水運用システム及び水運用方法
【課題】配水池の配水需要を予測して、浄水池から配水池に送水を行う送水ポンプの駆動計画を策定する水運用システムにおいて、策定された駆動計画から想定される配水池の水位と実際の配水池の水位とのずれを修正する。
【解決手段】水運用システム１は、配水池Ａ，Ｂ、送水ポンプ３ａ，３ｂ、需要予測手段５、計画策定手段６、水位演算手段７を有する。需要予測手段５で予測された配水池Ａ，Ｂの将来の需要予測に基づいて、計画策定手段６が、送水ポンプ３ａ，３ｂの駆動計画を策定する。水位演算手段７が、配水池Ａ，Ｂの現在の水位と将来の配水量需要と、送水ポンプ３ａ，３ｂの駆動計画とに基づいて、所定期間毎に将来の配水池Ａ，Ｂの水位を算出する。将来の配水池Ａ，Ｂの水位が策定周期内に所定の水位範囲を逸脱する場合、水位が逸脱する前に、計画策定手段６が再度送水ポンプ３ａ，３ｂの駆動計画を策定する。
【解決手段】水運用システム１は、配水池Ａ，Ｂ、送水ポンプ３ａ，３ｂ、需要予測手段５、計画策定手段６、水位演算手段７を有する。需要予測手段５で予測された配水池Ａ，Ｂの将来の需要予測に基づいて、計画策定手段６が、送水ポンプ３ａ，３ｂの駆動計画を策定する。水位演算手段７が、配水池Ａ，Ｂの現在の水位と将来の配水量需要と、送水ポンプ３ａ，３ｂの駆動計画とに基づいて、所定期間毎に将来の配水池Ａ，Ｂの水位を算出する。将来の配水池Ａ，Ｂの水位が策定周期内に所定の水位範囲を逸脱する場合、水位が逸脱する前に、計画策定手段６が再度送水ポンプ３ａ，３ｂの駆動計画を策定する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、上水道や工業用水道等の水を送る工程に適用する水運用システム及び水運用方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
現在、上水道の配水等の水運用方法として、需要予測をベースとして水運用を制御する方法がある。需要予測は、逐次最小２乗推定（カルマンフィルタ）やカオス需要予測等の方法を用いて行われる。そして、この需要予測に基づいて、配水池単位の流出流量が推定される（特許文献１，２）。さらに、配水池の現在の水位をモニタするとともに、需要予測に基づいて時間単位の将来の配水池の水位が計算される。これらの情報を基に配水池に水を送水する送水ポンプの運転台数（配水池への送水量）が決定される（例えば、非特許文献１）。この需要予測に基づく送水ポンプの運転台数や送水量といった送水計画の最適化を、整数計画法、遺伝的アルゴリズム等の最適手法を用いて行う技術もある（非特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−４２９４９号公報
【特許文献２】特開２００１−５５７６３号公報
【特許文献３】特開２００６−３５０５４２号公報
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】大島信夫、“笹川浄水場における水運用の自動化”、明電時報、株式会社明電舎、２００４年、Ｎｏ．４、ｐ．３０−３５
【非特許文献２】鮫島正一、外３名、“上水道最適シミュレータによる取水・送水工程の最適化検討”、ＥＩＣＡ学会誌、環境システム計測制御学会、２００５年、Ｖｏｌ．１０、Ｎｏ．３、ｐｐ．７４−７５
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、需要予測をベースとした配水池の水運用方法は、何らかの理由により予測された水位と実際の水位との間にずれが生じると、送水計画の修正が必要となるおそれがある。また、予測された需要量が大きく外れてしまった場合には、最適化の前提が崩れてしまうため、最適化の効果を得られないおそれが生じる。
【０００６】
上記事情に鑑み、本発明は、需要予測をベースにした運転計画手法による水運用システムにおいて、より最適な水運用を行うことに貢献する技術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】
【０００７】
上記目的を達成する本発明の水運用システム及び本発明の水運用方法は、浄水場から送水を受けて、配水区域に配水を行う配水池に設けられる送水ポンプの駆動制御（駆動計画の策定）を、配水池の需要予測に基づいて行う水運用システムにおいて、予め定められた期間毎に、配水池の現在の水位と、送水ポンプの駆動計画に基づいて、将来の配水池の水位を演算し、この演算した値が、予め定められた水位範囲となるように制御することを特徴としている。
【０００８】
また、本発明の水運用システム及び本発明の水運用方法は、配水池の需要予測に基づいて策定される送水ポンプの駆動計画を最適化する際に、送水ポンプの駆動コストや送水ポンプを駆動するための電力コストを考慮して、最適な送水ポンプの駆動計画を策定することを特徴としている。
【０００９】
すなわち、本発明の水運用システムは、送水ポンプと、当該送水ポンプにより浄水池から送水を受け、配水区域に配水を行う配水池と、この配水池に設置され、当該配水池の水位を計測する水位計と、前記配水池から配水される将来の配水量需要を予測する需要予測手段と、前記需要予測手段で予測された配水量需要と、前記水位計で計測された水位データに基づいて前記配水池に蓄積された配水の水位が予め決められた水位範囲となるように、予め定められた策定期間における前記送水ポンプの駆動計画を策定する計画策定手段と、予め定められた期間毎に、前記水位計により計測された前記配水池の水位と、前記計画策定手段で策定された前記送水ポンプの駆動計画及び、前記需要予測手段で予測された前記配水池の配水量需要と、に基づいて、前記配水池の将来の水位を算出する水位演算手段と、を備えた水運用システムであって、前記計画策定手段は、前記策定期間内において、前記水位演算手段で算出された将来の水位が前記水位範囲を逸脱する場合、前記配水池の水位が前記水位範囲を逸脱する前に、再度前記送水ポンプの駆動条件を策定することを特徴としている。
【００１０】
また、本発明の水運用システムは、上記水運用システムにおいて、前記計画策定手段は、さらに、前記送水ポンプの発停回数が少なくなるように、前記送水ポンプの駆動計画を策定することを特徴としている。
【００１１】
また、本発明の水運用システムは、上記水運用システムにおいて、前記計画策定手段は、さらに、前記送水ポンプ全体の駆動動力が少なくなるように、前記送水ポンプの駆動計画を策定することを特徴としている。
【００１２】
また、本発明の水運用システムは、上記水運用システムにおいて、前記計画策定手段は、前記送水ポンプの駆動エネルギーを電力量に換算し、当該電力量のコストが最少となるように、前記送水ポンプの駆動計画を策定することを特徴としている。
【００１３】
また、本発明の水運用方法は、送水ポンプと、当該送水ポンプにより浄水池から送水を受け、配水区域に配水を行う配水池と、この配水池に設置され、当該配水池の水位を計測する水位計と、前記配水池から配水される将来の配水量需要を予測する需要予測手段と、前記需要予測手段で予測された将来の配水量需要と、前記水位計で計測された水位データに基づいて、前記配水池に蓄積された配水の水位が予め決められた水位範囲となるように、予め定められた策定期間における前記送水ポンプの駆動計画を策定する計画策定手段と、予め定められた期間毎に、前記水位計により計測された前記配水池の水位と、前記計画策定手段で策定された前記送水ポンプの駆動計画及び、前記需要予測手段で予測された前記配水池の配水量需要とに基づいて、前記配水池の将来の水位を算出する水位演算手段と、を備えた水運用システムの水運用方法であって、前記水位計が前記配水池の水位を計測し、前記需要予測手段が、前記配水池から前記配水区域に配水される将来の配水量の需要を予測し、前記計画策定手段が、前記配水池の水位が前記水位範囲内となるように、予め定められた策定期間における前記送水ポンプの駆動計画を策定し、前記水位演算手段が、予め定められた期間毎に、前記水位計によって計測された水位と、前記計画策定手段で策定された前記送水ポンプの駆動計画及び、前記需要予測手段で予測された前記配水池の配水量需要と、に基づいて、前記配水池の将来の水位を算出し、前記計画策定手段が、前記策定期間内において、前記水位演算手段で算出された将来の水位が、前記水位範囲を逸脱する場合、前記配水池の水位が前記水位範囲を逸脱する前に、再度前記送水ポンプの駆動計画を策定することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１４】
以上の発明によれば、需要予測をベースにした運転計画手法による水運用システムにおいて、より最適な水運用を行うことに貢献することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】発明の実施形態に係る水運用システムの概略構成図である。
【図２】発明の実施形態に係る水運用方法を説明するフロー図である。
【図３】各配水池に接続された送水ポンプの駆動計画を例示する説明図であり、（ａ）配水池Ａの説明図、（ｂ）配水池Ｂの説明図である。
【図４】発明の実施形態に係る水運用方法を説明する説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の水運用システム及び水運用方法について、図を参照して詳細に説明する。
【００１７】
図１は、本発明の実施形態に係る水運用システム１の構成図である。図１に示すように、実施形態に係る水運用システム１は、配水池Ａ，Ｂと、送水ポンプ３ａ，３ｂと、水位計４ａ，４ｂと、需要予測手段５と、計画策定手段６と、水位演算手段７と、を備える。
【００１８】
配水池Ａ，Ｂは、送水ポンプ３ａ，３ｂにより浄水池２から送水を受け、配水区域（図示省略）に配水を行う。配水池Ａ，Ｂと浄水池２とを接続する配管には、それぞれ送水ポンプ３ａ，３ｂが設けられる。配水池Ａ，Ｂには、配水池Ａ，Ｂが空にならないように一定以上の水量が必要であり、それぞれの配水池Ａ，Ｂには最低水量（最低水位：ＬＷＬ）が定められている。また、配水池Ａ，Ｂは、需要量と供給量のミスマッチを解決する（需要量の変動を吸収する）ことを目的とするものであり、過剰な量の水を配水池Ａ，Ｂに保持させることは好ましくない。よって、それぞれの配水池Ａ，Ｂには、最高水量（最高水位：ＨＷＬ）が定められている。配水池Ａ，Ｂの数は、特に限定されるものではなく、配水区域に必要な配水が可能となる数が適宜設定される。
【００１９】
送水ポンプ３ａ，３ｂは、浄水池２から配水池Ａ，Ｂに配水を送水する。一つの配水池Ａ（または、Ｂ）に浄水池２の水を送水する送水ポンプ３ａ（または、３ｂ）の数は、特に限定されるものではなく、配水池Ａ（または、Ｂ）の配水需要や配水池Ａ（または、Ｂ）の容量に応じて適宜送水ポンプ３ａ（または、３ｂ）の数が決定される。
【００２０】
水位計４ａ，４ｂは、それぞれ配水池Ａ，Ｂに設けられ、配水池Ａ，Ｂに貯留された水の水位を計測する。矢印ｄ１，ｄ２に示すように、水位計４ａ，４ｂの計測値は、計画策定手段６に入力される。また、矢印ｄ３，ｄ４に示すように、水位計４ａ，４ｂの計測値は、水位演算手段７に送信される。水位計４ａ（または、４ｂ）の計測値に、配水池Ａ（または、Ｂ）の底面積を積算することで、配水池Ａ（または、Ｂ）に蓄積された水の量を概算することができる。
【００２１】
なお、配水池Ａ，Ｂへの送水量ＱＡ，ＱＢは、一般的に使用される流量計（図示省略）により計測される。
【００２２】
需要予測手段５は、それぞれの配水池Ａ，Ｂから配水区域に配水される配水量を予測する。将来配水区域に配水される配水量の予測は、逐次最小２乗推定やカオス需要予測等、既知の手法を用いて行う。需要予測手段５による配水量の予測方法として、逐次最小２乗推定を用いて需要予測を行う例をあげて説明する。まず、曜日別や、休日、平日、休日明け別、季節別等の１時間毎１日分の需要実績データを予め用意しておく。次に、予め前日までの上水需要実績を得ておき、前日までの上水需要実績に基づいて、当該日の需要予測値偏差を算出する。この需要予測値偏差を、実時間で逐次最小２乗推定（カルマンフィルタ）することで、需要予測値偏差の最適値を演算し、当日の上水需要予測値と、その曜日の最適な需要予測値偏差に基づいて、当日の１時間毎２４時間分の上水需要予測値を得る。
【００２３】
計画策定手段６は、需要予測手段５の需要予測結果と、配水池Ａ，Ｂの水位に基づいて、所定の期間（策定周期）における送水ポンプ３ａ，３ｂの駆動計画の策定を行う。計画策定手段６には、需要予測手段５の需要予測結果（矢印ｄ５）が入力されるとともに、水位計４ａ，４ｂの計測値が入力される（矢印ｄ１，ｄ２）。さらに、計画策定手段６には、配水池Ａ，Ｂへの送水量ＱＡ，ＱＢ（矢印ｄ６，ｄ７）や浄水池の水位（矢印ｄ８）等のデータも入力され、送水ポンプ３ａ，３ｂの駆動計画の策定が行われる。計画策定手段６は、策定された駆動計画に沿って、それぞれの送水ポンプ３ａ，３ｂを駆動（または停止）させる制御信号を送水ポンプ３ａ，３ｂに送信する（矢印ｄ９，ｄ１０）。策定周期は、特に限定されるものではないが、例えば、２４時間程度の期間が設定される。また、計画策定手段６は、後述の水位演算手段７で、算出された配水池Ａ（または、Ｂ）の水位が、所定の範囲（例えば、ＬＷＬ以上、且つＨＷＬ以下の範囲）を逸脱する場合、逸脱する時間に到達する前に、再度送水ポンプ３ａ（または、３ｂ）の駆動計画の策定を行う。
【００２４】
水位演算手段７は、一定期間毎に、所定時刻における配水池Ａ，Ｂの水位と、計画策定手段６で決定された駆動計画及び、需要予測手段５で予測された配水池Ａ，Ｂの配水量の需要とに基づいて、将来の配水池Ａ，Ｂの水位を算出する。水位演算手段７には、水位計４ａ，４ｂの計測値が入力され（矢印ｄ３，ｄ４）、この水位の計測値から、計画策定手段６により策定された駆動計画に沿って送水ポンプ３ａ，３ｂを駆動した時の将来の配水池Ａ，Ｂの水位を算出する。水位演算手段７における、一定期間は、計画策定手段６で設定された策定周期よりも短いものであれば任意に設定可能であり、計画策定手段６で定められた策定周期を所定の間隔で分割する等により決定される。例えば、計画策定手段６で設定された策定周期が２４時間である場合、水位演算手段７は、１時間毎に策定周期終了時までの水位を演算すればよい。
【００２５】
次に、実施形態に係る水運用システム１の水運用方法について、図２に示すフロー図を参照して詳細に説明する。なお、水運用方法の説明では、需要予測手段５が、配水池Ａ，Ｂそれぞれの需要予測をカオス需要予測を用いて行う例を示して説明する。
【００２６】
まず、所定の策定周期（２４時間）が経過した後、需要予測手段５による配水池Ａ，Ｂそれぞれの需要予測が開始される（ステップＳ１）。
【００２７】
需要予測手段５は、カオス需要予測に基づいて、配水池Ａ，Ｂ毎の需要予測を行う。そして、この需要予測に基づいて、計画策定手段６が、送水ポンプ３ａ，３ｂの駆動計画を策定する（ステップＳ２）。
【００２８】
カオス需要予測は、２つの手順からなる。まず、手順１では、時間単位の各配水池Ａ（または、Ｂ）の配水量を状態空間に埋め込む。例えば、２つのパラメータ、ｎ（次元），τ（遅れ）を使用して、配水量は状態空間の一点（ｙ（ｉ），ｙ（ｉ−τ），ｙ（ｉ−２τ），…，ｙ（ｉ−（ｎ−１）τ））に埋め込まれる。同様に、すべての配水量を時間に沿って空間に埋め込むことで、ストレンジアトラクタを描く。手順２では、状態空間に埋め込まれた配水量から将来の配水量を予測する。ストレンジアトラクタ上の最新のデータの近くの軌跡が１時間後に移動した動きを入力としてファジィ演算を行い、１時間後の配水量を演算する。同様にして、２時間後、３時間後・・・と連続して予測を行う。
【００２９】
需要予測手段５は、それぞれの配水池Ａ，Ｂ毎に需要予測を行う。そして、計画策定手段６では、以下のように、それぞれの配水池Ａ，Ｂに設けられた送水ポンプ３ａ，３ｂの駆動及び停止の計画を策定する。
【００３０】
図１に示すように、実施形態に係る水運用システム１は、２つの配水池Ａ，Ｂを有している。この場合、需要予測手段５は、それぞれの配水池Ａ，Ｂの需要量ＤＡ，ＤＢを予測する。また、各配水池Ａ，Ｂに設けられた水位計４ａ，４ｂにより初期水位ＨＡ０，ＨＢ０が計測される。
【００３１】
計画策定手段６は、需要量ＤＡ，ＤＢ及び初期水位ＨＡ０，ＨＢ０に基づいて、送水系が継続的に通水可能になるように、送水ポンプ３ａ，３ｂの運転計画を策定する。
【００３２】
送水系が継続的に通水可能とするためには、式（１），（２）を満たす必要がある。
ＬＷＬA≦ＨＡ≦ＨＷＬA …（１）
ＬＷＬB≦ＨＢ≦ＨＷＬB …（２）
式（１），（２）において、ＨＡ，ＨＢは、各配水池Ａ，Ｂの水位である。ここで、各配水池Ａ，Ｂの底面積をＳＡ，ＳＢ、各配水池Ａ，Ｂに送水される送水量をＱＡ，ＱＢとすると、各配水池Ａ，Ｂの水位ＨＡ，ＨＢは、式（３），（４）で表される。
ＨＡ＝ＨＡ０＋（ＤＡ−ＱＡ）／ＳＡ …（３）
ＨＢ＝ＨＢ０＋（ＤＢ−ＱＢ）／ＳＢ …（４）
送水量ＱＡ，ＱＢは、送水ポンプ３ａ，３ｂの性能、配水池Ａ，Ｂに接続される管路の摩擦損失及び配水池Ａ，Ｂの水位等の影響を受ける。そこで、送水量ＱＡ，ＱＢは、水位ＨＡ，ＨＢの関数で表される。
ＱＡ＝ｆ（ＨＡ） …（５）
ＱＢ＝ｆ（ＨＢ） …（６）
式（５），（６）が、ＨＡ（または、ＨＢ）の１次式である場合、混合整数線形計画法で解くことが可能である。また、式（５），（６）が非線形であっても解析することは可能である。
【００３３】
上記の式（１）〜（６）の関係を満たすように、送水ポンプ３ａ，３ｂを駆動すれば、配水池Ａ，Ｂから連続して配水区域に配水を行うことができる。なお、実施形態に係る水運用システム１では、さらに以下の条件のうちいずれかを追加して、エネルギー効率のよい送水条件を決定する。
（ａ）送水ポンプ３ａ，３ｂの駆動と停止の回数が少ないこと
（ｂ）送水ポンプ３ａ，３ｂの駆動エネルギー（電力）コストが安価であること
（ｃ）送水ポンプ３ａ，３ｂの消費エネルギーが少ないこと
（ａ）の条件を満たすためには、送水ポンプ３ａ，３ｂの運転台数の変更回数を積算して、最も変更回数が少なくなるように、最小化演算を行う。（ｂ）の条件を満たすためには、運転している送水ポンプ３ａ，３ｂの動力から送水ポンプ３ａ，３ｂを駆動させるために必要な電力量を算出し、さらに、この電力量に季節別（時間帯別）の電力料金を積算することで総電力料金を算出する。この総電力料金が最も小さい値となるように最小化演算を行う。（ｃ）の条件を満たすためには、運転している送水ポンプ３ａ，３ｂの動力を積算し、その動力が最も小さい値となるように最小化演算を行う。上記の最小化演算方法は、数理計画法やメタヒューリスティック等の既知の最小化演算方法を用いる。
【００３４】
図３に、計画策定手段６によって策定された各配水池Ａ，Ｂに接続される送水ポンプ３ａ，３ｂの駆動計画の一例を示す。図３に示す駆動計画では、ＬＷＬの値を変化させているが、ＬＷＬ（または、ＨＷＬ）を運転中に変更したとしても、最小化演算を行いつつ、計画策定が可能であることを示している。
【００３５】
図３に示す駆動計画は、計画策定手段６が、（ａ）と（ｂ）を組み合わせた料金式を数理計画法を用いて最小化した場合のものである。（ａ）の条件と（ｂ）の条件とを併用する場合には、（ａ）の条件の送水ポンプ３ａ，３ｂの駆動と停止の回数を料金に換算し（駆動及び停止１回あたりの料金を予め定めておき送水ポンプ３ａ，３ｂの運転台数の変更回数に積算する）、（ｂ）の条件で算出された総電力料金に加算することで、新たな総電力料金を算出して、その総電力料金がより小さい値となるように最小化演算を行う。
【００３６】
ステップＳ２で、送水ポンプ３ａ，３ｂの駆動計画が策定されると、水位計４ａ，４ｂによって、所定の時間毎（１時間毎）に、配水池Ａ，Ｂの水位が取得される（ステップＳ３）。水位演算手段７は、取得された配水池Ａ，Ｂの水位と、計画策定手段６で、策定された送水ポンプ３ａ，３ｂの駆動計画及び、需要予測手段５で予測された配水池Ａ，Ｂの配水の需要量に基づいて、策定周期期間中の配水池Ａ，Ｂそれぞれの予測水位を算出する（ステップＳ４）。
【００３７】
ステップＳ４で算出された配水池の予測水位が、所定の範囲（ＬＷＬ≦水位≦ＨＷＬ）を逸脱する場合の送水ポンプの駆動計画の修正方法について、図４を参照して詳細に説明する。なお、説明では、配水池Ａについて説明するが、他の配水池Ｂについてもそれぞれ同様のステップによって送水ポンプ３ｂの駆動計画の修正が行われる。
【００３８】
図４に示すように、計画策定時では、配水池Ａの水位が所定の範囲に収まるように送水ポンプ３ａの駆動計画が策定される。しかしながら、実際の需要量は、予測値とは異なるものであり、実際の配水池Ａの水位は、予測水位とは異なる。そこで、ある一定期間毎に現在の配水池Ａの水位と、計画策定手段６で定められた送水ポンプ３ａの駆動計画及び、需要予測手段５で予測された配水池Ａの配水の需要量に基づいて、水位演算手段７が、将来の配水池Ａの予測水位を算出する。
【００３９】
水位演算手段７で算出された予測水位が予め定められた範囲内（ＬＷＬ≦算出された配水池Ａの水位≦ＨＷＬ）に収まっている場合（ステップＳ５においてＹＥＳであった場合）には、運転計画に従って、送水ポンプ３ａの運転が行われる（ステップＳ６）。
【００４０】
一方、算出された予測水位が予め定められた範囲外であった場合（ステップＳ５においてＮＯであった場合）、以下のようにして、送水ポンプ３ａの駆動計画の修正が行われる。
【００４１】
まず、水位演算手段７で算出された配水池Ａの予測水位が、予め定められた範囲外となる時間がｔ時間後であるとすると、配水池Ａの予測水位が予め定められた範囲外となることを予測した時間からｔ−１時間までは、計画策定手段６で策定された駆動計画に基づいて、送水ポンプ３ａ（及び３ｂ）の運転が行われる（ステップＳ７）。そして、配水池Ａの予測水位が予め定められた範囲外となることを予測した時間からｔ−１時間後に、再度、需要予測手段５が配水池Ａ，Ｂそれぞれの需要予測を行い、この需要予測に基づいて、計画策定手段６が送水ポンプ３ａ，３ｂそれぞれの駆動計画の策定を行う（ステップＳ８）。
【００４２】
以上のように、本発明の実施形態に係る水運用システム１及び水運用方法によれば、配水池Ａ，Ｂから配水される水の需要予測をベースとした運転計画手法により、最適な水運用が可能となる。需要予測に基づいて算出された駆動計画は、送水ポンプ３ａ，３ｂの運転台数の変更回数や送水ポンプ３ａ，３ｂを駆動させる電力料金及び、送水ポンプ３ａ，３ｂの駆動動力を最小化する演算を行っているので、予測を行った時点での最適な水運用が可能となる。
【００４３】
本発明に係る水運用システム及び水運用方法によれば、計画策定手段６で定められた策定周期を分割し、分割されたそれぞれの期間毎に配水池Ａ，Ｂの水位を予測することで、配水池Ａ（またはＢ）の予測水位が、需要予測に基づいて算出された値よりもずれた場合でも、配水池Ａ，Ｂの水位が所定の水位範囲を逸脱する前に、再度送水ポンプの駆動計画を策定するので、最適且つ安定的な水運用を行うことができる。
【００４４】
特に、分割されたそれぞれの期間のうち、配水池Ａ，Ｂの水位が所定の水位範囲を逸脱する直前まで策定された駆動計画を固定して、この駆動計画に基づいて最適な水運用を行うことで、頻繁な駆動計画の修正を防止し、最適な水運用を行うことができる。
【００４５】
また、本発明に係る水運用システム及び水運用方法によれば、需要予測に基づいて、送水ポンプ３ａ，３ｂの駆動計画を策定する際に、送水ポンプ３ａ，３ｂの駆動コスト（電力料金）や駆動エネルギー（送水ポンプ３ａ，３ｂの運転・停止の変更回数を含む）が最少となるように送水ポンプ３ａ，３ｂの駆動計画を策定できる。よって、安定的に配水区域に配水を供給できるだけでなく、エネルギーコストまたは電力コストをより抑えた送水を配水池に行うことができる。このように、配水池Ａ，Ｂが安定して送水を行うことができる条件に加えて、送水ポンプ３ａ，３ｂの駆動コストを考慮して送水ポンプ３ａ，３ｂの駆動計画を策定する場合、配水池Ａ，Ｂの水位が所定の水位範囲を逸脱する直前まで駆動計画を変更しないことにより、駆動コスト（駆動エネルギーや電力料金等）の条件に関して、最適な駆動計画を継続して実施することができる。
【００４６】
また、需要予測において、カオス需要予測の計算を用いると、過去の配水量のみを使用し、カルマンフィルタ等の需要予測で必要であった天候、気温、曜日、特異日等の情報を一切必要としない。また、最新の配水量が判明する１時間毎に最新の予測を行うリアルタイムの予測方法であるので、配水量に影響する状況の変化に素早く対応することが可能となる。
【００４７】
本発明の水運用システム及び水運用方法は、例えば、上水道監視制御システム、上水道管網解析システム、上水道需要予測システム、エネルギー最適化システム等のさまざまな水を送る工程（取水、導水、送水、配水）に適用して用いることができる。
【符号の説明】
【００４８】
１…水運用システム
２…浄水池
３ａ，３ｂ…送水ポンプ
４ａ，４ｂ…水位計
５…需要予測手段
６…計画策定手段
７…水位演算手段
Ａ，Ｂ…配水池
【技術分野】
【０００１】
この発明は、上水道や工業用水道等の水を送る工程に適用する水運用システム及び水運用方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
現在、上水道の配水等の水運用方法として、需要予測をベースとして水運用を制御する方法がある。需要予測は、逐次最小２乗推定（カルマンフィルタ）やカオス需要予測等の方法を用いて行われる。そして、この需要予測に基づいて、配水池単位の流出流量が推定される（特許文献１，２）。さらに、配水池の現在の水位をモニタするとともに、需要予測に基づいて時間単位の将来の配水池の水位が計算される。これらの情報を基に配水池に水を送水する送水ポンプの運転台数（配水池への送水量）が決定される（例えば、非特許文献１）。この需要予測に基づく送水ポンプの運転台数や送水量といった送水計画の最適化を、整数計画法、遺伝的アルゴリズム等の最適手法を用いて行う技術もある（非特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−４２９４９号公報
【特許文献２】特開２００１−５５７６３号公報
【特許文献３】特開２００６−３５０５４２号公報
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】大島信夫、“笹川浄水場における水運用の自動化”、明電時報、株式会社明電舎、２００４年、Ｎｏ．４、ｐ．３０−３５
【非特許文献２】鮫島正一、外３名、“上水道最適シミュレータによる取水・送水工程の最適化検討”、ＥＩＣＡ学会誌、環境システム計測制御学会、２００５年、Ｖｏｌ．１０、Ｎｏ．３、ｐｐ．７４−７５
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、需要予測をベースとした配水池の水運用方法は、何らかの理由により予測された水位と実際の水位との間にずれが生じると、送水計画の修正が必要となるおそれがある。また、予測された需要量が大きく外れてしまった場合には、最適化の前提が崩れてしまうため、最適化の効果を得られないおそれが生じる。
【０００６】
上記事情に鑑み、本発明は、需要予測をベースにした運転計画手法による水運用システムにおいて、より最適な水運用を行うことに貢献する技術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】
【０００７】
上記目的を達成する本発明の水運用システム及び本発明の水運用方法は、浄水場から送水を受けて、配水区域に配水を行う配水池に設けられる送水ポンプの駆動制御（駆動計画の策定）を、配水池の需要予測に基づいて行う水運用システムにおいて、予め定められた期間毎に、配水池の現在の水位と、送水ポンプの駆動計画に基づいて、将来の配水池の水位を演算し、この演算した値が、予め定められた水位範囲となるように制御することを特徴としている。
【０００８】
また、本発明の水運用システム及び本発明の水運用方法は、配水池の需要予測に基づいて策定される送水ポンプの駆動計画を最適化する際に、送水ポンプの駆動コストや送水ポンプを駆動するための電力コストを考慮して、最適な送水ポンプの駆動計画を策定することを特徴としている。
【０００９】
すなわち、本発明の水運用システムは、送水ポンプと、当該送水ポンプにより浄水池から送水を受け、配水区域に配水を行う配水池と、この配水池に設置され、当該配水池の水位を計測する水位計と、前記配水池から配水される将来の配水量需要を予測する需要予測手段と、前記需要予測手段で予測された配水量需要と、前記水位計で計測された水位データに基づいて前記配水池に蓄積された配水の水位が予め決められた水位範囲となるように、予め定められた策定期間における前記送水ポンプの駆動計画を策定する計画策定手段と、予め定められた期間毎に、前記水位計により計測された前記配水池の水位と、前記計画策定手段で策定された前記送水ポンプの駆動計画及び、前記需要予測手段で予測された前記配水池の配水量需要と、に基づいて、前記配水池の将来の水位を算出する水位演算手段と、を備えた水運用システムであって、前記計画策定手段は、前記策定期間内において、前記水位演算手段で算出された将来の水位が前記水位範囲を逸脱する場合、前記配水池の水位が前記水位範囲を逸脱する前に、再度前記送水ポンプの駆動条件を策定することを特徴としている。
【００１０】
また、本発明の水運用システムは、上記水運用システムにおいて、前記計画策定手段は、さらに、前記送水ポンプの発停回数が少なくなるように、前記送水ポンプの駆動計画を策定することを特徴としている。
【００１１】
また、本発明の水運用システムは、上記水運用システムにおいて、前記計画策定手段は、さらに、前記送水ポンプ全体の駆動動力が少なくなるように、前記送水ポンプの駆動計画を策定することを特徴としている。
【００１２】
また、本発明の水運用システムは、上記水運用システムにおいて、前記計画策定手段は、前記送水ポンプの駆動エネルギーを電力量に換算し、当該電力量のコストが最少となるように、前記送水ポンプの駆動計画を策定することを特徴としている。
【００１３】
また、本発明の水運用方法は、送水ポンプと、当該送水ポンプにより浄水池から送水を受け、配水区域に配水を行う配水池と、この配水池に設置され、当該配水池の水位を計測する水位計と、前記配水池から配水される将来の配水量需要を予測する需要予測手段と、前記需要予測手段で予測された将来の配水量需要と、前記水位計で計測された水位データに基づいて、前記配水池に蓄積された配水の水位が予め決められた水位範囲となるように、予め定められた策定期間における前記送水ポンプの駆動計画を策定する計画策定手段と、予め定められた期間毎に、前記水位計により計測された前記配水池の水位と、前記計画策定手段で策定された前記送水ポンプの駆動計画及び、前記需要予測手段で予測された前記配水池の配水量需要とに基づいて、前記配水池の将来の水位を算出する水位演算手段と、を備えた水運用システムの水運用方法であって、前記水位計が前記配水池の水位を計測し、前記需要予測手段が、前記配水池から前記配水区域に配水される将来の配水量の需要を予測し、前記計画策定手段が、前記配水池の水位が前記水位範囲内となるように、予め定められた策定期間における前記送水ポンプの駆動計画を策定し、前記水位演算手段が、予め定められた期間毎に、前記水位計によって計測された水位と、前記計画策定手段で策定された前記送水ポンプの駆動計画及び、前記需要予測手段で予測された前記配水池の配水量需要と、に基づいて、前記配水池の将来の水位を算出し、前記計画策定手段が、前記策定期間内において、前記水位演算手段で算出された将来の水位が、前記水位範囲を逸脱する場合、前記配水池の水位が前記水位範囲を逸脱する前に、再度前記送水ポンプの駆動計画を策定することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１４】
以上の発明によれば、需要予測をベースにした運転計画手法による水運用システムにおいて、より最適な水運用を行うことに貢献することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】発明の実施形態に係る水運用システムの概略構成図である。
【図２】発明の実施形態に係る水運用方法を説明するフロー図である。
【図３】各配水池に接続された送水ポンプの駆動計画を例示する説明図であり、（ａ）配水池Ａの説明図、（ｂ）配水池Ｂの説明図である。
【図４】発明の実施形態に係る水運用方法を説明する説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の水運用システム及び水運用方法について、図を参照して詳細に説明する。
【００１７】
図１は、本発明の実施形態に係る水運用システム１の構成図である。図１に示すように、実施形態に係る水運用システム１は、配水池Ａ，Ｂと、送水ポンプ３ａ，３ｂと、水位計４ａ，４ｂと、需要予測手段５と、計画策定手段６と、水位演算手段７と、を備える。
【００１８】
配水池Ａ，Ｂは、送水ポンプ３ａ，３ｂにより浄水池２から送水を受け、配水区域（図示省略）に配水を行う。配水池Ａ，Ｂと浄水池２とを接続する配管には、それぞれ送水ポンプ３ａ，３ｂが設けられる。配水池Ａ，Ｂには、配水池Ａ，Ｂが空にならないように一定以上の水量が必要であり、それぞれの配水池Ａ，Ｂには最低水量（最低水位：ＬＷＬ）が定められている。また、配水池Ａ，Ｂは、需要量と供給量のミスマッチを解決する（需要量の変動を吸収する）ことを目的とするものであり、過剰な量の水を配水池Ａ，Ｂに保持させることは好ましくない。よって、それぞれの配水池Ａ，Ｂには、最高水量（最高水位：ＨＷＬ）が定められている。配水池Ａ，Ｂの数は、特に限定されるものではなく、配水区域に必要な配水が可能となる数が適宜設定される。
【００１９】
送水ポンプ３ａ，３ｂは、浄水池２から配水池Ａ，Ｂに配水を送水する。一つの配水池Ａ（または、Ｂ）に浄水池２の水を送水する送水ポンプ３ａ（または、３ｂ）の数は、特に限定されるものではなく、配水池Ａ（または、Ｂ）の配水需要や配水池Ａ（または、Ｂ）の容量に応じて適宜送水ポンプ３ａ（または、３ｂ）の数が決定される。
【００２０】
水位計４ａ，４ｂは、それぞれ配水池Ａ，Ｂに設けられ、配水池Ａ，Ｂに貯留された水の水位を計測する。矢印ｄ１，ｄ２に示すように、水位計４ａ，４ｂの計測値は、計画策定手段６に入力される。また、矢印ｄ３，ｄ４に示すように、水位計４ａ，４ｂの計測値は、水位演算手段７に送信される。水位計４ａ（または、４ｂ）の計測値に、配水池Ａ（または、Ｂ）の底面積を積算することで、配水池Ａ（または、Ｂ）に蓄積された水の量を概算することができる。
【００２１】
なお、配水池Ａ，Ｂへの送水量ＱＡ，ＱＢは、一般的に使用される流量計（図示省略）により計測される。
【００２２】
需要予測手段５は、それぞれの配水池Ａ，Ｂから配水区域に配水される配水量を予測する。将来配水区域に配水される配水量の予測は、逐次最小２乗推定やカオス需要予測等、既知の手法を用いて行う。需要予測手段５による配水量の予測方法として、逐次最小２乗推定を用いて需要予測を行う例をあげて説明する。まず、曜日別や、休日、平日、休日明け別、季節別等の１時間毎１日分の需要実績データを予め用意しておく。次に、予め前日までの上水需要実績を得ておき、前日までの上水需要実績に基づいて、当該日の需要予測値偏差を算出する。この需要予測値偏差を、実時間で逐次最小２乗推定（カルマンフィルタ）することで、需要予測値偏差の最適値を演算し、当日の上水需要予測値と、その曜日の最適な需要予測値偏差に基づいて、当日の１時間毎２４時間分の上水需要予測値を得る。
【００２３】
計画策定手段６は、需要予測手段５の需要予測結果と、配水池Ａ，Ｂの水位に基づいて、所定の期間（策定周期）における送水ポンプ３ａ，３ｂの駆動計画の策定を行う。計画策定手段６には、需要予測手段５の需要予測結果（矢印ｄ５）が入力されるとともに、水位計４ａ，４ｂの計測値が入力される（矢印ｄ１，ｄ２）。さらに、計画策定手段６には、配水池Ａ，Ｂへの送水量ＱＡ，ＱＢ（矢印ｄ６，ｄ７）や浄水池の水位（矢印ｄ８）等のデータも入力され、送水ポンプ３ａ，３ｂの駆動計画の策定が行われる。計画策定手段６は、策定された駆動計画に沿って、それぞれの送水ポンプ３ａ，３ｂを駆動（または停止）させる制御信号を送水ポンプ３ａ，３ｂに送信する（矢印ｄ９，ｄ１０）。策定周期は、特に限定されるものではないが、例えば、２４時間程度の期間が設定される。また、計画策定手段６は、後述の水位演算手段７で、算出された配水池Ａ（または、Ｂ）の水位が、所定の範囲（例えば、ＬＷＬ以上、且つＨＷＬ以下の範囲）を逸脱する場合、逸脱する時間に到達する前に、再度送水ポンプ３ａ（または、３ｂ）の駆動計画の策定を行う。
【００２４】
水位演算手段７は、一定期間毎に、所定時刻における配水池Ａ，Ｂの水位と、計画策定手段６で決定された駆動計画及び、需要予測手段５で予測された配水池Ａ，Ｂの配水量の需要とに基づいて、将来の配水池Ａ，Ｂの水位を算出する。水位演算手段７には、水位計４ａ，４ｂの計測値が入力され（矢印ｄ３，ｄ４）、この水位の計測値から、計画策定手段６により策定された駆動計画に沿って送水ポンプ３ａ，３ｂを駆動した時の将来の配水池Ａ，Ｂの水位を算出する。水位演算手段７における、一定期間は、計画策定手段６で設定された策定周期よりも短いものであれば任意に設定可能であり、計画策定手段６で定められた策定周期を所定の間隔で分割する等により決定される。例えば、計画策定手段６で設定された策定周期が２４時間である場合、水位演算手段７は、１時間毎に策定周期終了時までの水位を演算すればよい。
【００２５】
次に、実施形態に係る水運用システム１の水運用方法について、図２に示すフロー図を参照して詳細に説明する。なお、水運用方法の説明では、需要予測手段５が、配水池Ａ，Ｂそれぞれの需要予測をカオス需要予測を用いて行う例を示して説明する。
【００２６】
まず、所定の策定周期（２４時間）が経過した後、需要予測手段５による配水池Ａ，Ｂそれぞれの需要予測が開始される（ステップＳ１）。
【００２７】
需要予測手段５は、カオス需要予測に基づいて、配水池Ａ，Ｂ毎の需要予測を行う。そして、この需要予測に基づいて、計画策定手段６が、送水ポンプ３ａ，３ｂの駆動計画を策定する（ステップＳ２）。
【００２８】
カオス需要予測は、２つの手順からなる。まず、手順１では、時間単位の各配水池Ａ（または、Ｂ）の配水量を状態空間に埋め込む。例えば、２つのパラメータ、ｎ（次元），τ（遅れ）を使用して、配水量は状態空間の一点（ｙ（ｉ），ｙ（ｉ−τ），ｙ（ｉ−２τ），…，ｙ（ｉ−（ｎ−１）τ））に埋め込まれる。同様に、すべての配水量を時間に沿って空間に埋め込むことで、ストレンジアトラクタを描く。手順２では、状態空間に埋め込まれた配水量から将来の配水量を予測する。ストレンジアトラクタ上の最新のデータの近くの軌跡が１時間後に移動した動きを入力としてファジィ演算を行い、１時間後の配水量を演算する。同様にして、２時間後、３時間後・・・と連続して予測を行う。
【００２９】
需要予測手段５は、それぞれの配水池Ａ，Ｂ毎に需要予測を行う。そして、計画策定手段６では、以下のように、それぞれの配水池Ａ，Ｂに設けられた送水ポンプ３ａ，３ｂの駆動及び停止の計画を策定する。
【００３０】
図１に示すように、実施形態に係る水運用システム１は、２つの配水池Ａ，Ｂを有している。この場合、需要予測手段５は、それぞれの配水池Ａ，Ｂの需要量ＤＡ，ＤＢを予測する。また、各配水池Ａ，Ｂに設けられた水位計４ａ，４ｂにより初期水位ＨＡ０，ＨＢ０が計測される。
【００３１】
計画策定手段６は、需要量ＤＡ，ＤＢ及び初期水位ＨＡ０，ＨＢ０に基づいて、送水系が継続的に通水可能になるように、送水ポンプ３ａ，３ｂの運転計画を策定する。
【００３２】
送水系が継続的に通水可能とするためには、式（１），（２）を満たす必要がある。
ＬＷＬA≦ＨＡ≦ＨＷＬA …（１）
ＬＷＬB≦ＨＢ≦ＨＷＬB …（２）
式（１），（２）において、ＨＡ，ＨＢは、各配水池Ａ，Ｂの水位である。ここで、各配水池Ａ，Ｂの底面積をＳＡ，ＳＢ、各配水池Ａ，Ｂに送水される送水量をＱＡ，ＱＢとすると、各配水池Ａ，Ｂの水位ＨＡ，ＨＢは、式（３），（４）で表される。
ＨＡ＝ＨＡ０＋（ＤＡ−ＱＡ）／ＳＡ …（３）
ＨＢ＝ＨＢ０＋（ＤＢ−ＱＢ）／ＳＢ …（４）
送水量ＱＡ，ＱＢは、送水ポンプ３ａ，３ｂの性能、配水池Ａ，Ｂに接続される管路の摩擦損失及び配水池Ａ，Ｂの水位等の影響を受ける。そこで、送水量ＱＡ，ＱＢは、水位ＨＡ，ＨＢの関数で表される。
ＱＡ＝ｆ（ＨＡ） …（５）
ＱＢ＝ｆ（ＨＢ） …（６）
式（５），（６）が、ＨＡ（または、ＨＢ）の１次式である場合、混合整数線形計画法で解くことが可能である。また、式（５），（６）が非線形であっても解析することは可能である。
【００３３】
上記の式（１）〜（６）の関係を満たすように、送水ポンプ３ａ，３ｂを駆動すれば、配水池Ａ，Ｂから連続して配水区域に配水を行うことができる。なお、実施形態に係る水運用システム１では、さらに以下の条件のうちいずれかを追加して、エネルギー効率のよい送水条件を決定する。
（ａ）送水ポンプ３ａ，３ｂの駆動と停止の回数が少ないこと
（ｂ）送水ポンプ３ａ，３ｂの駆動エネルギー（電力）コストが安価であること
（ｃ）送水ポンプ３ａ，３ｂの消費エネルギーが少ないこと
（ａ）の条件を満たすためには、送水ポンプ３ａ，３ｂの運転台数の変更回数を積算して、最も変更回数が少なくなるように、最小化演算を行う。（ｂ）の条件を満たすためには、運転している送水ポンプ３ａ，３ｂの動力から送水ポンプ３ａ，３ｂを駆動させるために必要な電力量を算出し、さらに、この電力量に季節別（時間帯別）の電力料金を積算することで総電力料金を算出する。この総電力料金が最も小さい値となるように最小化演算を行う。（ｃ）の条件を満たすためには、運転している送水ポンプ３ａ，３ｂの動力を積算し、その動力が最も小さい値となるように最小化演算を行う。上記の最小化演算方法は、数理計画法やメタヒューリスティック等の既知の最小化演算方法を用いる。
【００３４】
図３に、計画策定手段６によって策定された各配水池Ａ，Ｂに接続される送水ポンプ３ａ，３ｂの駆動計画の一例を示す。図３に示す駆動計画では、ＬＷＬの値を変化させているが、ＬＷＬ（または、ＨＷＬ）を運転中に変更したとしても、最小化演算を行いつつ、計画策定が可能であることを示している。
【００３５】
図３に示す駆動計画は、計画策定手段６が、（ａ）と（ｂ）を組み合わせた料金式を数理計画法を用いて最小化した場合のものである。（ａ）の条件と（ｂ）の条件とを併用する場合には、（ａ）の条件の送水ポンプ３ａ，３ｂの駆動と停止の回数を料金に換算し（駆動及び停止１回あたりの料金を予め定めておき送水ポンプ３ａ，３ｂの運転台数の変更回数に積算する）、（ｂ）の条件で算出された総電力料金に加算することで、新たな総電力料金を算出して、その総電力料金がより小さい値となるように最小化演算を行う。
【００３６】
ステップＳ２で、送水ポンプ３ａ，３ｂの駆動計画が策定されると、水位計４ａ，４ｂによって、所定の時間毎（１時間毎）に、配水池Ａ，Ｂの水位が取得される（ステップＳ３）。水位演算手段７は、取得された配水池Ａ，Ｂの水位と、計画策定手段６で、策定された送水ポンプ３ａ，３ｂの駆動計画及び、需要予測手段５で予測された配水池Ａ，Ｂの配水の需要量に基づいて、策定周期期間中の配水池Ａ，Ｂそれぞれの予測水位を算出する（ステップＳ４）。
【００３７】
ステップＳ４で算出された配水池の予測水位が、所定の範囲（ＬＷＬ≦水位≦ＨＷＬ）を逸脱する場合の送水ポンプの駆動計画の修正方法について、図４を参照して詳細に説明する。なお、説明では、配水池Ａについて説明するが、他の配水池Ｂについてもそれぞれ同様のステップによって送水ポンプ３ｂの駆動計画の修正が行われる。
【００３８】
図４に示すように、計画策定時では、配水池Ａの水位が所定の範囲に収まるように送水ポンプ３ａの駆動計画が策定される。しかしながら、実際の需要量は、予測値とは異なるものであり、実際の配水池Ａの水位は、予測水位とは異なる。そこで、ある一定期間毎に現在の配水池Ａの水位と、計画策定手段６で定められた送水ポンプ３ａの駆動計画及び、需要予測手段５で予測された配水池Ａの配水の需要量に基づいて、水位演算手段７が、将来の配水池Ａの予測水位を算出する。
【００３９】
水位演算手段７で算出された予測水位が予め定められた範囲内（ＬＷＬ≦算出された配水池Ａの水位≦ＨＷＬ）に収まっている場合（ステップＳ５においてＹＥＳであった場合）には、運転計画に従って、送水ポンプ３ａの運転が行われる（ステップＳ６）。
【００４０】
一方、算出された予測水位が予め定められた範囲外であった場合（ステップＳ５においてＮＯであった場合）、以下のようにして、送水ポンプ３ａの駆動計画の修正が行われる。
【００４１】
まず、水位演算手段７で算出された配水池Ａの予測水位が、予め定められた範囲外となる時間がｔ時間後であるとすると、配水池Ａの予測水位が予め定められた範囲外となることを予測した時間からｔ−１時間までは、計画策定手段６で策定された駆動計画に基づいて、送水ポンプ３ａ（及び３ｂ）の運転が行われる（ステップＳ７）。そして、配水池Ａの予測水位が予め定められた範囲外となることを予測した時間からｔ−１時間後に、再度、需要予測手段５が配水池Ａ，Ｂそれぞれの需要予測を行い、この需要予測に基づいて、計画策定手段６が送水ポンプ３ａ，３ｂそれぞれの駆動計画の策定を行う（ステップＳ８）。
【００４２】
以上のように、本発明の実施形態に係る水運用システム１及び水運用方法によれば、配水池Ａ，Ｂから配水される水の需要予測をベースとした運転計画手法により、最適な水運用が可能となる。需要予測に基づいて算出された駆動計画は、送水ポンプ３ａ，３ｂの運転台数の変更回数や送水ポンプ３ａ，３ｂを駆動させる電力料金及び、送水ポンプ３ａ，３ｂの駆動動力を最小化する演算を行っているので、予測を行った時点での最適な水運用が可能となる。
【００４３】
本発明に係る水運用システム及び水運用方法によれば、計画策定手段６で定められた策定周期を分割し、分割されたそれぞれの期間毎に配水池Ａ，Ｂの水位を予測することで、配水池Ａ（またはＢ）の予測水位が、需要予測に基づいて算出された値よりもずれた場合でも、配水池Ａ，Ｂの水位が所定の水位範囲を逸脱する前に、再度送水ポンプの駆動計画を策定するので、最適且つ安定的な水運用を行うことができる。
【００４４】
特に、分割されたそれぞれの期間のうち、配水池Ａ，Ｂの水位が所定の水位範囲を逸脱する直前まで策定された駆動計画を固定して、この駆動計画に基づいて最適な水運用を行うことで、頻繁な駆動計画の修正を防止し、最適な水運用を行うことができる。
【００４５】
また、本発明に係る水運用システム及び水運用方法によれば、需要予測に基づいて、送水ポンプ３ａ，３ｂの駆動計画を策定する際に、送水ポンプ３ａ，３ｂの駆動コスト（電力料金）や駆動エネルギー（送水ポンプ３ａ，３ｂの運転・停止の変更回数を含む）が最少となるように送水ポンプ３ａ，３ｂの駆動計画を策定できる。よって、安定的に配水区域に配水を供給できるだけでなく、エネルギーコストまたは電力コストをより抑えた送水を配水池に行うことができる。このように、配水池Ａ，Ｂが安定して送水を行うことができる条件に加えて、送水ポンプ３ａ，３ｂの駆動コストを考慮して送水ポンプ３ａ，３ｂの駆動計画を策定する場合、配水池Ａ，Ｂの水位が所定の水位範囲を逸脱する直前まで駆動計画を変更しないことにより、駆動コスト（駆動エネルギーや電力料金等）の条件に関して、最適な駆動計画を継続して実施することができる。
【００４６】
また、需要予測において、カオス需要予測の計算を用いると、過去の配水量のみを使用し、カルマンフィルタ等の需要予測で必要であった天候、気温、曜日、特異日等の情報を一切必要としない。また、最新の配水量が判明する１時間毎に最新の予測を行うリアルタイムの予測方法であるので、配水量に影響する状況の変化に素早く対応することが可能となる。
【００４７】
本発明の水運用システム及び水運用方法は、例えば、上水道監視制御システム、上水道管網解析システム、上水道需要予測システム、エネルギー最適化システム等のさまざまな水を送る工程（取水、導水、送水、配水）に適用して用いることができる。
【符号の説明】
【００４８】
１…水運用システム
２…浄水池
３ａ，３ｂ…送水ポンプ
４ａ，４ｂ…水位計
５…需要予測手段
６…計画策定手段
７…水位演算手段
Ａ，Ｂ…配水池
【特許請求の範囲】
【請求項１】
送水ポンプと、
当該送水ポンプにより浄水池から送水を受け、配水区域に配水を行う配水池と、
この配水池に設置され、当該配水池の水位を計測する水位計と、
前記配水池から配水される将来の配水量需要を予測する需要予測手段と、
前記需要予測手段で予測された配水量需要と、前記水位計で計測された水位データに基づいて前記配水池に蓄積された配水の水位が予め決められた水位範囲となるように、予め定められた策定期間における前記送水ポンプの駆動計画を策定する計画策定手段と、
予め定められた期間毎に、前記水位計により計測された前記配水池の水位と、前記計画策定手段で策定された前記送水ポンプの駆動計画及び、前記需要予測手段で予測された前記配水池の配水量需要と、に基づいて、前記配水池の将来の水位を算出する水位演算手段と、
を備えた水運用システムであって、
前記計画策定手段は、前記策定期間内において、前記水位演算手段で算出された将来の水位が前記水位範囲を逸脱する場合、前記配水池の水位が前記水位範囲を逸脱する前に、再度前記送水ポンプの駆動条件を策定する
ことを特徴とする水運用システム。
【請求項２】
前記計画策定手段は、さらに、前記送水ポンプの発停回数が少なくなるように、前記送水ポンプの駆動計画を策定する
ことを特徴とする請求項１に記載の水運用システム。
【請求項３】
前記計画策定手段は、さらに、前記送水ポンプ全体の駆動動力が少なくなるように、前記送水ポンプの駆動計画を策定する
ことを特徴とする請求項１に記載の水運用システム。
【請求項４】
前記計画策定手段は、前記送水ポンプの駆動エネルギーを電力量に換算し、当該電力量のコストが最少となるように、前記送水ポンプの駆動計画を策定する
ことを特徴とする請求項２または請求項３に記載の水運用システム。
【請求項５】
送水ポンプと、
当該送水ポンプにより浄水池から送水を受け、配水区域に配水を行う配水池と、
この配水池に設置され、当該配水池の水位を計測する水位計と、
前記配水池から配水される将来の配水量需要を予測する需要予測手段と、
前記需要予測手段で予測された将来の配水量需要と、前記水位計で計測された水位データに基づいて、前記配水池に蓄積された配水の水位が予め決められた水位範囲となるように、予め定められた策定期間における前記送水ポンプの駆動計画を策定する計画策定手段と、
予め定められた期間毎に、前記水位計により計測された前記配水池の水位と、前記計画策定手段で策定された前記送水ポンプの駆動計画及び、前記需要予測手段で予測された前記配水池の配水量需要と、に基づいて、前記配水池の将来の水位を算出する水位演算手段と、
を備えた水運用システムの水運用方法であって、
前記水位計が前記配水池の水位を計測し、
前記需要予測手段が、前記配水池から前記配水区域に配水される将来の配水量の需要を予測し、
前記計画策定手段が、前記配水池の水位が前記水位範囲内となるように、予め定められた策定期間における前記送水ポンプの駆動計画を策定し、
前記水位演算手段が、予め定められた期間毎に、前記水位計によって計測された水位と、前記計画策定手段で策定された前記送水ポンプの駆動計画及び、前記需要予測手段で予測された前記配水池の配水量需要と、に基づいて、前記配水池の将来の水位を算出し、
前記計画策定手段が、前記策定期間内において、前記水位演算手段で算出された将来の水位が、前記水位範囲を逸脱する場合、前記配水池の水位が前記水位範囲を逸脱する前に、再度前記送水ポンプの駆動計画を策定する
ことを特徴とする水運用方法。
【請求項１】
送水ポンプと、
当該送水ポンプにより浄水池から送水を受け、配水区域に配水を行う配水池と、
この配水池に設置され、当該配水池の水位を計測する水位計と、
前記配水池から配水される将来の配水量需要を予測する需要予測手段と、
前記需要予測手段で予測された配水量需要と、前記水位計で計測された水位データに基づいて前記配水池に蓄積された配水の水位が予め決められた水位範囲となるように、予め定められた策定期間における前記送水ポンプの駆動計画を策定する計画策定手段と、
予め定められた期間毎に、前記水位計により計測された前記配水池の水位と、前記計画策定手段で策定された前記送水ポンプの駆動計画及び、前記需要予測手段で予測された前記配水池の配水量需要と、に基づいて、前記配水池の将来の水位を算出する水位演算手段と、
を備えた水運用システムであって、
前記計画策定手段は、前記策定期間内において、前記水位演算手段で算出された将来の水位が前記水位範囲を逸脱する場合、前記配水池の水位が前記水位範囲を逸脱する前に、再度前記送水ポンプの駆動条件を策定する
ことを特徴とする水運用システム。
【請求項２】
前記計画策定手段は、さらに、前記送水ポンプの発停回数が少なくなるように、前記送水ポンプの駆動計画を策定する
ことを特徴とする請求項１に記載の水運用システム。
【請求項３】
前記計画策定手段は、さらに、前記送水ポンプ全体の駆動動力が少なくなるように、前記送水ポンプの駆動計画を策定する
ことを特徴とする請求項１に記載の水運用システム。
【請求項４】
前記計画策定手段は、前記送水ポンプの駆動エネルギーを電力量に換算し、当該電力量のコストが最少となるように、前記送水ポンプの駆動計画を策定する
ことを特徴とする請求項２または請求項３に記載の水運用システム。
【請求項５】
送水ポンプと、
当該送水ポンプにより浄水池から送水を受け、配水区域に配水を行う配水池と、
この配水池に設置され、当該配水池の水位を計測する水位計と、
前記配水池から配水される将来の配水量需要を予測する需要予測手段と、
前記需要予測手段で予測された将来の配水量需要と、前記水位計で計測された水位データに基づいて、前記配水池に蓄積された配水の水位が予め決められた水位範囲となるように、予め定められた策定期間における前記送水ポンプの駆動計画を策定する計画策定手段と、
予め定められた期間毎に、前記水位計により計測された前記配水池の水位と、前記計画策定手段で策定された前記送水ポンプの駆動計画及び、前記需要予測手段で予測された前記配水池の配水量需要と、に基づいて、前記配水池の将来の水位を算出する水位演算手段と、
を備えた水運用システムの水運用方法であって、
前記水位計が前記配水池の水位を計測し、
前記需要予測手段が、前記配水池から前記配水区域に配水される将来の配水量の需要を予測し、
前記計画策定手段が、前記配水池の水位が前記水位範囲内となるように、予め定められた策定期間における前記送水ポンプの駆動計画を策定し、
前記水位演算手段が、予め定められた期間毎に、前記水位計によって計測された水位と、前記計画策定手段で策定された前記送水ポンプの駆動計画及び、前記需要予測手段で予測された前記配水池の配水量需要と、に基づいて、前記配水池の将来の水位を算出し、
前記計画策定手段が、前記策定期間内において、前記水位演算手段で算出された将来の水位が、前記水位範囲を逸脱する場合、前記配水池の水位が前記水位範囲を逸脱する前に、再度前記送水ポンプの駆動計画を策定する
ことを特徴とする水運用方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１２−２４６６８４（Ｐ２０１２−２４６６８４Ａ）
【公開日】平成２４年１２月１３日（２０１２．１２．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１１９６２１（Ｐ２０１１−１１９６２１）
【出願日】平成２３年５月２７日（２０１１．５．２７）
【出願人】（０００００６１０５）株式会社明電舎 (1,739)
【公開日】平成２４年１２月１３日（２０１２．１２．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年５月２７日（２０１１．５．２７）
【出願人】（０００００６１０５）株式会社明電舎 (1,739)
[ Back to top ]