙにおける管路更新に費やす費用である。なお、或る年度ｙ∈Ｙでの管路更新費用Ｂｙは式１０に示すものとなる。
2017045222.tif 000012
−−−（式１０）
【０１０３】
なお、Ｌｐは管路ｐの長さ、ｄｐは年度ｙにおける管路ｐの口径、ｕ（ｄｐ）は口径に応じた単位コストである。Ｐｙは後述する最適化処理の解の探索過程において暫定的に得られている決定変数Ｙ’ｐについて、Ｙ’ｐ＝ｙである管路の集合である。
【０１０４】
次に、計画立案部１０１１は、最適化計算を実行する際の目的関数を設定し、これをメモリ１０３へ保存する。
【０１０５】
本実施形態の管路更新計画立案手法では、水需要量が変遷する複数年度を通してコストを低減しながら適正な口径で管網を更新することを主目的としている。したがって管路毎のライフサイクルとポンプの運転電力コストを考慮できるよう、計画期間全体でコスト最小となるような目的関数を定める必要がある。この目的関数は具体的には式１１の形式で記述できる。
2017045222.tif 000013
−−−（式１１）
【０１０６】
Ｙはテーブル１０２３１が保持する計画期間である。ここでＣＣｙｐは年度ｙにおける管路ｐの供用年数と割引率を考慮したコストであり、式１２のとおり記述する。
2017045222.tif 000014
−−−（式１２）
【０１０７】
ここでＩは割引率であり、メモリ１０３が予め保持しているか、計算条件データ１０２３が保持する定数を計画立案部１０１１が読込むことで設定する。また、ａｇｅは管路ｐの供用年数である。決定変数Ｙ’ｐの値がｙより大きい場合は、管路ｐが年度ｙで更新されていないことを意味する。したがって計画立案部１０１１は、辺属性テーブル１０２１２における管路ｐの供用年数とｙの値を加算した値を設定する。一方でＹ’ｐの値がｙ未満である場合は、年度ｙに至るまでに更新済みであることを示す。したがって計画立案部１０１１は、更新してからの供用年数となる（ｙ−Ｙ’ｐ）の値を設定する。
【０１０８】
管路ｐの長さＬｐおよび単位コストｕ（ｄｐ）は式４の説明と同様である。また、ＯＣｙｐｍはある年度ｙにおけるポンプの運転電力コストであり、式１３の通り記述する。
2017045222.tif 000015
−−−（式１３）
【０１０９】
ここでＱｙ，ｐｍは管網モデルＰＮｙにおける吐出量、Ｈｙ，ｐｍは決定変数の値が指す吐出圧である。  
【０１１０】
次に計画立案部１０１１は、上述で内部メモリ保存した計算モデルに従って最適化計算を実行する（１０００５）。この最適化計算は、例えば既存手法である遺伝的アルゴリズムを計画立案部１０１１が実行することで実行するものとする。
【０１１１】
最後に計画立案部１０１１は、ここまでで得た計算結果データ１０２４を、例えば更新計画はテーブル１０２４１の形でデータ出力部１０１７へ受け渡す。この計算結果データは例えば更新計画のテーブルと各年度の管網モデルＰＮｙから成る。
【０１１２】
各管路ｐについては、更新年の値は上述の最適化処理（１０００５）により決定したＹｐの値を、値には上述の最適化処理（８００５）で決定したＤｐの値を格納する。各ポンプｐｍについては、更新年には各年度ｙ∈Ｙを、値には上述の最適化処理（１０００５）で決定した吐出圧Ｈｙ，ｐｍの値を格納する。各年度ｙの管網モデルＰＮｙは、頂点属性テーブル１０２１１および辺属性テーブル１０２１２の形式で受け渡すこととなる。
【０１１３】
データ出力部１０１７は、計画立案部１０１１から受信した計算結果データを、記憶装置１０１に保存し、出力装置１０６で表示させる（１０００６）。以上の一連の処理を実行した後に、計画立案部１０１１は更新計画立案機能を終了する。
【０１１４】
図１１は、データ出力部１０１７が出力装置１０６で表示させた画面例を示す図である。図１１で示す表示画面１１００１は、例えば３つのサブ画面１１０１１、１１０２１、１１０３１を保持している。
【０１１５】
このうちサブ画面１１０１１は、更新計画立案前の初期の管網を示す画面である。このサブ画面１０１１は、更新計画立案装置１００による以下の処理により表示内容が生成される。すなわちまず、計画立案部１０１１が、初期の管網モデルの構成要素である頂点属性テーブル１０２１１および辺属性テーブル１０２１２を出力装置１０６に出力する。一方、出力装置１０６は、頂点属性テーブル１０２１１が保持する頂点のＸ座標およびＹ座標に従い所定記号をサブ画面１１０１１１の領域上にプロットする。この記号は例えばサブ画面１１０１１の左下に記載するような凡例に応じた描画オブジェクトとなる。さらに出力装置１０６は、辺属性テーブル１０２１２が保存する各辺の始点と終点を結ぶようにサブ画面１１０１１１の領域上に線を引く。出力装置１０６は、例えば口径に応じた太さの線で管路を、破線で除去された管をサブ画面１１０１１１の領域上に表示する。以上の処理により出力装置１０６がサブ画面１１０１１１上へ管網を表示するのである。
【０１１６】
また、サブ画面１１０２１は更新計画立案機能１０１３により作成された各年度の管網を表示する画面であり、上述のように保存した各年度ｙの管網モデルＰＮｙを表示するために使用する画面となる。上述同様に計画立案部１０１１は、各管網モデルＰＮｙの頂点属性テーブル１０２１１および辺属性テーブル１０２１２を出力装置１０６へ送信し、出力装置１０６が受信したデータに基づき表示を実行する。
【０１１７】
なおサブ画面１１０２１には、例えば一つの年度の管網を表示する。表示する年度は矢印型のボタン１６３２１を入力装置を介してユーザが選択することで選択できる。出力装置１０６は、ユーザによって選択された年度ｙの管網モデルＰＮｙについて、サブ画面１１０１１と同様の手順でサブ画面１１０２１上に表示させる。
【０１１８】
また出力装置１０６は、計画立案部１０１１が予め実行していた管網計算の結果に基づき、制約として定めた水圧の上下限値に違反する頂点数などをサブ画面１１０２１にて表示する。これは出力装置１０６がサブ画面１１０２１の中で示すテーブル１１２２１のような形式で表示する。もちろん、制約違反に限らず各年度での管路埋設コスト等やその他の情報を表示してもよい。
【０１１９】
また、サブ画面１１０３１は、最終年度における管網を表示する画面であり、上述同様に、出力装置１０６が頂点属性テーブル１０２１１および辺属性テーブル１０２１２を参照して表示を行う画面である。なお出力装置１０６は、サブ画面１１１３１に計画期間内での各コストの総和を表示する。例えば出力装置１０６は上述の計画期間における管路に関するコストおよびポンプの運転電力コストを棒グラフ１１２３１の形式で表示する。もちろんグラフではなくテーブル形式で表示するとしてもよい。
−−−第２実施形態−−−
【０１２０】
第２実施形態においては、計画立案部１０１１が計画多段立案機能１０１４を含む構成である場合について説明する。第２実施形態での更新計画立案装置１００の全体フローは図７で例示したフローと類似する。すなわち、更新計画立案装置１００が、入力データを受信し、次に計画多段立案機能１０１４を用いて計画期間における各年度の管路の口径およびポンプ吐出圧を計算し、最後に立案計画を記憶装置１０１のデータ群１０２０および出力装置１０６へ出力するフローとなる。
【０１２１】
第１実施形態の構成と異なる点は、第１実施形態では口径を計算する際に最終年度の管網のみを考慮していたのに対し、第２実施形態では、中継点となる年度（中継時期）と最終年度の両年度の管網モデルを考慮することにある。一般には、人口推移や水需要の期間変化には不確実性がある。そのため、最終年度の管網のみを考慮して口径を設定すると、計画期間中のいずれかのタイミングでは、実際の水需要量等の条件と乖離した更新内容となってしまう可能性もある。そのため例えば５年目や１０年目などの中継時期を考慮することで、上述の乖離を抑える効果が期待できる。
【０１２２】
−−−フロー例１（計画多段立案機能の処理における口径の設定）−−−
【０１２３】
図１２は第２実施形態の更新計画立案方法におけるフロー例１を示す図であり、具体的には、計画多段立案機能１０１４による処理フローを示す図である。ここで、以降の説明での便宜上、中継時期をｙ’、最終年度をｙ’’とする。また、各処理は計画立案部１０１１が実行するものとして記載する。
【０１２４】
まず計画立案部１０１１は、各年度ｙの管網モデルＰＮｙを構築する（１２００２）。この処理は、上述の図１０のフローにおけるステップ１０００２と同一であるため詳細説明は省略する。ただし第２実施形態での本処理において必要となる管網モデルは、中継時期ｙ’の管網モデルＰＮｙ’と最終年度ｙ’’の管網モデルＰＮｙ’’のみである。したがってその他の年度の管網モデルは作成不要である。
【０１２５】
次に計画立案部１０１１は、中継時期ｙ’および最終年度ｙ’’での需要係数を設定する（１２００３）。中継時期は、計画立案部１０１１が、上述の計算条件データテーブル１０２３１から該当する行の値を読込むことで設定する。図５で示した計算条件データテーブル１０２３１の例では、名称が「中継時期」の行について、「値」が５と設定されている。これは計画立案部１０１１が計画多段立案機能１０１４を実行して口径を設定する際に、５年度時点の管網モデルを中継点として作成することを意味する。
【０１２６】
次に計画立案部１０１１は、人口推移データ１０２２の人口推移データテーブル１０２２１を参照し、上述の図１０のフローにおけるステップ１０００３と同様の処理を行い、需要係数を計算する（１２００３）。ただし第２実施形態における当該処理では、計画立案部１０１１が中継時期および最終年度での需要係数のみを計算する。
【０１２７】
計画立案部１０１１は、以上の処理で得た計算結果を、図１０のフローでの処理と同様に、地域と年度と需要係数の各値を対応付けたテーブル形式で内部メモリ保存する。このテーブルを年度毎需要係数テーブルと称する。
【０１２８】
次に計画立案部１０１１は、最適化計算のための計算モデルを作成してメモリ１０３へ保存する（１２００４）。この場合、計画立案部１０１１は、年度ｙにおける各管路ｐの口径を表す決定変数Ｄｐ，ｙを作成する。ここでｙは中継時期または最終年度のいずれかである。計算条件データテーブル１０２３１の例に従う場合、ｙ＝５またはｙ＝６０となる。また年度の集合を集合Ｙ＝｛５，６０｝とする。
【０１２９】
また、決定変数Ｄｐ，ｙは値として口径の集合Ｄの要素を取る。ここでＤは計画立案部１０１１が読込んだ計算条件データテーブル１０２３１に含まれる口径集合と等しい。
【０１３０】
また計画立案部１０１１は、管路ｐが年度ｙに更新されたか否かを決定する変数Ｘｐ，ｙを作成する。ここでｙは上記集合Ｙの要素であり、Ｘｐ，ｙの取りうる値は０または１である。Ｘｐ，ｙ＝１ならば年度ｙで管路ｐを更新し、Ｘｐ，ｙ＝０ならば年度ｙでは更新しないことを意味する。
【０１３１】
また計画立案部１０１１は、各年度ｙにおける各ポンプｐｍの吐出圧を示す決定変数Ｈｙ，ｐｍを作成し、内部メモリ保存する。このＨｙ，ｐｍは、上述の図１０のフローにおけるステップ１０００４で用いたものと同様である。
【０１３２】
次に計画立案部１０１１は、種々の制約式を作成してメモリ１０３へ保存する。このうち水理条件の制約としては水圧および流速がある。計画立案部１０１１は、上述の図１０のフローにおけるステップ１０００４で実行したのと同様にして水圧および流速に関する制約式を作成する。式の形状や定義域も上述同様である。
【０１３３】
同様に予算についても制約を設けるが、当該第２実施形態におけるステップ１２００４では、中継時期での予算のみを考慮する。すなわち予算の制約式は、式１４の通りとなる。
2017045222.tif 000016
−−−（式１４）
【０１３４】
なおｙ’は中継時期の値であり、Ｂｙ’は中継時期ｙ’における更新にかかる費用である。その他の説明は、式９と同一であるため割愛する。
【０１３５】
ところで第２実施形態において、計画立案部１０１１は中継時期と最終年度の両方の管網モデルでの口径を設定する。そのため、中継時期で更新されたはずの管路が最終年度でも再度更新されるなど、両者の間に不整合があってはならない。そのため、計画立案部１０１１は、後述の最適化処理において不整合の発生を防ぐための制約式を作成しメモリ１０３へ保存する。
【０１３６】
中継時期ｙ’までに更新する場合、計画立案部１０１１は他の年度での更新を防ぐ制約を設ける。一方でｙ’で更新しなかった場合は、年度ｙ’から最終年度ｙ’’の間で更新しなければならない。さらに、いずれの管路も中継時期ｙ’または最終年度ｙ’’の間に少なくとも一回は更新する。計画立案部１０１１は、そのような制約式として式１５を作成しメモリ１０３へ保存する。
2017045222.tif 000017
−−−（式１５）
【０１３７】
加えて、計画立案部１０１１は、中継時期ｙ’までに更新した管路は残りの年度の中で更新しないよう制約を定める。この制約は、管網モデルＰＮｙ’における或る管路ｐｙ’と、管網モデルＰＮｙ’’における同一ＩＤを持つ管路ｐｙ’’に対して、式１６の通り記述できる。
2017045222.tif 000018
−−−（式１６）
【０１３８】
なおＭは十分大きな正数である。すなわち、中継時期ｙ’までに更新されなければ（ｘｐｙ’、ｙ’＝０であるなら）左辺が十分大きくなるため、右辺が示す各年度での口径は自由に設定できる。一方で中継時期ｙ’までに更新されるならば左辺が０となるため、右辺の決定変数は一致しなければならない。
【０１３９】
次に計画立案部１０１１は、目的関数を設定するが、最終年度の管網モデルを作るための管路埋設コストおよびポンプの運転電力コストで計算する。したがって式３と同一のものを用いるとし、詳細な説明は割愛する。
【０１４０】
以上の通り計画立案部１０１１は計算モデルを構築し、最適化計算によって最適な口径とポンプ吐出圧を導出する（１２００５）。なお、最適化計算は遺伝的アルゴリズムなどの既存技術を計画立案部１０１１が実行することで行う。
【０１４１】
最後に計画立案部１０１１は、上述までの処理で定めた中継時期および最終年度での各管路ｐの口径を、記憶装置１０１の計算結果データテーブル１０２４１、または出力装置１０６、或いは内部メモリ出力し（１２００６）、当該フローを終了する。この場合の出力形式は、各管路ｐについて、管路ＩＤと更新年度と更新後の口径の各値を対応付けたテーブル形式を想定出来る。このテーブルは更新後口径一覧テーブルと称する。
【０１４２】
−−−フロー例２（計画多段立案機能の処理における管路更新計画の立案）−−−
【０１４３】
図１３は第２実施形態の更新計画立案方法におけるフロー例２を示す図であり、具体的には、計画立案部１０１１が管路更新計画を立案するための処理フローである。上述した図１０のフローと同様の構成であるが、ステップ１３００４については異なっている。
【０１４４】
すなわち計画立案部１０１１が計算モデル構築のために処理１３００４を実行するとき、管路ｐの更新年度を示す決定変数としてＹｐ  ∈  Ｙを作成する。
【０１４５】
しかしながら、上述の図１２のフローにおけるステップ１２００６により、計画立案部１０１１は中継時期ｙ’までに更新される各管路ｐの口径を計算してメモリ１０３へ保持している。そのため計画立案部１０１１は、中継時期ｙ’までに更新される各管路ｐ’に対応する決定変数Ｙｐ’の値をステップ１２００６で決定した値以下としなければならない。そのような制約式を計画立案部１０１１が式１７の通り作成し、メモリ１０３へ保存する。
2017045222.tif 000019
−−−（式１７）
【０１４６】
ここでｐ’は中継時期ｙ’までに更新される管路であり、計画立案部１０１１が、上述の更新後口径一覧テーブルから更新年度がｙ’である全ての管路を抽出することで得られる。その他の処理は上述の第１実施形態にで示したものと同様である。
−−−第３実施形態−−−
【０１４７】
第３実施形態は、上述の第１実施形態または第２実施形態で作成した更新計画に従って管路更新を行っている期間中に、計画当初から例えば５年後等の定期的なタイミングで計画を見直す際や、大規模な商業施設が建設されるなどのイベント発生を起点として起動する処理について示すものである。
【０１４８】
一般に人口の予測や管路更新の実績が当初の計画と完全に一致することは稀であり、計画当初から数年経過した時点で、計画との乖離が発生することがほとんどである。そこで第３実施形態における更新計画立案装置１００は、更新実績を考慮しながら、当初計画から大きく乖離しないよう計画を再立案する。
【０１４９】
この第３実施形態におけるデータ群１０２０では、第１および第２の各実施形態と異なる構成となっているデータもある。例えば管網データ１０２１は、当該第３実施形態における計画立案部１０１１が起動した時点での現況管網を表す頂点属性テーブル１０２１１および辺属性テーブル１０２１２を保持している。これらテーブルのデータ項目については第１実施形態と同様である。
【０１５０】
また人口推移データ１０２２は、当該第３実施形態における計画立案部１０１１が起動した時点での最新の将来予測を格納した、人口推移データテーブル１０２２１を含む。なお、計算条件データ１０２３については第１実施形態と同様である。また、計算結果データ１０２４は、当該第３実施形態における計画立案部１０１１が起動するより以前に、第１実施形態または第２実施形態に記載する動作に基づいて算出した更新計画を格納している。内容については計算結果データテーブル１０２４１と同様である。
【０１５１】
なお、第３実施形態にて新たに定義する更新実績データ１０２５は、以下の構成を備えている。更新実績データ１０２５は、実際の管路更新業務の中で更新した管路、および更新計画を立てていたが更新しなかった管路、の各情報を含むデータである。具体的には、この更新実績データ１０２５は、図１４に示す更新実績データテーブル１０２５１として保持される。
【０１５２】
当該更新実績データテーブル１０２５１は、各管路を一意に示す管路ＩＤをキーに、当該管路の更新予定と更新有無の各値を対応付けたレコードの集合体となっている。例えば、各管路のＩＤ毎に、当該第３実施形態における計画立案部１０１１が動作を開始した時点（例えば最初の計画立案から５年後等）で更新予定であった管路、更新実績の有無を保持している。
【０１５３】
この更新実績データテーブル１０２５１において、「更新予定」の列の値が１であれば、その行に記載された管路ＩＤを持つ管路は、当該第３実施形態における計画立案部１０１１の動作開始までに更新予定であることを示す。他方、「更新予定」の列の値が０であれば、更新予定がなかったことを示す。同様に「更新有無」の列の値が１であれば、その行に記載された管路ＩＤを持つ管路が実際に更新されたことを示す。他方、０であれば更新されなかったことを示す。
【０１５４】
当該第３実施形態における計画立案部１０１１は、口径決定機能１０１２および更新計画立案機能１０１３に加えて、計画再立案機能１０１５を備えている。以降、図１５に示すフローを用いて第３実施形態における更新計画立案装置１００の動作、すなわち計画再立案機能１０１５の動作について説明する。
【０１５５】
−−−フロー例（計画再立案機能の動作）−−−
【０１５６】
図１５は第３実施形態の更新計画立案方法におけるフロー例を示す図である。なお、ここでも説明の簡便化のため計画再立案機能の処理は計画立案部１０１１が実行するものとして記載する。また、第３実施形態においては初回の計画立案時から５年経過した時点で、計画立案部１０１１が本機能を実行したと仮定する。また計画期間は６０年分（初回の計画立案時から６５年後と等しい）と仮定する。
【０１５７】
計画立案部１０１１は、データ受信部１０１６を介して記憶装置１０１のデータ群１０２０から入力データを受信し、内部メモリ保存する（１５００２）。ここで入力データとは、上述の管網データ１０２１、人口推移データ１０２２、計算条件データ１０２３、計算結果データ１０２４、および計算更新実績データ１０２５である。
【０１５８】
次に計画立案部１０１１は、辺属性テーブル１０２１２が保持する各管路ｐについて、次の６０年後時点での口径を決定する（１５００３）。また、計画立案部１０１１は、各管路を更新する年度を決定する（１５００４）。
【０１５９】
最後に計画立案部１０１１は、出力装置１０６の画面上で計算結果を表示させる（１５００５）。なお、上述のステップ１５００５の内容は、上述の図７で示したフローにおけるステップ７００５と同一である。
【０１６０】
ここで上述のフローにおける各ステップのうち、ステップ１５００３（更新後口径の計算）について更に説明する。なお、ステップ１５００３の内容は計算モデル構築の処理を除き、図８に示したフローと同一の動作をする。したがって、ここでは相違点である計算モデル構築の処理について示す。
【０１６１】
この場合、計画立案部１０１１は、計算結果データ１０２４から前回の計画立案時の最終年度（例えば６０年目）の管網モデルＰＮ６０を内部メモリ読込む。また計画立案部１０１１は、次の６０年後（初回計画立案時から６５年後に等しい）の管網モデルＰＮ６５における管路口径を決定するための決定変数Ｄｐ  ∈  Ｄを作成する。なおＤは計算条件データテーブル１０２３１が保持する口径集合である。
【０１６２】
さらに計画立案部１０１１は、新たに立案する管路更新計画が既存の計画から乖離しないよう計算モデルに指標を追加する。この指標は、口径の変化量を表す重みとして表現する。すなわち計画立案部１０１１は、管網モデルＰＮ６０における或る管路ｐと、管網モデルＰＮ６５における同一管路ＩＤを持つ管路ｐ’について式１８のように計算する。
2017045222.tif 000020
−−−（式１８）
【０１６３】
なおｄ（ｐ）は管網モデルＰＮ６０における管路ｐの口径であり、Ｄｐ’は最適化計算において計算される、管路ｐ’の口径を示す決定変数の値である。またｃ１は適当な正の実数である。ｃ１の値は、計算条件データテーブル１０２３１にユーザ等が適宜に入力、設定しているか、或いは内部メモリ予め保持しているものとする。
【０１６４】
上述のように重みｗ１を定義したとき、計画立案部１０１１は、管路埋設コストおよびポンプの運転電力コストに重みｗ１を加算することで目的関数を作成する。なお両コストは上述の式３で示したものと同一である。
【０１６５】
その他の決定変数、制約式については、図８のフローにおけるステップ８００５と同様である。以上が、図１５のフローにおける図８のフローとの差分である。
【０１６６】
次に計画立案部１０１１が実行する、各管路の更新年度決定の処理（１５００４）の詳細について説明する。なお、当該処理（１５００４）の内容は、計算モデル構築の処理を除き図１０で例示したフローと同一の動作をする。したがって、ここでは相違点である計算モデル構築について示すものとする。
【０１６７】
計画立案部１０１１は、計画再立案機能１０１５の実行により、既存の管路更新計画の遅延を考慮しながら、新たな管路更新計画を立案することとなる。この場合、計画立案部１０１１は、更新が遅延している管路は優先して更新する一方で、更新済み管路は優先度を下げるよう設定しながら将来の管路更新計画を立案する。
【０１６８】
そのような動作は、計画立案部１０１１が制約式を作成し追加することにより実現する。当該処理の前処理として、計画立案部１０１１は、記憶装置１０１から更新実績データ１０１２５（更新実績データテーブル１０２５１）を読み込み、当該更新実績データ１０２５に基づいて、更新が遅延している管路を特定する。この動作は、計画立案部１０１１が更新実績データテーブル１０２５１において、更新予定の値が「１」であり、かつ更新有無の値が「０」である管路ＩＤを持つ管路ｐ’を収集することで実行する。
【０１６９】
ここで、更新実績データテーブル１０２５１の更新有無の値により、更新が遅延していると特定した全ての管路ｐ’からなる集合をＰ’とする。このとき、管路の更新年度を表す決定変数Ｙｐ  ∈  Ｙを考える。なお、Ｙは計画期間の集合である。
【０１７０】
計画立案部１０１１は、上述のように更新が遅延している各管路ｐ’を早期に更新するために、以下の式１９に示す制約式を作成しメモリ１０３へ追加する。
2017045222.tif 000021
−−−（式１９）
【０１７１】
なお、ｍｉｎ（Ｙ）は計画期間の中で最も小さい値を取る年度である。すなわち新規に管路更新計画を立案するにあたり、更新が遅延している管路ｐ’は最初の年度で必ず更新されることを意味する。
【０１７２】
一方で、更新済みである管路をｐ’’とし、全ての更新済み管路の集合をＰ’’とする。このような管路は更新を遅らせるために、計画立案部１０１１は式２０のような制約式を作成しメモリ１０３へ追加する。
2017045222.tif 000022
−−−（式２０）
【０１７３】
なおｍａｘ（Ｙ）は計画期間の中で最大値を取る年度である。またＴは適当な実数である。上述の制約式の意味するところは、計画期間全体をＴ等分し、更新済みの管路ｐ’’がその期間だけ過ぎてから更新されることを定める。
【０１７４】
さらに、上述のステップ１５００３に関する説明で述べたのと同様に、計画立案部１０１１は、ステップ１５００４に際しても計画の差分により計算される重みを計算する。
【０１７５】
ここで計画立案部１０１１は、計算結果データ１０２４の計算結果データテーブル１０２４１が保持する、前回作成分の管路更新計画を読込む。この管路更新計画をＰ６０とする。また管路更新計画Ｐ６０における各管路ｐの更新年度をｙ６０（ｐ）とする。
【０１７６】
このとき計画立案部１０１１は、新規に作成する管路更新計画と上述の管路更新計画Ｐ６０との差分に基づく重みを式２１の通り計算する。
2017045222.tif 000023
−−−（式２１）
【０１７７】
なおｃ２は適宜な定数であり、計画立案部１０１１の内部メモリで予め保持しているか、或いは計算条件テーブル１０２３１を介して取得する値である。
【０１７８】
上記の式２１は各管路ｐが、従来計画していた年度からずれて更新されるほど大きくなる。計画立案部１０１１はこの重みｗ２を、管路埋設コスト（ライフサイクルコスト）に加算し、目的関数を設定する。なお管路埋設コスト（ライフサイクルコスト）は式１０と同様に計算される。その他の決定変数、制約式については処理８００５のときと同様であるため割愛する。以上が、当該第３実施形態における図１５のフローと、図１０に示したフローとの差分である。
−−−第４実施形態−−−
【０１７９】
例えば、現時点から将来のある時期に至る計画期間中において、特定の時期（中継時期）を境に、人口推移や水需要量の変遷傾向が変化するといった状況において、当初の管路更新計画と、配水管網における実際の更新実績との乖離が生じている場合、それを小さくする方向であらためて更新内容と更新時期の決定、すなわち再立案を行うと好適である。つまり、計画立案部１０１１が、中継時期を踏まえた計画立案を可能とする計画多段立案機能１０１４と、更新実績に基づいて計画との乖離を低減することを可能にする計画再立案機能１０１５を合わせて動作せせる構成に対応する。
【０１８０】
こうした当該第４実施形態は、基本的なフローとしては、第３実施形態と同様、ユーザが過去に立案した管路更新計画を見直す際の更新計画立案装置１００の動作を示すものとなる。第３実施形態との相違点は、計画立案部１０１１が計画再立案機能１０１５に加えて、計画多段立案機能１０１４を含むことである。
【０１８１】
上述したように、計画再立案機能１０１５の動作は第３実施形態の説明で用いた図１５のフローと基本的に同一である。その相違点は、当該フローにおけるステップ１５００３（更新後の口径算出）およびステップ１５００４（更新年度の算出）の一部である。当該第４実施形態におけるステップ１５００３は、上述した第２実施形態に関する図１２のフローと構築する計算モデルを除いて同一となる。
【０１８２】
当該第４実施形態で構築する計算モデルは、水需要量データが示す中継時期および最終年度の各水需要に対応した水理的制約と、中継時期までに更新された管路は以降の計画期間中では更新が禁じられる制約と、中継時期までに更新された管路の口径が計画期間の最終年度での口径と一致することを定める制約と、にそれぞれ対応した制約式で構成されたものである。
【０１８３】
計画立案部１０１１は、こうした計算モデルに関して、管網埋設コストと、既存の管路更新計画と当該装置が今次立案する管路更新計画との間での各管路の口径差異に応じた重みｗ１との和を最小化する最適化問題を、数理計画のアルゴリズムに適用する。このことで、当該管網における中継時期および最終年度の各管路の口径と、各管路の中継時期までの更新要否を再決定する。
【０１８４】
なお、当該第４実施形態で算出する重みｗ１は、第３実施形態で説明したものと同様の計算式および計算方法で計画立案部１０１１が計算することとなる。
【０１８５】
また、当該第４実施形態に関して実行する、図１５のフローにおけるステップ１５００４（更新年度の算出）は、上述の図１３のフローと構築する計算モデルを除いて同一である。当該第４実施形態で構築する計算モデルは、例えば初年度の管網から中継時期の管網、および中継時期の管網から最終年度の管網、にそれぞれ更新を行う状況に関し、上述の水理的制約および各年度毎の更新予算の制約（上限、下限）と、中継時期までに更新される管路の更新時期を中継時期以前に制限する制約と、にそれぞれ対応した制約式で構成されたものである。
【０１８６】
計画立案部１０１１は、こうした計算モデルに関して、管路埋設コストと、既存の管路更新計画と、上述のように更新内容を再決定した管路更新計画との間での、更新時期における各管路の口径差異に応じた重みｗ２との和を最小化する最適化問題を、数理計画のアルゴリズムに適用し、例えば初年度から中継時期を経て最終年度に至る期間での、管網における少なくとも各管路の更新時期を再決定する。
【０１８７】
なお、当該第４実施形態で算出する重みｗ２は、第３実施形態で述べたものと同様の計算式および計算方法で計画立案部１０１１が計算することとなる。
【０１８８】
以上、本発明を実施するための最良の形態などについて具体的に説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。
【０１８９】
こうした本実施形態によれば、各種コストおよび水理条件の制約を踏まえつつ、水需要の変動に合わせた管路更新計画の立案支援が可能となる。
【０１９０】
本明細書の記載により、少なくとも次のことが明らかにされる。すなわち、本実施形態の更新計画立案装置において、前記演算装置は、前記更新内容決定処理において、前記最適化問題を前記数理計画のアルゴリズムに適用し、当該配水管網における将来の各管路の口径と各ポンプの吐出圧とを含む更新内容を決定し、前記立案処理において、前記最適化問題を前記数理計画のアルゴリズムに適用し、前記所定時期から前記将来に至る期間での、前記配水管網における各管路の更新時期と、前記各更新時期におけるポンプの吐出圧とを決定するものである、としてもよい。
【０１９１】
これによれば、配水管網における更新内容として、管路の口径のみならずポンプの吐出圧についても決定出来る。
【０１９２】
また本実施形態の更新計画立案装置において、前記記憶装置は、前記配水管網の配水対象地域に関する将来の人口推移データを更に保持しており、前記演算装置は、前記人口推移データが示す前記将来の人口値を所定値で除算して、当該配水管網の配水対象地域に関する将来の水需要を示す水需要量データを算出し、記憶装置に格納する処理を更に実行するものである、としてもよい。
【０１９３】
これによれば、水需要量のデータが存在せず、人口推移のデータは存在する状況等に対応して、将来人口に基づく水需要量データを算出し、当該更新計画立案装置における処理に利用することができる。
【０１９４】
また本実施形態の更新計画立案装置において、前記演算装置は、前記更新内容決定処理において、前記配水管網における水圧または流速の少なくともいずれかの上下限値に応じた前記水理的制約を満足する条件で、配水管網に関する管路埋設コストおよびポンプの運転電力コストの和を最小化する前記最適化問題を、所定の数理計画のアルゴリズムに適用し、当該配水管網における将来の各管路の口径と各ポンプの吐出圧とを含む更新内容を決定し、前記立案処理において、前記配水管網における水圧または流速の少なくともいずれかの上下限値に応じた前記水理的制約、および所定期間毎の更新予算の制約をそれぞれ満足する条件で、配水管網に関する管路埋設コストおよびポンプの運転電力コストの和を最小化する前記最適化問題を前記数理計画のアルゴリズムに適用し、前記所定時期から前記将来に至る期間での、前記配水管網における各管路の更新時期と、前記各更新時期におけるポンプの吐出圧とを決定するものである、としてもよい。
【０１９５】
これによれば、配水管網における実情に応じた水理的制約とコストに基づき、各管路の口径と各ポンプの吐出圧とを含む更新内容、更新時期をより精度良く求めることが可能となる。
【０１９６】
また本実施形態の更新計画立案装置において、前記記憶装置は、前記配水管網の配水対象地域に関する、前記所定時期から前記将来に至る計画期間中のいずれかの時期である中継時期の水需要を示す水需要量データを更に保持し、前記演算装置は、前記水需要量データが示す前記中継時期および前記将来の各水需要に応えつつ、所定の水理的制約と、前記中継時期までに更新された管路は以降の計画期間中では更新が禁じられる制約と、前記中継時期までに更新された管路の口径が前記計画期間の最終時期たる将来での口径と一致することを定める制約と、を満足する条件で、配水管網に関するコストを最小化する最適化問題を、前記数理計画のアルゴリズムに適用し、当該配水管網における前記中継時期および前記将来の各管路の口径と、各管路の前記中継時期までの更新要否を少なくとも含む更新内容を決定し、前記所定時期の配水管網から前記中継時期の配水管網、および前記中継時期の配水管網から前記将来の配水管網、にそれぞれ更新を行う状況に関し、前記水理的制約および所定期間毎の更新予算の制約と、中継時期までに更新される管路の更新時期を中継時期以前に制限する制約とをそれぞれ満足する条件で、配水管網に関するコストを最小化する最適化問題を、前記数理計画のアルゴリズムに適用し、前記所定時期から前記中継時期を経て前記将来に至る期間での、前記配水管網における少なくとも各管路の更新時期を決定する、多段立案処理を更に実行するものであるとしてもよい。
【０１９７】
これによれば、例えば、現時点から将来のある時期に至る計画期間中において、特定の時期（中継時期）を境に、人口推移や水需要量の変遷傾向が変化するといった状況に的確に対応し、管路口径等の更新内容、更新時期をより精度良く決定することが出来る。
【０１９８】
また本実施形態の更新計画立案装置において、前記記憶装置は、前記立案処理により過去に立案した、前記配水管網における少なくとも各管路の更新時期を含む更新計画を格納した計算結果データと、前記配水管網の各管路の更新実績を格納した更新実績データとを更に保持しており、前記演算装置は、前記更新内容決定処理において、前記水理的制約を満足する条件で、配水管網に関する前記コストと、前記過去に立案した更新計画と当該装置が今次立案する更新計画との間での各管路の口径差異に応じた所定値との和を最小化する前記最適化問題を、前記数理計画のアルゴリズムに適用し、前記配水管網における将来の各管路の口径を含む更新内容を再決定し、前記立案処理において、前記水理的制約および所定期間毎の更新予算の制約をそれぞれ満足する条件で、前記配水管網に関するコストと、前記過去に立案した更新計画と前記更新内容を再決定した前記更新計画との間での、更新時期における各管路の口径差異に応じた所定値との和を最小化する前記最適化問題を、前記数理計画のアルゴリズムに適用し、前記所定時期から前記将来に至る期間での、前記配水管網における各管路の更新時期を再決定するものである、としてもよい。
【０１９９】
これによれば、更新計画と、配水管網における実際の更新実績との乖離が生じている場合、それを小さくする方向であらためて更新内容と更新時期の決定を行うことが可能となる。
【０２００】
また本実施形態の更新計画立案装置において、前記記憶装置は、前記立案処理により過去に立案した、前記配水管網における少なくとも各管路の更新時期を含む更新計画を格納した計算結果データと、前記配水管網の各管路の更新実績を格納した更新実績データと、前記配水管網の配水対象地域に関する、前記所定時期から前記将来に至る計画期間中のいずれかの時期である中継時期の水需要を示す水需要量データと、を更に保持しており、前記演算装置は、前記多段立案処理において、前記水需要量データが示す前記中継時期および前記将来の各水需要に応えつつ、所定の水理的制約と、前記中継時期までに更新された管路は以降の計画期間中では更新が禁じられる制約と、前記中継時期までに更新された管路の口径が前記計画期間の最終時期たる将来での口径と一致することを定める制約と、を満足する条件で、配水管網に関するコストと、前記過去に立案した更新計画と当該装置が今次立案する更新計画との間での各管路の口径差異に応じた所定値との和を最小化する最適化問題を、前記数理計画のアルゴリズムに適用し、当該配水管網における前記中継時期および前記将来の各管路の口径と、各管路の前記中継時期までの更新要否を少なくとも含む更新内容を再決定し、前記所定時期の配水管網から前記中継時期の配水管網、および前記中継時期の配水管網から前記将来の配水管網、にそれぞれ更新を行う状況に関し、前記水理的制約および所定期間毎の更新予算の制約と、中継時期までに更新される管路の更新時期を中継時期以前に制限する制約とをそれぞれ満足する条件で、配水管網に関するコストと、前記過去に立案した更新計画と前記更新内容を再決定した前記更新計画との間での、更新時期における各管路の口径差異に応じた所定値との和を最小化する最適化問題を、所定の数理計画のアルゴリズムに適用し、前記所定時期から前記中継時期を経て前記将来に至る期間での、前記配水管網における少なくとも各管路の更新時期を再決定するものである、としてもよい。
【０２０１】
これによれば、例えば、現時点から将来のある時期に至る計画期間中において、特定の時期（中継時期）を境に、人口推移や水需要量の変遷傾向が変化するといった状況において、更新計画と、配水管網における実際の更新実績との乖離が生じている場合、それを小さくする方向であらためて更新内容と更新時期の決定を行うことが可能となる。
【０２０２】
また本実施形態の更新計画立案装置において、前記演算装置は、前記記憶装置で保持する管網データが示す配水管網と、前記更新内容決定処理および前記立案処理の各処理結果に応じた前記更新時期および前記将来の配水管網と、の少なくともいずれかの表示データを生成し、所定の表示装置に出力する処理を更に実行するものである、としてもよい。
【０２０３】
これによれば、更新計画立案の担当者など所定のユーザが、更新計画立案の結果を視覚的に認識し、立案の前後の変化、相違等も効率的に特定することが可能となる。
【０２０４】
本実施形態の更新計画立案方法において、前記情報処理装置が、前記更新内容決定処理において、前記最適化問題を前記数理計画のアルゴリズムに適用し、当該配水管網における将来の各管路の口径と各ポンプの吐出圧とを含む更新内容を決定し、前記立案処理において、前記最適化問題を前記数理計画のアルゴリズムに適用し、前記所定時期から前記将来に至る期間での、前記配水管網における各管路の更新時期と、前記各更新時期におけるポンプの吐出圧とを決定する、としてもよい。
【０２０５】
本実施形態の更新計画立案方法において、前記情報処理装置が、前記記憶装置において、前記配水管網の配水対象地域に関する将来の人口推移データを更に保持し、前記人口推移データが示す前記将来の人口値を所定値で除算して、当該配水管網の配水対象地域に関する将来の水需要を示す水需要量データを算出し、記憶装置に格納する処理を更に実行する、としてもよい。
【０２０６】
本実施形態の更新計画立案方法は、情報処理装置が、前記更新内容決定処理において、前記配水管網における水圧または流速の少なくともいずれかの上下限値に応じた前記水理的制約を満足する条件で、配水管網に関する管路埋設コストおよびポンプの運転電力コストの和を最小化する前記最適化問題を、所定の数理計画のアルゴリズムに適用し、当該配水管網における将来の各管路の口径と各ポンプの吐出圧とを含む更新内容を決定し、前記立案処理において、前記配水管網における水圧または流速の少なくともいずれかの上下限値に応じた前記水理的制約、および所定期間毎の更新予算の制約をそれぞれ満足する条件で、配水管網に関する管路埋設コストおよびポンプの運転電力コストの和を最小化する前記最適化問題を前記数理計画のアルゴリズムに適用し、前記所定時期から前記将来に至る期間での、前記配水管網における各管路の更新時期と、前記各更新時期におけるポンプの吐出圧とを決定する、としてもよい。
【０２０７】
本実施形態の更新計画立案方法において、前記情報処理装置が、前記記憶装置において、前記配水管網の配水対象地域に関する、前記所定時期から前記将来に至る計画期間中のいずれかの時期である中継時期の水需要を示す水需要量データを更に保持し、前記水需要量データが示す前記中継時期および前記将来の各水需要に応えつつ、所定の水理的制約と、前記中継時期までに更新された管路は以降の計画期間中では更新が禁じられる制約と、前記中継時期までに更新された管路の口径が前記計画期間の最終時期たる将来での口径と一致することを定める制約と、を満足する条件で、配水管網に関するコストを最小化する最適化問題を、前記数理計画のアルゴリズムに適用し、当該配水管網における前記中継時期および前記将来の各管路の口径と、各管路の前記中継時期までの更新要否を少なくとも含む更新内容を決定し、前記所定時期の配水管網から前記中継時期の配水管網、および前記中継時期の配水管網から前記将来の配水管網、にそれぞれ更新を行う状況に関し、前記水理的制約および所定期間毎の更新予算の制約と、中継時期までに更新される管路の更新時期を中継時期以前に制限する制約とをそれぞれ満足する条件で、配水管網に関するコストを最小化する最適化問題を、前記数理計画のアルゴリズムに適用し、前記所定時期から前記中継時期を経て前記将来に至る期間での、前記配水管網における少なくとも各管路の更新時期を決定する、多段立案処理を更に実行する、としてもよい。
【０２０８】
本実施形態の更新計画立案方法において、前記情報処理装置が、前記記憶装置において、前記立案処理により過去に立案した、前記配水管網における少なくとも各管路の更新時期を含む更新計画を格納した計算結果データと、前記配水管網の各管路の更新実績を格納した更新実績データとを更に保持し、前記更新内容決定処理において、前記水理的制約を満足する条件で、配水管網に関する前記コストと、前記過去に立案した更新計画と当該装置が今次立案する更新計画との間での各管路の口径差異に応じた所定値との和を最小化する前記最適化問題を、前記数理計画のアルゴリズムに適用し、前記配水管網における将来の各管路の口径を含む更新内容を再決定し、前記立案処理において、前記水理的制約および所定期間毎の更新予算の制約をそれぞれ満足する条件で、前記配水管網に関するコストと、前記過去に立案した更新計画と前記更新内容を再決定した前記更新計画との間での、更新時期における各管路の口径差異に応じた所定値との和を最小化する前記最適化問題を、前記数理計画のアルゴリズムに適用し、前記所定時期から前記将来に至る期間での、前記配水管網における各管路の更新時期を再決定する、としてもよい。
【０２０９】
本実施形態の更新計画立案方法において、前記情報処理装置が、前記記憶装置において、前記立案処理により過去に立案した、前記配水管網における少なくとも各管路の更新時期を含む更新計画を格納した計算結果データと、前記配水管網の各管路の更新実績を格納した更新実績データと、前記配水管網の配水対象地域に関する、前記所定時期から前記将来に至る計画期間中のいずれかの時期である中継時期の水需要を示す水需要量データと、を更に保持し、前記多段立案処理において、前記水需要量データが示す前記中継時期および前記将来の各水需要に応えつつ、所定の水理的制約と、前記中継時期までに更新された管路は以降の計画期間中では更新が禁じられる制約と、前記中継時期までに更新された管路の口径が前記計画期間の最終時期たる将来での口径と一致することを定める制約と、を満足する条件で、配水管網に関するコストと、前記過去に立案した更新計画と当該装置が今次立案する更新計画との間での各管路の口径差異に応じた所定値との和を最小化する最適化問題を、前記数理計画のアルゴリズムに適用し、当該配水管網における前記中継時期および前記将来の各管路の口径と、各管路の前記中継時期までの更新要否を少なくとも含む更新内容を再決定し、前記所定時期の配水管網から前記中継時期の配水管網、および前記中継時期の配水管網から前記将来の配水管網、にそれぞれ更新を行う状況に関し、前記水理的制約および所定期間毎の更新予算の制約と、中継時期までに更新される管路の更新時期を中継時期以前に制限する制約とをそれぞれ満足する条件で、配水管網に関するコストと、前記過去に立案した更新計画と前記更新内容を再決定した前記更新計画との間での、更新時期における各管路の口径差異に応じた所定値との和を最小化する最適化問題を、所定の数理計画のアルゴリズムに適用し、前記所定時期から前記中継時期を経て前記将来に至る期間での、前記配水管網における少なくとも各管路の更新時期を再決定する、としてもよい。
【０２１０】
本実施形態の更新計画立案方法において、前記情報処理装置が、前記記憶装置で保持する管網データが示す配水管網と、前記更新内容決定処理および前記立案処理の各処理結果に応じた前記更新時期および前記将来の配水管網と、の少なくともいずれかの表示データを生成し、所定の表示装置に出力する処理を更に実行する、としてもよい。
【符号の説明】
【０２１１】
１００  更新計画立案装置
１０１  記憶装置
１０２  プログラム
１０３  メモリ
１０４  演算装置
１０５  入力装置
１０６  出力装置
１０１１  計画立案部
１０１２  口径決定機能
１０１３  更新計画立案機能
１０１４  計画多段立案機能
１０１５  計画再立案機能
１０１６  データ受信部
１０１７  データ出力部
１０２０  データ群
１０２１  管網データ
１０２１１  頂点属性テーブル
１０２１２  辺属性テーブル
１０２２  人口推移データ
１０２２１  人口推移データテーブル
１０２３  計算条件データ
１０２３１  計算条件データテーブル
１０２４  計算結果データ
１０２４１  計算結果データテーブル
１０２５  更新実績データ
１０２５１  更新実績データテーブル
【図１】
2017045222.tif 000024
【図２】
2017045222.tif 000025
【図３】
2017045222.tif 000026
【図４】
2017045222.tif 000027
【図５】
2017045222.tif 000028
【図６】
2017045222.tif 000029
【図７】
2017045222.tif 000030
【図８】
2017045222.tif 000031
【図９】
2017045222.tif 000032
【図１０】
2017045222.tif 000033
【図１１】
2017045222.tif 000034
【図１２】
2017045222.tif 000035
【図１３】
2017045222.tif 000036
【図１４】
2017045222.tif 000037
【図１５】
2017045222.tif 000038