受水流量算出方法および装置
【課題】受水流量の変更を抑制しつつ水需要の変動に対応可能な計画受水流量を算出する。
【解決手段】記憶部１５により、対象期間について予め算出された配水流量の時系列データを示す予測配水流量データと、配水設備３０での受水および配水に関する制約条件を示す制約条件データとを記憶しておき、受水流量計画部１６Ａにより、記憶部１５から制約条件データを読み出し、当該制約条件データに基づいて対象期間における受水流量の時系列変化を示す計画受水流量データ１５Ｃを複数生成し、最適受水流量選択部１６Ｅにより、受水流量計画部１６Ａで生成された各計画受水流量データ１５Ｃのうちから、それぞれの計画受水流量データ１５Ｃによる受水流量の変更回数または変更量合計に基づき、最適な計画受水流量データを選択出力する。
【解決手段】記憶部１５により、対象期間について予め算出された配水流量の時系列データを示す予測配水流量データと、配水設備３０での受水および配水に関する制約条件を示す制約条件データとを記憶しておき、受水流量計画部１６Ａにより、記憶部１５から制約条件データを読み出し、当該制約条件データに基づいて対象期間における受水流量の時系列変化を示す計画受水流量データ１５Ｃを複数生成し、最適受水流量選択部１６Ｅにより、受水流量計画部１６Ａで生成された各計画受水流量データ１５Ｃのうちから、それぞれの計画受水流量データ１５Ｃによる受水流量の変更回数または変更量合計に基づき、最適な計画受水流量データを選択出力する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、配水設備の制御技術に関し、特に上流側の水供給設備からの受水流量を算出する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的な上水道では、取水場により河川や湖から取水した水を浄水場で浄化した後、配水設備から水道管を介して工場や一般家庭などの水需要家へ配水している。この際、配水設備では、浄水場や他の配水設備などの上流側の水供給設備からの水を配水池に一時的に貯水することにより、気温や時間により変動する水需要に対応している。しかしながら、配水池で対応しうる変動量には、配水池の大きさなどによって限界があるため、上流側の水供給設備から受水する受水流量を調整する必要がある。
【０００３】
従来、このような水需要の変動に応じて受水流量を調整する技術が提案されている（例えば、特許文献１など参照）。この技術は、実際に測定した配水池の実績水位と、予め計画した計画受水流量から算出した配水池の演算水位との偏差に基づいて、ファジィ推論を行うことにより、配水池の水位が適正範囲となるよう計画受水流量を補正している。
【０００４】
【特許文献１】特開平９−３４５５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、このような従来技術では、制御時点に測定した配水池の実績水位をフィードバックさせて、制御時点における計画受水流量を補正して配水池の水位を調整するという、瞬時的な適応制御を行っているため、受水流量の制御において安定性が乏しく、受水流量の変更回数が多くなったり、受水流量の変更量が大きくなる傾向がある。このため、上流側の水供給設備での負担が大きくなり、水供給設備においてこのような下流側配水設備での受水流量の変動に対応するためには、水供給設備の設備規模や運転コストが増大するという問題点があった。
本発明はこのような課題を解決するためのものであり、受水流量の変更を抑制しつつ水需要の変動に対応可能な計画受水流量を算出できる受水流量算出方法および装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
このような目的を達成するために、本発明にかかる受水流量算出方法は、上流側からの水を配水池に一時的に貯水した後に下流側へ配水する配水設備について、演算処理部と記憶部とを備える受水流量算出装置により、上流側から受水すべき受水流量の時系列変化を所定の対象期間にわたり算出する際に用いられる受水流量算出方法であって、記憶部により、対象期間について予め算出された配水設備から配水すべき配水流量の時系列データを示す予測配水流量データと、配水設備での受水および配水に関する制約条件を示す制約条件データとを記憶する記憶ステップと、演算処理部により、記憶部から予測配水流量データと制約条件データを読み出し、当該制約条件データに基づいて対象期間における受水流量の時系列変化を示す計画受水流量データを複数生成する受水流量計画ステップと、演算処理部により、受水流量計画ステップで生成された各計画受水流量データのうちから、それぞれの計画受水流量データによる受水流量の変更回数または変更量合計に基づき、最適な計画受水流量データを選択出力する最適受水流量選択ステップとを備えている。
【０００７】
この際、受水流量計画ステップに、演算処理部により、対象期間における受水流量の時系列変化を示す受水流量データを生成する受水流量データ生成ステップと、演算処理部により、記憶部から予測配水流量データを読み出し、当該予測配水流量データと受水流量データ生成ステップで生成された受水流量データとに基づいて配水池の配水池水位を算出する配水池水位算出ステップと、演算処理部により、制約条件データに含まれる配水池の適正水位範囲と配水池水位算出ステップで算出された配水池水位とを比較し、対象期間にわたり配水池水位が適正水位範囲内に維持される場合には、当該受水流量データを計画受水流量データとして選択出力する計画受水流量データ選択ステップとを設けてもよい。
【０００８】
また、制約条件データに、直前受水流量から新たな受水流量への変更量の上限値を示す受水変更量上限値を含み、受水流量データ生成ステップで、対象期間内の各時刻における受水流量の変更量が受水変更量上限値以下となる受水流量データを生成するようにしてもよい。
【０００９】
また、最適受水流量選択ステップで、計画受水流量データにおける受水流量の変更回数と変更量合計との重み付き線形和を求める目的関数を用いて、計画受水流量データごとに評価値を算出し、これら評価値に基づき各計画受水流量データのうちから最適な計画受水流量データを選択して出力するようにしてもよい。
【００１０】
また、制約条件データに、対象期間内の所定の評価時点における配水池水位の目標水位と、対象期間の各時刻における目標水位に対する水位許容偏差とを含み、受水流量データ選択ステップで、制約条件データに含まれる目標水位および水位許容偏差から決定される目標値許容範囲と配水池水位算出ステップで算出された評価時点における配水池水位とを比較し、評価時点における配水池水位が目標値許容範囲に維持される場合には、当該受水流量データを計画受水流量データとして出力するようにしてもよい。
【００１１】
また、本発明にかかる受水流量算出装置は、上流側からの水を配水池に一時的に貯水した後に下流側へ配水する配水設備について、上流側から受水すべき受水流量の時系列変化を所定の対象期間にわたり算出する受水流量算出装置であって、対象期間について予め算出された配水設備から配水すべき配水流量の時系列データを示す予測配水流量データと、配水設備での受水および配水に関する制約条件を示す制約条件データとを記憶する記憶部と、記憶部から予測配水流量データと制約条件データを読み出し、当該制約条件データに基づいて対象期間における受水流量の時系列変化を示す計画受水流量データを複数生成する受水流量計画部と、この受水流量計画部で生成された各計画受水流量データのうちから、それぞれの計画受水流量データによる受水流量の変更回数または変更量合計に基づき、最適な計画受水流量データを選択出力する最適受水流量選択部とを備えている。
【００１２】
この際、受水流量計画部に、対象期間における受水流量の時系列変化を示す受水流量データを生成する受水流量データ生成部と、記憶部から予測配水流量データを読み出し、当該予測配水流量データと受水流量データ生成部で生成された受水流量データとに基づいて配水池の配水池水位を算出する配水池水位算出部と、制約条件データに含まれる配水池の適正水位範囲と配水池水位算出部で算出された配水池水位とを比較し、対象期間にわたり配水池水位が適正水位範囲内に維持される場合には、当該受水流量データを計画受水流量データとして選択出力する計画受水流量データ選択部とを設けてもよい。
【００１３】
また、制約条件データに、直前受水流量から新たな受水流量への変更量の上限値を示す受水変更量上限値を含み、受水流量データ生成部で、対象期間内の各時刻における受水流量の変更量が受水変更量上限値以下となる受水流量データを生成するようにしてもよい。
【００１４】
また、最適受水流量選択部で、計画受水流量データにおける受水流量の変更回数と変更量合計との重み付き線形和を求める目的関数を用いて、計画受水流量データごとに評価値を算出し、これら評価値に基づき各計画受水流量データのうちから最適な計画受水流量データを選択して出力するようにしてもよい。
【００１５】
また、制約条件データに、対象期間内の所定の評価時点における配水池水位の目標水位と、対象期間の各時刻における目標水位に対する水位許容偏差とを含み、受水流量データ選択部で、制約条件データに含まれる目標水位および水位許容偏差から決定される目標値許容範囲と配水池水位算出部で算出された評価時点における配水池水位とを比較し、評価時点における配水池水位が目標値許容範囲に維持される場合には、当該受水流量データを計画受水流量データとして出力するようにしてもよい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、受水流量計画部により、記憶部から制約条件データが読み出され、当該制約条件データに基づいて対象期間における受水流量の時系列変化を示す計画受水流量データが複数生成され、最適受水流量選択部により、受水流量計画部で生成された各計画受水流量データのうちから、それぞれの計画受水流量データによる受水流量の変更回数または変更量合計に基づき、最適な計画受水流量データが選択出力されるため、受水流量の変更を抑制しつつ水需要の変動に対応可能な計画受水流量を算出することができる。
これにより、配水設備での受水流量の変更による上流側の水供給設備での負担を最小限に抑制することができ、配水設備において、上流側の水供給設備の設備規模や運転コストを増大させることなく、下流側における受水流量の変動に対して適切に対応することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
［第１の実施の形態］
まず、図１を参照して、本発明の第１の実施の形態にかかる受水流量算出装置について説明する。図１は、本発明の第１の実施の形態にかかる受水流量算出装置の構成を示すブロック図である。
【００１８】
配水設備３０は、配水場や浄水場などの配水プラントであり、浄水場や他の配水設備などの上流側の水供給設備からの水を配水池３２に一時的に貯水した後、水需要家へ配水する機能を有している。受水弁３１は、配水池３２の上流側に設けられて、その上流側の水供給設備からの受水流量を調整する機能を有している。送水ポンプ３３は、配水池３２の下流側に設けられて、その下流側の水需要家に対して配水池３２に貯水されている水を一定の水圧で送水する機能を有している。
【００１９】
制御装置３４は、コンピュータを用いて配水設備３０内の各設備機器を制御する制御機能を有している。制御装置３４の主な制御機能としては、配水流量予測装置２０からの予測配水流量データ２３に基づいて送水ポンプ３３での配水流量を制御する機能、受水流量算出装置１０からの最適受水流量データ２４に基づいて受水弁３１での受水流量を制御する機能、送水ポンプ３３から配水した配水流量を実測し、その測定結果を実績配水流量データ２１として配水流量予測装置２０へ出力する機能などがある。
【００２０】
配水流量予測装置２０は、サーバ装置やパーソナルコンピュータなどコンピュータを用いて情報演算処理を行う情報処理装置からなり、配水設備３０からの実績配水流量データ２１および気象データ提供システム（図示せず）からの気象データ２２を取り込んで、将来、例えば翌日２４時間分にわたる配水設備３０での配水流量を予測し、その予測結果を予測配水流量データ２３として配水設備３０や受水流量算出装置１０へ出力する機能を有している。
【００２１】
図２は、配水流量予測装置で予測した予測配水流量の時系列変化を示す説明図である。図３は、配水設備から配水した実績配水流量の時系列変化を示す説明図である。
水需要は、季節、天候、気温、湿度、曜日、祝祭日、時刻などにより大きく変動するため、配水設備３０では、限られた大きさの配水池３２を効率よく利用して水需要の変動に対応する必要がある。通常、配水流量予測装置２０において、前日の実績配水流量データ２１や当日の気象データ２２に基づいて、例えば当日の０時に当日２４時間分の配水流量を予測し、予測配水流量データ２３として出力する。配水設備３０の制御装置３４は、この予測配水流量データ２３に基づき送水ポンプ３３を制御することにより、水需要家に対する配水流量を調整する。
【００２２】
図４は、受水流量算出装置で算出した最適受水流量の時系列変化を示す説明図である。図５は、配水設備で受水した実績受水流量の時系列変化を示す説明図である。図６は、配水池水位の時系列変化を示す説明図である。
図６に示すように、配水設備３０の配水池３２には、運用時の運用上限水位（Ｌｍａｘ）７２Ｈと運用下限水位（Ｌｍｉｎ）７２Ｌからなる適正水位範囲が予め設定されている。配水流量予測装置２０で予測した予測配水流量データ２３に基づいて送水ポンプ３３の回転数を制御する場合、制御装置３４では、配水池３２の水位が上記適正水位範囲内に保たれるよう、受水流量算出装置１０で算出された最適受水流量データ２４に基づいて受水弁３１の開度を制御することにより受水流量を調整する。
【００２３】
図４の例では、時刻ｔ１〜ｔ３において受水流量が削減されており、これに応じて図５の実績受水流量２５が僅かではあるがそれぞれにおいて低下している。これにより、図２，図３に示すように、時刻ｔ１前後から配水流量が大幅に減少しつつあり、配水池３２の水位の大幅な上昇が予想される場合でも、図６に示すように、配水池３２の水位７１の上昇が運用上限水位７２Ｈ以下に保たれることになる。
【００２４】
受水流量算出装置１０は、サーバ装置やパーソナルコンピュータなどコンピュータを用いて情報演算処理を行う情報処理装置からなり、配水設備３０において、配水池３２に対して上流側から受水すべき受水流量の時系列変化を、所定の対象期間にわたり算出し、最適受水流量データ２４として配水設備３０へ出力する機能を有している。通常、受水流量算出装置１０では、現在時点（算出時点）から当日２４時までを対象期間とし、対象期間における１０分間隔ごとの最適受水流量データ２４をそれぞれ算出する。また、最適受水流量データ２４は、１０分間隔で再計算し更新する。
【００２５】
受水流量算出装置１０には、主な機能部として、データ取得部１１、操作入力部１２、画面表示部１３、データ出力部１４、記憶部１５、および演算処理部１６が設けられている。また、演算処理部１６には、主な処理部として、受水流量計画部１６Ａと最適受水流量選択部１６Ｅが設けられている。
【００２６】
本実施の形態は、記憶部１５により、対象期間について予め算出された配水流量の時系列データを示す予測配水流量データ１５Ａと、配水設備３０での受水および配水に関する制約条件を示す制約条件データ１５Ｄとを記憶しておき、受水流量計画部１６Ａにより、記憶部１５から制約条件データを読み出し、当該制約条件データに基づいて対象期間における受水流量の時系列変化を示す計画受水流量データ１５Ｃを複数生成し、最適受水流量選択部１６Ｅにより、受水流量計画部１６Ａで生成された各計画受水流量データ１５Ｃのうちから、それぞれの計画受水流量データ１５Ｃによる受水流量の変更回数または変更量合計に基づき、最適な計画受水流量データを選択出力するようにしたものである。
【００２７】
次に、図１および図７を参照して、本発明の第１の実施の形態にかかる受水流量算出装置の構成について詳細に説明する。図７は、本発明の第１の実施の形態にかかる受水流量算出装置における受水流量算出動作を示すフロー図である。
【００２８】
データ取得部１１は、専用の通信回路からなり、配水流量予測装置２０などの外部装置とデータ通信を行うことにより、予測配水流量データ２３などの各種データやプログラム１５Ｐを取得する機能を有している。
操作入力部１２は、キーボードやマウスなどの操作入力装置からなり、オペレータの操作を検出して演算処理部１６へ出力する機能を有している。
【００２９】
画面表示部１３は、ＬＣＤやＰＤＰなどの画面表示装置からなり、演算処理部１６からの指示に基づいて、操作メニューや最適受水流量データ２４などの演算結果を画面表示する機能を有している。
データ出力部１４は、専用の通信回路からなり、制御装置３４などの外部装置とデータ通信を行うことにより、演算処理部１６で得られた最適受水流量データ２４などの演算結果を外部装置へ出力する機能とを有している。
【００３０】
記憶部１５は、ハードディスクやメモリなどの記憶装置からなり、演算処理部１６での受水流量算出処理に用いる各種処理情報やプログラム１５Ｐを記憶する機能を有している。プログラム１５Ｐは、演算処理部１６により読み込まれて実行されることにより、受水流量算出処理を行う各種処理部を実現するプログラムである。記憶部１５で記憶される主な処理情報としては、予測配水流量データ１５Ａ、配水池水位データ１５Ｂ、計画受水流量データ１５Ｃ、制約条件データ１５Ｄ、および最適受水流量データ１５Ｅがある。
【００３１】
予測配水流量データ（Ｆｏｕｔ）１５Ａは、図２に示したような、配水設備３０での配水流量の時系列変化を示す配水流量データであり、予め配水流量予測装置２０で予測した予測配水流量データ２３がデータ取得部１１で取得され、演算処理部１６により記憶部１５へ保存される。
配水池水位データ１５Ｂは、図６に示したように、配水池３２の水位の時系列変化を示す水位データであり、演算処理部１６の受水流量計画部１６Ａにより算出されて記憶部１５へ保存される。
計画受水流量データ（Ｆｉｎ）１５Ｃは、図４に示したような、配水設備３０での受水流量の時系列変化を示す受水流量データであり、演算処理部１６の受水流量計画部１６Ａにより最適受水流量データ１５Ｅの候補として生成されて記憶部１５へ保存される。
【００３２】
制約条件データ１５Ｄは、配水設備３０での配水および受水に関する各種制約条件を示すデータであり、予め操作入力部１２やデータ取得部１１から入力され記憶部１５へ保存される。この制約条件データ１５Ｄは、演算処理部１６の受水流量計画部１６Ａにより計画受水流量データ１５Ｃを生成する際や、最適受水流量選択部１６Ｅによりこれら計画受水流量データ１５Ｃから最適受水流量データ１５Ｅを選択する際に用いられる。
【００３３】
制約条件データ１５Ｄの具体例としては、受水流量変更時における、直前受水流量から新たな受水流量への変更量の上限値を示す受水変更量上限値（ΔＦｍａｘ）４１、配水池３２の面積（Ａ）４２、配水池３２の運用上限水位（Ｌｍａｘ）７２Ｈおよび運用下限水位（Ｌｍｉｎ）７２Ｌからなる適正水位範囲４３、各計画受水流量データ１５Ｃの評価値を算出するための数式を示す目的関数４４などがある。
【００３４】
最適受水流量データ（Ｆｏｐｔ）１５Ｅは、図４に示したような、配水設備３０での受水流量の時系列変化を示す受水流量データであり、候補となる計画受水流量データ１５Ｃのうちから演算処理部１６の最適受水流量選択部１６Ｅにより選択されて記憶部１５へ保存される。
【００３５】
演算処理部１６は、ＣＰＵなどのマイクロプロセッサとその周辺回路を有し、記憶部１５からプログラム１５Ｐを読み込んで実行することにより、上記ハードウェアとプログラム１５Ｐとを協働させて、受水流量算出処理に用いる各種処理部を実現する。
演算処理部１６で実現される主な処理部としては、受水流量計画部１６Ａと最適受水流量選択部１６Ｅがある。
【００３６】
受水流量計画部１６Ａは、記憶部１５から予測配水流量データ１５Ａと制約条件データ１５Ｄを読み出し、当該制約条件データ１５Ｄに基づいて対象期間における受水流量の時系列変化を示す計画受水流量データ１５Ｃを最適受水流量データ１５Ｅの候補として複数生成する機能を有している。この際に用いる制約条件データ１５Ｄとしては、受水変更量上限値（ΔＦｍａｘ）４１がある。
この受水流量計画部１６Ａには、計画受水流量データ１５Ｃを生成するための処理部として、受水流量データ生成部１６Ｂ、配水池水位算出部１６Ｃ、および計画受水流量データ選択部１６Ｄが設けられている。
【００３７】
受水流量データ生成部１６Ｂは、対象期間における受水流量の時系列変化を示す受水流量データを生成する機能を有している。具体的には、例えば制約条件データ１５Ｄで指定されている個々の範囲から順次選択した、受水流量の変更回数、変更時刻、および変更量の組合せに基づき、対象期間の各時刻における受水流量を算出する。この際、変更量については、その上限が受水変更量上限値４１で制限される。変更時刻については、対象期間の各時刻を変更回数に基づき順に選択すればよい。変更回数については、制約条件データ１５Ｄで変更回数の上限を規定してもよいが、後述する最適受水流量選択部１６Ｅにより受水流量データの生成終了が判断されるまで変更回数を０（ゼロ）から順に増やすようにしてもよい。
【００３８】
配水池水位算出部１６Ｃは、予測配水流量データ１５Ａと受水流量データ生成部１６Ｂで生成された受水流量データとに基づいて配水池３２の水位を算出し、配水池水位データ１５Ｂとして記憶部１５へ保存する機能を有している。
計画受水流量データ選択部１６Ｄは、制約条件データ１５Ｄに含まれる配水池３２の適正水位範囲４３と配水池水位算出部１６Ｃで算出された配水池水位データ１５Ｂの各水位とを比較する機能と、対象期間にわたり配水池水位が適正水位範囲４３に維持される場合には、当該受水流量データを計画受水流量データ１５Ｃとして記憶部１５へ保存する機能とを有している。
【００３９】
最適受水流量選択部１６Ｅは、受水流量計画部１６Ａで候補として生成された各計画受水流量データ１５Ｃについて、当該計画受水流量データ１５Ｃにおける受水流量の変更回数と変更量合計との重み付き線形和を求める目的関数を用いて評価値を算出する機能と、各計画受水流量データ１５Ｃの評価値に基づき最適受水流量データ１５Ｅを選択する機能と、最適受水流量データ１５Ｅをデータ出力部１４から配水設備３０へ出力する機能と、最適受水流量データ１５Ｅを記憶部１５へ保存し、必要に応じて画面表示部１３へ出力して画面表示する機能とを有している。
【００４０】
［第１の実施の形態の動作］
次に、図８を参照して、本発明の第１の実施の形態にかかる受水流量算出装置の動作について説明する。図８は、本発明の第１の実施の形態にかかる受水流量算出装置の最適受水流量算出処理を示すフローチャートである。
【００４１】
受水流量算出装置１０の演算処理部１６は、操作入力部１２で検出されたオペレータによる処理開始操作に応じて、図８の最適受水流量算出処理を開始する。なお、記憶部１５には、予測配水流量データ１５Ａと制約条件データ１５Ｄとが予め保存されているものとする。また、対象期間としては、現時点（算出時点）から当日２４時までの期間とし、この対象期間内で１０分間隔ごとに受水流量を算出する。
【００４２】
演算処理部１６は、まず、受水流量計画部１６Ａにより、記憶部１５から予測配水流量データ１５Ａを読み出す（ステップ１００）。
続いて、演算処理部１６は、受水流量計画部１６Ａの受水流量データ生成部１６Ｂにより、対象期間における受水流量の時系列変化（１０分間隔）を示す受水流量データＦｉｎ＝｛Ｆin(0),Ｆin(1),…Ｆin(n)｝（但しｎは正数）を生成する（ステップ１０１）。初期値Fin(0)は、例えば現在値：Fin(t-1)を用いる。あるいは、予測配水流量データ１５Ａの現時点から当日２４時までの期間の積分値を当該期間で除した平均値をFin(0)として、始めることでも良い。なお、このようなループ条件は適宜チューニングの対象となる（ステップ１０９にて後述される）。
図９は、生成した受水流量データを示す説明図である。この際、受水流量データ生成部１６Ｂは、記憶部１５の制約条件データ１５Ｄに含まれる受水変更量上限値（ΔＦｍａｘ）４１に基づき、次式（１）で示される制約条件に基づき受水流量データを生成する。
｜Ｆin(t+1)−Ｆin(t)｜≦ΔＦmax …（１）
【００４３】
次に、演算処理部１６は、受水流量計画部１６Ａの配水池水位算出部１６Ｃにより、予測配水流量データ１５Ａと受水流量データ生成部１６Ｂで生成された受水流量データとに基づいて、対象期間における配水池３２の水位を１０分間隔で算出し、配水池水位データ１５Ｂとして記憶部１５へ保存する（ステップ１０２）。図１０は、算出した配水池水位データを示す説明図である。この際、予測配水流量データ１５ＡをＦｏｕｔ＝｛Ｆout(0),Ｆout(1),…,Ｆout(n)｝とし、配水池３２の面積をＡとし、配水池水位をＬとした場合、配水池水位Ｌに関するバランス式は、次式（２）で表すことができ、このバランス式に基づき各時刻における配水池水位Ｌ＝｛Ｌ(0),Ｌ(1),…,Ｌ(n)｝を算出すればよい。
Ａ×ｄＬ／ｄｔ＝Ｆin(t)−Ｆout(t) …（２）
【００４４】
続いて、演算処理部１６は、受水流量計画部１６Ａの計画受水流量データ選択部１６Ｄにより、制約条件データ１５Ｄに含まれる配水池３２の適正水位範囲４３と配水池水位算出部１６Ｃで算出された配水池水位データ１５Ｂの水位とを、１０分間隔の時刻ごとに比較する（ステップ１０３）。この際、適正水位範囲４３の運用上限水位をＬｍａｘとし、運用下限水位をＬｍｉｎとした場合、このときの制約条件は次式（３）で表すことができる。
Ｌmin≦Ｌ(t)≦Ｌmax …（３）
【００４５】
ここで、対象期間の全ての時刻において、式（３）が満たされる場合（ステップ１０４：ＹＥＳ）、計画受水流量データ選択部１６Ｄは、受水流量データ生成部１６Ｂで生成された当該受水流量データを計画受水流量データ１５Ｃとして選択して記憶部１５へ保存する（ステップ１０５）。
一方、対象期間のいずれかの時刻において、式（３）が満たされない場合（ステップ１０４：ＮＯ）、計画受水流量データ選択部１６Ｄは、受水流量データ生成部１６Ｂで生成された当該受水流量データを破棄し、後述するステップ１０９へ移行する。
【００４６】
次に、演算処理部１６は、最適受水流量選択部１６Ｅにより、受水流量計画部１６Ａで候補として生成された計画受水流量データ１５Ｃについて、当該計画受水流量データ１５Ｃにおける受水流量の変更回数Ｋと、次式（４）で示される変更量合計ΔＦｓｕｍとを算出する（ステップ１０６）。
ΔＦｓｕｍ＝Σ｜Ｆin(t+1)−Ｆin(t)｜ …（４）
【００４７】
最適受水流量選択部１６Ｅは、算出した受水流量の変更回数Ｋと変更量合計ΔＦｓｕｍとの重み付き線形和を求める、制約条件データ１５Ｄに含まれる目的関数４４を用いて評価値を算出する（ステップ１０７）。この際、変更回数Ｋに対する重みをＷとした場合、評価値Ｅは、次式（５）の目的関数で算出できる。なお、目的関数については、式（５）に限定されるものではなく、例えば変更回数Ｋまたは変更量合計ΔＦｓｕｍのいずれかのみを用いた式であってもよい。
Ｅ＝Ｋ×Ｗ＋ΔＦｓｕｍ …（５）
【００４８】
続いて、最適受水流量選択部１６Ｅは、算出した評価値Ｅといままでに算出した最小評価値Ｅｍｉｎとを比較し、いずれか小さい方を新たな最小評価値Ｅｍｉｎとして選択し記憶部１５へ保存する（ステップ１０８）。
次に、最適受水流量選択部１６Ｅは、受水流量計画部１６Ａによる計画受水流量データ１５Ｃの生成が終了したか否か判定し（ステップ１０９）、終了していない場合は（ステップ１０９：ＮＯ）、ステップ１０１へ戻って新たな計画受水流量データ１５Ｃの生成を繰り返す。
【００４９】
一方、計画受水流量データ１５Ｃの生成が終了した場合は（ステップ１０９：ＹＥＳ）、記憶部１５に保存されている最小評価値Ｅｍｉｎに対応する計画受水流量データ１５Ｃを最適受水流量データ１５Ｅとして選択し、データ出力部１４から配水設備３０へ出力して（ステップ１１０）、一連の最適受水流量算出処理を終了する。
この際、ステップ１０９における計画受水流量データ１５Ｃの生成終了判定については、例えば制約条件データ１５Ｄで予め設定した計画受水流量データ１５Ｃの繰り返し生成回数に達した場合に生成終了と判定してもよく、目的関数に基づいて受水流量の変更回数や変更量を増やしても新たな最小評価値Ｅｍｉｎが得られないことが確定した場合に生成終了と判定してもよい。
【００５０】
より具体的に繰り返し生成について述べれば、前述したFin(0)初期値の設定の方法、Fin(n)を変更するに当たり、その変更刻み幅を式（１）におけるΔＦmaxをそのまま使う方法、若しくはΔＦmaxの何分の一かを適宜使う方法、また、Fin(n)を変更する条件を配水地水位Ｌが運用上限/下限水位のいずれかに到達したときとする、若しくは当該上下限内の任意の余裕を持った値とする方法など、種々のチューニングをステップ１０９にて行い、ステップ１０９からステップ１０１へのループを形成することが考えられる。
【００５１】
［第１の実施の形態の効果］
このように本実施の形態は、記憶部１５により、対象期間について予め算出された配水流量の時系列データを示す予測配水流量データと、配水設備３０での受水および配水に関する制約条件を示す制約条件データとを記憶しておき、受水流量計画部１６Ａにより、記憶部１５から制約条件データを読み出し、当該制約条件データに基づいて対象期間における受水流量の時系列変化を示す計画受水流量データ１５Ｃを複数生成し、最適受水流量選択部１６Ｅにより、受水流量計画部１６Ａで生成された各計画受水流量データ１５Ｃのうちから、それぞれの計画受水流量データ１５Ｃによる受水流量の変更回数または変更量合計に基づき、最適な計画受水流量データを選択出力するようにしたので、受水流量の変更を抑制しつつ水需要の変動に対応可能な計画受水流量を算出することができる。
【００５２】
これにより、配水設備での受水流量の変更による上流側の水供給設備での負担を最小限に抑制することができ、配水設備において、上流側の水供給設備の設備規模や運転コストを増大させることなく、下流側における受水流量の変動に対して適切に対応することが可能となる。
【００５３】
また、本実施の形態では、受水流量データ生成部１６Ｂにより、対象期間における受水流量の時系列変化を示す受水流量データを生成し、配水池水位算出部１６Ｃにより、記憶部１５から予測配水流量データ１５Ａを読み出し、当該予測配水流量データ１５Ａと受水流量データ生成部１６Ｂで生成された受水流量データとに基づいて配水池水位データ１５Ｂを算出し、計画受水流量データ選択部１６Ｄにより、制約条件データ１５Ｄに含まれる配水池３２の適正水位範囲４３と配水池水位算出部１６Ｃで算出された配水池水位データ１５Ｂとを比較し、対象期間にわたり配水池水位が適正水位範囲４３内に維持される場合には、当該受水流量データを計画受水流量データ１５Ｃとして選択出力するようにしたので、対象期間にわたり配水池３２の水位を適正水位範囲４３内に維持しうる受水流量データを計画受水流量データとして適切な選択することができる。
【００５４】
また、本実施の形態では、制約条件データ１５Ｄに、直前受水流量から新たな受水流量への変更量の上限値を示す受水変更量上限値を含み、受水流量データ生成部１６Ｂにおいて、対象期間内の各時刻における受水流量の変更量が受水変更量上限値以下となるよう受水流量データを生成するようにしたので、受水流量の変更量が受水変更量上限値以下となる受水流量データのみを生成することができ、上流側の水供給設備に対する負担を軽減することができる。
【００５５】
また、本実施の形態では、最適受水流量選択部１６Ｅにより、計画受水流量データにおける受水流量の変更回数と変更量合計との重み付き線形和を求める目的関数を用いて、計画受水流量データ１５Ｃごとに評価値を算出し、これら評価値に基づき各計画受水流量データのうちから最適な計画受水流量データを選択して出力するようにしたので、受水流量の変更回数と変更量合計とが抑制されたものを最適受水流量データとして選択することができ、上流側の水供給設備に対する負担を軽減することができる。
【００５６】
［第２の実施の形態］
次に、図１１を参照して、本発明の第２の実施の形態にかかる受水流量算出装置について説明する。図１１は、本発明の第２の実施の形態にかかる受水流量算出装置における受水流量算出動作を示すフロー図であり、前述した図７と同じまたは同等部分には同一符号を付してある。
【００５７】
第１の実施の形態では、計画受水流量データ選択部１６Ｄにおいて、配水池水位データ１５Ｂの各水位を適正水位範囲４３内に維持するという式（３）の制約条件に基づいて、受水流量データ生成部１６Ｂで生成された当該受水流量データを計画受水流量データ１５Ｃとして選択する場合について説明した。
本実施の形態では、式（３）の制約条件を緩和してその上限/下限値を拡げ、および対象期間内に設定された評価時点における配水池水位を、対象期間にわたり当該時刻における目標水位許容範囲内に維持するという制約条件に基づいて、受水流量データ生成部１６Ｂで生成された当該受水流量データを計画受水流量データ１５Ｃとして選択する場合について説明する。
【００５８】
本実施の形態にかかる受水流量算出装置１０では、図１１に示すように、制約条件データ１５Ｄの適正水位範囲４３に、水位許容偏差Ｌαが追加されている。図１２は、水位許容偏差を示す説明図である。
本実施の形態で追加された制約条件では、対象期間内の任意の時刻、例えば対象期間の最終時点となる当日２４時に評価時点を設定し、その評価時点における配水池水位すなわち評価時点水位８１が、所定の目標水位（Ｌｓ）８２から水位許容偏差Ｌαの範囲すなわち目標値許容範囲４５内に維持されていることとする。
【００５９】
この際、水位許容偏差Ｌαは、受水流量データの算出時点Ｔに依存する関数で与えられる。図１２の例では、受水流量データの算出時点Ｔが当日１２時までの期間に相当する場合、水位許容偏差Ｌα＝０に設定されており、当日１２時以降の期間では、当日２４時に向かって水位許容偏差Ｌαが線形関数で徐々に増加するよう設定されている。この際、評価時点水位８１をＬｎ（Ｔ）とし、目標水位８２をＬｓとし、水位許容偏差をＬαとした場合、この制約条件は次式（６）で表される。
｜Ｌs−Ｌn(Ｔ)｜≦Ｌα(Ｔ) …（６）
【００６０】
また、評価時点水位Ｌｎ（Ｔ）に対して、上記制約条件の適用要否を判定する水位として、適用上限水位（ＬＨ）８３Ｈと適用下限水位（ＬＬ）８３Ｌとが設けられており、受水流量データの算出時点で得られたＬｎ（Ｔ）が、適用上限水位８３Ｈを上回った場合、あるいは適用下限水位８３Ｌを下回った場合、上記制約条件を適用しない。したがって、評価時点水位Ｌｎ（Ｔ）が、適用上限水位８３Ｈから適用下限水位８３Ｌまでの範囲に位置する場合に、上記制約条件を適用する。
なお、本実施の形態にかかる受水流量算出装置１０の他の構成については、第１の実施の形態と同様であり、ここでの詳細な説明は省略する。
【００６１】
［第２の実施の形態の動作］
次に、図１３を参照して、本発明の第２の実施の形態にかかる受水流量算出装置の動作について説明する。図１３は、本発明の第２の実施の形態にかかる受水流量算出装置の最適受水流量算出処理を示すフローチャートであり、前述した図８と同じまたは同等部分には同一符号を付してある。
【００６２】
受水流量算出装置１０の演算処理部１６は、操作入力部１２で検出されたオペレータによる処理開始操作に応じて、図８の最適受水流量算出処理を開始する。なお、記憶部１５には、予測配水流量データ１５Ａと制約条件データ１５Ｄとが予め保存されているものとする。また、受水流量を算出する対象期間としては、現時点（算出時点）から当日２４時までの期間とし、この対象期間内で１０分間隔ごとに受水流量を算出する。
【００６３】
演算処理部１６は、まず、受水流量計画部１６Ａにより、記憶部１５から予測配水流量データ１５Ａを読み出し（ステップ１００）、受水流量計画部１６Ａの受水流量データ生成部１６Ｂにより、対象期間における受水流量の時系列変化（１０分間隔）を示す受水流量データを生成する（ステップ１０１）。
次に、演算処理部１６は、受水流量計画部１６Ａの配水池水位算出部１６Ｃにより、予測配水流量データ１５Ａと受水流量データ生成部１６Ｂで生成された受水流量データとに基づいて、対象期間における配水池３２の水位を１０分間隔で算出し、配水池水位データ１５Ｂとして記憶部１５へ保存する（ステップ１０２）。
【００６４】
続いて、演算処理部１６は、受水流量計画部１６Ａの計画受水流量データ選択部１６Ｄにより、式（３）の制約条件に基づいて、制約条件データ１５Ｄに含まれる配水池３２の適正水位範囲４３と配水池水位算出部１６Ｃで算出された配水池水位データ１５Ｂの水位とを、１０分間隔の時刻ごとに比較する（ステップ１０３）。
次に、計画受水流量データ選択部１６Ｄは、制約条件データ１５Ｄに含まれる適用上限水位８３Ｈから適用下限水位８３Ｌまでの範囲に評価時点水位Ｌｎ（Ｔ）が位置する場合、式（６）の制約条件を適用して、目標水位Ｌｓに対する水位許容偏差Ｌαの目標値許容範囲４５と評価時点水位Ｌｎ（Ｔ）とを比較する（ステップ２００）。
【００６５】
このように、対象期間の全ての時刻において式（３）が満たされ、かつ評価時点において式（６）が満たされる場合（ステップ１０４：ＹＥＳ）、計画受水流量データ選択部１６Ｄは、受水流量データ生成部１６Ｂで生成された当該受水流量データを計画受水流量データ１５Ｃとして選択して記憶部１５へ保存する（ステップ１０５）。
一方、対象期間のいずれかの時刻において式（３）が満たされない場合、または評価時点において式（６）が満たされない場合（ステップ１０４：ＮＯ）、計画受水流量データ選択部１６Ｄは、受水流量データ生成部１６Ｂで生成された当該受水流量データを破棄し、後述するステップ１０９へ移行する。
【００６６】
以下、第１の実施の形態と同様にして、図１３のステップ１０５〜１０９が実行され、ステップ１０９において、計画受水流量データ１５Ｃの生成が終了した場合は（ステップ１０９：ＹＥＳ）、記憶部１５に保存されている最小評価値Ｅｍｉｎに対応する計画受水流量データ１５Ｃを最適受水流量データ１５Ｅとして選択し、データ出力部１４から配水設備３０へ出力して（ステップ１１０）、一連の最適受水流量算出処理を終了する。
【００６７】
［第２の実施の形態の効果］
このように、本実施の形態では、受水流量データ選択部１６Ｄにより、制約条件データ１５Ｄに含まれる目標水位および水位許容偏差からなる目標値許容範囲と配水池水位算出部１６Ｃで算出された評価時点における配水池水位とを比較し、評価時点における配水池水位が目標値許容範囲に維持される場合には、当該受水流量データを計画受水流量データとして選択出力するようにしたので、配水池水位を評価時点において所望の目標値許容範囲内に維持することができる。
【００６８】
したがって、評価時点を当日２４時など、配水流量データや受水流量データの切れ目の時刻に設定することにより、配水制御の切り替わり時点における配水池水位の誤差を抑制することができ、安定した配水制御を実現することが可能となる。なお、適用上限水位８３Ｈから適用下限水位８３Ｌは２４時までの残り時間を考慮して、比較的に緩和された値を設定することで、確実に配水池の水位を保つ効果がある。
【００６９】
［実施の形態の拡張］
以上で説明した各実施の形態では、受水流量算出装置１０と配水流量予測装置２０とを別個の装置で実現した場合を例として説明したが、これに限定されるものではなく、これらを１つの装置で実現してもよい。同様に、受水流量算出装置１０のみ、あるいは受水流量算出装置１０と配水流量予測装置２０の両方を、配水設備３０の制御装置３４の一部として同一装置内に実装してもよい。
【００７０】
また、各実施の形態における、対象期間、受水流量データの再計算間隔、配水流量データや受水流量データなどの時系列データのデータ間隔、さらには制約条件データで設定された各種制約条件の内容については、上記例に限定されるものではなく、必要に応じて任意に選択すればよい。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本発明の第１の実施の形態にかかる受水流量算出装置の構成を示すブロック図である。
【図２】配水流量予測装置で予測した予測配水流量の時系列変化を示す説明図である。
【図３】配水設備から配水した実績配水流量の時系列変化を示す説明図である。
【図４】受水流量算出装置で算出した最適受水流量の時系列変化を示す説明図である。
【図５】配水設備で受水した実績受水流量の時系列変化を示す説明図である。
【図６】配水池水位の時系列変化を示す説明図である。
【図７】本発明の第１の実施の形態にかかる受水流量算出装置における受水流量算出動作を示すフロー図である。
【図８】本発明の第１の実施の形態にかかる受水流量算出装置の最適受水流量算出処理を示すフローチャートである。
【図９】受水流量データを示す説明図である。
【図１０】配水池水位データを示す説明図である。
【図１１】本発明の第２の実施の形態にかかる受水流量算出装置における受水流量算出動作を示すフロー図である。
【図１２】水位許容偏差を示す説明図である。
【図１３】本発明の第２の実施の形態にかかる受水流量算出装置の最適受水流量算出処理を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００７２】
１０…受水流量算出装置、１１…データ取得部、１２…操作入力部、１３…画面表示部、１４…データ出力部、１５…記憶部、１５Ａ，２３…予測配水流量データ、１５Ｂ…配水池水位データ、１５Ｃ…計画受水流量データ、１５Ｄ…制約条件データ、１５Ｅ，２４…最適受水流量データ、１５Ｐ…プログラム、１６…演算処理部、１６Ａ…受水流量計画部、１６Ｂ…受水流量データ生成部、１６Ｃ…配水池水位算出部、１６Ｄ…受水流量データ選択部、１６Ｅ…最適受水流量選択部、２０…配水流量予測装置、２１…実績配水流量データ、２２…気象データ、２５…実績受水流量、３０…配水設備、３１…受水弁、３２…配水池、３３…送水ポンプ、３４…制御装置、４１…受水変更量上限値（ΔＦｍａｘ）、４２…配水池面積（Ａ）、４３…適正水位範囲、４４…目的関数、４５…目標値許容範囲、７１…配水池水位、７２Ｈ…運用上限水位（Ｌｍａｘ）、７２Ｌ…運用下限水位（Ｌｍｉｎ）、８１…評価時点水位、８２…目標水位（Ｌｓ）、８３Ｈ…適用上限水位（ＬＨ）、８３Ｌ…適用下限水位（ＬＬ）。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、配水設備の制御技術に関し、特に上流側の水供給設備からの受水流量を算出する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的な上水道では、取水場により河川や湖から取水した水を浄水場で浄化した後、配水設備から水道管を介して工場や一般家庭などの水需要家へ配水している。この際、配水設備では、浄水場や他の配水設備などの上流側の水供給設備からの水を配水池に一時的に貯水することにより、気温や時間により変動する水需要に対応している。しかしながら、配水池で対応しうる変動量には、配水池の大きさなどによって限界があるため、上流側の水供給設備から受水する受水流量を調整する必要がある。
【０００３】
従来、このような水需要の変動に応じて受水流量を調整する技術が提案されている（例えば、特許文献１など参照）。この技術は、実際に測定した配水池の実績水位と、予め計画した計画受水流量から算出した配水池の演算水位との偏差に基づいて、ファジィ推論を行うことにより、配水池の水位が適正範囲となるよう計画受水流量を補正している。
【０００４】
【特許文献１】特開平９−３４５５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、このような従来技術では、制御時点に測定した配水池の実績水位をフィードバックさせて、制御時点における計画受水流量を補正して配水池の水位を調整するという、瞬時的な適応制御を行っているため、受水流量の制御において安定性が乏しく、受水流量の変更回数が多くなったり、受水流量の変更量が大きくなる傾向がある。このため、上流側の水供給設備での負担が大きくなり、水供給設備においてこのような下流側配水設備での受水流量の変動に対応するためには、水供給設備の設備規模や運転コストが増大するという問題点があった。
本発明はこのような課題を解決するためのものであり、受水流量の変更を抑制しつつ水需要の変動に対応可能な計画受水流量を算出できる受水流量算出方法および装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
このような目的を達成するために、本発明にかかる受水流量算出方法は、上流側からの水を配水池に一時的に貯水した後に下流側へ配水する配水設備について、演算処理部と記憶部とを備える受水流量算出装置により、上流側から受水すべき受水流量の時系列変化を所定の対象期間にわたり算出する際に用いられる受水流量算出方法であって、記憶部により、対象期間について予め算出された配水設備から配水すべき配水流量の時系列データを示す予測配水流量データと、配水設備での受水および配水に関する制約条件を示す制約条件データとを記憶する記憶ステップと、演算処理部により、記憶部から予測配水流量データと制約条件データを読み出し、当該制約条件データに基づいて対象期間における受水流量の時系列変化を示す計画受水流量データを複数生成する受水流量計画ステップと、演算処理部により、受水流量計画ステップで生成された各計画受水流量データのうちから、それぞれの計画受水流量データによる受水流量の変更回数または変更量合計に基づき、最適な計画受水流量データを選択出力する最適受水流量選択ステップとを備えている。
【０００７】
この際、受水流量計画ステップに、演算処理部により、対象期間における受水流量の時系列変化を示す受水流量データを生成する受水流量データ生成ステップと、演算処理部により、記憶部から予測配水流量データを読み出し、当該予測配水流量データと受水流量データ生成ステップで生成された受水流量データとに基づいて配水池の配水池水位を算出する配水池水位算出ステップと、演算処理部により、制約条件データに含まれる配水池の適正水位範囲と配水池水位算出ステップで算出された配水池水位とを比較し、対象期間にわたり配水池水位が適正水位範囲内に維持される場合には、当該受水流量データを計画受水流量データとして選択出力する計画受水流量データ選択ステップとを設けてもよい。
【０００８】
また、制約条件データに、直前受水流量から新たな受水流量への変更量の上限値を示す受水変更量上限値を含み、受水流量データ生成ステップで、対象期間内の各時刻における受水流量の変更量が受水変更量上限値以下となる受水流量データを生成するようにしてもよい。
【０００９】
また、最適受水流量選択ステップで、計画受水流量データにおける受水流量の変更回数と変更量合計との重み付き線形和を求める目的関数を用いて、計画受水流量データごとに評価値を算出し、これら評価値に基づき各計画受水流量データのうちから最適な計画受水流量データを選択して出力するようにしてもよい。
【００１０】
また、制約条件データに、対象期間内の所定の評価時点における配水池水位の目標水位と、対象期間の各時刻における目標水位に対する水位許容偏差とを含み、受水流量データ選択ステップで、制約条件データに含まれる目標水位および水位許容偏差から決定される目標値許容範囲と配水池水位算出ステップで算出された評価時点における配水池水位とを比較し、評価時点における配水池水位が目標値許容範囲に維持される場合には、当該受水流量データを計画受水流量データとして出力するようにしてもよい。
【００１１】
また、本発明にかかる受水流量算出装置は、上流側からの水を配水池に一時的に貯水した後に下流側へ配水する配水設備について、上流側から受水すべき受水流量の時系列変化を所定の対象期間にわたり算出する受水流量算出装置であって、対象期間について予め算出された配水設備から配水すべき配水流量の時系列データを示す予測配水流量データと、配水設備での受水および配水に関する制約条件を示す制約条件データとを記憶する記憶部と、記憶部から予測配水流量データと制約条件データを読み出し、当該制約条件データに基づいて対象期間における受水流量の時系列変化を示す計画受水流量データを複数生成する受水流量計画部と、この受水流量計画部で生成された各計画受水流量データのうちから、それぞれの計画受水流量データによる受水流量の変更回数または変更量合計に基づき、最適な計画受水流量データを選択出力する最適受水流量選択部とを備えている。
【００１２】
この際、受水流量計画部に、対象期間における受水流量の時系列変化を示す受水流量データを生成する受水流量データ生成部と、記憶部から予測配水流量データを読み出し、当該予測配水流量データと受水流量データ生成部で生成された受水流量データとに基づいて配水池の配水池水位を算出する配水池水位算出部と、制約条件データに含まれる配水池の適正水位範囲と配水池水位算出部で算出された配水池水位とを比較し、対象期間にわたり配水池水位が適正水位範囲内に維持される場合には、当該受水流量データを計画受水流量データとして選択出力する計画受水流量データ選択部とを設けてもよい。
【００１３】
また、制約条件データに、直前受水流量から新たな受水流量への変更量の上限値を示す受水変更量上限値を含み、受水流量データ生成部で、対象期間内の各時刻における受水流量の変更量が受水変更量上限値以下となる受水流量データを生成するようにしてもよい。
【００１４】
また、最適受水流量選択部で、計画受水流量データにおける受水流量の変更回数と変更量合計との重み付き線形和を求める目的関数を用いて、計画受水流量データごとに評価値を算出し、これら評価値に基づき各計画受水流量データのうちから最適な計画受水流量データを選択して出力するようにしてもよい。
【００１５】
また、制約条件データに、対象期間内の所定の評価時点における配水池水位の目標水位と、対象期間の各時刻における目標水位に対する水位許容偏差とを含み、受水流量データ選択部で、制約条件データに含まれる目標水位および水位許容偏差から決定される目標値許容範囲と配水池水位算出部で算出された評価時点における配水池水位とを比較し、評価時点における配水池水位が目標値許容範囲に維持される場合には、当該受水流量データを計画受水流量データとして出力するようにしてもよい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、受水流量計画部により、記憶部から制約条件データが読み出され、当該制約条件データに基づいて対象期間における受水流量の時系列変化を示す計画受水流量データが複数生成され、最適受水流量選択部により、受水流量計画部で生成された各計画受水流量データのうちから、それぞれの計画受水流量データによる受水流量の変更回数または変更量合計に基づき、最適な計画受水流量データが選択出力されるため、受水流量の変更を抑制しつつ水需要の変動に対応可能な計画受水流量を算出することができる。
これにより、配水設備での受水流量の変更による上流側の水供給設備での負担を最小限に抑制することができ、配水設備において、上流側の水供給設備の設備規模や運転コストを増大させることなく、下流側における受水流量の変動に対して適切に対応することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
［第１の実施の形態］
まず、図１を参照して、本発明の第１の実施の形態にかかる受水流量算出装置について説明する。図１は、本発明の第１の実施の形態にかかる受水流量算出装置の構成を示すブロック図である。
【００１８】
配水設備３０は、配水場や浄水場などの配水プラントであり、浄水場や他の配水設備などの上流側の水供給設備からの水を配水池３２に一時的に貯水した後、水需要家へ配水する機能を有している。受水弁３１は、配水池３２の上流側に設けられて、その上流側の水供給設備からの受水流量を調整する機能を有している。送水ポンプ３３は、配水池３２の下流側に設けられて、その下流側の水需要家に対して配水池３２に貯水されている水を一定の水圧で送水する機能を有している。
【００１９】
制御装置３４は、コンピュータを用いて配水設備３０内の各設備機器を制御する制御機能を有している。制御装置３４の主な制御機能としては、配水流量予測装置２０からの予測配水流量データ２３に基づいて送水ポンプ３３での配水流量を制御する機能、受水流量算出装置１０からの最適受水流量データ２４に基づいて受水弁３１での受水流量を制御する機能、送水ポンプ３３から配水した配水流量を実測し、その測定結果を実績配水流量データ２１として配水流量予測装置２０へ出力する機能などがある。
【００２０】
配水流量予測装置２０は、サーバ装置やパーソナルコンピュータなどコンピュータを用いて情報演算処理を行う情報処理装置からなり、配水設備３０からの実績配水流量データ２１および気象データ提供システム（図示せず）からの気象データ２２を取り込んで、将来、例えば翌日２４時間分にわたる配水設備３０での配水流量を予測し、その予測結果を予測配水流量データ２３として配水設備３０や受水流量算出装置１０へ出力する機能を有している。
【００２１】
図２は、配水流量予測装置で予測した予測配水流量の時系列変化を示す説明図である。図３は、配水設備から配水した実績配水流量の時系列変化を示す説明図である。
水需要は、季節、天候、気温、湿度、曜日、祝祭日、時刻などにより大きく変動するため、配水設備３０では、限られた大きさの配水池３２を効率よく利用して水需要の変動に対応する必要がある。通常、配水流量予測装置２０において、前日の実績配水流量データ２１や当日の気象データ２２に基づいて、例えば当日の０時に当日２４時間分の配水流量を予測し、予測配水流量データ２３として出力する。配水設備３０の制御装置３４は、この予測配水流量データ２３に基づき送水ポンプ３３を制御することにより、水需要家に対する配水流量を調整する。
【００２２】
図４は、受水流量算出装置で算出した最適受水流量の時系列変化を示す説明図である。図５は、配水設備で受水した実績受水流量の時系列変化を示す説明図である。図６は、配水池水位の時系列変化を示す説明図である。
図６に示すように、配水設備３０の配水池３２には、運用時の運用上限水位（Ｌｍａｘ）７２Ｈと運用下限水位（Ｌｍｉｎ）７２Ｌからなる適正水位範囲が予め設定されている。配水流量予測装置２０で予測した予測配水流量データ２３に基づいて送水ポンプ３３の回転数を制御する場合、制御装置３４では、配水池３２の水位が上記適正水位範囲内に保たれるよう、受水流量算出装置１０で算出された最適受水流量データ２４に基づいて受水弁３１の開度を制御することにより受水流量を調整する。
【００２３】
図４の例では、時刻ｔ１〜ｔ３において受水流量が削減されており、これに応じて図５の実績受水流量２５が僅かではあるがそれぞれにおいて低下している。これにより、図２，図３に示すように、時刻ｔ１前後から配水流量が大幅に減少しつつあり、配水池３２の水位の大幅な上昇が予想される場合でも、図６に示すように、配水池３２の水位７１の上昇が運用上限水位７２Ｈ以下に保たれることになる。
【００２４】
受水流量算出装置１０は、サーバ装置やパーソナルコンピュータなどコンピュータを用いて情報演算処理を行う情報処理装置からなり、配水設備３０において、配水池３２に対して上流側から受水すべき受水流量の時系列変化を、所定の対象期間にわたり算出し、最適受水流量データ２４として配水設備３０へ出力する機能を有している。通常、受水流量算出装置１０では、現在時点（算出時点）から当日２４時までを対象期間とし、対象期間における１０分間隔ごとの最適受水流量データ２４をそれぞれ算出する。また、最適受水流量データ２４は、１０分間隔で再計算し更新する。
【００２５】
受水流量算出装置１０には、主な機能部として、データ取得部１１、操作入力部１２、画面表示部１３、データ出力部１４、記憶部１５、および演算処理部１６が設けられている。また、演算処理部１６には、主な処理部として、受水流量計画部１６Ａと最適受水流量選択部１６Ｅが設けられている。
【００２６】
本実施の形態は、記憶部１５により、対象期間について予め算出された配水流量の時系列データを示す予測配水流量データ１５Ａと、配水設備３０での受水および配水に関する制約条件を示す制約条件データ１５Ｄとを記憶しておき、受水流量計画部１６Ａにより、記憶部１５から制約条件データを読み出し、当該制約条件データに基づいて対象期間における受水流量の時系列変化を示す計画受水流量データ１５Ｃを複数生成し、最適受水流量選択部１６Ｅにより、受水流量計画部１６Ａで生成された各計画受水流量データ１５Ｃのうちから、それぞれの計画受水流量データ１５Ｃによる受水流量の変更回数または変更量合計に基づき、最適な計画受水流量データを選択出力するようにしたものである。
【００２７】
次に、図１および図７を参照して、本発明の第１の実施の形態にかかる受水流量算出装置の構成について詳細に説明する。図７は、本発明の第１の実施の形態にかかる受水流量算出装置における受水流量算出動作を示すフロー図である。
【００２８】
データ取得部１１は、専用の通信回路からなり、配水流量予測装置２０などの外部装置とデータ通信を行うことにより、予測配水流量データ２３などの各種データやプログラム１５Ｐを取得する機能を有している。
操作入力部１２は、キーボードやマウスなどの操作入力装置からなり、オペレータの操作を検出して演算処理部１６へ出力する機能を有している。
【００２９】
画面表示部１３は、ＬＣＤやＰＤＰなどの画面表示装置からなり、演算処理部１６からの指示に基づいて、操作メニューや最適受水流量データ２４などの演算結果を画面表示する機能を有している。
データ出力部１４は、専用の通信回路からなり、制御装置３４などの外部装置とデータ通信を行うことにより、演算処理部１６で得られた最適受水流量データ２４などの演算結果を外部装置へ出力する機能とを有している。
【００３０】
記憶部１５は、ハードディスクやメモリなどの記憶装置からなり、演算処理部１６での受水流量算出処理に用いる各種処理情報やプログラム１５Ｐを記憶する機能を有している。プログラム１５Ｐは、演算処理部１６により読み込まれて実行されることにより、受水流量算出処理を行う各種処理部を実現するプログラムである。記憶部１５で記憶される主な処理情報としては、予測配水流量データ１５Ａ、配水池水位データ１５Ｂ、計画受水流量データ１５Ｃ、制約条件データ１５Ｄ、および最適受水流量データ１５Ｅがある。
【００３１】
予測配水流量データ（Ｆｏｕｔ）１５Ａは、図２に示したような、配水設備３０での配水流量の時系列変化を示す配水流量データであり、予め配水流量予測装置２０で予測した予測配水流量データ２３がデータ取得部１１で取得され、演算処理部１６により記憶部１５へ保存される。
配水池水位データ１５Ｂは、図６に示したように、配水池３２の水位の時系列変化を示す水位データであり、演算処理部１６の受水流量計画部１６Ａにより算出されて記憶部１５へ保存される。
計画受水流量データ（Ｆｉｎ）１５Ｃは、図４に示したような、配水設備３０での受水流量の時系列変化を示す受水流量データであり、演算処理部１６の受水流量計画部１６Ａにより最適受水流量データ１５Ｅの候補として生成されて記憶部１５へ保存される。
【００３２】
制約条件データ１５Ｄは、配水設備３０での配水および受水に関する各種制約条件を示すデータであり、予め操作入力部１２やデータ取得部１１から入力され記憶部１５へ保存される。この制約条件データ１５Ｄは、演算処理部１６の受水流量計画部１６Ａにより計画受水流量データ１５Ｃを生成する際や、最適受水流量選択部１６Ｅによりこれら計画受水流量データ１５Ｃから最適受水流量データ１５Ｅを選択する際に用いられる。
【００３３】
制約条件データ１５Ｄの具体例としては、受水流量変更時における、直前受水流量から新たな受水流量への変更量の上限値を示す受水変更量上限値（ΔＦｍａｘ）４１、配水池３２の面積（Ａ）４２、配水池３２の運用上限水位（Ｌｍａｘ）７２Ｈおよび運用下限水位（Ｌｍｉｎ）７２Ｌからなる適正水位範囲４３、各計画受水流量データ１５Ｃの評価値を算出するための数式を示す目的関数４４などがある。
【００３４】
最適受水流量データ（Ｆｏｐｔ）１５Ｅは、図４に示したような、配水設備３０での受水流量の時系列変化を示す受水流量データであり、候補となる計画受水流量データ１５Ｃのうちから演算処理部１６の最適受水流量選択部１６Ｅにより選択されて記憶部１５へ保存される。
【００３５】
演算処理部１６は、ＣＰＵなどのマイクロプロセッサとその周辺回路を有し、記憶部１５からプログラム１５Ｐを読み込んで実行することにより、上記ハードウェアとプログラム１５Ｐとを協働させて、受水流量算出処理に用いる各種処理部を実現する。
演算処理部１６で実現される主な処理部としては、受水流量計画部１６Ａと最適受水流量選択部１６Ｅがある。
【００３６】
受水流量計画部１６Ａは、記憶部１５から予測配水流量データ１５Ａと制約条件データ１５Ｄを読み出し、当該制約条件データ１５Ｄに基づいて対象期間における受水流量の時系列変化を示す計画受水流量データ１５Ｃを最適受水流量データ１５Ｅの候補として複数生成する機能を有している。この際に用いる制約条件データ１５Ｄとしては、受水変更量上限値（ΔＦｍａｘ）４１がある。
この受水流量計画部１６Ａには、計画受水流量データ１５Ｃを生成するための処理部として、受水流量データ生成部１６Ｂ、配水池水位算出部１６Ｃ、および計画受水流量データ選択部１６Ｄが設けられている。
【００３７】
受水流量データ生成部１６Ｂは、対象期間における受水流量の時系列変化を示す受水流量データを生成する機能を有している。具体的には、例えば制約条件データ１５Ｄで指定されている個々の範囲から順次選択した、受水流量の変更回数、変更時刻、および変更量の組合せに基づき、対象期間の各時刻における受水流量を算出する。この際、変更量については、その上限が受水変更量上限値４１で制限される。変更時刻については、対象期間の各時刻を変更回数に基づき順に選択すればよい。変更回数については、制約条件データ１５Ｄで変更回数の上限を規定してもよいが、後述する最適受水流量選択部１６Ｅにより受水流量データの生成終了が判断されるまで変更回数を０（ゼロ）から順に増やすようにしてもよい。
【００３８】
配水池水位算出部１６Ｃは、予測配水流量データ１５Ａと受水流量データ生成部１６Ｂで生成された受水流量データとに基づいて配水池３２の水位を算出し、配水池水位データ１５Ｂとして記憶部１５へ保存する機能を有している。
計画受水流量データ選択部１６Ｄは、制約条件データ１５Ｄに含まれる配水池３２の適正水位範囲４３と配水池水位算出部１６Ｃで算出された配水池水位データ１５Ｂの各水位とを比較する機能と、対象期間にわたり配水池水位が適正水位範囲４３に維持される場合には、当該受水流量データを計画受水流量データ１５Ｃとして記憶部１５へ保存する機能とを有している。
【００３９】
最適受水流量選択部１６Ｅは、受水流量計画部１６Ａで候補として生成された各計画受水流量データ１５Ｃについて、当該計画受水流量データ１５Ｃにおける受水流量の変更回数と変更量合計との重み付き線形和を求める目的関数を用いて評価値を算出する機能と、各計画受水流量データ１５Ｃの評価値に基づき最適受水流量データ１５Ｅを選択する機能と、最適受水流量データ１５Ｅをデータ出力部１４から配水設備３０へ出力する機能と、最適受水流量データ１５Ｅを記憶部１５へ保存し、必要に応じて画面表示部１３へ出力して画面表示する機能とを有している。
【００４０】
［第１の実施の形態の動作］
次に、図８を参照して、本発明の第１の実施の形態にかかる受水流量算出装置の動作について説明する。図８は、本発明の第１の実施の形態にかかる受水流量算出装置の最適受水流量算出処理を示すフローチャートである。
【００４１】
受水流量算出装置１０の演算処理部１６は、操作入力部１２で検出されたオペレータによる処理開始操作に応じて、図８の最適受水流量算出処理を開始する。なお、記憶部１５には、予測配水流量データ１５Ａと制約条件データ１５Ｄとが予め保存されているものとする。また、対象期間としては、現時点（算出時点）から当日２４時までの期間とし、この対象期間内で１０分間隔ごとに受水流量を算出する。
【００４２】
演算処理部１６は、まず、受水流量計画部１６Ａにより、記憶部１５から予測配水流量データ１５Ａを読み出す（ステップ１００）。
続いて、演算処理部１６は、受水流量計画部１６Ａの受水流量データ生成部１６Ｂにより、対象期間における受水流量の時系列変化（１０分間隔）を示す受水流量データＦｉｎ＝｛Ｆin(0),Ｆin(1),…Ｆin(n)｝（但しｎは正数）を生成する（ステップ１０１）。初期値Fin(0)は、例えば現在値：Fin(t-1)を用いる。あるいは、予測配水流量データ１５Ａの現時点から当日２４時までの期間の積分値を当該期間で除した平均値をFin(0)として、始めることでも良い。なお、このようなループ条件は適宜チューニングの対象となる（ステップ１０９にて後述される）。
図９は、生成した受水流量データを示す説明図である。この際、受水流量データ生成部１６Ｂは、記憶部１５の制約条件データ１５Ｄに含まれる受水変更量上限値（ΔＦｍａｘ）４１に基づき、次式（１）で示される制約条件に基づき受水流量データを生成する。
｜Ｆin(t+1)−Ｆin(t)｜≦ΔＦmax …（１）
【００４３】
次に、演算処理部１６は、受水流量計画部１６Ａの配水池水位算出部１６Ｃにより、予測配水流量データ１５Ａと受水流量データ生成部１６Ｂで生成された受水流量データとに基づいて、対象期間における配水池３２の水位を１０分間隔で算出し、配水池水位データ１５Ｂとして記憶部１５へ保存する（ステップ１０２）。図１０は、算出した配水池水位データを示す説明図である。この際、予測配水流量データ１５ＡをＦｏｕｔ＝｛Ｆout(0),Ｆout(1),…,Ｆout(n)｝とし、配水池３２の面積をＡとし、配水池水位をＬとした場合、配水池水位Ｌに関するバランス式は、次式（２）で表すことができ、このバランス式に基づき各時刻における配水池水位Ｌ＝｛Ｌ(0),Ｌ(1),…,Ｌ(n)｝を算出すればよい。
Ａ×ｄＬ／ｄｔ＝Ｆin(t)−Ｆout(t) …（２）
【００４４】
続いて、演算処理部１６は、受水流量計画部１６Ａの計画受水流量データ選択部１６Ｄにより、制約条件データ１５Ｄに含まれる配水池３２の適正水位範囲４３と配水池水位算出部１６Ｃで算出された配水池水位データ１５Ｂの水位とを、１０分間隔の時刻ごとに比較する（ステップ１０３）。この際、適正水位範囲４３の運用上限水位をＬｍａｘとし、運用下限水位をＬｍｉｎとした場合、このときの制約条件は次式（３）で表すことができる。
Ｌmin≦Ｌ(t)≦Ｌmax …（３）
【００４５】
ここで、対象期間の全ての時刻において、式（３）が満たされる場合（ステップ１０４：ＹＥＳ）、計画受水流量データ選択部１６Ｄは、受水流量データ生成部１６Ｂで生成された当該受水流量データを計画受水流量データ１５Ｃとして選択して記憶部１５へ保存する（ステップ１０５）。
一方、対象期間のいずれかの時刻において、式（３）が満たされない場合（ステップ１０４：ＮＯ）、計画受水流量データ選択部１６Ｄは、受水流量データ生成部１６Ｂで生成された当該受水流量データを破棄し、後述するステップ１０９へ移行する。
【００４６】
次に、演算処理部１６は、最適受水流量選択部１６Ｅにより、受水流量計画部１６Ａで候補として生成された計画受水流量データ１５Ｃについて、当該計画受水流量データ１５Ｃにおける受水流量の変更回数Ｋと、次式（４）で示される変更量合計ΔＦｓｕｍとを算出する（ステップ１０６）。
ΔＦｓｕｍ＝Σ｜Ｆin(t+1)−Ｆin(t)｜ …（４）
【００４７】
最適受水流量選択部１６Ｅは、算出した受水流量の変更回数Ｋと変更量合計ΔＦｓｕｍとの重み付き線形和を求める、制約条件データ１５Ｄに含まれる目的関数４４を用いて評価値を算出する（ステップ１０７）。この際、変更回数Ｋに対する重みをＷとした場合、評価値Ｅは、次式（５）の目的関数で算出できる。なお、目的関数については、式（５）に限定されるものではなく、例えば変更回数Ｋまたは変更量合計ΔＦｓｕｍのいずれかのみを用いた式であってもよい。
Ｅ＝Ｋ×Ｗ＋ΔＦｓｕｍ …（５）
【００４８】
続いて、最適受水流量選択部１６Ｅは、算出した評価値Ｅといままでに算出した最小評価値Ｅｍｉｎとを比較し、いずれか小さい方を新たな最小評価値Ｅｍｉｎとして選択し記憶部１５へ保存する（ステップ１０８）。
次に、最適受水流量選択部１６Ｅは、受水流量計画部１６Ａによる計画受水流量データ１５Ｃの生成が終了したか否か判定し（ステップ１０９）、終了していない場合は（ステップ１０９：ＮＯ）、ステップ１０１へ戻って新たな計画受水流量データ１５Ｃの生成を繰り返す。
【００４９】
一方、計画受水流量データ１５Ｃの生成が終了した場合は（ステップ１０９：ＹＥＳ）、記憶部１５に保存されている最小評価値Ｅｍｉｎに対応する計画受水流量データ１５Ｃを最適受水流量データ１５Ｅとして選択し、データ出力部１４から配水設備３０へ出力して（ステップ１１０）、一連の最適受水流量算出処理を終了する。
この際、ステップ１０９における計画受水流量データ１５Ｃの生成終了判定については、例えば制約条件データ１５Ｄで予め設定した計画受水流量データ１５Ｃの繰り返し生成回数に達した場合に生成終了と判定してもよく、目的関数に基づいて受水流量の変更回数や変更量を増やしても新たな最小評価値Ｅｍｉｎが得られないことが確定した場合に生成終了と判定してもよい。
【００５０】
より具体的に繰り返し生成について述べれば、前述したFin(0)初期値の設定の方法、Fin(n)を変更するに当たり、その変更刻み幅を式（１）におけるΔＦmaxをそのまま使う方法、若しくはΔＦmaxの何分の一かを適宜使う方法、また、Fin(n)を変更する条件を配水地水位Ｌが運用上限/下限水位のいずれかに到達したときとする、若しくは当該上下限内の任意の余裕を持った値とする方法など、種々のチューニングをステップ１０９にて行い、ステップ１０９からステップ１０１へのループを形成することが考えられる。
【００５１】
［第１の実施の形態の効果］
このように本実施の形態は、記憶部１５により、対象期間について予め算出された配水流量の時系列データを示す予測配水流量データと、配水設備３０での受水および配水に関する制約条件を示す制約条件データとを記憶しておき、受水流量計画部１６Ａにより、記憶部１５から制約条件データを読み出し、当該制約条件データに基づいて対象期間における受水流量の時系列変化を示す計画受水流量データ１５Ｃを複数生成し、最適受水流量選択部１６Ｅにより、受水流量計画部１６Ａで生成された各計画受水流量データ１５Ｃのうちから、それぞれの計画受水流量データ１５Ｃによる受水流量の変更回数または変更量合計に基づき、最適な計画受水流量データを選択出力するようにしたので、受水流量の変更を抑制しつつ水需要の変動に対応可能な計画受水流量を算出することができる。
【００５２】
これにより、配水設備での受水流量の変更による上流側の水供給設備での負担を最小限に抑制することができ、配水設備において、上流側の水供給設備の設備規模や運転コストを増大させることなく、下流側における受水流量の変動に対して適切に対応することが可能となる。
【００５３】
また、本実施の形態では、受水流量データ生成部１６Ｂにより、対象期間における受水流量の時系列変化を示す受水流量データを生成し、配水池水位算出部１６Ｃにより、記憶部１５から予測配水流量データ１５Ａを読み出し、当該予測配水流量データ１５Ａと受水流量データ生成部１６Ｂで生成された受水流量データとに基づいて配水池水位データ１５Ｂを算出し、計画受水流量データ選択部１６Ｄにより、制約条件データ１５Ｄに含まれる配水池３２の適正水位範囲４３と配水池水位算出部１６Ｃで算出された配水池水位データ１５Ｂとを比較し、対象期間にわたり配水池水位が適正水位範囲４３内に維持される場合には、当該受水流量データを計画受水流量データ１５Ｃとして選択出力するようにしたので、対象期間にわたり配水池３２の水位を適正水位範囲４３内に維持しうる受水流量データを計画受水流量データとして適切な選択することができる。
【００５４】
また、本実施の形態では、制約条件データ１５Ｄに、直前受水流量から新たな受水流量への変更量の上限値を示す受水変更量上限値を含み、受水流量データ生成部１６Ｂにおいて、対象期間内の各時刻における受水流量の変更量が受水変更量上限値以下となるよう受水流量データを生成するようにしたので、受水流量の変更量が受水変更量上限値以下となる受水流量データのみを生成することができ、上流側の水供給設備に対する負担を軽減することができる。
【００５５】
また、本実施の形態では、最適受水流量選択部１６Ｅにより、計画受水流量データにおける受水流量の変更回数と変更量合計との重み付き線形和を求める目的関数を用いて、計画受水流量データ１５Ｃごとに評価値を算出し、これら評価値に基づき各計画受水流量データのうちから最適な計画受水流量データを選択して出力するようにしたので、受水流量の変更回数と変更量合計とが抑制されたものを最適受水流量データとして選択することができ、上流側の水供給設備に対する負担を軽減することができる。
【００５６】
［第２の実施の形態］
次に、図１１を参照して、本発明の第２の実施の形態にかかる受水流量算出装置について説明する。図１１は、本発明の第２の実施の形態にかかる受水流量算出装置における受水流量算出動作を示すフロー図であり、前述した図７と同じまたは同等部分には同一符号を付してある。
【００５７】
第１の実施の形態では、計画受水流量データ選択部１６Ｄにおいて、配水池水位データ１５Ｂの各水位を適正水位範囲４３内に維持するという式（３）の制約条件に基づいて、受水流量データ生成部１６Ｂで生成された当該受水流量データを計画受水流量データ１５Ｃとして選択する場合について説明した。
本実施の形態では、式（３）の制約条件を緩和してその上限/下限値を拡げ、および対象期間内に設定された評価時点における配水池水位を、対象期間にわたり当該時刻における目標水位許容範囲内に維持するという制約条件に基づいて、受水流量データ生成部１６Ｂで生成された当該受水流量データを計画受水流量データ１５Ｃとして選択する場合について説明する。
【００５８】
本実施の形態にかかる受水流量算出装置１０では、図１１に示すように、制約条件データ１５Ｄの適正水位範囲４３に、水位許容偏差Ｌαが追加されている。図１２は、水位許容偏差を示す説明図である。
本実施の形態で追加された制約条件では、対象期間内の任意の時刻、例えば対象期間の最終時点となる当日２４時に評価時点を設定し、その評価時点における配水池水位すなわち評価時点水位８１が、所定の目標水位（Ｌｓ）８２から水位許容偏差Ｌαの範囲すなわち目標値許容範囲４５内に維持されていることとする。
【００５９】
この際、水位許容偏差Ｌαは、受水流量データの算出時点Ｔに依存する関数で与えられる。図１２の例では、受水流量データの算出時点Ｔが当日１２時までの期間に相当する場合、水位許容偏差Ｌα＝０に設定されており、当日１２時以降の期間では、当日２４時に向かって水位許容偏差Ｌαが線形関数で徐々に増加するよう設定されている。この際、評価時点水位８１をＬｎ（Ｔ）とし、目標水位８２をＬｓとし、水位許容偏差をＬαとした場合、この制約条件は次式（６）で表される。
｜Ｌs−Ｌn(Ｔ)｜≦Ｌα(Ｔ) …（６）
【００６０】
また、評価時点水位Ｌｎ（Ｔ）に対して、上記制約条件の適用要否を判定する水位として、適用上限水位（ＬＨ）８３Ｈと適用下限水位（ＬＬ）８３Ｌとが設けられており、受水流量データの算出時点で得られたＬｎ（Ｔ）が、適用上限水位８３Ｈを上回った場合、あるいは適用下限水位８３Ｌを下回った場合、上記制約条件を適用しない。したがって、評価時点水位Ｌｎ（Ｔ）が、適用上限水位８３Ｈから適用下限水位８３Ｌまでの範囲に位置する場合に、上記制約条件を適用する。
なお、本実施の形態にかかる受水流量算出装置１０の他の構成については、第１の実施の形態と同様であり、ここでの詳細な説明は省略する。
【００６１】
［第２の実施の形態の動作］
次に、図１３を参照して、本発明の第２の実施の形態にかかる受水流量算出装置の動作について説明する。図１３は、本発明の第２の実施の形態にかかる受水流量算出装置の最適受水流量算出処理を示すフローチャートであり、前述した図８と同じまたは同等部分には同一符号を付してある。
【００６２】
受水流量算出装置１０の演算処理部１６は、操作入力部１２で検出されたオペレータによる処理開始操作に応じて、図８の最適受水流量算出処理を開始する。なお、記憶部１５には、予測配水流量データ１５Ａと制約条件データ１５Ｄとが予め保存されているものとする。また、受水流量を算出する対象期間としては、現時点（算出時点）から当日２４時までの期間とし、この対象期間内で１０分間隔ごとに受水流量を算出する。
【００６３】
演算処理部１６は、まず、受水流量計画部１６Ａにより、記憶部１５から予測配水流量データ１５Ａを読み出し（ステップ１００）、受水流量計画部１６Ａの受水流量データ生成部１６Ｂにより、対象期間における受水流量の時系列変化（１０分間隔）を示す受水流量データを生成する（ステップ１０１）。
次に、演算処理部１６は、受水流量計画部１６Ａの配水池水位算出部１６Ｃにより、予測配水流量データ１５Ａと受水流量データ生成部１６Ｂで生成された受水流量データとに基づいて、対象期間における配水池３２の水位を１０分間隔で算出し、配水池水位データ１５Ｂとして記憶部１５へ保存する（ステップ１０２）。
【００６４】
続いて、演算処理部１６は、受水流量計画部１６Ａの計画受水流量データ選択部１６Ｄにより、式（３）の制約条件に基づいて、制約条件データ１５Ｄに含まれる配水池３２の適正水位範囲４３と配水池水位算出部１６Ｃで算出された配水池水位データ１５Ｂの水位とを、１０分間隔の時刻ごとに比較する（ステップ１０３）。
次に、計画受水流量データ選択部１６Ｄは、制約条件データ１５Ｄに含まれる適用上限水位８３Ｈから適用下限水位８３Ｌまでの範囲に評価時点水位Ｌｎ（Ｔ）が位置する場合、式（６）の制約条件を適用して、目標水位Ｌｓに対する水位許容偏差Ｌαの目標値許容範囲４５と評価時点水位Ｌｎ（Ｔ）とを比較する（ステップ２００）。
【００６５】
このように、対象期間の全ての時刻において式（３）が満たされ、かつ評価時点において式（６）が満たされる場合（ステップ１０４：ＹＥＳ）、計画受水流量データ選択部１６Ｄは、受水流量データ生成部１６Ｂで生成された当該受水流量データを計画受水流量データ１５Ｃとして選択して記憶部１５へ保存する（ステップ１０５）。
一方、対象期間のいずれかの時刻において式（３）が満たされない場合、または評価時点において式（６）が満たされない場合（ステップ１０４：ＮＯ）、計画受水流量データ選択部１６Ｄは、受水流量データ生成部１６Ｂで生成された当該受水流量データを破棄し、後述するステップ１０９へ移行する。
【００６６】
以下、第１の実施の形態と同様にして、図１３のステップ１０５〜１０９が実行され、ステップ１０９において、計画受水流量データ１５Ｃの生成が終了した場合は（ステップ１０９：ＹＥＳ）、記憶部１５に保存されている最小評価値Ｅｍｉｎに対応する計画受水流量データ１５Ｃを最適受水流量データ１５Ｅとして選択し、データ出力部１４から配水設備３０へ出力して（ステップ１１０）、一連の最適受水流量算出処理を終了する。
【００６７】
［第２の実施の形態の効果］
このように、本実施の形態では、受水流量データ選択部１６Ｄにより、制約条件データ１５Ｄに含まれる目標水位および水位許容偏差からなる目標値許容範囲と配水池水位算出部１６Ｃで算出された評価時点における配水池水位とを比較し、評価時点における配水池水位が目標値許容範囲に維持される場合には、当該受水流量データを計画受水流量データとして選択出力するようにしたので、配水池水位を評価時点において所望の目標値許容範囲内に維持することができる。
【００６８】
したがって、評価時点を当日２４時など、配水流量データや受水流量データの切れ目の時刻に設定することにより、配水制御の切り替わり時点における配水池水位の誤差を抑制することができ、安定した配水制御を実現することが可能となる。なお、適用上限水位８３Ｈから適用下限水位８３Ｌは２４時までの残り時間を考慮して、比較的に緩和された値を設定することで、確実に配水池の水位を保つ効果がある。
【００６９】
［実施の形態の拡張］
以上で説明した各実施の形態では、受水流量算出装置１０と配水流量予測装置２０とを別個の装置で実現した場合を例として説明したが、これに限定されるものではなく、これらを１つの装置で実現してもよい。同様に、受水流量算出装置１０のみ、あるいは受水流量算出装置１０と配水流量予測装置２０の両方を、配水設備３０の制御装置３４の一部として同一装置内に実装してもよい。
【００７０】
また、各実施の形態における、対象期間、受水流量データの再計算間隔、配水流量データや受水流量データなどの時系列データのデータ間隔、さらには制約条件データで設定された各種制約条件の内容については、上記例に限定されるものではなく、必要に応じて任意に選択すればよい。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本発明の第１の実施の形態にかかる受水流量算出装置の構成を示すブロック図である。
【図２】配水流量予測装置で予測した予測配水流量の時系列変化を示す説明図である。
【図３】配水設備から配水した実績配水流量の時系列変化を示す説明図である。
【図４】受水流量算出装置で算出した最適受水流量の時系列変化を示す説明図である。
【図５】配水設備で受水した実績受水流量の時系列変化を示す説明図である。
【図６】配水池水位の時系列変化を示す説明図である。
【図７】本発明の第１の実施の形態にかかる受水流量算出装置における受水流量算出動作を示すフロー図である。
【図８】本発明の第１の実施の形態にかかる受水流量算出装置の最適受水流量算出処理を示すフローチャートである。
【図９】受水流量データを示す説明図である。
【図１０】配水池水位データを示す説明図である。
【図１１】本発明の第２の実施の形態にかかる受水流量算出装置における受水流量算出動作を示すフロー図である。
【図１２】水位許容偏差を示す説明図である。
【図１３】本発明の第２の実施の形態にかかる受水流量算出装置の最適受水流量算出処理を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００７２】
１０…受水流量算出装置、１１…データ取得部、１２…操作入力部、１３…画面表示部、１４…データ出力部、１５…記憶部、１５Ａ，２３…予測配水流量データ、１５Ｂ…配水池水位データ、１５Ｃ…計画受水流量データ、１５Ｄ…制約条件データ、１５Ｅ，２４…最適受水流量データ、１５Ｐ…プログラム、１６…演算処理部、１６Ａ…受水流量計画部、１６Ｂ…受水流量データ生成部、１６Ｃ…配水池水位算出部、１６Ｄ…受水流量データ選択部、１６Ｅ…最適受水流量選択部、２０…配水流量予測装置、２１…実績配水流量データ、２２…気象データ、２５…実績受水流量、３０…配水設備、３１…受水弁、３２…配水池、３３…送水ポンプ、３４…制御装置、４１…受水変更量上限値（ΔＦｍａｘ）、４２…配水池面積（Ａ）、４３…適正水位範囲、４４…目的関数、４５…目標値許容範囲、７１…配水池水位、７２Ｈ…運用上限水位（Ｌｍａｘ）、７２Ｌ…運用下限水位（Ｌｍｉｎ）、８１…評価時点水位、８２…目標水位（Ｌｓ）、８３Ｈ…適用上限水位（ＬＨ）、８３Ｌ…適用下限水位（ＬＬ）。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上流側からの水を配水池に一時的に貯水した後に下流側へ配水する配水設備について、演算処理部と記憶部とを備える受水流量算出装置により、前記上流側から受水すべき受水流量の時系列変化を所定の対象期間にわたり算出する際に用いられる受水流量算出方法であって、
前記記憶部により、前記対象期間について予め算出された前記配水設備から配水すべき配水流量の時系列データを示す予測配水流量データと、前記配水設備での受水および配水に関する制約条件を示す制約条件データとを記憶する記憶ステップと、
前記演算処理部により、前記記憶部から前記予測配水流量データと前記制約条件データを読み出し、当該制約条件データに基づいて前記対象期間における前記受水流量の時系列変化を示す計画受水流量データを複数生成する受水流量計画ステップと、
前記演算処理部により、前記受水流量計画ステップで生成された各計画受水流量データのうちから、それぞれの計画受水流量データによる受水流量の変更回数または変更量合計に基づき、最適な計画受水流量データを選択出力する最適受水流量選択ステップと
を備えることを特徴とする受水流量算出方法。
【請求項２】
請求項１に記載の受水流量算出方法において、
前記受水流量計画ステップは、
前記演算処理部により、前記対象期間における前記受水流量の時系列変化を示す受水流量データを生成する受水流量データ生成ステップと、
前記演算処理部により、前記記憶部から前記予測配水流量データを読み出し、当該予測配水流量データと前記受水流量データ生成ステップで生成された受水流量データとに基づいて前記配水池の配水池水位を算出する配水池水位算出ステップと、
前記演算処理部により、前記制約条件データに含まれる前記配水池の適正水位範囲と前記配水池水位算出ステップで算出された配水池水位とを比較し、前記対象期間にわたり前記配水池水位が前記適正水位範囲内に維持される場合には、当該受水流量データを前記計画受水流量データとして選択出力する計画受水流量データ選択ステップと
を有することを特徴とする受水流量算出方法。
【請求項３】
請求項２に記載の受水流量算出方法において、
前記制約条件データは、直前受水流量から新たな受水流量への変更量の上限値を示す受水変更量上限値を含み、
前記受水流量データ生成ステップは、前記対象期間内の各時刻における受水流量の変更量が前記受水変更量上限値以下となる前記受水流量データを生成する
ことを特徴とする受水流量算出方法。
【請求項４】
請求項２に記載の受水流量算出方法において、
前記最適受水流量選択ステップは、計画受水流量データにおける受水流量の変更回数と変更量合計との重み付き線形和を求める目的関数を用いて、前記計画受水流量データごとに評価値を算出し、これら評価値に基づき前記各計画受水流量データのうちから最適な計画受水流量データを選択して出力することを特徴とする受水流量算出方法。
【請求項５】
請求項２に記載の受水流量算出方法において、
前記制約条件データは、前記対象期間内の所定の評価時点における前記配水池水位の目標水位と、前記対象期間の各時刻における前記目標水位に対する水位許容偏差とを含み、
前記受水流量データ選択ステップは、前記制約条件データに含まれる前記目標水位および水位許容偏差から決定される目標値許容範囲と前記配水池水位算出ステップで算出された前記評価時点における配水池水位とを比較し、前記評価時点における配水池水位が前記目標値許容範囲に維持される場合には、当該受水流量データを前記計画受水流量データとして出力する
ことを特徴とする受水流量算出方法。
【請求項６】
上流側からの水を配水池に一時的に貯水した後に下流側へ配水する配水設備について、前記上流側から受水すべき受水流量の時系列変化を所定の対象期間にわたり算出する受水流量算出装置であって、
前記対象期間について予め算出された前記配水設備から配水すべき配水流量の時系列データを示す予測配水流量データと、前記配水設備での受水および配水に関する制約条件を示す制約条件データとを記憶する記憶部と、
前記記憶部から前記予測配水流量データと前記制約条件データを読み出し、当該制約条件データに基づいて前記対象期間における前記受水流量の時系列変化を示す計画受水流量データを複数生成する受水流量計画部と、
この受水流量計画部で生成された各計画受水流量データのうちから、それぞれの計画受水流量データによる受水流量の変更回数または変更量合計に基づき、最適な計画受水流量データを選択出力する最適受水流量選択部と
を備えることを特徴とする受水流量算出装置。
【請求項７】
請求項６に記載の受水流量算出装置において、
前記受水流量計画部は、
前記対象期間における前記受水流量の時系列変化を示す受水流量データを生成する受水流量データ生成部と、
前記記憶部から前記予測配水流量データを読み出し、当該予測配水流量データと前記受水流量データ生成部で生成された受水流量データとに基づいて前記配水池の配水池水位を算出する配水池水位算出部と、
前記制約条件データに含まれる前記配水池の適正水位範囲と前記配水池水位算出部で算出された配水池水位とを比較し、前記対象期間にわたり前記配水池水位が前記適正水位範囲内に維持される場合には、当該受水流量データを前記計画受水流量データとして選択出力する計画受水流量データ選択部と
を有することを特徴とする受水流量算出装置。
【請求項８】
請求項７に記載の受水流量算出装置において、
前記制約条件データは、直前受水流量から新たな受水流量への変更量の上限値を示す受水変更量上限値を含み、
前記受水流量データ生成部は、前記対象期間内の各時刻における受水流量の変更量が前記受水変更量上限値以下となる前記受水流量データを生成する
ことを特徴とする受水流量算出装置。
【請求項９】
請求項７に記載の受水流量算出装置において、
前記最適受水流量選択部は、計画受水流量データにおける受水流量の変更回数と変更量合計との重み付き線形和を求める目的関数を用いて、前記計画受水流量データごとに評価値を算出し、これら評価値に基づき前記各計画受水流量データのうちから最適な計画受水流量データを選択して出力することを特徴とする受水流量算出装置。
【請求項１０】
請求項７に記載の受水流量算出装置において、
前記制約条件データは、前記対象期間内の所定の評価時点における前記配水池水位の目標水位と、前記対象期間の各時刻における前記目標水位に対する水位許容偏差とを含み、
前記受水流量データ選択部は、前記制約条件データに含まれる前記目標水位および水位許容偏差から決定される目標値許容範囲と前記配水池水位算出部で算出された前記評価時点における配水池水位とを比較し、前記評価時点における配水池水位が前記目標値許容範囲に維持される場合には、当該受水流量データを前記計画受水流量データとして出力する
ことを特徴とする受水流量算出装置。
【請求項１】
上流側からの水を配水池に一時的に貯水した後に下流側へ配水する配水設備について、演算処理部と記憶部とを備える受水流量算出装置により、前記上流側から受水すべき受水流量の時系列変化を所定の対象期間にわたり算出する際に用いられる受水流量算出方法であって、
前記記憶部により、前記対象期間について予め算出された前記配水設備から配水すべき配水流量の時系列データを示す予測配水流量データと、前記配水設備での受水および配水に関する制約条件を示す制約条件データとを記憶する記憶ステップと、
前記演算処理部により、前記記憶部から前記予測配水流量データと前記制約条件データを読み出し、当該制約条件データに基づいて前記対象期間における前記受水流量の時系列変化を示す計画受水流量データを複数生成する受水流量計画ステップと、
前記演算処理部により、前記受水流量計画ステップで生成された各計画受水流量データのうちから、それぞれの計画受水流量データによる受水流量の変更回数または変更量合計に基づき、最適な計画受水流量データを選択出力する最適受水流量選択ステップと
を備えることを特徴とする受水流量算出方法。
【請求項２】
請求項１に記載の受水流量算出方法において、
前記受水流量計画ステップは、
前記演算処理部により、前記対象期間における前記受水流量の時系列変化を示す受水流量データを生成する受水流量データ生成ステップと、
前記演算処理部により、前記記憶部から前記予測配水流量データを読み出し、当該予測配水流量データと前記受水流量データ生成ステップで生成された受水流量データとに基づいて前記配水池の配水池水位を算出する配水池水位算出ステップと、
前記演算処理部により、前記制約条件データに含まれる前記配水池の適正水位範囲と前記配水池水位算出ステップで算出された配水池水位とを比較し、前記対象期間にわたり前記配水池水位が前記適正水位範囲内に維持される場合には、当該受水流量データを前記計画受水流量データとして選択出力する計画受水流量データ選択ステップと
を有することを特徴とする受水流量算出方法。
【請求項３】
請求項２に記載の受水流量算出方法において、
前記制約条件データは、直前受水流量から新たな受水流量への変更量の上限値を示す受水変更量上限値を含み、
前記受水流量データ生成ステップは、前記対象期間内の各時刻における受水流量の変更量が前記受水変更量上限値以下となる前記受水流量データを生成する
ことを特徴とする受水流量算出方法。
【請求項４】
請求項２に記載の受水流量算出方法において、
前記最適受水流量選択ステップは、計画受水流量データにおける受水流量の変更回数と変更量合計との重み付き線形和を求める目的関数を用いて、前記計画受水流量データごとに評価値を算出し、これら評価値に基づき前記各計画受水流量データのうちから最適な計画受水流量データを選択して出力することを特徴とする受水流量算出方法。
【請求項５】
請求項２に記載の受水流量算出方法において、
前記制約条件データは、前記対象期間内の所定の評価時点における前記配水池水位の目標水位と、前記対象期間の各時刻における前記目標水位に対する水位許容偏差とを含み、
前記受水流量データ選択ステップは、前記制約条件データに含まれる前記目標水位および水位許容偏差から決定される目標値許容範囲と前記配水池水位算出ステップで算出された前記評価時点における配水池水位とを比較し、前記評価時点における配水池水位が前記目標値許容範囲に維持される場合には、当該受水流量データを前記計画受水流量データとして出力する
ことを特徴とする受水流量算出方法。
【請求項６】
上流側からの水を配水池に一時的に貯水した後に下流側へ配水する配水設備について、前記上流側から受水すべき受水流量の時系列変化を所定の対象期間にわたり算出する受水流量算出装置であって、
前記対象期間について予め算出された前記配水設備から配水すべき配水流量の時系列データを示す予測配水流量データと、前記配水設備での受水および配水に関する制約条件を示す制約条件データとを記憶する記憶部と、
前記記憶部から前記予測配水流量データと前記制約条件データを読み出し、当該制約条件データに基づいて前記対象期間における前記受水流量の時系列変化を示す計画受水流量データを複数生成する受水流量計画部と、
この受水流量計画部で生成された各計画受水流量データのうちから、それぞれの計画受水流量データによる受水流量の変更回数または変更量合計に基づき、最適な計画受水流量データを選択出力する最適受水流量選択部と
を備えることを特徴とする受水流量算出装置。
【請求項７】
請求項６に記載の受水流量算出装置において、
前記受水流量計画部は、
前記対象期間における前記受水流量の時系列変化を示す受水流量データを生成する受水流量データ生成部と、
前記記憶部から前記予測配水流量データを読み出し、当該予測配水流量データと前記受水流量データ生成部で生成された受水流量データとに基づいて前記配水池の配水池水位を算出する配水池水位算出部と、
前記制約条件データに含まれる前記配水池の適正水位範囲と前記配水池水位算出部で算出された配水池水位とを比較し、前記対象期間にわたり前記配水池水位が前記適正水位範囲内に維持される場合には、当該受水流量データを前記計画受水流量データとして選択出力する計画受水流量データ選択部と
を有することを特徴とする受水流量算出装置。
【請求項８】
請求項７に記載の受水流量算出装置において、
前記制約条件データは、直前受水流量から新たな受水流量への変更量の上限値を示す受水変更量上限値を含み、
前記受水流量データ生成部は、前記対象期間内の各時刻における受水流量の変更量が前記受水変更量上限値以下となる前記受水流量データを生成する
ことを特徴とする受水流量算出装置。
【請求項９】
請求項７に記載の受水流量算出装置において、
前記最適受水流量選択部は、計画受水流量データにおける受水流量の変更回数と変更量合計との重み付き線形和を求める目的関数を用いて、前記計画受水流量データごとに評価値を算出し、これら評価値に基づき前記各計画受水流量データのうちから最適な計画受水流量データを選択して出力することを特徴とする受水流量算出装置。
【請求項１０】
請求項７に記載の受水流量算出装置において、
前記制約条件データは、前記対象期間内の所定の評価時点における前記配水池水位の目標水位と、前記対象期間の各時刻における前記目標水位に対する水位許容偏差とを含み、
前記受水流量データ選択部は、前記制約条件データに含まれる前記目標水位および水位許容偏差から決定される目標値許容範囲と前記配水池水位算出部で算出された前記評価時点における配水池水位とを比較し、前記評価時点における配水池水位が前記目標値許容範囲に維持される場合には、当該受水流量データを前記計画受水流量データとして出力する
ことを特徴とする受水流量算出装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２００８−３０８９１０（Ｐ２００８−３０８９１０Ａ）
【公開日】平成２０年１２月２５日（２００８．１２．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１５８７９９（Ｐ２００７−１５８７９９）
【出願日】平成１９年６月１５日（２００７．６．１５）
【出願人】（０００００６６６６）株式会社山武 (1,808)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１２月２５日（２００８．１２．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年６月１５日（２００７．６．１５）
【出願人】（０００００６６６６）株式会社山武 (1,808)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]