JP7585137B2 - Water purification plant operation planning device, water purification plant operation planning method, and water purification plant operation management system - Google Patents
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Description
本発明は、浄水場運転計画立案装置、浄水場運転計画立案方法、及び浄水場運転管理システムに関する。 The present invention relates to a water purification plant operation planning device, a water purification plant operation planning method, and a water purification plant operation management system.
浄水場は水源から 取水して各種の浄水処理を行い、需要家に水を供給する。この場合
、需要家の水の需要状況に応じて配水池に水を一時的に貯留する。そして、浄水場内のこれらの設備の間には配管が設けられ、浄水場内の水はこれらの配管を経て需要家に供給される。さらに、各設備は、設計上又は運用上定められた様々な遵守レベルの制約(例えば、水位に関する制約)に従って管理及び運用されなければならない。
A water purification plant takes water from a water source, performs various purification processes, and supplies the water to consumers. In this case, the water is temporarily stored in a water reservoir depending on the water demand of the consumers. Pipes are installed between these facilities in the water purification plant, and the water in the water purification plant is supplied to consumers through these pipes. Furthermore, each facility must be managed and operated according to various compliance level constraints (e.g. water level constraints) that are determined by design or operation.
浄水場はこのように複雑な構成を有しているため、作業員は、水の需要、各設備の状態、及び天候等を把握しこれに応じて行うべき処理(ポンプ操作や配管流量の設定)を決定する運転ノウハウを長年に亘って蓄積している。しかし、作業員のこのような運転ノウハウ、すなわち浄水場の各設備がどのような状態の場合にどのような処理を行うかといった知見の収集は、近年の作業員の減少及び高齢化に伴ってより難しくなっている。 Because water purification plants have such complex structures, workers have accumulated operational know-how over many years to grasp water demand, the state of each piece of equipment, and the weather, and to decide what treatment should be carried out accordingly (pump operation and pipe flow settings). However, collecting such operational know-how from workers, i.e., knowledge of what treatment should be carried out depending on the state of each piece of equipment at the water purification plant, has become more difficult in recent years due to the decrease in workers and the aging of the workforce.
このような現状から、例えば特許文献1には、浄水場内における推計及び機器を数理的に解き運転計画を算出する技術が開示されている。そして、この技術は、プラント個別の状況や運転ノウハウを適宜に反映させることを目的の一つとしている。
Given this situation, for example,
しかしながら、特許文献1の技術では、考慮できる運転ノウハウが設備の運転範囲に限られている。例えば、ある条件ではこのような運転を行うといった、状況に応じたノウハウを取り込むことができない。また、設備の制約が固定された条件として設定されるため、制約の遵守レベルといった要素が考慮できない。さらに、運転ノウハウが運転計画に取り込まれたか否かの判断が、過去の運転実績と立案した運転計画との単純な差分によって行われるため、運転ノウハウの反映が十分になされない場合がある。
However, with the technology of
本発明はこのような問題に鑑みてなされたもので、その目的は、浄水場の作業員が有する運転ノウハウを正確に反映して運転計画を立案することが可能な浄水場運転計画立案装置、浄水場運転計画立案方法、及び浄水場運転管理システムを提供することにある。 The present invention was made in consideration of these problems, and its purpose is to provide a water purification plant operation planning device, a water purification plant operation planning method, and a water purification plant operation management system that are capable of creating operation plans that accurately reflect the operational know-how of water purification plant workers.
上記課題を解決するための本発明の一つは、プロセッサ及びメモリを有し、浄水場の各設備における水の状態及び作業員が行った各設備の操作の組み合わせを取得し、取得した組み合わせに基づき、前記浄水場の各設備における水の状態と当該状態に対応して作業員が行う各設備の操作との関係である運用条件を算出する運用条件抽出部と、将来の所定の時点において、前記運用条件の下で、前記浄水場における各設備の制約を最も満たす、作業員が各設備に対して行う操作を算出する運用計画立案部と、を備える、浄水場運用立案計画装置、とする。 One aspect of the present invention to solve the above problem is a water purification plant operation planning device that includes an operation condition extraction unit that has a processor and memory, acquires a combination of the state of water in each piece of equipment at a water purification plant and the operation of each piece of equipment performed by an operator, and calculates operation conditions that are the relationship between the state of water in each piece of equipment at the water purification plant and the operation of each piece of equipment performed by an operator in response to that state based on the acquired combination, and an operation plan creation unit that calculates the operation that an operator will perform on each piece of equipment at the water purification plant under the operation conditions at a specified time point in the future that best satisfies the constraints of each piece of equipment at the water purification plant.
また、上記課題を解決するための本発明の一つは、情報処理装置が、浄水場の各設備における水の状態及び作業員が行った各設備の操作の組み合わせを取得し、取得した組み合わせに基づき、前記浄水場の各設備における水の状態と当該状態に対応して作業員が行う各設備の操作との関係である運用条件を算出する運用条件抽出処理と、将来の所定の時点において、前記運用条件の下で、前記浄水場における各設備の制約を最も満たす、作業員が各設備に対して行う操作を算出する運用計画立案処理と、を実行する、浄水場運用立案計画方法、とする。 One aspect of the present invention for solving the above problem is a method for planning and developing operations at a water purification plant, in which an information processing device acquires a combination of the state of water in each piece of equipment at the water purification plant and the operations of each piece of equipment performed by an operator, and, based on the acquired combination, executes an operation condition extraction process to calculate an operation condition that is a relationship between the state of water in each piece of equipment at the water purification plant and the operations of each piece of equipment performed by an operator in response to that state, and an operation plan creation process to calculate an operation that an operator will perform on each piece of equipment at the water purification plant under the operation conditions at a specified time point in the future that best satisfies the constraints of each piece of equipment at the water purification plant.
また、上記課題を解決するための本発明の一つは、プロセッサ及びメモリを有し、浄水場の各設備における水の状態及び作業員が行った各設備の操作の組み合わせを取得し、取得した組み合わせに基づき、前記浄水場の各設備における水の状態と当該状態に対応して作業員が行う各設備の操作との関係である運用条件を算出する運用条件抽出部と、将来の所定の時点において、前記運用条件の下で、前記浄水場における各設備の制約を最も満たす、各設備に対して行う操作を算出し、算出した操作を指示する信号を送信する運用計画立案部と、前記信号を受信し、受信した信号に基づき、前記各設備を制御する監視制御装置と、を備える、浄水場運転管理システム、とする。 One aspect of the present invention for solving the above problem is a water purification plant operation management system that includes an operational condition extraction unit having a processor and memory, which acquires a combination of the state of water in each piece of equipment at a water purification plant and the operation of each piece of equipment performed by an operator, and calculates operational conditions that are the relationship between the state of water in each piece of equipment at the water purification plant and the operation of each piece of equipment performed by an operator in response to that state, based on the acquired combination; an operational planning unit that calculates an operation to be performed on each piece of equipment at the water purification plant that best satisfies the constraints of each piece of equipment at the water purification plant under the operational conditions at a specified time in the future, and transmits a signal instructing the calculated operation; and a monitoring and control device that receives the signal and controls each piece of equipment based on the received signal.
本発明によれば、浄水場の作業員が有する運転ノウハウを正確に反映して運転計画を立案することができる。
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
According to the present invention, an operation plan can be created that accurately reflects the operational know-how of workers at a water purification plant.
Problems, configurations and effects other than those described above will become apparent from the following description of the embodiments.
図1は、本実施形態に係る浄水場運転管理システム1の構成の一例を示す図である。浄
水場運転管理システム1は、浄水場40から各設備のデータを取得する監視制御装置20と、監視制御装置20が取得したデータに基づき、浄水場40の各設備の運用計画を立案する浄水場運用計画立案装置10と、浄水場運用計画立案装置10に対してユーザがデータの入力を行い又はユーザに情報を表示するための入出力装置30とを含んで構成される。
1 is a diagram showing an example of the configuration of a water purification plant
浄水場40、監視制御装置20、浄水場運用計画立案装置10、及び入出力装置30の間は、例えば、例えば、LAN(Local Area Network)、WAN(Wide Area Network)
、インターネット、又は専用線等の有線若しくは無線のネットワーク5により通信可能に接続される。
The
, and are communicatively connected via a wired or
浄水場40は、複数の系統45を備える。各系統45は、ポンプ41、浄水装置43、配水池44、及び管路42等の各設備を備える。管路42は、各設備間を接続している。ポンプ41は、水源から水を取得し、各設備の間で水を流通させ、又は需要家に水を提供する。配水池44は、水を一時的に貯留する。ポンプ41は水源からの取水、設備間や需要家への送配水に用いられる。
The
入出力装置30は、運用条件入力部31、及び表示部32の各機能部を備える。運用条件入力部31は、ユーザから、浄水場40の各設備の運用上の制約(以下、運用条件という)の入力を受け付ける。また、表示部32は、浄水場運用計画立案装置10が出力した情報を画面に表示する。なお、入出力装置30は、キーボード、マウス、カードリーダ、又はタッチパネル等の入力装置と、LCD(Liquid Crystal Display)、音声出力装置(スピーカ)、又は印字装置等の出力装置とを備える。
The input/
監視制御装置20は、浄水場40の各設備(ポンプ41、管路42、浄水装置43、配水池44等)から、各設備の状態に関するデータ(例えば、ポンプ41及び浄水装置43の起動若しくは停止の状態、又は吐出量や浄水量等の流量、管路42の流量及び水位、配水池44の水の貯留量及び水位の各データ)を取得し、取得したデータを浄水場運用計画立案装置10に送信する。また、監視制御装置20は、浄水場運用計画立案装置10が立案した運転計画に基づき、浄水場40の各設備を制御する。例えば、監視制御装置20は、ポンプ41及び浄水装置43の起動又は停止の制御、管路42の流量及び水位の制御、並びに、配水池44の水の貯留量及び水位の制御を行う。
The monitoring and
次に、浄水場運用計画立案装置10は、データ収集部11、需要予測部12、制約構成部13、及び運用計画立案部14の各機能部を備える。また、浄水場運用計画立案装置10は、運用実績データ15、設備データ16、ネットワークデータ17、及び環境データ18を、例えばデータベースの形式で記憶している。
Next, the water purification plant
データ収集部11は、監視制御装置20から送信されてきたデータを受信し、受信したデータを運用実績データ15に記憶する。
The
需要予測部12は、浄水場40が管理する需要家の水の需要量を予測する。
The
制約構成部13は、入出力装置30からのユーザ入力に基づき運用条件を生成する他、自動的に運用条件を生成する機能を有する。すなわち、制約構成部13は、運用条件を生成する運用条件抽出部131を備える。
The
運用条件抽出部131は、浄水場40の各設備における水の状態(例えば、配水池44の水位)とその状態に対応して作業員が行う各設備の操作(例えば、ポンプ41の起動又は停止、管路42の流量調整)との関係である運用条件を特定する。
The operating
なお、入出力装置30の表示部32は、この運用条件に基づき、浄水場40の各設備における水の状態の範囲を「条件」とし、その状態に対応して作業員が行う各設備の操作を「結果」とした情報を、後述する計画表示画面に表示する。
Based on these operating conditions, the
運用計画立案部14は、浄水場40の運転計画の作成対象日である計画日において、上記運用条件の下で、浄水場40における各設備の制約(配水池44の水位の制約等)を最も満たす、作業員が各設備に対して行うべき操作を算出する。
The operation
運用条件抽出部131は、運用条件学習部132、運用条件探索部133、信頼区間判定部134、及び評価時間算出部135の各機能部を備える。
The operational
運用条件学習部132は、機械学習を用いて運用条件を特定する。すなわち、運用条件学習部132は、浄水場40の各設備における水の状態とその状態に対応して作業員が行った各設備の操作とを含む過去の実績情報(運用実績データ15)を取得し、その実績情報から選択した水の状態及び設備の操作の間の関係を機械学習することにより、運用条件を特定する。
The operation
より詳細に説明すると、運用実績データ15は、浄水場40の各設備における水の状態及び水の需要量の情報を有する。運用条件学習部132は、計画日における浄水場40の各設備の水の状態及び水の需要量を需要予測部12に基づき算出し、算出した水の状態及び需要量と類似度が高いと判定された水の状態及び需要量を有する過去の時点の水の状態及び設備の操作の情報を運用実績データ15から抽出する。
To explain in more detail, the
次に、運用条件探索部133は、運用条件における浄水場40の各設備の水の状態を、水の流路(系統45)の観点から再構成し、再構成した情報に基づく新たな運用条件である派生運用条件を生成する。運用条件探索部133は、各派生運用条件の下で、浄水場40における各設備の制約を最も満たす、作業員が各設備に対して行うべき操作をそれぞれ最適化モデルを構築することで算出する。そして、運用条件探索部133は、最適化モデルにより所定の各設備の操作と共に算出される設備の状態と、過去に実際に行われた各設備の操作との乖離度を算出し、算出した乖離度が最も小さい派生運用条件を、運用計画立案部14に適用する。
Next, the operating
信頼区間判定部134及び評価時間算出部135は、過去の各タイミングにおける、浄水場40の各設備の水の状態の範囲の情報(例えば、配水池44が許容可能な水位の上限及び下限の情報)に基づき、その水の状態の計測値の信頼区間が所定幅未満である時間帯を特定する。運用条件探索部133は、この信頼区間を対象に、派生運用条件を生成する。
次に、運用実績データ15、設備データ16、及びネットワークデータ17の詳細を説明する。
The confidence
Next, the
(運用実績データ)
図2は、運用実績データ15の一例を示す図である。運用実績データ15は、各配水池の水位151、各ポンプの運転時間152、各ポンプの吐出流量153、各管路の流量154、及び、各系統における水の需要量155、浄水場40における天候156、及びこれらの情報が示す時刻157の各データ項目を有するデータベースである。なお、ここで説明した設備の種類及びパラメータの種類は一例であり、他の種類の設備及びそのパラメータを含んでいてもよい。
(Operational performance data)
2 is a diagram showing an example of the
(設備データ)
図3は、設備データ16の一例を示す図である。設備データ16は、各設備が有する絶対的な制約(ハード制約)、及び各設備が有する相対的な制約(ソフト制約)の情報を記憶しているデータベースである。なお、本実施形態では、ハード制約は、絶対的な制約(例えば物理的な制約)として設計上の上限及び下限を有する。ソフト制約は、絶対的な制約としての設計上の上限及び下限と、運用上推奨される制約として運用上の上限及び下限とを有する。
(Facility data)
3 is a diagram showing an example of the
具体的には、設備データ16は、各配水池の水位165の設計上の上限161及び設計上の下限162、並びに運用上の下限163及び運用上の下限164と、各ポンプの吐出流量166の設計上の上限161及び設計上の下限162、並びに運用上の下限163及び運用上の下限164と、各管路の流量167の設計上の上限161及び設計上の下限162、並びに運用上の下限163及び運用上の下限164とを含むデータである。なお、ここで説明した設備の種類及びパラメータの種類は一例であり、他の種類の設備及びそのパラメータを含んでいてもよい。
Specifically, the
(ネットワークデータ)
図4は、ネットワークデータ17の一例を示す図である。ネットワークデータ17は、浄水場40の各設備の構成を記憶したデータベースである。本実施形態では、ネットワークデータ17は、配水池44又は浄水施設43等の各設備を頂点、設備間の流路(管路42)を辺、管路42における水の上流側の設備を始点、管路42における水の下流側の設備を終点としてそれぞれ表す。
(Network Data)
4 is a diagram showing an example of the
具体的には、ネットワークデータ17は、各配水池174の種別171(頂点)、始点172、及び終点173と、各ポンプ176の種別171、始点172、及び終点173と、各管路177の種別171(辺)、始点172、及び終点173と、各系統の需要量178の種別171(頂点)とを含むデータである。
Specifically, the
ここで、図5は、浄水場運用計画立案装置10及び監視制御装置20が備えるハードウェアの一例を説明する図である。浄水場運用計画立案装置10及び監視制御装置20は、CPU(Central Processing Unit)、MPU(Micro Processing Unit)、又はGPU(Graphics Processing Unit)等のプロセッサ91と、ROM(Read Only Memory)、又はRAM(Random Access Memory)等の主記憶装置92と、ハードディスクドライブ(Hard
Disk Drive)、フラッシュメモリ(Flash Memory)、又はSSD(Solid State Drive)等の補助記憶装置93と、ネットワークインタフェースカード(Network Interface Card: NIC)、無線通信モジュール、USB(Universal Serial Interface)モジュール、又
はシリアル通信モジュール等の通信装置94とを備える。
5 is a diagram illustrating an example of hardware included in the water purification plant
The computer 100 is equipped with an
浄水場運用計画立案装置10及び監視制御装置20の機能は、プロセッサ91が、主記憶装置92又は補助記憶装置93に格納されているプログラムを読み出して実行することにより実現される。また上記のプログラムは、例えば、記録媒体に記録して配布することができる。
次に、浄水場運転管理システム1が行う処理を説明する。
The functions of the water purification plant
Next, the process performed by the water purification plant
<浄水場運用計画立案処理> <Water purification plant operation planning>
図6は、浄水場40における各設備の状態とこれに対応して行う作業員の操作を派生運用条件として制約化し、これに基づき浄水場40の将来の運用計画を自動立案する浄水場運用計画立案処理の一例を説明するフロー図である。浄水場運用計画立案処理は、例えば、浄水場運用計画立案装置10にユーザから所定の入力が行われたことを契機に開始される。
Figure 6 is a flow diagram illustrating an example of a water purification plant operation planning process that constrains the state of each piece of equipment in the
まず、浄水場運用計画立案装置10のデータ収集部11は、運用実績データ15、設備データ16、ネットワークデータ17、及び環境データ18を読み込む(s1)。例えば、データ収集部11は、運用実績データ15の過去の所定タイミング(例えば過去3年間)のデータのレコード内容、及び、環境データ18の過去の所定タイミング(例えば過去3年間)のデータのレコード内容等を読み込む。
First, the
運用条件抽出部141は、s1で読み込んだデータに基づき、浄水場40の状態等が計画日と類似する過去の日(類似日)を特定した上でその類似日を用いて運用条件を生成する運用条件抽出処理s2を実行する。運用条件抽出処理s2の詳細は後述する。
Based on the data read in step s1, the operation condition extraction unit 141 executes operation condition extraction process s2, which identifies past days (similar days) on which the state of the
運用条件探索部142は、運用条件抽出処理s2で生成した運用条件に基づき、最適な運用計画を算出しうる新たな運用条件である派生運用条件を生成する運用条件探索処理s3を実行する。運用条件探索処理s3の詳細は後述する。 The operational condition search unit 142 executes an operational condition search process s3 to generate derived operational conditions, which are new operational conditions that can calculate an optimal operational plan, based on the operational conditions generated in the operational condition extraction process s2. Details of the operational condition search process s3 will be described later.
運用条件探索部142は、運用条件探索処理s3で生成した派生運用条件のいずれにおける運用計画立案結果について、高精度な運用計画を立案できたか(すなわち運用計画立案結果と過去の実績値との乖離が所定の値以下であるか)を判定する(s4)。高精度な運用計画を立案できた場合は(s4:Y)、後述するs6の処理が実行され、高精度な運用計画を立案できなかった場合は(s4:N)、運用条件探索部142は、類似日特定のための判定閾値(詳細は後述)を所定値緩めた上で運用条件抽出処理s2の処理を繰り返す。 The operation condition search unit 142 determines whether a highly accurate operation plan was created for the operation plan creation result for any of the derived operation conditions generated in the operation condition search process s3 (i.e., whether the deviation between the operation plan creation result and past actual values is less than or equal to a predetermined value) (s4). If a highly accurate operation plan was created (s4: Y), the process of s6 described below is executed, and if a highly accurate operation plan was not created (s4: N), the operation condition search unit 142 repeats the operation condition extraction process s2 after relaxing the judgment threshold (described in detail later) for identifying similar days by a predetermined value.
一方、需要予測部12は、s1の処理が終了すると、計画日における浄水場40の各系統45の水の需要量を算出する(s5)。
On the other hand, when the processing of s1 is completed, the
例えば、需要予測部12は、運用実績データ15における過去の水の需要量及び過去の天候の情報に基づき水の需要量と天候との関係を推定することで、計画日における浄水場40の各系統45の水の需要量を算出する。また、需要予測部12は、運用実績データ15における過去の各設備の水の状態(配水池44の水位等)及び水の需要量に基づき、水の需要量と各設備の水の状態の関係を推定することで、計画日における各系統45の各設備の水の状態を算出する。なお、このような予測の手法は、例えば、特開2020-201609号公報、特開2019-203287号公報、及び特開2018-185678公報に開示されている。
For example, the
運用計画立案部14は、s5で算出した水の需要量、浄水場40の運用に関するハード制約及びソフト制約、運用条件探索処理s3で特定される派生運用条件、並びに、s1で読み込んだ運用実績データ15の最新のデータに基づき、計画日における、作業員が各設備に行う操作及び各設備の状態の情報(運用計画)を生成する計画立案処理s6を実行する。計画立案処理s6の詳細は後述する。
The operation
表示部32は、計画立案処理s6で生成した運用計画を画面に表示する(s9)。作業員は、表示された運用計画に基づき、計画日における作業内容(ポンプ41の起動又は停止、各管路42の流量の変更等)を確認する。
The
なお、運用計画立案部14は、計画立案処理s6で生成した運用計画の内容を示す信号(例えば、ポンプ41の起動又は停止の指示信号、管路42の流量の制御の指示信号)を、監視制御装置20に送信してもよい(s8)。監視制御装置20は、受信した信号に基づき、浄水場40の各設備を制御する。例えば、監視制御装置20は、ポンプ41の起動若しくは停止の制御、又は各管路42の流量の制御を行う。
以上で浄水場運用計画立案処理は終了する。以下、各処理の詳細を説明する。
The operation
This is the end of the water purification plant operation plan formulation process. Each step of the process will be described in detail below.
<運用条件抽出処理s2>
図7は、運用条件抽出処理s2の詳細を説明するフロー図である。
運用条件抽出部141は、需要予測部12を呼び出すことで、計画日の各系統45の水の需要量、及び、計画日の各設備の状態(各配水池44の水位、各ポンプ41の吐出流量、各管路42の流量等)を算出する(s201)。
<Operation condition extraction process s2>
FIG. 7 is a flow diagram illustrating the details of the operation condition extraction process s2.
The operational condition extraction unit 141 calls the
運用条件抽出部141は、s201で算出した水の需要量及び各設備の状態に基づき、水の需要量及び各設備の状態が計画日と類似する過去の日(類似日)を検索し、類似日における水の需要量及び各設備の状態の情報(類似日情報)を取得する(s202)。 Based on the water demand and the state of each piece of equipment calculated in s201, the operational condition extraction unit 141 searches for past days (similar days) on which the water demand and the state of each piece of equipment are similar to the planned date, and obtains information on the water demand and the state of each piece of equipment on the similar days (similar day information) (s202).
例えば、運用条件抽出部141は、計画日の0時を基準時刻とし、その基準時刻における天候の情報を取得する。また、運用条件抽出部141は、s201で算出した水の需要量及び各設備の状態から、基準時刻における水の需要量及び各設備の状態を取得する。運用条件抽出部141は、運用実績データ15のレコードから過去の各日のデータを取得し、取得した各データと、先に取得した水の需要量、各設備の状態、及び天候の各データの差分の二乗和を算出する。運用条件抽出部141は、算出したこれらの2つの二乗の和の間の差が所定値(判定閾値)以下の過去の日を類似日とする。なお、ここでの二乗の和(二乗誤差の和)は、例えば以下の式で表される。
For example, the operational condition extraction unit 141 sets midnight on the planned date as the reference time and acquires weather information at the reference time. The operational condition extraction unit 141 also acquires the water demand and the state of each piece of equipment at the reference time from the water demand and the state of each piece of equipment calculated in s201. The operational condition extraction unit 141 acquires data for each past day from the records of the
(二乗誤差の和)
=(計画日の0時の需要予測の値-所定過去日の0時の需要量)2+(計画日の1時の需要予測の値-所定過去日の1時の需要量)2+...
+(計画日の配水池Aの初期水位-所定過去日の配水池Aの初期水位)2+(計画日の配水池Bの初期水位-所定過去日の配水池Bの初期水位)2+...
+(計画日の管路Aの流量-所定過去日の管路Aの流量)2+...
(Sum of squared errors)
= (Demand forecast value at 0:00 on the planning date - Demand amount at 0:00 on the specified past date) 2 + (Demand forecast value at 1:00 on the planning date - Demand amount at 1:00 on the specified past date) 2 +...
+ (initial water level of reservoir A on the planning date - initial water level of reservoir A on the specified past date) 2 + (initial water level of reservoir B on the planning date - initial water level of reservoir B on the specified past date) 2 +...
+ (Flow rate of pipeline A on the planned date - Flow rate of pipeline A on the specified past date) 2 +...
なお、この式の各項は、所定の値(例えば、各設備に係る最大値)により規格化してもよいし、所定の係数(0~1の係数)を乗算することで桁を揃えてもよい。 Note that each term in this equation may be standardized by a predetermined value (for example, the maximum value for each piece of equipment) or may be multiplied by a predetermined coefficient (a coefficient between 0 and 1) to make the digits uniform.
ここで、図8は、類似日の検索方法の一例を説明する図である。同図の場合では、計画日における水の需要量の予測値と、「過去日1」及び「過去日2」の需要量との差がそれぞれ算出される(符号2021)。また、計画日における各配水池44の水位の予測及び各管路42の流量の予測と、「過去日1」及び「過去日2」における各配水池44の水位の予測及び各管路42の流量との差がそれぞれ算出される(符号2022)。同図の場合は、需要量、各配水池44の水位、及び各管路42の流量のいずれについても、「過去日1」の方が「過去日2」より類似日に近い。その結果、「過去日1」のみが類似日と判定される。
Here, FIG. 8 is a diagram explaining an example of a method for searching for similar days. In the case of the figure, the difference between the predicted value of water demand on the planned date and the demand on "
次に、図7に示すように運用条件抽出部141は、s202で検索した類似日の数が所定数(例えば、30)以下であるか否かを判定する(s203)。類似日の数が所定数以下である場合は(s203:Y)、運用条件抽出部141はs204の処理を実行し、類似日の数が所定数を超える場合は(s203:N)、運用条件抽出部141はs207の処理を実行する。 7, the operational condition extraction unit 141 determines whether the number of similar days found in s202 is less than or equal to a predetermined number (e.g., 30) (s203). If the number of similar days is less than or equal to the predetermined number (s203: Y), the operational condition extraction unit 141 executes processing in s204, and if the number of similar days exceeds the predetermined number (s203: N), the operational condition extraction unit 141 executes processing in s207.
s204において運用条件抽出部141は、各設備の状態を表す変数の一部を固定して定数(ハード制約値)に設定し、その他を決定変数に設定する。そして、運用条件抽出部141は、これらの設定に基づき、後述する運用計画立案処理s6を、類似日を計算の対象日に設定して呼び出す(s205)。運用条件抽出部141は、運用計画立案処理s6
により得られた決定変数の値と、s204で固定値に設定した変数の値との組み合わせを、類似日に関する新たな類似日情報として記憶する。その後は、s207の処理が行われる。
In s204, the operation condition extraction unit 141 fixes some of the variables representing the state of each piece of equipment and sets them as constants (hard constraint values), and sets the rest as decision variables. Then, based on these settings, the operation condition extraction unit 141 calls the operation plan creation process s6, which will be described later, by setting the similar date as the target date for calculation (s205).
The combination of the value of the decision variable obtained by step S202 and the value of the variable set to a fixed value in step S204 is stored as new similar day information related to the similar day. After that, the process in step S207 is performed.
s207において運用条件抽出部141は、s202で取得又はs205で記憶した各類似日情報を、最適化モデルの学習データに変換する。本実施形態では、運用条件抽出部141は、設備の操作(各ポンプ41の操作及び各管路42の流量)を目的変数とし、各設備の水の状態(各配水池44の水位等)を説明変数とする学習データに変換する。なお、この学習データのデータ項目は、運用実績データ15と同様である。
In s207, the operation condition extraction unit 141 converts each similar day information acquired in s202 or stored in s205 into learning data for the optimization model. In this embodiment, the operation condition extraction unit 141 converts the information into learning data in which the operation of the equipment (the operation of each
ここで、図9は、学習データへの変換の一例を説明する図である。学習データは、各ポンプの起動を目的変数とする起動学習データ1008と、各ポンプ41の停止を目的変数とする停止学習データ1009とを含む。ポンプ41の起動又は停止は、例えば、ある時刻のポンプ41の吐出流量が正の値かつ一単位時間前の吐出流量が0なら起動(1)、あ
る時刻のポンプ41の吐出流量が0かつ一単位時間前の吐出流量が正の値なら停止(0)
とする。
9 is a diagram for explaining an example of conversion to learning data. The learning data includes start learning
Let us assume that.
起動学習データ1008は、ポンプ41が起動している類似日の各時間1001における各設備の水の状態を説明変数としている。起動学習データ1008の説明変数xは、各説明変数1002を行とし、類似日の各時間1001を列とする行列データ1004で表される。起動学習データ1008の目的変数yは、ポンプ41が起動している場合は1、ポンプ41が停止している場合は0である目的変数1003を列とするベクトルデータ1005で表される。なお、説明変数1002は、各配水池44の水位、各ポンプ41の運転状態、水の需要量の変化率及び変化量、水の需要量の偏差(平均値との偏差)、及び、水の需要量の前日の同時刻の値との偏差である。
The start-up
停止学習データ1009は、ポンプ41が停止している類似日の各時間1001における各設備の水の状態を説明変数としている。停止学習データ1009の説明変数xは、各説明変数1002を行とし、類似日の各時間1001を列とする行列データ1006で表される。停止学習データ1009の目的変数yは、ポンプ41が停止している場合は1、ポンプ41が起動している場合は0である目的変数1003を列とするベクトルデータ1007で表される。
The
次に、図7に示すように運用条件抽出部141は、s207で生成した学習データを機械学習することにより、説明変数と目的変数の間の関係を算出すると共に、各説明変数の重要度を算出する(s208)。本実施形態では、運用条件抽出部141は、決定木による学習を行うことで、当該関係を算出し重要度を算出するものとする。 Next, as shown in FIG. 7, the operation condition extraction unit 141 performs machine learning on the learning data generated in s207 to calculate the relationship between the explanatory variables and the target variable, and calculates the importance of each explanatory variable (s208). In this embodiment, the operation condition extraction unit 141 calculates the relationship and the importance by performing learning using a decision tree.
運用条件抽出部141は、s208による機械学習の繰り返し数が所定数に達したか否かを判定する(s209)。繰り返し数が所定数に達していない場合は(s209:N)、運用条件抽出部141は、s210の処理を実行し、繰り返し数が所定数に達した場合は(s209:Y)、運用条件抽出部141は、s211の処理を実行する。 The operational condition extraction unit 141 determines whether the number of iterations of the machine learning performed in s208 has reached a predetermined number (s209). If the number of iterations has not reached the predetermined number (s209: N), the operational condition extraction unit 141 executes the process of s210, and if the number of iterations has reached the predetermined number (s209: Y), the operational condition extraction unit 141 executes the process of s211.
s210において運用条件抽出部141は、s208で算出した重要度の値が低い説明変数(例えば、重要度が所定の閾値より低い説明変数、又は重要度が低い方から所定件数の説明変数)を、学習データから除外し、s207の処理を繰り返す。 In s210, the operation condition extraction unit 141 removes explanatory variables with low importance values calculated in s208 (for example, explanatory variables with importance lower than a predetermined threshold, or a predetermined number of explanatory variables with low importance) from the learning data, and repeats the process of s207.
s211において運用条件抽出部141は、s210までの処理の結果算出された学習結果の内容を、運用条件として記憶する。また、運用条件抽出部141は、生成した運用情報を画面に表示する。以上で運用条件抽出処理s2は終了する。 In s211, the operational condition extraction unit 141 stores the contents of the learning results calculated as a result of the processing up to s210 as operational conditions. The operational condition extraction unit 141 also displays the generated operational information on the screen. This ends the operational condition extraction processing s2.
図10は、運用条件のデータ構造の一例を示す図である。出力1100は、各設備を表すノード1101から構成され、各ノード1101は、設備に関する条件1102及びその閾値1103の情報と、設備の操作1104に関する情報を含む。各ノード1101は、条件1102及び閾値1103により特定される複数の分岐1105(True、False)を有する。なお、運用条件1106は、各設備の状態及び水の需要量が、閾値に関する各条件を満たした場合に作業員が行う設備の操作を表す、「If...then」形式の情報である。なお、この条件は、特定の値に関する条件であってもよいし、時系列的な変化又は過去の値との偏差に関する条件であってもよい。このように、出力1100は、設備の状態を条件、設備の操作を結果とする決定木の情報とすることができる。 Figure 10 is a diagram showing an example of the data structure of the operation conditions. The output 1100 is composed of nodes 1101 representing each piece of equipment, and each node 1101 includes information on the conditions 1102 and their thresholds 1103 related to the equipment, and information on the operation 1104 of the equipment. Each node 1101 has multiple branches 1105 (True, False) specified by the conditions 1102 and the thresholds 1103. The operation conditions 1106 are information in the "If...then" format that represents the operation of the equipment performed by the worker when the state of each piece of equipment and the water demand satisfy each condition related to the thresholds. The condition may be a condition related to a specific value, or a condition related to a time-series change or a deviation from a past value. In this way, the output 1100 can be information on a decision tree in which the state of the equipment is the condition and the operation of the equipment is the result.
図11は、運用条件の表示の例を示す図である。運用条件は、同図に示すように、運用条件のデータ構造をツリー形式で表示したものであってもよいし(符号1151)、「if-then形式」の記述で表示したものであってもよい(符号1152)。また、後述する運転計画と共に表示してもよい。例えば、運転計画と共に自然文の形式で表示したものであってもよいし(符号1153)、運転計画の内容を示したテーブルを表示しそのうち運用条件に関連する部分を強調表示等してもよい(符号1154)。 Figure 11 is a diagram showing an example of the display of operational conditions. As shown in the figure, the operational conditions may be displayed in a tree format (reference number 1151) as a data structure of the operational conditions, or may be displayed in an "if-then" format (reference number 1152). They may also be displayed together with the operation plan described below. For example, they may be displayed in a natural language format together with the operation plan (reference number 1153), or a table showing the contents of the operation plan may be displayed with the parts related to the operational conditions highlighted (reference number 1154).
<運用条件探索処理s3>
図12は、運用条件探索処理s3の詳細を説明するフロー図である。運用条件探索部142は、運用条件抽出処理s2で取得した類似日情報を読み込む(s301)。
<Operation condition search process s3>
12 is a flow diagram illustrating the operation condition search process s3 in detail. The operation condition search unit 142 reads the similar day information acquired in the operation condition extraction process s2 (s301).
そして、運用条件探索部142は、各配水池44の信頼区間を算出する(s302~s304)。すなわち、まず、運用条件探索部142は、運用実績データ15から、各配水池44の過去の所定期間の水位の変動を取得する(s302)。そして、運用条件探索部142は、この所定期間の各時間帯における各配水池44の水位の分布に基づき、当該所定期間における水位の信頼区間の上限及び下限の差が所定値以下である時刻を特定する(s303)。運用条件探索部142は、s302で特定した時刻を評価時刻として記憶する(s304)。
Then, the operational condition search unit 142 calculates the confidence interval for each distributing reservoir 44 (s302-s304). That is, first, the operational condition search unit 142 acquires the fluctuations in water level for each distributing
図13は、配水池44の信頼区間及び評価時刻の算出方法の一例を説明する図である。まず、運用条件探索部142は、各配水池44の過去の各日の一時間毎(0時、1時、・・・)の水位の変動のデータを運用実績データ15から取得し(符号1301)、その各日の各時間帯における各配水池44の水位のデータに変換する(符号1302)。運用条件探索部142は、この変換したデータに基づき、各配水池44の水位の上限値及び下限値を各時間帯毎に集計する(符号1303)。運用条件探索部142は、この集計データに基づき、水位の上限値及び下限値の差が所定値以下の時間帯1305を評価時刻として特定する。
なお、本実施形態では、配水池44の水位に基づき信頼区間を設定したが、その他の設備の水の状態の信頼区間を設定してもよい。
13 is a diagram for explaining an example of a method for calculating the confidence interval and evaluation time of the
In this embodiment, the confidence interval is set based on the water level of the distributing
次に、図12に示すように運用条件探索部142は、運用条件抽出処理s2で生成した運用条件を読み込む(s305)。そして、運用条件探索部142は、この運用条件における各設備の状態(if以下の内容。以下、条件部という。)及び作業員が行う操作(then以下の内容。以下、結果部という。)の内容を再構成した新たな運用条件(派生運用条件)を1又は複数生成する(s306)。そして、運用条件探索部142は、各派生運用条件を、制約式に変換する(s306)。 Next, as shown in FIG. 12, the operational condition search unit 142 reads the operational conditions generated in the operational condition extraction process s2 (s305). The operational condition search unit 142 then generates one or more new operational conditions (derived operational conditions) by reconstructing the state of each piece of equipment in these operational conditions (contents following "if"; hereafter referred to as the condition part) and the operations performed by the worker (contents following "then"; hereafter referred to as the result part) (s306). The operational condition search unit 142 then converts each derived operational condition into a constraint equation (s306).
具体的には、まず、運用条件探索部142は、結果部が示す水の流路(具体的には系統45)を特定する。運用条件探索部142は、条件部から、上記特定した系統45に属す
る設備(設備の条件)を全て抽出する。運用条件探索部142は、抽出した設備のうち少なくともいずれかを含む全ての組み合わせを生成し、生成した各組み合わせを新たな条件部とし、これらの各条件部と上記結果部との組み合わせのそれぞれを、派生運用条件とする。
Specifically, first, the operation condition search unit 142 identifies the water flow path (specifically, the system 45) indicated by the result part. The operation condition search unit 142 extracts all the equipment (equipment conditions) belonging to the identified
例えば、「if A AND B AND C then W」(A、Cは浄水場Pの系統に属する設備の条件
、Bは浄水場Qの系統に属する設備の条件、Wは浄水場Pの設備の操作)なる運用条件がある場合には、「if A AND C then W」が抽出され、これに基づき、「if A AND C then W」、「if C then W」、「if C then W」がそれぞれ新たな派生運用条件として生成される。なお、派生運用条件の生成に際しては、運用条件に係る閾値を変更させた派生運用条件を生成してもよい。
For example, if there is an operating condition "if A AND B AND C then W" (A and C are conditions of equipment belonging to the system of water purification plant P, B is a condition of equipment belonging to the system of water purification plant Q, and W is the operation of equipment of water purification plant P), "if A AND C then W" is extracted, and based on this, "if A AND C then W", "if C then W", and "if C then W" are generated as new derived operating conditions, respectively. Note that when generating derived operating conditions, derived operating conditions may be generated in which the threshold values related to the operating conditions are changed.
さらに、図14は、派生運用条件を制約式に変換する一例を説明する図である。運用条件探索部142は、「if...then...」の内容を、線形式に変換する。例えば、if節における各条件が、ある変数が2値のいずれを取るかについての条件(例えば、0又は1)である場合は、運用条件探索部142は、各条件における2値の組み合わせが取り得る範囲を示す不等式3061を生成する。 Furthermore, FIG. 14 is a diagram illustrating an example of converting derived operational conditions into a constraint equation. The operational condition search unit 142 converts the contents of "if...then..." into a linear expression. For example, if each condition in the if clause is a condition on which of two values a certain variable can take (e.g., 0 or 1), the operational condition search unit 142 generates an inequality 3061 that indicates the range of possible combinations of the two values in each condition.
また、例えば、if節における各条件が、ある変数が閾値以上の範囲を取るかについての条件(例えば、配水池が所定水位以上であるか否か)である場合は、運用条件探索部142は、ある変数が閾値を超える場合は1、超えない場合は0となるような制約式を含む不等式3062を生成する。 Also, for example, if each condition in the if clause is a condition on whether a certain variable is in a range above a threshold (for example, whether a water reservoir is above a specified water level), the operation condition search unit 142 generates an inequality 3062 that includes a constraint equation that is 1 if a certain variable exceeds the threshold and 0 if it does not exceed the threshold.
また、例えば、if節における各条件が、ある変数が閾値以下の範囲を取るかについての条件(例えば、配水池が所定水位以下であるか否か)である場合も同様に、運用条件探索部142は、ある変数が閾値を超える場合は1、超えない場合は0となるような制約式を含む不等式3063を生成する。 Similarly, for example, when each condition in the if clause is a condition on whether a certain variable falls within a range below a threshold (for example, whether a water reservoir is below a specified water level), the operation condition search unit 142 generates an inequality 3063 including a constraint equation that is 1 if a certain variable exceeds a threshold and 0 if it does not exceed the threshold.
次に、図12に示すように運用条件探索部133は、s306で生成した派生運用条件の下で、設備データ16のハード制約が示す制約を満たし、かつソフト制約からの逸脱が最小となるような、各設備の操作(ポンプ41の操作及び管路42の流量)を算出するための最適化モデルを、派生運用条件ごとに構築する(s307)。本実施形態では、運用条件探索部133は、混合整数計画法により最適化モデルを構築するものとする。最適化モデルの詳細は後述する。
Next, as shown in FIG. 12, the operation
運用条件探索部142は、運用条件抽出処理s2で特定した類似日を一つ選択し、選択した類似日の基準時(例えば、0:00)における各変数の値(需要量の変化等)をs307で生成した最適化モデルに入力することにより、その類似日における決定変数の値を算出する(s308)。 The operational condition search unit 142 selects one of the similar days identified in the operational condition extraction process s2, and calculates the values of the decision variables on that similar day by inputting the values of each variable (such as changes in demand) at the reference time (e.g., 0:00) of the selected similar day into the optimization model generated in s307 (s308).
運用条件探索部142は、s308の処理を、全ての類似日について繰り返す(s309)。 The operational condition search unit 142 repeats the process of step s308 for all similar days (s309).
運用条件探索部142は、派生運用条件ごとに、s308で最適化モデルにより算出した決定変数の値(計画値)と、運用実績データ15から取得した過去の実績値とを比較する(s310)。すなわち、運用条件探索部142は、s308で決定変数の値を算出した際に算出した、各配水池44の水位(計画値)と、運用実績データ15から取得した評価時刻における各配水池44の水位(実績値)とを比較する。例えば、運用条件探索部142は、各配水池44の水位と評価時刻における各配水池44の水位との二乗誤差を算出する。
For each derived operating condition, the operating condition search unit 142 compares the value (planned value) of the decision variable calculated by the optimization model in s308 with the past actual value obtained from the operating performance data 15 (s310). That is, the operating condition search unit 142 compares the water level (planned value) of each distributing
運用条件探索部142は、s310の結果に基づき、計画値と実績値との乖離が最も小さい派生運用条件及びこれに対応する制約式を特定する(s311)。以上で運用条件探索処理s3は終了する。 Based on the result of s310, the operational condition search unit 142 identifies the derived operational condition and the corresponding constraint equation that have the smallest deviation between the planned value and the actual value (s311). This ends the operational condition search process s3.
<計画立案処理s6>
次に、図15は、計画立案処理s6の詳細を説明するフロー図である。運用計画立案部14は、計画日の基準時刻(例えば、2018年8月2日 0:00)を設定し(s601)、基準時刻の前の直近の期間に係る運用実績データ15を取得する(s602)。
<Planning process s6>
15 is a flow diagram illustrating details of the planning process s6. The
次に、運用計画立案部14は、基準時刻以降の各時間(t=0:00、1:00、2:00、・・・)について、各設備のハード制約(設計上限及び設計下限)、水の収支、及び水の需要量の制約等の下で、各設備のソフト制約(各配水池の水位の運用上限及び運用下限、並びに各管路の流量の運用上限及び運用下限)からの逸脱量を最小化する各設備の操作の内容(各管路42の流量及び各ポンプ41の起動又は停止等)を算出するための最適化モデルを構築する(s603)。なお、運用計画立案部14は、t=0:00に係る計算においてその前の時間のデータを用いる場合は、s602で取得したデータを用いる。
Next, the
運用計画立案部14は、例えば混合整数計画法の解法を実行するライブラリパッケージにより行うことで、最適化モデルを構築する。なお、このような最適化モデルの構築の手法は、例えば、特開2018-185678号公報に開示されている。
ここで、最適化モデルの構成の具体例について説明する。
The operation
Here, a specific example of the configuration of the optimization model will be described.
(最適化モデルの制約)
図16は、最適化モデルの制約の一例を説明する図である。この制約は、時間tにおいて各ポンプが起動又は停止している場合のそのポンプによる管路の水の流量の制約1401と、時間tにおける各設備(配水池44を除く)の水の流量の収支1402と、時間t-1から時間tにおける各配水池44の水貯留量の収支変化1403と、時間tにおける、各管路42からの流量とこれに対応する系統45における水の需要量との収支1404(需要量の充足条件)と、時間tにおける各配水池44の水位のハード制約1405(設計上の制約)と、時間tにおける各管路42における水の流量のハード制約1406(設計上の制約)と、時間tにおける各配水池44の水位のソフト制約1407(運用上の制約)と、時間tにおける各管路42における水の流量のソフト制約1408(設計上の制約)とを有する。
(Constraints of the optimization model)
16 is a diagram for explaining an example of constraints of the optimization model. The constraints include a
(最適化モデルの決定変数及び目的関数)
続いて、図17は、最適化モデルの決定変数及び目的関数の一例を説明する図である。まず、決定変数は、時間tにおける各管路の流量1409、時間tにおける各ポンプ41の操作1410(起動又は停止)、及び、時間tにおける各配水池44の水の貯留量1411である。
(Decision variables and objective functions of the optimization model)
17 is a diagram illustrating an example of decision variables and an objective function of the optimization model. First, the decision variables are the
最適化モデルの目的関数1412は、各配水池44の水位のソフト制約(運用上限及び運用下限)からの逸脱量及び各管路の流量のソフト制約(運用上限及び運用下限)からの逸脱量の合計値を最小化する関数である。なお、ソフト制約は時間tごとに異なる値を設定してもよい。また、目的関数には、ポンプの起動時の消費電力量等、他の運用に関する情報を加えてもよい。
The objective function 1412 of the optimization model is a function that minimizes the sum of the deviation of the water level of each
続いて、図18は、最適化モデルの生成に用いられる説明変数に関するデータの一例を示す図である。同図に示すように、運用計画立案部14は、「2018年8月1日 23
:00」における各配水池44の水位、各配水池44のポンプの運転時間、各ポンプ41の吐出流量、各管路42の流量、各系統45における水の需要量の情報を取得する。
Next, FIG. 18 is a diagram showing an example of data related to explanatory variables used to generate an optimization model. As shown in the figure, the operation
Information on the water level of each distributing
また、図19は、最適化モデルの実行により運用計画の一部として算出される需要量の予測値の一例を示す図である。同図に示すように、この需要量は、基準時刻以降の各時間(「2018年8月1日 0:00-」、「2018年8月1日 1:00-」、・・・、「2018年8月1日 23:00-」)における各系統45の需要量である。
Figure 19 is a diagram showing an example of a predicted value of the demand calculated as part of the operation plan by executing the optimization model. As shown in the figure, this demand is the demand of each
次に、図15に示すように運用計画立案部14は、s603で生成した最適化モデルに、計画日におけるハード制約及び水の需要量等を入力することにより、各設備の状態及び各設備の操作(すなわち運用計画)を算出する(s604)。例えば、運用計画立案部14は、説明変数として各ポンプ41の吐出流量、各管路42の流量、及び各配水池44の水位を算出し、目的変数として各ポンプ41の操作及び各管路の流量を算出する。
Next, as shown in FIG. 15, the operation
そして、運用計画立案部14は、s604で算出した結果を運用計画表示画面に表示し、又はその結果を出力する(s605)。
Then, the operation
<運用計画表示画面>
図20は、運用計画表示画面1500の一例を示す図である。運用計画表示画面1500は、作業員が計画日に行うべき設備の操作を表示する操作表示欄1510と、運用計画表示欄1520とを含む。
<Operation plan display screen>
20 is a diagram showing an example of an operation
操作表示欄1510には、各操作を行う時刻1511、各操作の内容1512、及び各操作に対応する運用条件1513が表示される。なお、各設備の操作のうちポンプ41の停止は、ある時刻の水の流量(又はポンプ41の運転状態)が0、かつ1つ前の時間帯の水の流量(又はポンプ41の運転状態)が正数である場合に表示される。また、ポンプ41の起動は、ある時刻の水の流量(又はポンプ41の運転状態)が正数、かつ1つ前の時間帯の水の流量(又はポンプ41の運転状態)が0である場合に表示される。また、操作表示欄1510には、運用条件探索処理s3で生成された全派生運用条件のうちs311で抽出されなかった派生運用条件は「-」と表示される。
In the
運用計画表示欄1520には、運用計画の詳細が表示される。運用計画表示欄1520には、例えば、最適化モデルにおける各決定変数として、各浄水場40における各設備の状態(管路42及びポンプ41の流量、配水池44の水位、管路42のろ過流量等)が表示される。なお、各設備の状態をグラフ化して(トレンドグラフ等)運用計画表示欄1520に表示するようにしてもよい。
Details of the operation plan are displayed in the operation
以上のように、本実施形態の浄水場運用計画立案装置10は、浄水場40の各設備における水の状態(配水池44の水位等)及び作業員が行った各設備の操作(ポンプ41の操作及び管路42の流量等)の組み合わせ(運用実績データ15)を取得し、取得した組み合わせに基づき、浄水場40の各設備における水の状態とその状態に対応して作業員が行う各設備の操作との関係である運用条件を算出する。そして、浄水場運用計画立案装置10は、計画日において、運用条件の下で、浄水場40における各設備の制約を最も満たす、作業員が各設備に対して行う操作を算出する。
As described above, the water purification plant
すなわち、本実施形態の浄水場運用計画立案装置10は、浄水場40での過去の各設備の状態とそのときに行われた各操作を運用条件として設定し、この運用条件を前提として、浄水場40の制約を満たす運用計画(設備の操作等)を算出する。このように、本実施形態の浄水場運用計画立案装置10は、例えば浄水場40で過去に作業員が実際に行った運用操作を反映した、浄水場40に最適化された運用計画を作成することができる。この
ようにして、浄水場の作業員が有する運転ノウハウを正確に反映して運転計画を立案することができる。
That is, the water purification plant
また、本実施形態の浄水場運用計画立案装置10は、計画日における浄水場40に関する状態値(例えば配水池44の水位)と所定差以内の状態値を有していた過去の類似日を特定する。浄水場運用計画立案装置10は、この類似日における、各設備の水の状態及び操作の組み合わせに基づき、浄水場40における各設備の水の状態を説明変数とし浄水場40における各設備の操作を目的変数とする学習済みモデルを生成することにより、運用条件を算出する。
The water purification plant
このように、計画日と設備の状態が類似する過去の類似日の設備のデータを学習データとした学習済みモデルを生成して運用条件を求めることで、浄水場40の各設備の状況が日々異なる場合であっても、計画日の状況に即した適切な運用条件を生成することができる。
In this way, by generating a trained model using data from equipment on similar days in the past when the equipment condition is similar to the planned date as training data and determining operating conditions, appropriate operating conditions can be generated that are in line with the condition on the planned date, even if the condition of each piece of equipment at the
また、本実施形態の浄水場運用計画立案装置10は、浄水場40の各設備における水の状態の範囲(例えば、配水池44の水位の範囲)を条件とし、これに対応して作業員が行う各設備の操作(例えば、ポンプ41の操作)を結果とした情報を表示した画面を表示することで、作業員は、浄水場40で行われてきた(そして行われるべき)運用の概要を把握することができる。
In addition, the water purification plant
また、本実施形態の浄水場運用計画立案装置10は、浄水場40の各設備を、浄水場40における水の流路(系統45)に関して分類することで、各設備の状態に関して再構成した複数の運用条件の候補を生成し、生成した各候補から、所定の条件を満たす候補を運用条件(派生運用条件)として特定する。
The water purification plant
このように、運用条件を浄水場40の系統45の観点から再構成した複数の運用条件の候補を生成し、これらから運用条件を特定することで、浄水場40が複雑な流路構成を有している場合であっても、適切な運用条件を使用して運用計画を生成することができる。
In this way, by generating multiple candidate operating conditions by reconstructing the operating conditions from the perspective of the
上記所定の条件に関して、本実施形態の浄水場運用計画立案装置10は、各運用条件の候補のそれぞれの下での、浄水場40における各設備の制約を最も満たす場合の各設備の状態(計画値)を推定する。そして浄水場運用計画立案装置10は、過去に行った浄水場の各設備の状態(実績値)との乖離度が小さい運用条件の候補を、運用条件として特定する。このように、各運用条件の候補から算出される理論値たる各計画値に関して、過去の実績値との乖離が最も小さい計画値である候補を運用条件とすることで、最も適切な運用条件を設定することができる。
Regarding the above-mentioned specified conditions, the water purification plant
また、本実施形態の浄水場運用計画立案装置10は、浄水場40の設備における水の状態の範囲(例えば、配水池44の水位の上限及び下限の範囲)が所定幅未満であった時間の特徴(信頼区間たる時間帯等)を特定し、この信頼区間における浄水場の設備の状態との乖離度が小さい運用条件の候補を、運用条件として特定する。
The water purification plant
信頼区間のように、作業員が運用内容を絞り込む必要がありその結果設備の運用の精度が高いと考えられる期間と比較することにより類似度が高い運用条件を採用することで、精度の高い運用計画を生成することができる。特に、浄水場40の運用では配水池44の水位の運用が非常に重要でありこれに該当する。配水池44の水位の変動幅が小さい信頼区間に基づいて運用条件を決定することで、精度の高い運用計画を生成することができる。
Like a confidence interval, workers need to narrow down the operation content, and by comparing with a period during which the accuracy of equipment operation is considered high, highly similar operating conditions can be adopted, allowing for the generation of a highly accurate operation plan. This is particularly true for the operation of the
また、本実施形態では、浄水場40における所定の設備(例えば、配水池44の水位)の制約は、ハード制約及び、ハード制約より緩やかなソフト制約を有しており、浄水場運用計画立案装置10は、計画日において、運用条件の下で、その所定の設備のハード制約を満たしかつソフト制約からの逸脱量が最も少ない各設備への操作を算出する。このように、制約の程度が異なる2つの制約を考慮することで、現場の実態に即したより柔軟な運用計画を生成することができる。
In addition, in this embodiment, the constraints of a specific piece of equipment in the water purification plant 40 (for example, the water level of the water reservoir 44) include a hard constraint and a soft constraint that is less stringent than the hard constraint, and the water purification plant
また、本実施形態の浄水場運用計画立案装置10は、運用計画の内容、例えば、作業員が各設備に対して行う操作の内容を表示する。これにより、作業員は、計画日に行うべき運用操作を容易に知ることができる。
The water purification plant operation
また、本実施形態の浄水場運用計画立案装置10は、運用計画(設備の操作)を実現する指示信号を送信し、監視制御装置20がこの指示信号に基づき各設備を制御する。これにより、浄水場40の作業員が有する運転ノウハウを正確に反映した浄水場40の自動運用を行うことができる。
In addition, the water purification plant
本発明は以上に説明した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。上記した実施形態は本発明のより良い理解のために詳細に説明したものであり、必ずしも説明の全ての構成を備えるものに限定されるものではない。 The present invention is not limited to the embodiments described above, and includes various modifications. The above-described embodiments have been described in detail to provide a better understanding of the present invention, and are not necessarily limited to those having all of the configurations described.
例えば、各実施例の各装置が備える各機能の一部は他の装置に設けてもよいし、別装置が備える機能を同一の装置に設けてもよい。 For example, some of the functions provided by each device in each embodiment may be provided in another device, and functions provided by another device may be provided in the same device.
また、本実施形態では、浄水場40における設備の操作は、ポンプ41の起動若しくは停止、又は管路42の流量としたが、水のろ過流量の調整等その他の運用操作であってもよい。
In addition, in this embodiment, the operation of the equipment in the
また、本実施形態では、ソフト制約として配水池44の運用水位の上限及び下限を設定したが、その他の制約、例えばポンプ41の起動順又は起動間隔を設定してもよい。
In addition, in this embodiment, upper and lower limits for the operating water level of the
また、本実施形態では、運用条件の情報を学習済みモデルにより生成するものとしたが、その他の情報形式であってもよい。例えば、複数の条件式の組み合わせとしてもよいし、運用条件を表すデータベースを構築する等してもよい。 In addition, in this embodiment, the information on the operating conditions is generated by a trained model, but other information formats are also possible. For example, it may be a combination of multiple conditional expressions, or a database representing the operating conditions may be constructed.
また、本実施形態では、複数の派生運用条件から最適化モデルに利用する派生運用条件を採用する方法として、運用計画による計画値と、過去の実績値とを比較して最も実績値に近い派生運用条件を採用するものとしたが、各派生運用条件が適切であるか否かを判定するその他の評価モデルや式を用いてもよい。また、ユーザに、適切な派生運用条件を選択させるようにしてもよい。 In addition, in this embodiment, the method of selecting the derived operational conditions to be used in the optimization model from multiple derived operational conditions is to compare planned values from the operational plan with past actual values and select the derived operational conditions that are closest to the actual values, but other evaluation models or formulas that determine whether each derived operational condition is appropriate may also be used. Also, the user may be allowed to select appropriate derived operational conditions.
1 浄水場運転管理システム、40 浄水場、10 浄水場運用計画立案装置、14 運用計画立案部、131 運用条件抽出部 1 Water purification plant operation management system, 40 Water purification plant, 10 Water purification plant operation planning device, 14 Operation planning unit, 131 Operation condition extraction unit
Claims (10)
浄水場の各設備における水の状態及び作業員が行った各設備の操作の組み合わせを取得し、取得した組み合わせに基づき、前記浄水場の各設備における水の状態と当該状態に対応して作業員が行う各設備の操作との関係である運用条件を算出する運用条件抽出部と、
将来の所定の時点において、前記運用条件の下で、前記浄水場における各設備の制約を最も満たす、作業員が各設備に対して行う操作を算出する運用計画立案部と、
を備える、浄水場運用立案計画装置。 A processor and a memory,
an operational condition extraction unit that acquires a combination of the state of water in each facility of the water purification plant and the operation of each facility performed by an operator, and calculates an operational condition that is a relationship between the state of water in each facility of the water purification plant and the operation of each facility performed by an operator corresponding to the state, based on the acquired combination;
An operation planning unit that calculates an operation to be performed by an operator on each piece of equipment at the water purification plant at a predetermined time in the future under the operating conditions that best satisfies the constraints of each piece of equipment at the water purification plant;
A water purification plant operation planning device comprising:
前記取得した組み合わせに基づき、前記浄水場における各設備の水の状態を説明変数とし、前記浄水場における各設備の操作を目的変数とする学習済みモデルを生成することにより運用条件を算出する運用条件学習部を備える、
請求項1に記載の浄水場運用立案計画装置。 The operation condition extraction unit identifies a past time at which a state value related to the water purification plant at the predetermined future time point had a state value within a predetermined difference, and acquires a combination of the state of water in each piece of equipment of the water purification plant and the operation of each piece of equipment performed by an operator at the identified past time point,
and an operational condition learning unit that calculates operational conditions by generating a trained model based on the acquired combination, the trained model having the water state of each piece of equipment in the water purification plant as an explanatory variable and the operation of each piece of equipment in the water purification plant as a target variable.
The water purification plant operation planning device according to claim 1.
前記算出した運用条件に基づき、前記浄水場の各設備における水の状態の範囲を条件とし、当該状態に対応して作業員が行う各設備の操作を結果とした情報を表示する表示部をさらに備える、
請求項1に記載の浄水場運用立案計画装置。 The state of the water in the water purification plant under the operating conditions is expressed as a range of the state of the water in each of the facilities;
A display unit is further provided that displays information on the range of water conditions in each piece of equipment of the water purification plant based on the calculated operating conditions, and the results of the operation of each piece of equipment performed by an operator in response to the condition.
The water purification plant operation planning device according to claim 1.
前記運用条件抽出部により取得した組み合わせに基づき、前記複数の運用条件の候補を生成し、生成した各運用条件の候補のそれぞれの下での、前記浄水場における各設備の制約を最も満たす場合の各設備の状態を推定し、
過去に行った前記浄水場の各設備の状態を取得し、取得した各設備の状態との乖離度が所定値以下の前記運用条件の候補を、前記運用条件として特定する、
請求項4に記載の浄水場運用立案計画装置。 The operation condition search unit includes:
Generate candidates for the plurality of operating conditions based on the combination acquired by the operating condition extraction unit, and estimate a state of each piece of equipment in the water purification plant that best satisfies the constraints of the equipment under each of the generated candidates for the operating conditions;
acquiring a past status of each piece of equipment of the water purification plant, and identifying, as the operating condition, a candidate for the operating condition whose deviation from the acquired status of each piece of equipment is equal to or less than a predetermined value;
The water purification plant operation planning device according to claim 4.
前記運用条件探索部は、前記特定した特徴を有する過去の時点における前記浄水場の設備の状態を取得し、取得した各設備の状態との乖離度が所定値以下の前記運用条件の候補を、前記運用条件として特定する、
請求項5に記載の浄水場運用立案計画装置。 An evaluation time calculation unit that identifies characteristics of a time during which the range of the water state in the equipment of the water purification plant is less than a predetermined range,
The operation condition search unit acquires the state of the equipment of the water purification plant at a past time point having the specified characteristics, and identifies, as the operation condition, a candidate of the operation condition whose deviation from the acquired state of each equipment is equal to or less than a predetermined value.
The water purification plant operation planning device according to claim 5.
前記運用計画立案部は、前記将来の所定の時点において、前記運用条件の下で、前記所定の設備の前記第1の制約を満たしかつ前記第2の制約からの逸脱量が最も少ない、前記作業員が各設備に対して行う操作を算出する、
請求項1に記載の浄水場運用立案計画装置。 The constraints of a given facility at the water purification plant include a first constraint and a second constraint that is less stringent than the first constraint;
the operation planning unit calculates an operation to be performed by the operator on each piece of equipment at the predetermined time point in the future under the operating conditions, which satisfies the first constraint of the predetermined piece of equipment and has a minimum deviation from the second constraint;
The water purification plant operation planning device according to claim 1.
浄水場の各設備における水の状態及び作業員が行った各設備の操作の組み合わせを取得し、取得した組み合わせに基づき、前記浄水場の各設備における水の状態と当該状態に対応して作業員が行う各設備の操作との関係である運用条件を算出する運用条件抽出処理と、
将来の所定の時点において、前記運用条件の下で、前記浄水場における各設備の制約を最も満たす、作業員が各設備に対して行う操作を算出する運用計画立案処理と、
を実行する、浄水場運用立案計画方法。 An information processing device,
an operation condition extraction process for acquiring a combination of the water state in each facility of the water purification plant and the operation of each facility performed by an operator, and calculating an operation condition, which is a relationship between the water state in each facility of the water purification plant and the operation of each facility performed by an operator in response to the water state, based on the acquired combination;
An operation plan creation process for calculating an operation to be performed by an operator on each piece of equipment at the water purification plant that best satisfies the constraints of each piece of equipment at a predetermined time in the future under the operating conditions;
A method for planning and developing water purification plant operations.
浄水場の各設備における水の状態及び作業員が行った各設備の操作の組み合わせを取得し、取得した組み合わせに基づき、前記浄水場の各設備における水の状態と当該状態に対応して作業員が行う各設備の操作との関係である運用条件を算出する運用条件抽出部と、
将来の所定の時点において、前記運用条件の下で、前記浄水場における各設備の制約を最も満たす、各設備に対して行う操作を算出し、算出した操作を指示する信号を送信する運用計画立案部と、
前記信号を受信し、受信した信号に基づき、前記各設備を制御する監視制御装置と、
を備える、浄水場運転管理システム。 A processor and a memory,
an operation condition extraction unit that acquires a combination of the water state in each facility of the water purification plant and the operation of each facility performed by an operator, and calculates an operation condition, which is a relationship between the water state in each facility of the water purification plant and the operation of each facility performed by an operator corresponding to the water state, based on the acquired combination;
An operation planning unit that calculates an operation to be performed on each piece of equipment in the water purification plant that best satisfies the constraints of each piece of equipment in the water purification plant under the operating conditions at a predetermined time in the future and transmits a signal instructing the calculated operation;
a monitoring and control device that receives the signal and controls each of the facilities based on the received signal;
A water purification plant operation management system equipped with the following:
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Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001022437A (en) | 1999-07-13 | 2001-01-26 | Toshiba Corp | Computer-readable recording medium recording plant control device and plant control program |
| JP2009294731A (en) | 2008-06-02 | 2009-12-17 | Toshiba Corp | Plant controller automatically extracting operation know-how |
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| JP2018185678A (en) | 2017-04-26 | 2018-11-22 | 株式会社日立製作所 | Operation planning device, operation control system, and operation planning method |
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Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001022437A (en) | 1999-07-13 | 2001-01-26 | Toshiba Corp | Computer-readable recording medium recording plant control device and plant control program |
| JP2009294731A (en) | 2008-06-02 | 2009-12-17 | Toshiba Corp | Plant controller automatically extracting operation know-how |
| JP2014178878A (en) | 2013-03-14 | 2014-09-25 | Toshiba Corp | Knowhow visualization device and knowhow visualization method |
| JP2018185678A (en) | 2017-04-26 | 2018-11-22 | 株式会社日立製作所 | Operation planning device, operation control system, and operation planning method |
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