漏水検知システムの開発

おくだひさしい が ら し とおる

なかでゆうやお お た けいすけ

奥田尚史1・五十嵐 徹 1・中出裕也1・太田圭亮1
1（株）ニュージェック大阪本社（〒531-0074 大阪市北区本庄東二丁目 3 番 20 号）

現在、配水管の老朽化による漏水が発生しており、収益低下、事故発生リスクが増大している。また、漏水箇所の特定は人海戦術となるため、時間を要するほか、コスト高、技術者の減少も課題となっている。
そこで弊社は、配水管網に圧力計および伝送装置を設置することにより、水圧データをリアルタイムに取得し、面的な水圧分布を描き、通常時と異常時の水圧分布の変化量で漏水箇所を絞り込む仕組みを開発し、特許を取得した内容を報告する。
Key Words：漏水検知，状態監視，遠隔監視，特許

１．技術開発の目的

配管音監視では、漏水時に発生する特有の振動の検知を行っている。センサは特に施工なしで設置が可能であ

水道管の老朽化による漏水等事故発生件数の増加に対し、全国の自治体職員数は減少し、十分な点検が難しくなるが、センサの検知できる範囲が限定的であるため、ブロック内を網羅するには複数台設置する必要がある。

る状況下で、今後の維持管理は、TBM（定期保全）から CBM（劣化傾向の管理による点検時期を最適化した保全）へ３．弊社の漏水監視、漏水検知手法の移行が必要となる。
一方、現状の水道管の点検は、現地による音聴調査が主

弊社の漏水監視、漏水検知手法は圧力計を設置し、得た体であり、非効率的である。上記の維持管理課題を踏まえ圧力データから面的な解析（独自のアルゴリズムの結果ると、現地へ行かずに漏水の発生箇所を検知できるシスをコンター図で表現など）を行う方法である。

テムの需要は高いと考えられる。

圧力計は不断水で設置（サドル分水栓の設置、既存消火栓の使用）が可能であり、機器自体も安価で、流量計に比２．現在の漏水監視、検知手法

べ設置のハードルが低い。
上記のメリットがある圧力計ではあるが、圧力計を用

現在、主な漏水監視や検知の手法としては2種類ある。

いて管網の状態を監視している自治体は少なく、監視し・配水ブロックの最上流部に流量計を設けての遠隔監ていたとしても管網の入り口の 1 箇所のみなど測定点は視（流量監視）
・配管の音（振動）を監視（配管音監視）少ない。そのため、圧力データを等圧線、コンター図等で表現するシステムは水道業界にはなかった。

流量監視では、深夜帯における流量の変化から配水ブ

また、取得したデータは、伝送装置からインターネットロック単位での漏水の検知を行っている。配水ブロックを経由して事務所のサーバーやクラウドサーバへ転送さ内でも広範囲のため漏水箇所の特定は人海戦術となってれ、机上でデータ確認が行える。

いる。流量計を増やせば絞り込み範囲を縮小できる一方、漏水検知の手法としては、通常時と漏水発生時を比較

流量計はコストが高く、また不断水施工での設置となりした水圧分布の変化量を面的に表現し、単位法線ベクト設置数の増加は難しい。

ル変化量を用いた独自の評価方法（特許取得）で漏水を判定する。
４．漏水検知のアルゴリズム（評価方法）
漏水検知システムの漏水検知フロー図を図 1 に示す。
漏水検知のフローとしては主に下記のステップで行われる。
Step1:動水位の算出
Step2:動水位分布の算出

図 2 静水圧と静水位、動水圧と動水位のイメージ

Step3:動水位分布面の単位法線ベクトル変化量の算出
Step4:単位法線ベクトル変化量の可視化（コンター図）(2)動水位分布の算出
動水位分布は算出された動水位から、基準データと比較データ（例：通常時データと漏水時データ）を用いてそれぞれ作成する。作成の際は各センサ位置を線形補間して、メッシュ作成と三角形分割を行う（図 3）。
メッシュ作成三角形分割

圧力センサ設置位置
図 3 三角形の作成イメージ(3)単位法線ベクトル変化量の算出
作成した動水位分布（三角形分割）から面に対して垂直な単位法線ベクトルを算出し、通常時（非漏水時）と異常時（漏水時）の法線ベクトルの差を算出する。
算出方法のイメージを図 4 に、算出に必要なパラメー
タを図 5 に示す。
通常時単位法線ベクトルを n、異常時単位法線ベクトル
図 1 漏水検知フロー図を n’としたとき、単位法線ベクトル差（変化量）は、|n−n’|（両ベクトルの差の大きさ）であらわされる。また、(1)動水位の算出
静水圧と静水位、動水圧と動水位のイメージを図 2 に示す。

法線ベクトル変化量を変化量の最大値で割ったものを「漏水強度」と定義する。
単位法線ベクトルの算出方法は次頁のとおりである。

配水管内に、かかる圧力には静水圧（流れが無い時）と動水圧（流れがある時）がある。静水圧と動水圧では、標高（位置エネルギー）によって水圧にバラつきが生じる。
この標高差による水圧変化を無くすために標高を加味した動水位（位置エネルギー+動水圧）を算出する。なお、動水圧でも漏水検知は可能であるが、高低差による水圧変化が含まれるため検知精度が劣ることが考えられる。

図 4 単位法線ベクトル差（変化量）のイメージ

漏水想定箇所を可視化する事ができる。
（図 6）

図 5 単位法線ベクトル差(変化量)算出に必要なパラメータ同一平面内にあって平行でない 2 つのベクトルの外積が法線ベクトルになる。

bとすると、a、、b は次のように求められる。

図 6 漏水想定箇所の抽出例

a＝（xb−xa，yb−ya，zb−za）
b＝（xc−xa，yc−ya，zc−za）
よって、x、y、z各軸方向の単位ベクトルをそれぞれex、ey、ez とすると、法線ベクトル c は、
c＝a×b＝

exeyez

５．漏水検知アルゴリズムの確認(1)シミュレーション
管網計算ソフトで仮想管網を作成し、アルゴリズムで漏水箇所の特定が可能か確認を行った。

xb−xa yb−ya zb−za

条件は下記の通りである。

xc−xa yc−ya zc−za

・配管口径は 75A＝｛（yb−ya）（zc−za）−（yc−ya）（zb−za）｝ex

・流入箇所は節点 3 番 動水位は 15m＋｛（zb−za）（xc−xa）−（xb−xa）（zc−za）｝ey

・漏水箇所は節点 27 番 漏水量は 2L/s＋｛
（yc−ya）（xb−xa）−（yb−ya）（xc−xa）｝ez

結果（図 7）から法線ベクトル変化量での漏水箇所の抽出は可能であることが確認された。

よって、法線ベクトル c を c＝（c1,c2,c3）として、成分表示すると、
c1＝（yb−ya）（zc−za）−（yc−ya）（zb−za）
c2＝（zb−za）（xc−xa）−（xb−xa）（zc−za）
c3＝（yc−ya）（xb−xa）−（yb−ya）（xc−xa）
従って、通常時単位法線ベクトル n は、n＝c／|c|となる。
（|c|：法線ベクトル c の大きさ）
なお、|c|＝√［｛(yb−ya）(zc−za）−（yc−ya）（zb−za）｝2＋｛（zb−za）（xc−xa）−（xb−xa）（zc−za）｝2＋｛（yc−ya）（xb−xa）−（yb−ya）（xc−xa）｝2］
また、異常時単位法線ベクトル n’も通常時と同様の手法で求められる。
(4)単位法線ベクトル変化量の可視化算出した漏水強度をコンター図として可視化する事で図 7 法線ベクトル変化量を用いた漏水箇所抽出結果

(2)模型実験（実証実験）
某所に管網計算で作成した管網を再現し、模型実験（図 8）を行った。
実測値と同じ条件で計算を行いほぼ同じコンター図の作成が行えることを確認した。
（図 9）ルの変化量を用いた漏水検知手法が有効であると判断できる。①-1 と①-2 の差分である②動水位の変化量であっても、漏水箇所の抽出は可能であるが、これはシミュレーションの条件で始点（＝配水池）の水位を同じとしたためである。実際は配水池の水位が変化すると管網内の動水位も変化するため、動水位の時間変化に着目しても漏水箇所を判別することは困難と考える。

図 8 某所実証実験状況

図 10 某自治体解析結果

６．まとめ
今回開発した弊社の漏水検知システムは、独自のアル
図 9 実測値と計算値の漏水強度結果比較

ゴリズムで漏水箇所の抽出が可能であることが分かった。
本システムにより、従来の配水ブロック単位ではなく、(3)実管網の管網計算配水ブロック内で漏水箇所を絞り込めるため、現地調査

某自治体を事例として、4 種類のデータを用いてコンタの負担が軽減され、漏水調査コストも大幅に削減できる。

ー図を作成した（図 10）。①-2 の様に漏水時の動水位だ

今後は、ブロック内に設置する圧力計と伝送装置の最けでは漏水箇所が特定できない。③のコンター図では漏適な数の検討や導入効果を見極めるための実証実験を検水箇所付近の変化が顕著に表れており、単位法線ベクト討していく。