JP7249872B2 - Pipe network analysis method, pipe network analysis program - Google Patents
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Description
本発明は、管網解析方法及び管網解析プログラムに関するものである。 The present invention relates to a pipe network analysis method and a pipe network analysis program.
都市部に付設されている水道管やガス管などの流体輸送管は、所定面積の地域内で、複数の接続点で網状に管路を結んだ管網(pipe network)を形成している。管網内では、輸送流体の需要変動によって流量や圧力といった管網状態が変化しており、また、配管施設の更新や拡張、或いは流体の漏洩や工事等に伴う管路の遮断などといった、施設状況の変化によっても、管網状態は変化する。 Fluid transport pipes such as water pipes and gas pipes installed in urban areas form a pipe network in which pipes are connected in a network at a plurality of connection points within a predetermined area. Within the pipe network, the state of the pipe network, such as flow rate and pressure, changes due to fluctuations in the demand for the transport fluid. The state of the pipe network also changes according to changes in the situation.
管網状態は、特定の地域毎に流体供給事業者(自治体やガス供給事業者など)によって管理されている。輸送流体を需要先に安定供給するためには、管網状態の把握を定期的に行うことが必要であり、また、大規模漏洩の発生などの緊急時には、漏洩発生等による管網状態の変化を速やかに把握することが必要になる。 The state of the pipe network is managed by fluid suppliers (local governments, gas suppliers, etc.) for each specific area. In order to ensure a stable supply of transport fluid to the end of demand, it is necessary to periodically monitor the state of the pipe network. need to be understood quickly.
管網状態の把握は、コンピュータ・シミュレーションによる管網解析によって行われている。管網解析は、上水道を例にすると、配水池や流出点、ポンプ、減圧弁、管路接続点を抽象化した節点(ノード)と、これらを繋ぐ管路から、管網モデルを作成し、データベース化されている施設情報などの管網データと現在の池の水位や管路の流量などのオンラインで送信されてくる観測情報を基に、現状の管網状態(各ノードやノード間の管路における水圧,流量,流向など)を解析する。この管網解析においては、少なくとも1つの供給源ノードと複数のノードとが抵抗を有する管路によって接続された管網のループ選定をコンピュータを用いて行うループ選定方法などが提案されている(下記特許文献1参照)。 The state of the pipe network is grasped by the pipe network analysis by computer simulation. In the pipe network analysis, taking water supply as an example, a pipe network model is created from nodes that abstract distribution reservoirs, outflow points, pumps, pressure reducing valves, and pipe connection points, and the pipes that connect them. Based on pipe network data such as facility information stored in a database and observation information sent online such as the current pond water level and pipe flow rate, the current pipe network status (each node and the pipe between nodes) water pressure, flow rate, flow direction, etc.) in the channel. In this pipe network analysis, a loop selection method using a computer to select loops in a pipe network in which at least one supply source node and a plurality of nodes are connected by pipelines having resistance has been proposed (see below See Patent Document 1).
管網解析は、流体供給事業者が一般に使用しているコンピュータの処理能力に限界があることから、ノード点数が多い大規模な管網を対象にすると解析処理に多大な時間を要することになる。このため、定期的或いは緊急時に管網状態の変化を把握したい場合に、速やかに解析結果を得ることができない問題が生じる。 Due to the limited processing capacity of computers generally used by fluid suppliers, pipe network analysis requires a great deal of time for analysis processing when targeting large-scale pipe networks with many nodes. . For this reason, when it is desired to grasp changes in the state of the pipe network periodically or in an emergency, there arises a problem that analysis results cannot be obtained quickly.
これに対しては、従来、全域の管網の中から管路の口径が大きい幹線管路を抽出して、幹線管路から分岐する設定口径以下の管路を削除することで、解析対象の管網を簡略化して解析時間の短縮を図ることが行われているが、小口径の枝管であっても、大流量の管路が存在している場合があり、これらを無条件で削除すると、良好な解析精度を担保できなくなる問題があった。 In response to this, conventionally, main pipelines with large diameters are extracted from the entire pipeline network, and pipelines branching from the main pipelines with a diameter smaller than a set diameter are deleted. Attempts have been made to simplify the pipe network to shorten the analysis time, but even branch pipes with a small diameter may contain pipes with large flow rates, so these are unconditionally deleted. Then, there is a problem that good analysis accuracy cannot be secured.
本発明は、このような問題に対処するために提案されてたものである、すなわち、管網解析において、所定の解析精度を担保した上で、解析対象の管網を簡略化して、解析に要する時間の短縮を図ること、などを課題としている。 The present invention has been proposed in order to deal with such problems. The challenge is to shorten the time required.
このような課題を解決するために、本発明の管網解析方法或いは管網解析プログラムは、以下の構成を具備するものである。 In order to solve such problems, the pipe network analysis method or the pipe network analysis program of the present invention has the following configuration.
管網解析を行う方法或いはコンピュータに管網解析処理を実行させるためのプログラムであって、特定領域の管網の全域の中から設定口径以上の幹線管路を抽出する工程或いはステップと、前記幹線管路以外の管路の中、前記管網の全域に対して予め行われた全体管網解析の結果から前記幹線管路への流入量が設定流量以上である管路を配水起点まで抽出して選択管路とする工程或いはステップと、前記幹線管路と前記選択管路以外の管路を削除した管網を対象にして、幹線管網解析を行う工程或いはステップとを有することを特徴とする。 A method for performing pipe network analysis or a program for causing a computer to execute pipe network analysis processing, comprising a process or step of extracting trunk pipelines having a set diameter or more from the entire pipe network of a specific area; Among the pipelines other than the pipelines, from the result of the overall pipeline network analysis performed in advance for the entire pipeline network, the pipelines whose inflow amount to the main pipeline is equal to or greater than the set flow rate are extracted up to the water distribution starting point. and a process or step of performing a trunk pipeline network analysis on a pipe network from which the trunk pipeline and pipelines other than the selected pipeline are deleted. do.
このような特徴を有する本発明は、管網解析において、所定の解析精度を担保した上で、解析対象の管網を簡略化して、解析に要する時間の短縮を図ることがができる。 The present invention having such features can shorten the time required for analysis by simplifying the pipe network to be analyzed while ensuring a predetermined analysis accuracy in the pipe network analysis.
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下の説明で、異なる図における同一符号は同一機能の部位を示しており、各図における重複説明は適宜省略する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the following description, the same reference numerals in different figures denote portions having the same function, and duplication of description in each figure will be omitted as appropriate.
本発明の実施形態に係る管網解析方法は、図1に示すようなコンピュータ・シミュレーションシステムによって実行される。管網解析を行うコンピュータ1には、解析対象となる既設管網の施設情報である管網データのデータベース2から管網解析に必要な情報が入力される。また、既設の管網に対して、更新・拡張を行う場合には、それに応じた情報が更新・拡張情報入力手段3から入力される。更には、現在の配水池の水位や各管路の流量或いは各需要先での需要量などが、各観測点4で計測され、その計測値がネットワーク5を介してコンピュータ1に入力される。
A pipe network analysis method according to an embodiment of the present invention is executed by a computer simulation system as shown in FIG. A computer 1 for pipe network analysis receives information necessary for pipe network analysis from a pipe
コンピュータ1には、前述した情報の入力を基にして管網解析を行うプログラムがインストールされている。このプログラムは、既知の解析プログラムによって行われる全体管網解析ステップS0を加えて、以下の処理を実行するステップS1~S3を備え、各ステップで、本発明の実施形態に係る管網解析方法の各工程が実行される。 The computer 1 is installed with a program for performing pipe network analysis based on the input of the information described above. This program includes an overall pipe network analysis step S0 performed by a known analysis program, and steps S1 to S3 for executing the following processes. Each step is executed.
ステップとしては、図2に示すように、予め行われた全体管網解析ステップS0に対して、幹線管路抽出ステップS1、選択管路設定ステップS2、幹線管網解析ステップS3を有する。 As for the steps, as shown in FIG. 2, a trunk pipeline extraction step S1, a selected pipeline setting step S2, and a trunk pipeline network analysis step S3 are provided in addition to the overall pipeline network analysis step S0 performed in advance.
予め行われた全体管網解析ステップS0は、特定領域の管網の全域に対して既知の方法で管網解析を行う。このステップでは、解析対象となる特定領域の管網の諸情報をデータベース2から取得し、図3に示すような管網図を表示すると共に、各ノードや管路などの管網施設において、水圧、流量、流向などを算出する。図3において、Rは、管網内に配備されている配水池を示しており、Pは、管網内に配備されているポンプ場を示している。
In the previously performed overall pipe network analysis step S0, pipe network analysis is performed by a known method for the entire pipe network of the specific region. In this step, various information of the pipe network in the specific area to be analyzed is acquired from the
幹線管路抽出ステップS1は、全域の管網の中から設定口径以上の幹線管路を抽出する。ここでは、管路の口径に着目して、設定口径以上の管路を幹線管路とし、設定口径未満の管路を幹線管路以外の管路とする。従来の幹線管網解析では、ここで抽出した幹線管路のみを解析対象にしており、解析に要する時間の短縮は図られるが、解析対象から外された管路の流量が大きい場合には、解析精度が低下することになっていた。 The trunk pipeline extraction step S1 extracts trunk pipelines having a set diameter or larger from the entire pipeline network. Here, paying attention to the diameter of the pipeline, a pipeline having a diameter equal to or larger than the set diameter is defined as a main pipeline, and a pipeline having a diameter smaller than the set diameter is defined as a pipeline other than the main pipeline. In the conventional trunk pipeline network analysis, only the trunk pipelines extracted here are targeted for analysis, and the time required for analysis can be shortened. The accuracy of the analysis was to be degraded.
これに対して、本発明の実施形態では、幹線管路抽出ステップS1の後に、選択管路設定ステップS2を設けて、解析精度の低下を抑止している。このステップS2では、前述した幹線管路抽出ステップS1にて、幹線管路に抽出されなかった(設定口径未満の)管路の中から、一定の条件を充たす管路を選択して、これを幹線管網解析の対象に加える。ステップS2にて選択される管(選択管路)は、前述した全体管網解析ステップS0の結果から、幹線管路への流入量が設定流量以上である管路を配水起点まで抽出して、これを選択管路とする。 On the other hand, in the embodiment of the present invention, the selected pipeline setting step S2 is provided after the main pipeline extraction step S1 to prevent the deterioration of the analysis accuracy. In this step S2, pipelines that satisfy a certain condition are selected from among the pipelines (having a smaller diameter than the set diameter) that were not extracted as trunk pipelines in the above-described trunk pipeline extraction step S1, and selected. Add it to the target of trunk pipeline network analysis. Pipes (selected pipelines) selected in step S2 are extracted from the result of the above-described overall pipeline network analysis step S0, pipelines having an inflow amount to the main pipeline that is equal to or greater than the set flow rate, up to the water distribution starting point. This is the selected pipeline.
図4~図6は、管網解析の対象となる管網のモデル図を示している。図において、R1は配水起点であり、管路P1,P2は、配水起点R1に繋がる幹線管路である。また、管路A~Eは、口径が設定口径Dsより小さい中小口径管であり、幹線管路に直接又は間接的に繋がっている。 4 to 6 show model diagrams of pipe networks to be subjected to pipe network analysis. In the figure, R1 is a water distribution starting point, and pipelines P1 and P2 are main pipelines connected to the water distribution starting point R1. Pipelines A to E are medium and small diameter pipes having a diameter smaller than the set diameter Ds, and are directly or indirectly connected to the main pipeline.
このような管網モデルにおいて、図4に示すように、管路Aの幹線管路への流入量Mが設定値(閾値)Msより小さい場合には、管路A~Eは全て削除対象の管路になり、これらを削除した幹線管路のみを対象にして、ステップS3の幹線管網解析を行う。 In such a pipeline network model, as shown in FIG. 4, when the inflow amount M of the pipeline A into the trunk pipeline is smaller than the set value (threshold value) Ms, all the pipelines A to E are deleted. The trunk pipeline network analysis in step S3 is performed only for trunk pipelines from which these have been deleted.
これに対して、図5に示すように、管路Aの幹線管路への流入量Mが設定値(閾値)Ms以上の場合には、管路Aを配水起点まで抽出した管路が選択管路になって、削除対象管路から外されることになる。図5の場合には、管路B~Eが削除対象の管になり、これらを削除した幹線管路と管路Aを対象にしてステップS3の幹線管網解析を行う。 On the other hand, as shown in FIG. 5, when the inflow amount M of the pipeline A into the trunk pipeline is equal to or greater than the set value (threshold value) Ms, the pipeline extracted from the pipeline A to the water distribution starting point is selected. It becomes a pipeline and is removed from the pipeline to be deleted. In the case of FIG. 5, pipelines B to E are the pipes to be deleted, and the trunk pipeline network analysis in step S3 is performed for the trunk pipelines and pipeline A from which these have been deleted.
そして、更に解析精度を高めたい場合には、図6に示すように、選択管路になっている管路Aへの流入量を考慮して、流入量M1が設定値(閾値)Ms1以上の場合に、管路Aに繋がる管路Bを選択管路に加える。図6の場合には、管路Bへの流入量M2が設定値(閾値)Ms2未満であるため、管路C~Eが削除対象の管路になり、これらを削除した幹線管路と管路A,Bを対象にしてステップS3の幹線管網解析を行う。 If it is desired to further improve the analysis accuracy, as shown in FIG. add pipeline B connected to pipeline A to the selected pipelines. In the case of FIG. 6, since the inflow amount M2 into the pipeline B is less than the set value (threshold) Ms2, the pipelines C to E are the pipelines to be deleted. The trunk pipe network analysis in step S3 is performed for the roads A and B.
ここでの流入量M,M1,M2は、全体管網解析ステップS1にて得られた値であり、幹線管路を抽出するための設定口径Dsと選択管路を設定するための設定値Ms,Ms1,Ms2は、解析時の入力条件として任意に設定することができる。図6に示す流入量M,M1,M2の条件で、幹線管路を抽出するための設定口径Dsを中口径D2の管路を含めるように設定した場合には、図7に示すように、管路Cと管路Dは、中口径管の部分が削除対象から外れることになる。このような場合には、削除された管路の流量をノードとして管路C,Dの削除されなかった部分の末端に設定する。 The inflow amounts M, M1, and M2 here are the values obtained in the overall pipeline network analysis step S1, and the set diameter Ds for extracting the trunk pipeline and the set value Ms for setting the selected pipeline. , Ms1 and Ms2 can be arbitrarily set as input conditions at the time of analysis. Under the conditions of the inflow amounts M, M1, and M2 shown in FIG. 6, when the set diameter Ds for extracting the trunk pipeline is set to include the medium diameter D2 pipeline, as shown in FIG. As for the pipeline C and the pipeline D, the part of the medium-diameter pipe is excluded from the deletion target. In such a case, the flow rate of the deleted pipeline is set as a node at the ends of the undeleted portions of pipelines C and D.
このような選択管路設定ステップS2を設けることで、全体管網解析の結果を考慮して、削除対象の管を自動的に選別することができるので、解析精度への影響を最小限に抑えながら、解析時間の短縮を実現することができる。 By providing such a selection pipeline setting step S2, it is possible to automatically select the pipeline to be deleted in consideration of the result of the overall pipeline network analysis, thereby minimizing the influence on the analysis accuracy. However, the analysis time can be shortened.
図8は、図3に示した全域の管網図に対して、ステップS1で抽出された幹線管路とステップS2で設定された選択管路を除いた管路を削除した管網図の例であり、このような管網図を対象にして幹線管網解析ステップS3が実行されることになる。 FIG. 8 is an example of a pipeline network diagram in which pipelines other than the trunk pipeline extracted in step S1 and the selected pipeline set in step S2 are deleted from the pipeline network diagram of the entire area shown in FIG. , and the main pipeline network analysis step S3 is executed for such a pipeline network diagram.
幹線管網解析ステップS3においては、図9に示すように、削除対象の管路に使用者ノードが複数ある場合(例えば、使用量N1,N2)には、削除された管路の使用者ノードは集約されて1つのノードになり、幹線管路又は選択管路上の削除された管の分岐位置に使用量(N1+N2)が設定されることになる。このような設定によって、選択管路を除いた小口径管の削除前後で管網全体の使用量が変わらないように設定することができる。 In the main pipeline network analysis step S3, as shown in FIG. 9, when there are a plurality of user nodes in the pipeline to be deleted (for example, usage amounts N1, N2), the user node of the deleted pipeline are aggregated into one node, and the usage amount (N1+N2) is set at the branch position of the deleted pipe on the main pipeline or the selected pipeline. With such a setting, it is possible to set so that the consumption of the entire pipe network does not change before and after the deletion of the small-diameter pipes other than the selected pipe line.
1:コンピュータ,2:データベース,3:更新・拡張情報入力手段,
4:観測点,5:ネットワーク
1: computer, 2: database, 3: update/expansion information input means,
4: observation point, 5: network
Claims (3)
特定領域の管網の全域の中から設定口径以上の幹線管路を抽出するステップと、
前記幹線管路以外の管路の中、前記管網の全域に対して予め行われた全体管網解析の結果から前記幹線管路への流入量が設定流量以上である管路を配水起点まで抽出して選択管路とするステップと、
前記幹線管路と前記選択管路以外の管路を削除した管網を対象にして、幹線管網解析を行うステップとを有することを特徴とする管網解析プログラム。 A program for causing a computer to execute pipe network analysis processing,
a step of extracting trunk pipelines having a diameter equal to or greater than a set diameter from the entire pipeline network of the specific area;
Among the pipelines other than the main pipeline, from the result of the overall pipeline network analysis performed in advance for the entire pipeline network, the pipeline whose inflow amount to the main pipeline is equal to or greater than the set flow rate to the water distribution starting point a step of extracting as a selected conduit;
A pipeline network analysis program comprising: performing a trunk pipeline network analysis on a pipeline network from which pipelines other than the trunk pipeline and the selected pipeline are deleted.
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