配水池浄水供給システムの浄水供給量算出方法およびそのプログラム、配水池浄水供給システム
【課題】配水池への予め設定された流入量の変動許容幅を守った上で流入量の変動回数を最小限に抑えた準最適な流入量を求める。
【解決手段】本発明の配水池浄水供給システムＳの浄水供給量算出方法は、配水池１３１９への流入量の計画方法として、ある時刻の流入量が変動無く維持できる期間において、流入量を変動できる全ての時刻で流入量の変動を試み、その変動後の流入量が最も未来まで維持できるものを採用することにより、変動回数を最小限に抑えた配水池１３１９への流入量を算出し、その流入量を目標値の流入量設定値として配水池１３１９への流入量を制御する。
【解決手段】本発明の配水池浄水供給システムＳの浄水供給量算出方法は、配水池１３１９への流入量の計画方法として、ある時刻の流入量が変動無く維持できる期間において、流入量を変動できる全ての時刻で流入量の変動を試み、その変動後の流入量が最も未来まで維持できるものを採用することにより、変動回数を最小限に抑えた配水池１３１９への流入量を算出し、その流入量を目標値の流入量設定値として配水池１３１９への流入量を制御する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、浄水場から配水池に供給される浄水の流入量を制御するに際して、予め求めた水需要量を基に配水池への流入量の変動回数およびその変動量を抑える配水池浄水供給システムの浄水供給量算出方法およびそのプログラム、配水池浄水供給システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
図９(ａ)に上水道施設における配水池１０１の廻りの設備を示し、図９(ｂ)に配水池１０１の運用範囲を示す。
浄水場１０２で異物除去、消毒等され作られた水道水(以下、水と称す)は、配水池１０１に貯留され、配水池１０１を介して一般需要家へ供給される。
配水池１０１より供給される水の需要量は、一般需要家の水の消費量に伴って時間的に変化するものであり、水の消費量が多い朝方および夕方は多く、水の消費量が少ない深夜は少なくなるような日間変動を示すのが一般的である。
【０００３】
従来、水の需要量の日間変動に合わせた量の水が浄水場１０２で作れれば問題ないが、実際には浄水場１０２の水の処理能力にも限界がある。また、需要量のピークに合わせ浄水設備を建設することは、コストの面から無駄が大きい。
一方、浄水場１０２としては、設備の安定稼働のため浄水量を一定に保ち、時間に対する浄水場１０２からの送水量を一定にしたいという要求がある。
【０００４】
そこで、送水量を調整するために、浄水場１０２と一般需要家の間に配水池１０１および配水池流入弁１０３を設けている。そして、配水池流入弁１０３により配水池１０１への流入量を調整し、図９(ｂ)に「運用範囲」として示すように、需要量の少ない時間帯に配水池１０１に水を溜め込み、需要量の多い時間帯にその溜めた水を使うという運用を行っている。つまり、需要量の変動を配水池１０１の貯水量を利用して吸収し、配水池１０１への流入量、すなわち浄水場１０２からの送水量の均等化を図っている。
【０００５】
水の需要量(流量)の日間変動を図に示すと図１０の曲線２０２のように変化する。
一方、浄水場１０２からの送水量（配水池１０１への流入量）は前記の安定稼働の理由から終日一定であることが望ましいため、最適流入量は図１０に示す線分２０１となる。このとき、配水池１０１の貯水量は、流入量が図１０の線分２０１であることから、図１１の曲線２０３のように変動する。つまり、配水池１０１の貯水量を変動させることで、配水池１０１への流入量(浄水場１０２からの送水量)を一定にすることができることになる。
【０００６】
そこで、図９(ｂ)に示す配水池１０１としては、通常溢れたり空になったりすることのないように、配水池１０１の運用範囲のように運用上限１０４と運用下限１０５を設け、需要量２０２(図１０参照)の急変に備え、余裕を持った運用を行っている。
なお、本願に関わる先行技術としては、下記の特許文献１がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平１１−１５４０２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところが、この運用上・下限１０４、１０５の範囲内で考えると、貯水量は図１１に示す曲線２０３のように、「Ａ」で示す時間で運用下限１０５を下回ることが起こることがあり、実運用上好ましくない。
このように、当初は貯水量に充分な余裕を見て配水池１０１を建設したが、その後の人口の増加等による需要量の増加や変動量の増大により、図１１に示す時間「Ａ」でのような運用範囲を逸脱する現象の起こる地域が増えている。特に、大都市近郊ではその傾向が顕著になっている。この現象は配水池の増設や新設で解決することもできるが、近年の都市化の進行から増設や新設する土地の問題や建設費用の面からも容易ではない。
【０００９】
従って、限られた配水池１０１の容量を最大限に活かし、配水池１０１への流入量(浄水場１０２からの送水量)の変動回数および変動量の少ない流入量を算出し運用することが、近年の上水道を運用する上での課題の一つとなっている。
また、配水池流入弁１０３のような機械設備は、その動作回数が機械設備の消耗(損耗)に結びつくため、運転の変動回数を抑えるということがコスト面からも重要になっている。
【００１０】
この課題を解決するための方法の一つとして、ＱＲＳ(Quasi-optimum Routing System)法が提案されている。
ＱＲＳ法についてその考え方を説明すると、以下の通りとなる。
水の需要量が図１２(ａ)の曲線３０１となっているとき、水の需要量を時間的に累積(積算)すると図１２(ｂ)の曲線３０２のようになる。なお、図１２(ａ)は、時間と水の配水池１０１からの流出量との関係を示す図であり、図１２(ｂ)は、時間と水の配水池１０１からの流出量の経過時間での積算値である累積流出量の関係を示す図である。
【００１１】
ここで、配水池１０１の貯水量を終日、運用下限１０５(図９(ｂ)参照)とするような運用を考えた場合、貯水量の運用下限１０５を出発点として需要量と流入量を同量とすればよいので、累積流入量は、終日、運用下限１０５になるように需要量と流入量を同量として累積(積算)した図１３(ｂ)の折線４０１のようになる。なお、図１３(ａ)は、時間と水の配水池１０１からの流出量との関係を示す図であり、図１３(ｂ)は、時間と水の配水池１０１への流入量の経過時間での積算値である累積流入量の上限値、下限値との関係を示す図である。
【００１２】
同様に、配水池１０１の貯水量を終日、運用上限１０４(図９(ｂ)参照)とするような運用を考えた場合、貯水量の運用上限１０４を出発点として需要量と流入量を同量とすればよいので、累積流入量は、終日、運用上限１０４になるように需要量と流入量を同量として累積(積算)した図１３(ｂ)の折線４０２のようになる。
従って、図１３(ｂ)の折線４０１と折線４０２の間に挾まれた範囲に累積流入量が収まるような配水池１０１への流入量をとることにより、配水池１０１の貯水量を運用上・下限１０４、１０５の範囲に保持した運用が可能となる。
【００１３】
ここで、流入量が終日一定である最適流入量を考える。配水池１０１の初期貯水量は配水池１０１の水位から計算され、ここでは図１３(ｂ)のａ点とする。通常、配水池１０１の運用として、夜間の需要量が少ない時間帯に水を溜め込み、朝方および夕方の需要量の多い時間帯にその水を使うのが一般的である。従って、朝方の需要量が増える直前の時刻に配水池貯水量を運用上限１０４に達するようにする必要がある。それが目標貯水量であり、図１３(ｂ)のｂ点となる。
【００１４】
最適流入量の累積は、配水池１０１の貯水量の運用下限１０５および運用上限１０４を考慮しない場合、初期貯水量（図１３(ｂ)のａ点）と目標貯水量（図１３(ｂ)のｂ点）を結ぶ線分４０３であり、その流入量は、単位時間に対する流入量であるので線分４０３の勾配に相当する。ところが、線分４０３は、図１３(ｂ)に示すｃ点とｄ点の間の時間帯で累積流入量の下限である折線４０１を下回っている。そのため、この時間帯では、配水池１０１は貯水量が運用下限１０５未満になり、配水池１０１の貯水量を運用上・下限１０４、１０５の範囲内に保持することができなくなる。
【００１５】
従って、配水池１０１の貯水量を運用上・下限１０４、１０５の範囲内に保持した累積流入量は、図１３(ｂ)の折線４０１と折線４０２に挾まれた範囲に存在する線分あるいは折線を探索することで求められることが分る。なお、この線分の勾配あるいは折線を構成する線分の勾配が配水池１０１への流入量、すなわち浄水場１０２から配水池１０１への送水量に相当する。
【００１６】
このような折線を探索し、流入量を求める方法がＱＲＳ法である。そして探索した折線の屈曲点が少ないほど流入量(折線を構成する線分の勾配に相当)の変動回数が少なく、また、折線の屈曲角度(折線を構成する線分の勾配の変化)が小さいほど流入量の変動量が少ない結果となる。
【００１７】
従来のＱＲＳ法での折線探索の方法、すなわち流入量(線分の勾配)の求め方は、以下の通りである。
ある配水池１０１における累積流入量の上下限値は、配水池貯水量の運用上・下限１０４、１０５(図９(ｂ)参照)より、それぞれ図１４に示す通り下限値を折線５０１、上限値を折線５０２と表すことができる。図１４は、従来の経過時刻に対する水の流入量の積算値である累積流入量の上限値、下限値を表したＱＲＳ法での折線探索の方法を示す図である。
【００１８】
従って、配水池１０１の貯水量を、図９(ｂ)に示す運用範囲に保持した流入量は、折線５０１と折線５０２の間に挾まれる範囲に存在する。そのため、まず折線５０１、５０２の間の範囲内に存在する、初期貯水量(図１４のａ点)を出発点とする最も長い線分を探索することから始まる。
図１４の例では、初期貯水量ａ点を通る第１の線分としては初期貯水量ａ点と時刻１４時のｃａ点を通る線分が下限累積流入量の折線５０１と上限累積流入量の折線５０２に挾まれる範囲に存在する最も長い線分であるが、１４時に上限の曲線５０２を超えてｃａ点に達するため、１時間前に戻り１３時のｃ点で折曲げるものとする。
【００１９】
次に、第２の線分として時刻１３時のｃ点から同様に下限の折線５０１と上限の折線５０２に挾まれる範囲の最も長い線分を探索すると、１３時のｃ点と時刻１８時のｄａ点を通る線分が見つかる。しかし、１８時に下限の曲線５０１を逸脱してｄａ点に達するため、１時間前に戻り１７時のｄ点で折り曲げ、ｃ点からｄ点までを第２の線分とする。
この探索手順を繰り返し、時刻２０時のｅ点から最終時刻の翌日の６時にｂａ点に達する。しかし、最終時刻６時の目標貯水量はｂ点であるため、１時間前に戻り５時のｆ点でｂ点と結ぶように折曲げることで、最後にｆ点とｂ点を結び、折線５０３(ａ点−ｃ点−ｄ点−ｅ点−ｆ点−ｂ点を線分で結ぶ折線)を決定する。
【００２０】
このＱＲＳ法は、図１４でも分るように、初期貯水量ａ点に近い初期の時間帯では一定の流入量が算出されるが、後半の時間帯では、目標貯水量(図１４のｂ点)に達するために小刻み、すなわち短時間に流入量を変動させるような流入量が算出されやすい。また、求めた折線の各屈曲点（図１４のｃ点、ｄ点、ｅ点およびｆ点）での流入量の変動量が既定の流入量の許容変動幅を上回っていたときは、折線の探索が困難となり、折線の解を算出できない場合がある。
【００２１】
もう一つの折線探索の方法は、特許文献１に示されるものである。この方法は特許文献１の図７からも分るように、折線の屈曲角度(折線の勾配の変化)、すなわち流入量の変動量を従来のＱＲＳ法より小さくすることができるが、その反面として折線の屈曲回数が多くなる傾向がある。
【００２２】
図９に示す配水池１０１の設備は浄水場１０２から水を流入させるのであるが、市町村の配水池１０１の設備において都道府県の浄水場１０２から水を流入させる場合は、市町村は都道府県と契約を結び、水を購入することになる。その場合、契約上１日当たりの最大受水量や時間当たりの許容変動量等の取り決めがあり、また受水量を変動させるときには、事前に浄水場１０２への連絡を必須としている場合もある。
【００２３】
そのため、配水池１０１の流入量を決定する場合においても契約上の変動幅を考慮し、かつ、なるべく変動回数を抑えた流入量を求めることが望まれる。従って、配水池１０１への流入量として、変動幅が予め設定した許容変動幅の範囲に抑えられ、かつ、変動回数が最小限となる流入量を算出し、その算出された流入量に基づいて実際の配水池１０１の流入量を制御することが必要となってくる。
【００２４】
本発明は上記実状に鑑み、配水池への予め設定された流入量の変動許容幅を守った上で流入量の変動回数を最小限に抑えた準最適な流入量を求めることが可能な配水池浄水供給システムの浄水供給量算出方法およびそのプログラム、配水池浄水供給システムの提供を目的とする。
なお、理想の流入量は、一般的に“最適な”流入量と表現すると考えられるので、ここでは理想に近い流入量という意味で、“準最適”な流入量と表現している。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
上記目的を達成すべく、第１の本発明に関わる配水池浄水供給システムの浄水供給量算出方法は、浄水場から配水池へ供給される浄水の流入量を調節する流入量調節手段と、該流入量調節手段を制御するためのコントローラと、該コントローラへ制御目標とする流入量設定値を与える流入量設定演算手段とを備えた配水池浄水供給システムにおいて、前記配水池から需要側へ供給される未来の前記浄水の需要量を予測する需要量予測手段と、前記流入量の許容変動幅を設定する変動幅設定手段と、前記配水池の水位上限および水位下限を設定する水位上下限設定手段とを備え、前記流入量設定演算手段は、時間と前記流入量を時間経過で累積した累積流入量とを座標軸とする座標平面上において、算出開始の初期時刻における貯水量を出発点とし、算出終了の最終時刻における目標累積流入量を目標点として、前記需要側への未来の需要量を前記需要量予測手段で予測した前記需要量とした場合、前記水位上下限設定手段により設定した前記配水池の水位上限および水位下限をそれぞれ保持する前記配水池への累積流入量の上限および下限を表すそれぞれの折線の間の範囲内に在る複数の前記出発点をもつ線分のうち、最も未来の時刻までを定義域とできる線分を第１線分に設定し、該第１線分上の任意のまたは既定の時刻に相当する複数の点を次の出発点として、前記変動幅設定手段により設定される前記流入量の許容変動幅の範囲内で、前記累積流入量の上下限の折線の間の範囲内に在る複数の線分のうちから、最も未来の時刻までを定義域とできる次の線分を設定して前の第１線分と接続することで一つの折線とする操作を繰り返すことにより後続する次の線分を接続して一つの折線とし、前記流入量の変動を表す折線を設定し、当該折線が示す累積流入量をもって前記配水池への流入量設定値の設定を行っている。
【００２６】
第２の本発明に関わる配水池浄水供給システムの浄水供給量算出方法は、浄水場から配水池へ供給される浄水の流入量を調節する流入量調節手段と、該流入量調節手段を制御するためのコントローラと、該コントローラへ制御目標とする流入量設定値を与える流入量設定演算手段とを備えた配水池浄水供給システムにおいて、前記配水池から需要側へ供給される未来の前記浄水の需要量を予測する需要量予測手段と、前記流入量の許容変動幅を設定する変動幅設定手段と、前記配水池の水位上限および水位下限を設定する水位上下限設定手段とを備え、前記流入量設定演算手段は、時間と前記流入量を時間経過で累積した累積入流量とを座標軸とする座標平面上において、算出開始の初期時刻における貯水量を出発点とし、算出終了の最終時刻における目標累積流入量を目標点として、前記需要側への未来の需要量を前記需要量予測手段で予測した前記需要量とした場合、前記水位上下限設定手段により設定した前記配水池の水位上限および水位下限をそれぞれ保持する前記配水池への累積流入量の上限および下限を表すそれぞれの折線の間の範囲内に在る複数の前記出発点をもつ線分のうち、最も未来の時刻までを定義域とできる線分を第１線分に設定し、該第１線分上の任意のまたは既定の時刻に相当する複数の点を次の出発点として、前記変動幅設定手段により設定される前記流入量の許容変動幅の範囲内で、前記累積流入量の上下限の折線の間の範囲内に在る複数の線分のうち、最も未来の時刻までを定義域とできる次の線分を第２線分に設定して前記第１線分と前記第２線分とを接続することで一つの折線とする第１操作と前記第２線分の後に続く第３線分を、前記第２線分をその前の前記第１線分に対して設定した方法と同様にして設定し、前記第２線分と前記第３線分とを接続することで一つの折線とする第２操作と該第２操作を繰り返す第３操作とのうち、前記第１操作または前記第１・第２操作または前記第１・第２・第３操作を行うことにより、前記流入量の変動を表す折線を設定し、当該折線が示す累積流入量をもって前記配水池への流入量設定値の設定を行っている。
【００２７】
第３の本発明に関わる配水池浄水供給システムのプログラムは、コンピュータに、第１または第２の本発明の配水池浄水供給システムの浄水供給量算出方法を実行させるためのプログラムである。
【００２８】
第４の本発明に関わる配水池浄水供給システムは、第１の本発明の配水池浄水供給システムの浄水供給量算出方法を行うシステムである。
【００２９】
第５の本発明に関わる配水池浄水供給システムは、第２の本発明の配水池浄水供給システムの浄水供給量算出方法を行うシステムである。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によれば、配水池への予め設定された流入量の変動許容幅を守った上で流入量の変動回数を最小限に抑えた準最適な流入量を求めることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明に係る実施形態１の折線探索方法において、時刻と累積流入量とのグラフで折線の屈曲点の決定方法について示した図である。
【図２】実施形態１の折線探索方法において、時刻と累積流入量とのグラフで２箇所目の屈曲点の決定方法について示した図である。
【図３】実施形態１の折線探索方法で求めた時刻と累積流入量とのグラフでの配水池への流入量の累積を示す図である。
【図４】実施形態２の折線探索方法において、時刻と累積流入量とのグラフで折線の屈曲点の決定方法について示した図である。
【図５】実施形態２の折線探索方法で求めた時刻と累積流入量とのグラフでの配水池への流入量の累積を示す図である。
【図６】実施形態３の折線探索方法において、時刻と累積流入量とのグラフで折線の屈曲点の決定方法について示した図である。
【図７】実施形態３の折線探索方法で求めた時刻と累積流入量とのグラフでの配水池への流入量の累積を示す図である。
【図８】本発明の一実施例の配水池浄水供給システムの概念的構成図である。
【図９】(ａ)は上水道施設における配水池廻りの設備を示す図であり、(ｂ)は配水池の運用範囲を示す図である。
【図１０】水の需要量の日間変動を示す図である。
【図１１】配水池への水の流入量を一定としたときの配水池貯水量の変化を示す図である。
【図１２】(ａ)は時間と水の配水池１０１からの流出量との関係を示す図であり、(ｂ)は時間と水の配水池１０１からの流出量の経過時間での積算値である累積流出量の関係を示す図である。
【図１３】(ａ)は時間と水の配水池１０１からの流出量との関係を示す図であり、(ｂ)は時間と水の配水池１０１への流入量の経過時間での積算値である累積流入量の上限値、下限値との関係を示す図である。
【図１４】従来の経過時刻に対する水の配水池への流入量の積算値である累積流入量の上限値、下限値を表したＱＲＳ法での折線探索の方法を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。
＜実施形態１＞
まず、本発明の実施形態１では、配水池１０１(図９参照)への水(浄水)の最適な流入量の設定値である流入量設定値の算出方法を説明する。
ＱＲＳ法における流入量は、時間に対する累積流入量の折線の勾配として表されるので、流入量を変動させることは折線の勾配を変更することになる。従って、設定された許容変動幅を考慮した流入量の算出は、折線の各屈曲点において、折線の勾配の変更量を許容変動幅に制限して折線を探索することとなる。
【００３３】
図１において、図９(ａ)に示す上水道施設における配水池１０１への運用下限１０５、運用上限１０４をそれぞれ保持する累積流入量の下限値を折線６０１、上限値を折線６０２とする。
また、算出開始時刻である６時の初期貯水量をａ点とし、目標貯水量を達成する時刻である翌日６時の目標貯水量をｂ点とする。
【００３４】
ここで、下限値の折線６０１は、未来の水の予測需要量に対して図９(ｂ)に示す配水池１０１の運用下限１０５を保持する流入量を積算して求めたものであり、上限値の折線６０２は、未来の予測需要量に対して図９(ｂ)に示す配水池１０１の運用上限１０４を保持する流入量を積算して求めたものである。
従って、下限値の折線６０１および上限値の折線６０２のそれぞれの形状は、累積する水の予測需要量により決定される。
【００３５】
未来の水の予測需要量は過去の需要量実績を統計的手法により解析する方法や、ニューロ等の知識工学を応用した方法により予測量として算出することができるが、その算出方法については本発明に直接関係しないので、説明を省略する。
【００３６】
以下、実施形態１の最適な流入量設定値の算出方法について具体的に説明する。
なお、本実施形態１を含む実施形態では、１時間毎に算出を行う場合を説明する。
まず、図１に示す算出開始時刻である初期時刻６時の初期貯水量ａ点を出発点として、下限値の折線６０１と上限値の折線６０２との範囲内で最も未来の時間(時刻)まで到達できる線分を考えると、初期時刻６時のａ点および１４時のｃａ点を通る線分６０３であることが分る。この線分６０３の勾配が算出開始の初期時刻６時における水(浄水)の準最適な流入量である。また、ここで初期時刻６から７時の直前までにおける水の流入量（線分６０３の勾配）が確定する。なお、７時以後の流入量(線分の勾配)は次の過程で求める。このように一つの線分が確定することで、線分の始点から次の点前までの勾配(水の流入量)が決定することとする。つまり、線分６０３が確定することで、線分の始点の初期時刻６時のａ点から７時の直前までの水の流入量(勾配)が決定する。
【００３７】
線分６０３は、１４時のｃａ点で上限値の折線６０２を上回るため、１４時では累積流入量の上限値の折線６０２を逸脱することになる。そのため、初期時刻６時の次の時刻（すなわち７時）から上限値の折線６０２を逸脱しない１３時の間の何れかの時刻で流入量を変動させる必要がある。
【００３８】
次に、７時から１３時の各時刻における線分６０３上の各点を出発点として、流入量変動量が予め設定された量となる範囲内かつ下限値の折線６０１と上限値の折線６０２との範囲内で、最も未来の時間(時刻)まで到達できる線分を探索する。図１より、７時から８時のｃ１点およびｃ２点については、最も未来の時間(時刻)まで到達できる線分は、線分６０３に一致する。そのため、７時のｃ１点から８時のｃ２点については除外する。一方、９時〜１３時のｃ３点〜ｃ７点それぞれから最も未来の時間(時刻)まで到達できる線分は、それぞれ線分６０４、線分６０５、線分６０６、線分６０７、線分６０８となる。
【００３９】
線分６０４、線分６０５、線分６０６、線分６０７、線分６０８のうちでは、１２時のｃ６点を始点とする線分６０７が最も未来の時間(時刻)まで到達できる線分である。
従って、７時から１３時の何れかの時刻で１回だけ流入量変動がある場合、１２時のｃ６点で流入量を線分６０３から線分６０７に変動させた時が、１回の流入量変動で最も未来の時間(時刻)まで運用上下限の範囲に収まる流入量を実現できることが分る。ここまでの探索手順で、７時から１２時の直前までの流入量（線分６０３の勾配）と、１２時から１３時の直前までにおける流入量（線分６０７の勾配）が確定される。
【００４０】
さて、線分６０７は図２に示す時刻２２時のｄａ点で上限値の折線６０２を上回るため、２２時で累積流入量の上限値の折線６０２を逸脱することになる。そのため、今度は線分６０７の始点の時刻１２時の次の時刻１３時から、累積流入量の上限値の折線６０２を逸脱しない２１時の間で流入量を変動させる必要がある。
【００４１】
そこで、図２に示す１３時から２１時の各時刻における線分６０７上の各点を出発点として、流入量変動幅が予め設定された量となる範囲内かつ下限値の折線６０１と上限値の折線６０２との範囲内で、最も未来の時間(時刻)まで到達できる線分を探索する。１３時から１６時では、最も未来の時間(時刻)まで到達できる線分は、最終時刻の翌日６時までは到達できない。つまり、１３時から１６時の線分は、下限値の折線６０１と上限値の折線６０２間の範囲外でなってしまう。
図２では代表として１６時のｄ１点を出発点として最も未来の時間(時刻)まで到達できる線分７０１を図示している。
【００４２】
一方、図２に示す時刻１７時から２１時では、最も未来の時間(時刻)まで到達できる線分は、いずれも最終時刻の翌日６時まで到達できる。この場合は最終時刻の翌日６時において、目標貯水量(図２のｂ点)に最も近づく線分を、最も未来の時間(時刻)まで到達できる線分とする。図２では代表として１７時のｄ２点および１８時のｄ３点を出発点として最も未来の時間(時刻)まで到達できる線分７０２および線分７０３をそれぞれ挙げている。１９時以降の線分６０７上の各点から、同様にして求めた線分は、最終時刻の翌日６時には線分７０３より、目標貯水量(図２のｂ点)から離れる。
【００４３】
そして、最終時刻の翌日６時には、１７時のｄ２点の線分７０２の方が、１８時のｄ３点の線分７０３より目標貯水量(図２のｂ点)に近づくので、１７時のｄ２点の線分７０２が目標貯水量(図２のｂ点)に最も近づく線分である。
【００４４】
従って、初期時刻６時から１２時の直前まで線分６０３の勾配に相当する流量を選択し、１２時から線分６０７の勾配に相当する流量を選択したときにおいて、１３時から２１時の何れかの時刻で１回だけ流量変動がある場合、１７時のｄ２点で流量を線分６０７から線分７０２に変動させたときが、１回の流量変動で最も未来の時間(時刻)まで運用上・下限１０４、１０５の上限値の折線６０２と下限値の折線６０１との範囲内に収まる流入量を実現できることが分る。
ここまでの探索手順で、１３時から１７時の直前までの流量である線分６０７の勾配と、１７時から１８時の直前までにおける流量である線分７０２の勾配が確定される。
【００４５】
以上の探索手順を繰り返すことにより、流入量を初期時刻の６時から未来の時間(時刻)に向けて確定していき、最終的に目標貯水量を通る図３に示す線分８０１が見つかった時点で、全区間の流量が確定する。ここで、最終的に目標貯水量(ｂ点)を通る線分８０１は、翌日の目標時刻６時の目標貯水量のｂ点から、流量変動幅が予め設定された量となる範囲内かつ下限値の折線６０１と上限値の折線６０２との範囲内で、線分７０２の流入量から流入量変動幅が最も少ないｂ点とｅ点とを結ぶ線分を選択することで求まる。
【００４６】
なお、線分７０２が目標累積流入量(目標貯水量)ｂ点を通るように設定できる場合には、この線分８０１を定める方法は用いないことは勿論である。
従って、図１から図３においては、図３に示すように、ａ点−ｃ６点−ｄ２点−ｅ点−ｂ点を通る折線(線分６０３−線分６０７−線分７０２−線分８０１)が準最適な累積流入量を表すことが分る。
【００４７】
＜実施形態２＞
実施形態１では初期時刻における流(入)量の値に制限を設けていない。しかし、実際には、配水池１０１の初期貯水量と同時に配水池１０１への初期流(入)量が与えられ、初期流(入)量を変更せずに継続することを求められるケースがある。このように初期流(入)量が予め与えられている場合には、その初期流(入)量を初期時刻における準最適な流(入)量とみなして折線探索を行うことにより、初期流(入)量を反映した準最適な累積流入量を求めることができる。
【００４８】
そこで、実施形態２では初期流入量が与えられているケースの最適な流入量設定値の算出方法を説明する。
図４において、未来の水の予測需要量に対して図９(ｂ)に示す運用下限１０５を保持する各時刻の流入量を積算した累積流入量の下限値を折線９０１とする。一方、未来の水の予測需要量に対して図９(ｂ)に示す運用上限１０４を保持する各時刻の流入量を積算した累積流入量の上限値を折線９０２とする。従って、折線９０１および折線９０２の形状は累積する水の予測需要量により決定される。
【００４９】
また、算出開始時刻である初期時刻６時の初期貯水量を予め与えられた初期貯水量とし、初期貯水量をａ１点とし、目標貯水量を達成する時刻である翌日６時の目標貯水量をｂ１点とする。
ここでは、算出開始時刻である初期時刻６時の初期貯水量ａ１点を出発点として、予め与えられた初期流入量９０３に相当する勾配を持つ線分９０４を考える。線分９０４の勾配が初期時刻６時における準最適な流入量であり、初期時刻６時から７時の直前までにおける流入量(線分９０４の勾配)が確定する。
【００５０】
線分９０４は、時刻９時のｃａ点で下限値の折線９０１を下回るため、９時で累積流入量の下限を逸脱することになる。そのため、初期時刻６時の次の時刻の７時から下限値の折線９０１を下回らない８時までの間で流入量を変動させる必要がある。
次に、７時から８時の各時刻における線分９０４上の各点を出発点として、流入量変動量が予め設定された量となる範囲内で、最も未来の時間(時刻)まで到達できる線分を探索する。図４より、時刻７時のｃ１点から最も未来の時間(時刻)まで到達できる線分は線分９０５であり、時刻８時のｃ２点から最も未来の時間(時刻)まで到達できる線分は線分９０６となる。ここで、７時のｃ１点からの線分９０５は、８時のｃ２点からの線分９０６より未来の時間(時刻)まで到達できる。
【００５１】
従って、７時から８時の何れかの時刻で１回だけ流入量変動がある場合、７時のｃ１点で流入量を線分９０４から線分９０５に変動させたときが、１回の流入量変動で最も未来の時間(時刻)まで運用上・下限１０４、１０５の間の範囲内に収まる流入量を実現できることが分る。ここまでの探索手順で、７時から８時の直前までにおける流量（線分９０５の勾配）が確定される。なお、８時以降の流量は、前記したように、次の段階で確定することとなる(図５に実線の線分９０５参照)。
【００５２】
以降の線分は前記の探索手順を繰り返すことにより流入量を初期時刻から未来の時間(時刻)に向けて確定していき、最終的に最終時刻６時の目標貯水量(目標累積流入量ｂ１点)を通る線分が見つかった時点で、全区間の流量が確定する。
【００５３】
ここで、図５に示す最終の翌日時刻６時の目標累積流入量ｂ１点を通る線分１００３は、前記と同様に、流入量変動量が予め設定された量となる範囲内かつ下限値の折線９０１と上限値の折線９０２との範囲内で、目標累積流入量ｂ１点を通り、かつ、その前の線分１００２の流入量の変動が少ない流入量をもつ線分が設定されることとなる。
【００５４】
なお、線分１００２が目標累積流入量ｂ１点を通るように設定できる場合には、この線分１００３を定める方法は用いないのは勿論である。
これにより、図５において、ａ１点−ｃ１点−ｄ点−ｅ点−ｆ点−ｂ１点を通る折線(線分９０４−線分９０５−線分１００１−線分１００２−線分１００３）が準最適な累積流入量を表すことが分る。
【００５５】
なお、実施形態２では、配水池１０１の初期貯水量と同時に配水池１０１への初期流(入)量が与えられた場合を例示したが、配水池１０１の初期貯水量または配水池１０１への初期流(入)量の何れかが与えられた場合も同様に適用可能である。
例えば、配水池１０１の初期貯水量のみが与えられた場合には、配水池１０１の初期貯水量(算出開始時刻である初期時刻の初期貯水量ａ１点)を与えられた初期貯水量に設定すればよい。また、配水池１０１への初期流(入)量のみが与えられた場合には、初期時刻の初期貯水量ａ１点を出発点として、予め与えられた初期流(入)量に相当する勾配を持つ線分９０４を設定すればよい。
【００５６】
初期時刻以外の時間で配水池１０１の貯水量または／および配水池１０１への流(入)量が与えられた場合も適用可能である。
例えば、初期時刻以外の時間で配水池１０１の貯水量が与えられた場合には、与えられた貯水量を、その時刻での目標累積流量として計算すればよい。また、その他の方法を用いてもよい。
例えば、初期時刻以外の時間で配水池１０１への流(入)量が与えられた場合には、与えられた時間に設定する線分の勾配を与えられた流(入)量とすればよい。
【００５７】
＜実施形態３＞
実施形態１、２では全ての離散時刻(１時間毎の時刻)において流(入)量変動が可能である場合を考えたが、実際には予め指定した時刻以外での流(入)量変動を禁止として運用しているケースがある。このように流(入)量変動できる時刻が限られている場合には、最も未来の時間(時刻)まで到達できる線分の探索を、全ての離散時刻からでなく、流(入)量変動が許容された時刻のみから探索することにより、流(入)量変動可能時刻を反映した準最適な累積流入量を求めることができる。
【００５８】
以下の実施形態３では流入量変動可能時刻が限られているケースの考え方を説明する。
図６において、未来の水の予測需要量に対して図９(ｂ)に示す運用下限１０５を保持する流入量を積算した累積流入量の下限値を折線１１０１とする。一方、未来の水の予測需要量に対して図９(ｂ)に示す運用上限１０４を保持する流入量を積算した上限値を折線１１０２とする。従って、下限値の折線１１０１および上限値の折線１１０２の形状は水の予測需要量を累積することにより決定される。
【００５９】
算出開始の初期時刻６時の初期貯水量をａ２点、目標貯水量の算出を終了する翌日の時刻６時の目標貯水量をｂ２点とする。
ここでは、流入量変動可能時刻が７時から３時間おき（すなわち、７時、１０時、１３時、１６時、１９時、２２時、１時、４時）に限られる場合を考える。
【００６０】
まず、算出開始の初期時刻６時の初期貯水量ａ２点を出発点として、下限値の折線１１０１と上限値の折線１１０２との範囲内で最も未来の時間(時刻)まで到達できる線分を考えると、図６の初期時刻６時のａ２点および１４時のｃａ点を通る線分１１０３であることが分る。この線分１１０３の勾配が初期時刻の６時における準最適な流入量である。また、ここで初期時刻の６時から７時の直前までにおける流量（線分１１０３の勾配）が確定する。なお、７時以降の流入量は次の過程で決定されることとなる。
【００６１】
線分１１０３は１４時のｃａ点で折線１１０２を上回るため、１４時で累積流入量の上限を逸脱することになる。そのため、初期時刻の６時の次の時刻７時から累積流入量の上限を逸脱する前の時刻の１３時の間で流入量を変動させる必要がある。
次に、７時から１３時の各時刻のうち流量の変動が許されている時刻、すなわち、７時、１０時、１３時のそれぞれにおける線分１１０３上の各点を出発点として、流量変動量が予め設定された量となる範囲内かつ下限値の折線１１０１と上限値の折線１１０２との範囲内で、最も未来の時間(時刻)まで到達できる線分を探索する。
【００６２】
図６より、７時の線分１１０３上のｃ１点については、最も未来の時間(時刻)まで到達できる線分は、線分１１０３に一致する。一方、１０時の線分１１０３上のｃ２点から最も未来の時間(時刻)まで到達できる線分は線分１１０４であり、１３時の線分１１０３上のｃ３点から最も未来の時間(時刻)まで到達できる線分は線分１１０５となる。
１０時のｃ２点を始点とする線分１１０４が、７時のｃ１点の線分１１０３および１３時のｃ３点を始点とする線分１１０５より、より未来の時間(時刻)まで到達できる。
【００６３】
従って、７時から１３時のうち流量変動が許された何れかの時刻で１回だけ流量変動がある場合、１０時の線分１１０３上のｃ２点で流入量を線分１１０３から線分１１０４に変動させた時が、１回の流入量変動で最も未来の時間(時刻)まで運用上下限１０４、１０５の範囲(上限値の折線１１０２と下限値の折線１１０１との範囲内)に収まる流入量を実現できることが分る。ここまでの探索手順で、７時から１０時の直前までの流入量（線分１１０３の勾配）と、１０時から１１時の直前までにおける流入量（線分１１０４の勾配）が確定される。
【００６４】
以降の線分は前記の探索手順を繰り返すことにより、流量を初期時刻(６時)から未来の時間(時刻)に向けて確定していき、最終的に目標貯水量を通る線分が見つかった時点で、全区間の流量が確定する。
ここで、図７に示す最終の翌日時刻６時の目標貯水量ｂ２点を通る線分１２０２は、流入量変動量が予め設定された量となる範囲内かつ下限値の折線１１０１と上限値の折線１１０２との範囲内で、目標貯水量ｂ２点を通り、かつ、その前の線分１２０１の流入量の変動が少ない流入量をもつ線分が設定されることとなる。
【００６５】
なお、線分１２０１が目標貯水量ｂ２点を通るように設定できる場合には、この線分１２０２を定める方法は用いることはない。
これにより、図７において、ａ２点−ｃ２点−ｄ点−ｅ点−ｂ２点を通る折線(線分１１０３−線分１１０４−線分１２０１−線分１２０２)が準最適な累積流入量を表すことが分る。
【００６６】
なお、実施形態１、２、３では、１時間単位の時刻で算出する場合を例示したが、算出を行う時間単位は、３０分、２時間など任意に適宜選択し時刻を設定できるのは勿論である。また、設定した線分上の任意の時刻または既定の時刻に相当する複数の点を次の線分の出発点の候補として設定することも可能である。
【００６７】
＜実施例＞
本発明の具体例である一実施例を、配水池浄水供給システムＳの概念的構成図の図８を用いて説明する。
配水池浄水供給システムＳは、浄水場１３２０から配水池１３１９への適切な水供給量(流入量)を算出するためのシステムである。
ここで、適切な水供給量(流入量)とは、流入量の変動幅および流入量の変動回数が少ないことをいう。
【００６８】
配水池浄水供給システムＳが対象とする浄化した水を作る浄水場１３２０から配水池１３１９への水の流入管路ｋには、水の流入量を制御する配水池流入弁１３１６と、流入管路ｋを通る水の流量を測定する流量計１３１７とが設置されている。
配水池１３１９は、浄水場１３２０から供給(流入)され貯留した水を一般需要家に供給する設備であり、貯留した水の水位を測定する水位計１３１８が設置されている。
配水池浄水供給システムＳを稼動させる計算機１３０１は、１日の水需要量を予測する水需要予測処理を行う水需要予測手段１３０２と、配水池１３１９への浄水場１３２０からの流入量の設定値を算出する流入量設定値算出処理を行う流入量設定値算出手段１３０４とを有している。
【００６９】
水需要予測手段１３０２は、水需要予測処理を実行し、未来の水需要量の予測値である水需要予測量データ１３０３を算出する。水需要量予測量データ１３０３は、例えば天候や曜日ごとの水需要量の日間変動を考慮して予測される。
計算機１３０１は、例えば、コンピュータであり、水需要予測手段１３０２と流入量設定値算出手段１３０４は、ＣＰＵ(Central Processing Unit)により、メモリに格納されたプログラムが実行されることにより、具現化される。
【００７０】
計算機１３０１のメモリは、ＨＤＤ(Hard DiskDrive)、フラシュメモリ、ＲＡＭ(Random Access Memory)、ＲＯＭ(Read Only Memory)などで構成される。
なお、計算機１３０１のインターフェースとして、図示しないＡ／Ｄ変換器、Ｄ／Ａ変換器、増幅回路などのインターフェース回路が設けられている。
【００７１】
計算機１３０１には、出力装置のディスプレイ装置１３０５ｄとキーボード、マウス、タッチパネルなどの入力装置１３０５ｎとを有する端末装置１３０５が接続されている。
ユーザは、端末装置１３０５の入力装置１３０５ｎを用いて、浄水場１３２０からの配水池１３１９への流入量の許容変動幅を設定する。これにより、計算機１３０１のメモリに配水池１３１９への流入量の許容変動幅データ１３０６が格納される。なお、配水池１３１９への流入量の許容変動幅は、ユーザが入力するのに代えて、システムで配水池流入弁１３１６の情報などを取得して、自動的に設定するように構成してもよい。
【００７２】
同様に、ユーザは、端末装置１３０５の入力装置１３０５ｎを用いて、配水池１３１９における運用上・下限１０４、１０５の運用範囲(図９(ｂ)参照)等の条件を設定する。これにより、計算機１３０１のメモリに配水池条件データ１３０７が格納される。
なお、配水池１３１９における運用上・下限１０４、１０５の運用範囲(図９(ｂ)参照)等の条件は、ユーザが入力するのに代えて、システムで配水池１３１９の容積などの情報を取得して、自動的に設定するように構成してもよい。
【００７３】
流量計１３１７が測定した配水池１３１９への流入量の流入量実測値１３０８の情報および水位計１３１８が測定した配水池１３１９の水位である水位実測値１３０９の情報が、計算機１３０１のメモリに取り込まれる。
【００７４】
計算機１３０１の流入量設定値算出手段１３０４は、流入量設定値算出処理を実行することにより、水需要予測量データ１３０３、許容変動幅データ１３０６、配水池条件データ１３０７、流入量実測値１３０８、および水位実測値１３０９を用いて、前記した実施形態の方法により、配水池１３１９への水の流入量の変動回数を最小に、かつ、設定された許容変動幅データ１３０６の許容変動幅の範囲内に変動を抑えた配水池１３１９への流入量の１日分の各時刻の目標値を算出し、流入量設定値データ１３１０としてメモリに格納する。
【００７５】
計算機１３０１で求めた流入量設定値データ１３１０は、通信装置１３１１を経由して、計算機１３０１よりコントローラ１３１２へ送信され、コントローラ１３１２のＲＡＭなどのメモリに流入量設定値データ１３１３として格納される。
コントローラ１３１２に格納される流入量設定値データ１３１３は、計算機１３０１で算出された流入量設定値データ１３１０と同一情報であり、１日分の時間の配水池１３１９への流入量の目標値が格納されている。その流入量設定値データ１３１３の現在時刻に該当するデータを、配水池流入弁１３１６に対する現在の流入量設定値として使用する。
【００７６】
一方、配水池１３１９への実際の流入量は流入管路ｋに設置された流量計１３１７より、コントローラ１３１２に取り込まれ、流入量実測値１３１５としてメモリに格納される。流入量調整手段１３１４は、算出した現在の流入量設定値データ１３１３と流入量実測値１３１５とを比較し、流入量設定値データ１３１３が流入量実測値１３１５より大きい場合は配水池流入弁１３１６の開指令または配水池流入弁１３１６の開度を大きくする指令を出力する一方、流入量設定値データ１３１３が流入量実測値１３１５より小さい場合は配水池流入弁１３１６の閉指令または配水池流入弁１３１６の開度を小さくする指令を配水池流入弁１３１６に対して出力する。これにより、流入量実測値１３１５が流入量設定値データ１３１３に近づくように制御され、調整される。
【００７７】
これにより、計算機１３０１で算出した流入量設定値データ１３１０により、変動回数を抑えた流入量で浄水場１３２０から配水池１３１９へ水を流入させ、かつ配水池１３１９の水位を運用上・下限１０４、１０５の範囲(図９(ｂ)参照)に保持しながら需要を賄うことができる。
【００７８】
上記構成によれば、浄水場を含めた上水道設備の安定可動につながる。
また、配水池への流入量の流入量変動幅が流入量に対して小さいなど、運用上の条件が厳しい場合において、従来のＱＲＳ法では準最適な流入量を導くのが困難であったケースにおいても、準最適な流入量を算出することができる。
また、従来の準最適な流入量の算出失敗とそれに伴う浄水場または配水池(場)のオペレータの経験やノウハウによる流入量制御に頼ること(機会)が解消し、計算された準最適流入量による配水池への流入量の制御をより安定した形で行うことができる。
【００７９】
なお、前記実施例では、計算機１３０１としてコンピュータを例示したが、説明した所定の機能を果たせれば、計算機１３０１の少なくとも一部をＩＣ(Integrated Circuit)、ＬＳＩ(Large Scale Integration)などの回路で構成してもよく、その実現態様は特に限定されず適宜選択可能である。
【００８０】
また、前記実施形態、実施例では、流入量調節手段として、配水池流入弁１０３、１３１６を例示したが、配水池への水の流入量を制御できる手段であれば、流入弁以外のものを用いてもよい。
【００８１】
また、前記実施形態では、時間と累積流入量とのグラフ(座標平面)で線分を複数接続して折れ線とする場合を例示したが、折れ線を構成する線分の数は任意数でよく、例示した線分の数に限定されないのは勿論である。
【符号の説明】
【００８２】
１０１ 配水池
１０２ 浄水場
１０３ 配水池流入弁(流入量調節手段)
１０４ 配水池水位の運用上限(配水池の水位上限)
１０５ 配水池水位の運用下限(配水池の水位下限)
６０１ 下限値の折線(下限を表す折線)
６０２ 上限値の折線(上限を表す折線)
６０３ 線分(第１線分)
６０７ 線分(第２線分)
７０２ 線分(第３線分、最終時刻を通るように設定された線分)
８０１ 線分(最終線分)
９０１ 下限値の折線(下限を表す折線)
９０２ 上限値の折線(上限を表す折線)
９０３ 予め与えられた初期流量
９０４ 線分(第１線分)
９０５ 線分(第２線分)
１００１ 線分(第３線分)
１００２ 線分(第３線分、最終時刻を通るように設定された線分)
１００３ 線分(最終線分)
１１０１ 下限値の折線(下限を表す折線)
１１０２ 上限値の折線(上限を表す折線)
１１０３ 線分(第１線分)
１１０４ 線分(第２線分)
１２０１ 線分(第３線、最終時刻を通るように設定された線分)
１２０２ 線分(最終線分)
１３０２ 水需要予測手段(需要量予測手段)
１３０３ 水需要予測量データ(浄水の需要量予測)
１３０４ 流入量設定値算出手段(流入量設定演算手段)
１３０５ 端末装置(変動幅設定手段、水位上下限設定手段)
１３０５ｎ 入力装置(変動幅設定手段、水位上下限設定手段)
１３０６ 許容変動幅データ(許容変動幅)
１３０７ 配水池条件データ(水位上限、水位下限)
１３１０ 流入量設定値データ(流入量設定)
１３１２ コントローラ
１３１３ 流入量設定値データ(流入量設定)
１３１６ 配水池流入弁(流入量調節手段)
１３１９ 配水池
１３２０ 浄水場
ａ、ａ２ 初期時刻の初期貯水量(初期時刻における貯水量)
ａ１ 初期貯水量(予め与えられた初期貯水量)
ｂ、ｂ１、ｂ２ 目標貯水量(目標累積流入量)
Ｓ 配水池浄水供給システム
【技術分野】
【０００１】
本発明は、浄水場から配水池に供給される浄水の流入量を制御するに際して、予め求めた水需要量を基に配水池への流入量の変動回数およびその変動量を抑える配水池浄水供給システムの浄水供給量算出方法およびそのプログラム、配水池浄水供給システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
図９(ａ)に上水道施設における配水池１０１の廻りの設備を示し、図９(ｂ)に配水池１０１の運用範囲を示す。
浄水場１０２で異物除去、消毒等され作られた水道水(以下、水と称す)は、配水池１０１に貯留され、配水池１０１を介して一般需要家へ供給される。
配水池１０１より供給される水の需要量は、一般需要家の水の消費量に伴って時間的に変化するものであり、水の消費量が多い朝方および夕方は多く、水の消費量が少ない深夜は少なくなるような日間変動を示すのが一般的である。
【０００３】
従来、水の需要量の日間変動に合わせた量の水が浄水場１０２で作れれば問題ないが、実際には浄水場１０２の水の処理能力にも限界がある。また、需要量のピークに合わせ浄水設備を建設することは、コストの面から無駄が大きい。
一方、浄水場１０２としては、設備の安定稼働のため浄水量を一定に保ち、時間に対する浄水場１０２からの送水量を一定にしたいという要求がある。
【０００４】
そこで、送水量を調整するために、浄水場１０２と一般需要家の間に配水池１０１および配水池流入弁１０３を設けている。そして、配水池流入弁１０３により配水池１０１への流入量を調整し、図９(ｂ)に「運用範囲」として示すように、需要量の少ない時間帯に配水池１０１に水を溜め込み、需要量の多い時間帯にその溜めた水を使うという運用を行っている。つまり、需要量の変動を配水池１０１の貯水量を利用して吸収し、配水池１０１への流入量、すなわち浄水場１０２からの送水量の均等化を図っている。
【０００５】
水の需要量(流量)の日間変動を図に示すと図１０の曲線２０２のように変化する。
一方、浄水場１０２からの送水量（配水池１０１への流入量）は前記の安定稼働の理由から終日一定であることが望ましいため、最適流入量は図１０に示す線分２０１となる。このとき、配水池１０１の貯水量は、流入量が図１０の線分２０１であることから、図１１の曲線２０３のように変動する。つまり、配水池１０１の貯水量を変動させることで、配水池１０１への流入量(浄水場１０２からの送水量)を一定にすることができることになる。
【０００６】
そこで、図９(ｂ)に示す配水池１０１としては、通常溢れたり空になったりすることのないように、配水池１０１の運用範囲のように運用上限１０４と運用下限１０５を設け、需要量２０２(図１０参照)の急変に備え、余裕を持った運用を行っている。
なお、本願に関わる先行技術としては、下記の特許文献１がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平１１−１５４０２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところが、この運用上・下限１０４、１０５の範囲内で考えると、貯水量は図１１に示す曲線２０３のように、「Ａ」で示す時間で運用下限１０５を下回ることが起こることがあり、実運用上好ましくない。
このように、当初は貯水量に充分な余裕を見て配水池１０１を建設したが、その後の人口の増加等による需要量の増加や変動量の増大により、図１１に示す時間「Ａ」でのような運用範囲を逸脱する現象の起こる地域が増えている。特に、大都市近郊ではその傾向が顕著になっている。この現象は配水池の増設や新設で解決することもできるが、近年の都市化の進行から増設や新設する土地の問題や建設費用の面からも容易ではない。
【０００９】
従って、限られた配水池１０１の容量を最大限に活かし、配水池１０１への流入量(浄水場１０２からの送水量)の変動回数および変動量の少ない流入量を算出し運用することが、近年の上水道を運用する上での課題の一つとなっている。
また、配水池流入弁１０３のような機械設備は、その動作回数が機械設備の消耗(損耗)に結びつくため、運転の変動回数を抑えるということがコスト面からも重要になっている。
【００１０】
この課題を解決するための方法の一つとして、ＱＲＳ(Quasi-optimum Routing System)法が提案されている。
ＱＲＳ法についてその考え方を説明すると、以下の通りとなる。
水の需要量が図１２(ａ)の曲線３０１となっているとき、水の需要量を時間的に累積(積算)すると図１２(ｂ)の曲線３０２のようになる。なお、図１２(ａ)は、時間と水の配水池１０１からの流出量との関係を示す図であり、図１２(ｂ)は、時間と水の配水池１０１からの流出量の経過時間での積算値である累積流出量の関係を示す図である。
【００１１】
ここで、配水池１０１の貯水量を終日、運用下限１０５(図９(ｂ)参照)とするような運用を考えた場合、貯水量の運用下限１０５を出発点として需要量と流入量を同量とすればよいので、累積流入量は、終日、運用下限１０５になるように需要量と流入量を同量として累積(積算)した図１３(ｂ)の折線４０１のようになる。なお、図１３(ａ)は、時間と水の配水池１０１からの流出量との関係を示す図であり、図１３(ｂ)は、時間と水の配水池１０１への流入量の経過時間での積算値である累積流入量の上限値、下限値との関係を示す図である。
【００１２】
同様に、配水池１０１の貯水量を終日、運用上限１０４(図９(ｂ)参照)とするような運用を考えた場合、貯水量の運用上限１０４を出発点として需要量と流入量を同量とすればよいので、累積流入量は、終日、運用上限１０４になるように需要量と流入量を同量として累積(積算)した図１３(ｂ)の折線４０２のようになる。
従って、図１３(ｂ)の折線４０１と折線４０２の間に挾まれた範囲に累積流入量が収まるような配水池１０１への流入量をとることにより、配水池１０１の貯水量を運用上・下限１０４、１０５の範囲に保持した運用が可能となる。
【００１３】
ここで、流入量が終日一定である最適流入量を考える。配水池１０１の初期貯水量は配水池１０１の水位から計算され、ここでは図１３(ｂ)のａ点とする。通常、配水池１０１の運用として、夜間の需要量が少ない時間帯に水を溜め込み、朝方および夕方の需要量の多い時間帯にその水を使うのが一般的である。従って、朝方の需要量が増える直前の時刻に配水池貯水量を運用上限１０４に達するようにする必要がある。それが目標貯水量であり、図１３(ｂ)のｂ点となる。
【００１４】
最適流入量の累積は、配水池１０１の貯水量の運用下限１０５および運用上限１０４を考慮しない場合、初期貯水量（図１３(ｂ)のａ点）と目標貯水量（図１３(ｂ)のｂ点）を結ぶ線分４０３であり、その流入量は、単位時間に対する流入量であるので線分４０３の勾配に相当する。ところが、線分４０３は、図１３(ｂ)に示すｃ点とｄ点の間の時間帯で累積流入量の下限である折線４０１を下回っている。そのため、この時間帯では、配水池１０１は貯水量が運用下限１０５未満になり、配水池１０１の貯水量を運用上・下限１０４、１０５の範囲内に保持することができなくなる。
【００１５】
従って、配水池１０１の貯水量を運用上・下限１０４、１０５の範囲内に保持した累積流入量は、図１３(ｂ)の折線４０１と折線４０２に挾まれた範囲に存在する線分あるいは折線を探索することで求められることが分る。なお、この線分の勾配あるいは折線を構成する線分の勾配が配水池１０１への流入量、すなわち浄水場１０２から配水池１０１への送水量に相当する。
【００１６】
このような折線を探索し、流入量を求める方法がＱＲＳ法である。そして探索した折線の屈曲点が少ないほど流入量(折線を構成する線分の勾配に相当)の変動回数が少なく、また、折線の屈曲角度(折線を構成する線分の勾配の変化)が小さいほど流入量の変動量が少ない結果となる。
【００１７】
従来のＱＲＳ法での折線探索の方法、すなわち流入量(線分の勾配)の求め方は、以下の通りである。
ある配水池１０１における累積流入量の上下限値は、配水池貯水量の運用上・下限１０４、１０５(図９(ｂ)参照)より、それぞれ図１４に示す通り下限値を折線５０１、上限値を折線５０２と表すことができる。図１４は、従来の経過時刻に対する水の流入量の積算値である累積流入量の上限値、下限値を表したＱＲＳ法での折線探索の方法を示す図である。
【００１８】
従って、配水池１０１の貯水量を、図９(ｂ)に示す運用範囲に保持した流入量は、折線５０１と折線５０２の間に挾まれる範囲に存在する。そのため、まず折線５０１、５０２の間の範囲内に存在する、初期貯水量(図１４のａ点)を出発点とする最も長い線分を探索することから始まる。
図１４の例では、初期貯水量ａ点を通る第１の線分としては初期貯水量ａ点と時刻１４時のｃａ点を通る線分が下限累積流入量の折線５０１と上限累積流入量の折線５０２に挾まれる範囲に存在する最も長い線分であるが、１４時に上限の曲線５０２を超えてｃａ点に達するため、１時間前に戻り１３時のｃ点で折曲げるものとする。
【００１９】
次に、第２の線分として時刻１３時のｃ点から同様に下限の折線５０１と上限の折線５０２に挾まれる範囲の最も長い線分を探索すると、１３時のｃ点と時刻１８時のｄａ点を通る線分が見つかる。しかし、１８時に下限の曲線５０１を逸脱してｄａ点に達するため、１時間前に戻り１７時のｄ点で折り曲げ、ｃ点からｄ点までを第２の線分とする。
この探索手順を繰り返し、時刻２０時のｅ点から最終時刻の翌日の６時にｂａ点に達する。しかし、最終時刻６時の目標貯水量はｂ点であるため、１時間前に戻り５時のｆ点でｂ点と結ぶように折曲げることで、最後にｆ点とｂ点を結び、折線５０３(ａ点−ｃ点−ｄ点−ｅ点−ｆ点−ｂ点を線分で結ぶ折線)を決定する。
【００２０】
このＱＲＳ法は、図１４でも分るように、初期貯水量ａ点に近い初期の時間帯では一定の流入量が算出されるが、後半の時間帯では、目標貯水量(図１４のｂ点)に達するために小刻み、すなわち短時間に流入量を変動させるような流入量が算出されやすい。また、求めた折線の各屈曲点（図１４のｃ点、ｄ点、ｅ点およびｆ点）での流入量の変動量が既定の流入量の許容変動幅を上回っていたときは、折線の探索が困難となり、折線の解を算出できない場合がある。
【００２１】
もう一つの折線探索の方法は、特許文献１に示されるものである。この方法は特許文献１の図７からも分るように、折線の屈曲角度(折線の勾配の変化)、すなわち流入量の変動量を従来のＱＲＳ法より小さくすることができるが、その反面として折線の屈曲回数が多くなる傾向がある。
【００２２】
図９に示す配水池１０１の設備は浄水場１０２から水を流入させるのであるが、市町村の配水池１０１の設備において都道府県の浄水場１０２から水を流入させる場合は、市町村は都道府県と契約を結び、水を購入することになる。その場合、契約上１日当たりの最大受水量や時間当たりの許容変動量等の取り決めがあり、また受水量を変動させるときには、事前に浄水場１０２への連絡を必須としている場合もある。
【００２３】
そのため、配水池１０１の流入量を決定する場合においても契約上の変動幅を考慮し、かつ、なるべく変動回数を抑えた流入量を求めることが望まれる。従って、配水池１０１への流入量として、変動幅が予め設定した許容変動幅の範囲に抑えられ、かつ、変動回数が最小限となる流入量を算出し、その算出された流入量に基づいて実際の配水池１０１の流入量を制御することが必要となってくる。
【００２４】
本発明は上記実状に鑑み、配水池への予め設定された流入量の変動許容幅を守った上で流入量の変動回数を最小限に抑えた準最適な流入量を求めることが可能な配水池浄水供給システムの浄水供給量算出方法およびそのプログラム、配水池浄水供給システムの提供を目的とする。
なお、理想の流入量は、一般的に“最適な”流入量と表現すると考えられるので、ここでは理想に近い流入量という意味で、“準最適”な流入量と表現している。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
上記目的を達成すべく、第１の本発明に関わる配水池浄水供給システムの浄水供給量算出方法は、浄水場から配水池へ供給される浄水の流入量を調節する流入量調節手段と、該流入量調節手段を制御するためのコントローラと、該コントローラへ制御目標とする流入量設定値を与える流入量設定演算手段とを備えた配水池浄水供給システムにおいて、前記配水池から需要側へ供給される未来の前記浄水の需要量を予測する需要量予測手段と、前記流入量の許容変動幅を設定する変動幅設定手段と、前記配水池の水位上限および水位下限を設定する水位上下限設定手段とを備え、前記流入量設定演算手段は、時間と前記流入量を時間経過で累積した累積流入量とを座標軸とする座標平面上において、算出開始の初期時刻における貯水量を出発点とし、算出終了の最終時刻における目標累積流入量を目標点として、前記需要側への未来の需要量を前記需要量予測手段で予測した前記需要量とした場合、前記水位上下限設定手段により設定した前記配水池の水位上限および水位下限をそれぞれ保持する前記配水池への累積流入量の上限および下限を表すそれぞれの折線の間の範囲内に在る複数の前記出発点をもつ線分のうち、最も未来の時刻までを定義域とできる線分を第１線分に設定し、該第１線分上の任意のまたは既定の時刻に相当する複数の点を次の出発点として、前記変動幅設定手段により設定される前記流入量の許容変動幅の範囲内で、前記累積流入量の上下限の折線の間の範囲内に在る複数の線分のうちから、最も未来の時刻までを定義域とできる次の線分を設定して前の第１線分と接続することで一つの折線とする操作を繰り返すことにより後続する次の線分を接続して一つの折線とし、前記流入量の変動を表す折線を設定し、当該折線が示す累積流入量をもって前記配水池への流入量設定値の設定を行っている。
【００２６】
第２の本発明に関わる配水池浄水供給システムの浄水供給量算出方法は、浄水場から配水池へ供給される浄水の流入量を調節する流入量調節手段と、該流入量調節手段を制御するためのコントローラと、該コントローラへ制御目標とする流入量設定値を与える流入量設定演算手段とを備えた配水池浄水供給システムにおいて、前記配水池から需要側へ供給される未来の前記浄水の需要量を予測する需要量予測手段と、前記流入量の許容変動幅を設定する変動幅設定手段と、前記配水池の水位上限および水位下限を設定する水位上下限設定手段とを備え、前記流入量設定演算手段は、時間と前記流入量を時間経過で累積した累積入流量とを座標軸とする座標平面上において、算出開始の初期時刻における貯水量を出発点とし、算出終了の最終時刻における目標累積流入量を目標点として、前記需要側への未来の需要量を前記需要量予測手段で予測した前記需要量とした場合、前記水位上下限設定手段により設定した前記配水池の水位上限および水位下限をそれぞれ保持する前記配水池への累積流入量の上限および下限を表すそれぞれの折線の間の範囲内に在る複数の前記出発点をもつ線分のうち、最も未来の時刻までを定義域とできる線分を第１線分に設定し、該第１線分上の任意のまたは既定の時刻に相当する複数の点を次の出発点として、前記変動幅設定手段により設定される前記流入量の許容変動幅の範囲内で、前記累積流入量の上下限の折線の間の範囲内に在る複数の線分のうち、最も未来の時刻までを定義域とできる次の線分を第２線分に設定して前記第１線分と前記第２線分とを接続することで一つの折線とする第１操作と前記第２線分の後に続く第３線分を、前記第２線分をその前の前記第１線分に対して設定した方法と同様にして設定し、前記第２線分と前記第３線分とを接続することで一つの折線とする第２操作と該第２操作を繰り返す第３操作とのうち、前記第１操作または前記第１・第２操作または前記第１・第２・第３操作を行うことにより、前記流入量の変動を表す折線を設定し、当該折線が示す累積流入量をもって前記配水池への流入量設定値の設定を行っている。
【００２７】
第３の本発明に関わる配水池浄水供給システムのプログラムは、コンピュータに、第１または第２の本発明の配水池浄水供給システムの浄水供給量算出方法を実行させるためのプログラムである。
【００２８】
第４の本発明に関わる配水池浄水供給システムは、第１の本発明の配水池浄水供給システムの浄水供給量算出方法を行うシステムである。
【００２９】
第５の本発明に関わる配水池浄水供給システムは、第２の本発明の配水池浄水供給システムの浄水供給量算出方法を行うシステムである。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によれば、配水池への予め設定された流入量の変動許容幅を守った上で流入量の変動回数を最小限に抑えた準最適な流入量を求めることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明に係る実施形態１の折線探索方法において、時刻と累積流入量とのグラフで折線の屈曲点の決定方法について示した図である。
【図２】実施形態１の折線探索方法において、時刻と累積流入量とのグラフで２箇所目の屈曲点の決定方法について示した図である。
【図３】実施形態１の折線探索方法で求めた時刻と累積流入量とのグラフでの配水池への流入量の累積を示す図である。
【図４】実施形態２の折線探索方法において、時刻と累積流入量とのグラフで折線の屈曲点の決定方法について示した図である。
【図５】実施形態２の折線探索方法で求めた時刻と累積流入量とのグラフでの配水池への流入量の累積を示す図である。
【図６】実施形態３の折線探索方法において、時刻と累積流入量とのグラフで折線の屈曲点の決定方法について示した図である。
【図７】実施形態３の折線探索方法で求めた時刻と累積流入量とのグラフでの配水池への流入量の累積を示す図である。
【図８】本発明の一実施例の配水池浄水供給システムの概念的構成図である。
【図９】(ａ)は上水道施設における配水池廻りの設備を示す図であり、(ｂ)は配水池の運用範囲を示す図である。
【図１０】水の需要量の日間変動を示す図である。
【図１１】配水池への水の流入量を一定としたときの配水池貯水量の変化を示す図である。
【図１２】(ａ)は時間と水の配水池１０１からの流出量との関係を示す図であり、(ｂ)は時間と水の配水池１０１からの流出量の経過時間での積算値である累積流出量の関係を示す図である。
【図１３】(ａ)は時間と水の配水池１０１からの流出量との関係を示す図であり、(ｂ)は時間と水の配水池１０１への流入量の経過時間での積算値である累積流入量の上限値、下限値との関係を示す図である。
【図１４】従来の経過時刻に対する水の配水池への流入量の積算値である累積流入量の上限値、下限値を表したＱＲＳ法での折線探索の方法を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。
＜実施形態１＞
まず、本発明の実施形態１では、配水池１０１(図９参照)への水(浄水)の最適な流入量の設定値である流入量設定値の算出方法を説明する。
ＱＲＳ法における流入量は、時間に対する累積流入量の折線の勾配として表されるので、流入量を変動させることは折線の勾配を変更することになる。従って、設定された許容変動幅を考慮した流入量の算出は、折線の各屈曲点において、折線の勾配の変更量を許容変動幅に制限して折線を探索することとなる。
【００３３】
図１において、図９(ａ)に示す上水道施設における配水池１０１への運用下限１０５、運用上限１０４をそれぞれ保持する累積流入量の下限値を折線６０１、上限値を折線６０２とする。
また、算出開始時刻である６時の初期貯水量をａ点とし、目標貯水量を達成する時刻である翌日６時の目標貯水量をｂ点とする。
【００３４】
ここで、下限値の折線６０１は、未来の水の予測需要量に対して図９(ｂ)に示す配水池１０１の運用下限１０５を保持する流入量を積算して求めたものであり、上限値の折線６０２は、未来の予測需要量に対して図９(ｂ)に示す配水池１０１の運用上限１０４を保持する流入量を積算して求めたものである。
従って、下限値の折線６０１および上限値の折線６０２のそれぞれの形状は、累積する水の予測需要量により決定される。
【００３５】
未来の水の予測需要量は過去の需要量実績を統計的手法により解析する方法や、ニューロ等の知識工学を応用した方法により予測量として算出することができるが、その算出方法については本発明に直接関係しないので、説明を省略する。
【００３６】
以下、実施形態１の最適な流入量設定値の算出方法について具体的に説明する。
なお、本実施形態１を含む実施形態では、１時間毎に算出を行う場合を説明する。
まず、図１に示す算出開始時刻である初期時刻６時の初期貯水量ａ点を出発点として、下限値の折線６０１と上限値の折線６０２との範囲内で最も未来の時間(時刻)まで到達できる線分を考えると、初期時刻６時のａ点および１４時のｃａ点を通る線分６０３であることが分る。この線分６０３の勾配が算出開始の初期時刻６時における水(浄水)の準最適な流入量である。また、ここで初期時刻６から７時の直前までにおける水の流入量（線分６０３の勾配）が確定する。なお、７時以後の流入量(線分の勾配)は次の過程で求める。このように一つの線分が確定することで、線分の始点から次の点前までの勾配(水の流入量)が決定することとする。つまり、線分６０３が確定することで、線分の始点の初期時刻６時のａ点から７時の直前までの水の流入量(勾配)が決定する。
【００３７】
線分６０３は、１４時のｃａ点で上限値の折線６０２を上回るため、１４時では累積流入量の上限値の折線６０２を逸脱することになる。そのため、初期時刻６時の次の時刻（すなわち７時）から上限値の折線６０２を逸脱しない１３時の間の何れかの時刻で流入量を変動させる必要がある。
【００３８】
次に、７時から１３時の各時刻における線分６０３上の各点を出発点として、流入量変動量が予め設定された量となる範囲内かつ下限値の折線６０１と上限値の折線６０２との範囲内で、最も未来の時間(時刻)まで到達できる線分を探索する。図１より、７時から８時のｃ１点およびｃ２点については、最も未来の時間(時刻)まで到達できる線分は、線分６０３に一致する。そのため、７時のｃ１点から８時のｃ２点については除外する。一方、９時〜１３時のｃ３点〜ｃ７点それぞれから最も未来の時間(時刻)まで到達できる線分は、それぞれ線分６０４、線分６０５、線分６０６、線分６０７、線分６０８となる。
【００３９】
線分６０４、線分６０５、線分６０６、線分６０７、線分６０８のうちでは、１２時のｃ６点を始点とする線分６０７が最も未来の時間(時刻)まで到達できる線分である。
従って、７時から１３時の何れかの時刻で１回だけ流入量変動がある場合、１２時のｃ６点で流入量を線分６０３から線分６０７に変動させた時が、１回の流入量変動で最も未来の時間(時刻)まで運用上下限の範囲に収まる流入量を実現できることが分る。ここまでの探索手順で、７時から１２時の直前までの流入量（線分６０３の勾配）と、１２時から１３時の直前までにおける流入量（線分６０７の勾配）が確定される。
【００４０】
さて、線分６０７は図２に示す時刻２２時のｄａ点で上限値の折線６０２を上回るため、２２時で累積流入量の上限値の折線６０２を逸脱することになる。そのため、今度は線分６０７の始点の時刻１２時の次の時刻１３時から、累積流入量の上限値の折線６０２を逸脱しない２１時の間で流入量を変動させる必要がある。
【００４１】
そこで、図２に示す１３時から２１時の各時刻における線分６０７上の各点を出発点として、流入量変動幅が予め設定された量となる範囲内かつ下限値の折線６０１と上限値の折線６０２との範囲内で、最も未来の時間(時刻)まで到達できる線分を探索する。１３時から１６時では、最も未来の時間(時刻)まで到達できる線分は、最終時刻の翌日６時までは到達できない。つまり、１３時から１６時の線分は、下限値の折線６０１と上限値の折線６０２間の範囲外でなってしまう。
図２では代表として１６時のｄ１点を出発点として最も未来の時間(時刻)まで到達できる線分７０１を図示している。
【００４２】
一方、図２に示す時刻１７時から２１時では、最も未来の時間(時刻)まで到達できる線分は、いずれも最終時刻の翌日６時まで到達できる。この場合は最終時刻の翌日６時において、目標貯水量(図２のｂ点)に最も近づく線分を、最も未来の時間(時刻)まで到達できる線分とする。図２では代表として１７時のｄ２点および１８時のｄ３点を出発点として最も未来の時間(時刻)まで到達できる線分７０２および線分７０３をそれぞれ挙げている。１９時以降の線分６０７上の各点から、同様にして求めた線分は、最終時刻の翌日６時には線分７０３より、目標貯水量(図２のｂ点)から離れる。
【００４３】
そして、最終時刻の翌日６時には、１７時のｄ２点の線分７０２の方が、１８時のｄ３点の線分７０３より目標貯水量(図２のｂ点)に近づくので、１７時のｄ２点の線分７０２が目標貯水量(図２のｂ点)に最も近づく線分である。
【００４４】
従って、初期時刻６時から１２時の直前まで線分６０３の勾配に相当する流量を選択し、１２時から線分６０７の勾配に相当する流量を選択したときにおいて、１３時から２１時の何れかの時刻で１回だけ流量変動がある場合、１７時のｄ２点で流量を線分６０７から線分７０２に変動させたときが、１回の流量変動で最も未来の時間(時刻)まで運用上・下限１０４、１０５の上限値の折線６０２と下限値の折線６０１との範囲内に収まる流入量を実現できることが分る。
ここまでの探索手順で、１３時から１７時の直前までの流量である線分６０７の勾配と、１７時から１８時の直前までにおける流量である線分７０２の勾配が確定される。
【００４５】
以上の探索手順を繰り返すことにより、流入量を初期時刻の６時から未来の時間(時刻)に向けて確定していき、最終的に目標貯水量を通る図３に示す線分８０１が見つかった時点で、全区間の流量が確定する。ここで、最終的に目標貯水量(ｂ点)を通る線分８０１は、翌日の目標時刻６時の目標貯水量のｂ点から、流量変動幅が予め設定された量となる範囲内かつ下限値の折線６０１と上限値の折線６０２との範囲内で、線分７０２の流入量から流入量変動幅が最も少ないｂ点とｅ点とを結ぶ線分を選択することで求まる。
【００４６】
なお、線分７０２が目標累積流入量(目標貯水量)ｂ点を通るように設定できる場合には、この線分８０１を定める方法は用いないことは勿論である。
従って、図１から図３においては、図３に示すように、ａ点−ｃ６点−ｄ２点−ｅ点−ｂ点を通る折線(線分６０３−線分６０７−線分７０２−線分８０１)が準最適な累積流入量を表すことが分る。
【００４７】
＜実施形態２＞
実施形態１では初期時刻における流(入)量の値に制限を設けていない。しかし、実際には、配水池１０１の初期貯水量と同時に配水池１０１への初期流(入)量が与えられ、初期流(入)量を変更せずに継続することを求められるケースがある。このように初期流(入)量が予め与えられている場合には、その初期流(入)量を初期時刻における準最適な流(入)量とみなして折線探索を行うことにより、初期流(入)量を反映した準最適な累積流入量を求めることができる。
【００４８】
そこで、実施形態２では初期流入量が与えられているケースの最適な流入量設定値の算出方法を説明する。
図４において、未来の水の予測需要量に対して図９(ｂ)に示す運用下限１０５を保持する各時刻の流入量を積算した累積流入量の下限値を折線９０１とする。一方、未来の水の予測需要量に対して図９(ｂ)に示す運用上限１０４を保持する各時刻の流入量を積算した累積流入量の上限値を折線９０２とする。従って、折線９０１および折線９０２の形状は累積する水の予測需要量により決定される。
【００４９】
また、算出開始時刻である初期時刻６時の初期貯水量を予め与えられた初期貯水量とし、初期貯水量をａ１点とし、目標貯水量を達成する時刻である翌日６時の目標貯水量をｂ１点とする。
ここでは、算出開始時刻である初期時刻６時の初期貯水量ａ１点を出発点として、予め与えられた初期流入量９０３に相当する勾配を持つ線分９０４を考える。線分９０４の勾配が初期時刻６時における準最適な流入量であり、初期時刻６時から７時の直前までにおける流入量(線分９０４の勾配)が確定する。
【００５０】
線分９０４は、時刻９時のｃａ点で下限値の折線９０１を下回るため、９時で累積流入量の下限を逸脱することになる。そのため、初期時刻６時の次の時刻の７時から下限値の折線９０１を下回らない８時までの間で流入量を変動させる必要がある。
次に、７時から８時の各時刻における線分９０４上の各点を出発点として、流入量変動量が予め設定された量となる範囲内で、最も未来の時間(時刻)まで到達できる線分を探索する。図４より、時刻７時のｃ１点から最も未来の時間(時刻)まで到達できる線分は線分９０５であり、時刻８時のｃ２点から最も未来の時間(時刻)まで到達できる線分は線分９０６となる。ここで、７時のｃ１点からの線分９０５は、８時のｃ２点からの線分９０６より未来の時間(時刻)まで到達できる。
【００５１】
従って、７時から８時の何れかの時刻で１回だけ流入量変動がある場合、７時のｃ１点で流入量を線分９０４から線分９０５に変動させたときが、１回の流入量変動で最も未来の時間(時刻)まで運用上・下限１０４、１０５の間の範囲内に収まる流入量を実現できることが分る。ここまでの探索手順で、７時から８時の直前までにおける流量（線分９０５の勾配）が確定される。なお、８時以降の流量は、前記したように、次の段階で確定することとなる(図５に実線の線分９０５参照)。
【００５２】
以降の線分は前記の探索手順を繰り返すことにより流入量を初期時刻から未来の時間(時刻)に向けて確定していき、最終的に最終時刻６時の目標貯水量(目標累積流入量ｂ１点)を通る線分が見つかった時点で、全区間の流量が確定する。
【００５３】
ここで、図５に示す最終の翌日時刻６時の目標累積流入量ｂ１点を通る線分１００３は、前記と同様に、流入量変動量が予め設定された量となる範囲内かつ下限値の折線９０１と上限値の折線９０２との範囲内で、目標累積流入量ｂ１点を通り、かつ、その前の線分１００２の流入量の変動が少ない流入量をもつ線分が設定されることとなる。
【００５４】
なお、線分１００２が目標累積流入量ｂ１点を通るように設定できる場合には、この線分１００３を定める方法は用いないのは勿論である。
これにより、図５において、ａ１点−ｃ１点−ｄ点−ｅ点−ｆ点−ｂ１点を通る折線(線分９０４−線分９０５−線分１００１−線分１００２−線分１００３）が準最適な累積流入量を表すことが分る。
【００５５】
なお、実施形態２では、配水池１０１の初期貯水量と同時に配水池１０１への初期流(入)量が与えられた場合を例示したが、配水池１０１の初期貯水量または配水池１０１への初期流(入)量の何れかが与えられた場合も同様に適用可能である。
例えば、配水池１０１の初期貯水量のみが与えられた場合には、配水池１０１の初期貯水量(算出開始時刻である初期時刻の初期貯水量ａ１点)を与えられた初期貯水量に設定すればよい。また、配水池１０１への初期流(入)量のみが与えられた場合には、初期時刻の初期貯水量ａ１点を出発点として、予め与えられた初期流(入)量に相当する勾配を持つ線分９０４を設定すればよい。
【００５６】
初期時刻以外の時間で配水池１０１の貯水量または／および配水池１０１への流(入)量が与えられた場合も適用可能である。
例えば、初期時刻以外の時間で配水池１０１の貯水量が与えられた場合には、与えられた貯水量を、その時刻での目標累積流量として計算すればよい。また、その他の方法を用いてもよい。
例えば、初期時刻以外の時間で配水池１０１への流(入)量が与えられた場合には、与えられた時間に設定する線分の勾配を与えられた流(入)量とすればよい。
【００５７】
＜実施形態３＞
実施形態１、２では全ての離散時刻(１時間毎の時刻)において流(入)量変動が可能である場合を考えたが、実際には予め指定した時刻以外での流(入)量変動を禁止として運用しているケースがある。このように流(入)量変動できる時刻が限られている場合には、最も未来の時間(時刻)まで到達できる線分の探索を、全ての離散時刻からでなく、流(入)量変動が許容された時刻のみから探索することにより、流(入)量変動可能時刻を反映した準最適な累積流入量を求めることができる。
【００５８】
以下の実施形態３では流入量変動可能時刻が限られているケースの考え方を説明する。
図６において、未来の水の予測需要量に対して図９(ｂ)に示す運用下限１０５を保持する流入量を積算した累積流入量の下限値を折線１１０１とする。一方、未来の水の予測需要量に対して図９(ｂ)に示す運用上限１０４を保持する流入量を積算した上限値を折線１１０２とする。従って、下限値の折線１１０１および上限値の折線１１０２の形状は水の予測需要量を累積することにより決定される。
【００５９】
算出開始の初期時刻６時の初期貯水量をａ２点、目標貯水量の算出を終了する翌日の時刻６時の目標貯水量をｂ２点とする。
ここでは、流入量変動可能時刻が７時から３時間おき（すなわち、７時、１０時、１３時、１６時、１９時、２２時、１時、４時）に限られる場合を考える。
【００６０】
まず、算出開始の初期時刻６時の初期貯水量ａ２点を出発点として、下限値の折線１１０１と上限値の折線１１０２との範囲内で最も未来の時間(時刻)まで到達できる線分を考えると、図６の初期時刻６時のａ２点および１４時のｃａ点を通る線分１１０３であることが分る。この線分１１０３の勾配が初期時刻の６時における準最適な流入量である。また、ここで初期時刻の６時から７時の直前までにおける流量（線分１１０３の勾配）が確定する。なお、７時以降の流入量は次の過程で決定されることとなる。
【００６１】
線分１１０３は１４時のｃａ点で折線１１０２を上回るため、１４時で累積流入量の上限を逸脱することになる。そのため、初期時刻の６時の次の時刻７時から累積流入量の上限を逸脱する前の時刻の１３時の間で流入量を変動させる必要がある。
次に、７時から１３時の各時刻のうち流量の変動が許されている時刻、すなわち、７時、１０時、１３時のそれぞれにおける線分１１０３上の各点を出発点として、流量変動量が予め設定された量となる範囲内かつ下限値の折線１１０１と上限値の折線１１０２との範囲内で、最も未来の時間(時刻)まで到達できる線分を探索する。
【００６２】
図６より、７時の線分１１０３上のｃ１点については、最も未来の時間(時刻)まで到達できる線分は、線分１１０３に一致する。一方、１０時の線分１１０３上のｃ２点から最も未来の時間(時刻)まで到達できる線分は線分１１０４であり、１３時の線分１１０３上のｃ３点から最も未来の時間(時刻)まで到達できる線分は線分１１０５となる。
１０時のｃ２点を始点とする線分１１０４が、７時のｃ１点の線分１１０３および１３時のｃ３点を始点とする線分１１０５より、より未来の時間(時刻)まで到達できる。
【００６３】
従って、７時から１３時のうち流量変動が許された何れかの時刻で１回だけ流量変動がある場合、１０時の線分１１０３上のｃ２点で流入量を線分１１０３から線分１１０４に変動させた時が、１回の流入量変動で最も未来の時間(時刻)まで運用上下限１０４、１０５の範囲(上限値の折線１１０２と下限値の折線１１０１との範囲内)に収まる流入量を実現できることが分る。ここまでの探索手順で、７時から１０時の直前までの流入量（線分１１０３の勾配）と、１０時から１１時の直前までにおける流入量（線分１１０４の勾配）が確定される。
【００６４】
以降の線分は前記の探索手順を繰り返すことにより、流量を初期時刻(６時)から未来の時間(時刻)に向けて確定していき、最終的に目標貯水量を通る線分が見つかった時点で、全区間の流量が確定する。
ここで、図７に示す最終の翌日時刻６時の目標貯水量ｂ２点を通る線分１２０２は、流入量変動量が予め設定された量となる範囲内かつ下限値の折線１１０１と上限値の折線１１０２との範囲内で、目標貯水量ｂ２点を通り、かつ、その前の線分１２０１の流入量の変動が少ない流入量をもつ線分が設定されることとなる。
【００６５】
なお、線分１２０１が目標貯水量ｂ２点を通るように設定できる場合には、この線分１２０２を定める方法は用いることはない。
これにより、図７において、ａ２点−ｃ２点−ｄ点−ｅ点−ｂ２点を通る折線(線分１１０３−線分１１０４−線分１２０１−線分１２０２)が準最適な累積流入量を表すことが分る。
【００６６】
なお、実施形態１、２、３では、１時間単位の時刻で算出する場合を例示したが、算出を行う時間単位は、３０分、２時間など任意に適宜選択し時刻を設定できるのは勿論である。また、設定した線分上の任意の時刻または既定の時刻に相当する複数の点を次の線分の出発点の候補として設定することも可能である。
【００６７】
＜実施例＞
本発明の具体例である一実施例を、配水池浄水供給システムＳの概念的構成図の図８を用いて説明する。
配水池浄水供給システムＳは、浄水場１３２０から配水池１３１９への適切な水供給量(流入量)を算出するためのシステムである。
ここで、適切な水供給量(流入量)とは、流入量の変動幅および流入量の変動回数が少ないことをいう。
【００６８】
配水池浄水供給システムＳが対象とする浄化した水を作る浄水場１３２０から配水池１３１９への水の流入管路ｋには、水の流入量を制御する配水池流入弁１３１６と、流入管路ｋを通る水の流量を測定する流量計１３１７とが設置されている。
配水池１３１９は、浄水場１３２０から供給(流入)され貯留した水を一般需要家に供給する設備であり、貯留した水の水位を測定する水位計１３１８が設置されている。
配水池浄水供給システムＳを稼動させる計算機１３０１は、１日の水需要量を予測する水需要予測処理を行う水需要予測手段１３０２と、配水池１３１９への浄水場１３２０からの流入量の設定値を算出する流入量設定値算出処理を行う流入量設定値算出手段１３０４とを有している。
【００６９】
水需要予測手段１３０２は、水需要予測処理を実行し、未来の水需要量の予測値である水需要予測量データ１３０３を算出する。水需要量予測量データ１３０３は、例えば天候や曜日ごとの水需要量の日間変動を考慮して予測される。
計算機１３０１は、例えば、コンピュータであり、水需要予測手段１３０２と流入量設定値算出手段１３０４は、ＣＰＵ(Central Processing Unit)により、メモリに格納されたプログラムが実行されることにより、具現化される。
【００７０】
計算機１３０１のメモリは、ＨＤＤ(Hard DiskDrive)、フラシュメモリ、ＲＡＭ(Random Access Memory)、ＲＯＭ(Read Only Memory)などで構成される。
なお、計算機１３０１のインターフェースとして、図示しないＡ／Ｄ変換器、Ｄ／Ａ変換器、増幅回路などのインターフェース回路が設けられている。
【００７１】
計算機１３０１には、出力装置のディスプレイ装置１３０５ｄとキーボード、マウス、タッチパネルなどの入力装置１３０５ｎとを有する端末装置１３０５が接続されている。
ユーザは、端末装置１３０５の入力装置１３０５ｎを用いて、浄水場１３２０からの配水池１３１９への流入量の許容変動幅を設定する。これにより、計算機１３０１のメモリに配水池１３１９への流入量の許容変動幅データ１３０６が格納される。なお、配水池１３１９への流入量の許容変動幅は、ユーザが入力するのに代えて、システムで配水池流入弁１３１６の情報などを取得して、自動的に設定するように構成してもよい。
【００７２】
同様に、ユーザは、端末装置１３０５の入力装置１３０５ｎを用いて、配水池１３１９における運用上・下限１０４、１０５の運用範囲(図９(ｂ)参照)等の条件を設定する。これにより、計算機１３０１のメモリに配水池条件データ１３０７が格納される。
なお、配水池１３１９における運用上・下限１０４、１０５の運用範囲(図９(ｂ)参照)等の条件は、ユーザが入力するのに代えて、システムで配水池１３１９の容積などの情報を取得して、自動的に設定するように構成してもよい。
【００７３】
流量計１３１７が測定した配水池１３１９への流入量の流入量実測値１３０８の情報および水位計１３１８が測定した配水池１３１９の水位である水位実測値１３０９の情報が、計算機１３０１のメモリに取り込まれる。
【００７４】
計算機１３０１の流入量設定値算出手段１３０４は、流入量設定値算出処理を実行することにより、水需要予測量データ１３０３、許容変動幅データ１３０６、配水池条件データ１３０７、流入量実測値１３０８、および水位実測値１３０９を用いて、前記した実施形態の方法により、配水池１３１９への水の流入量の変動回数を最小に、かつ、設定された許容変動幅データ１３０６の許容変動幅の範囲内に変動を抑えた配水池１３１９への流入量の１日分の各時刻の目標値を算出し、流入量設定値データ１３１０としてメモリに格納する。
【００７５】
計算機１３０１で求めた流入量設定値データ１３１０は、通信装置１３１１を経由して、計算機１３０１よりコントローラ１３１２へ送信され、コントローラ１３１２のＲＡＭなどのメモリに流入量設定値データ１３１３として格納される。
コントローラ１３１２に格納される流入量設定値データ１３１３は、計算機１３０１で算出された流入量設定値データ１３１０と同一情報であり、１日分の時間の配水池１３１９への流入量の目標値が格納されている。その流入量設定値データ１３１３の現在時刻に該当するデータを、配水池流入弁１３１６に対する現在の流入量設定値として使用する。
【００７６】
一方、配水池１３１９への実際の流入量は流入管路ｋに設置された流量計１３１７より、コントローラ１３１２に取り込まれ、流入量実測値１３１５としてメモリに格納される。流入量調整手段１３１４は、算出した現在の流入量設定値データ１３１３と流入量実測値１３１５とを比較し、流入量設定値データ１３１３が流入量実測値１３１５より大きい場合は配水池流入弁１３１６の開指令または配水池流入弁１３１６の開度を大きくする指令を出力する一方、流入量設定値データ１３１３が流入量実測値１３１５より小さい場合は配水池流入弁１３１６の閉指令または配水池流入弁１３１６の開度を小さくする指令を配水池流入弁１３１６に対して出力する。これにより、流入量実測値１３１５が流入量設定値データ１３１３に近づくように制御され、調整される。
【００７７】
これにより、計算機１３０１で算出した流入量設定値データ１３１０により、変動回数を抑えた流入量で浄水場１３２０から配水池１３１９へ水を流入させ、かつ配水池１３１９の水位を運用上・下限１０４、１０５の範囲(図９(ｂ)参照)に保持しながら需要を賄うことができる。
【００７８】
上記構成によれば、浄水場を含めた上水道設備の安定可動につながる。
また、配水池への流入量の流入量変動幅が流入量に対して小さいなど、運用上の条件が厳しい場合において、従来のＱＲＳ法では準最適な流入量を導くのが困難であったケースにおいても、準最適な流入量を算出することができる。
また、従来の準最適な流入量の算出失敗とそれに伴う浄水場または配水池(場)のオペレータの経験やノウハウによる流入量制御に頼ること(機会)が解消し、計算された準最適流入量による配水池への流入量の制御をより安定した形で行うことができる。
【００７９】
なお、前記実施例では、計算機１３０１としてコンピュータを例示したが、説明した所定の機能を果たせれば、計算機１３０１の少なくとも一部をＩＣ(Integrated Circuit)、ＬＳＩ(Large Scale Integration)などの回路で構成してもよく、その実現態様は特に限定されず適宜選択可能である。
【００８０】
また、前記実施形態、実施例では、流入量調節手段として、配水池流入弁１０３、１３１６を例示したが、配水池への水の流入量を制御できる手段であれば、流入弁以外のものを用いてもよい。
【００８１】
また、前記実施形態では、時間と累積流入量とのグラフ(座標平面)で線分を複数接続して折れ線とする場合を例示したが、折れ線を構成する線分の数は任意数でよく、例示した線分の数に限定されないのは勿論である。
【符号の説明】
【００８２】
１０１ 配水池
１０２ 浄水場
１０３ 配水池流入弁(流入量調節手段)
１０４ 配水池水位の運用上限(配水池の水位上限)
１０５ 配水池水位の運用下限(配水池の水位下限)
６０１ 下限値の折線(下限を表す折線)
６０２ 上限値の折線(上限を表す折線)
６０３ 線分(第１線分)
６０７ 線分(第２線分)
７０２ 線分(第３線分、最終時刻を通るように設定された線分)
８０１ 線分(最終線分)
９０１ 下限値の折線(下限を表す折線)
９０２ 上限値の折線(上限を表す折線)
９０３ 予め与えられた初期流量
９０４ 線分(第１線分)
９０５ 線分(第２線分)
１００１ 線分(第３線分)
１００２ 線分(第３線分、最終時刻を通るように設定された線分)
１００３ 線分(最終線分)
１１０１ 下限値の折線(下限を表す折線)
１１０２ 上限値の折線(上限を表す折線)
１１０３ 線分(第１線分)
１１０４ 線分(第２線分)
１２０１ 線分(第３線、最終時刻を通るように設定された線分)
１２０２ 線分(最終線分)
１３０２ 水需要予測手段(需要量予測手段)
１３０３ 水需要予測量データ(浄水の需要量予測)
１３０４ 流入量設定値算出手段(流入量設定演算手段)
１３０５ 端末装置(変動幅設定手段、水位上下限設定手段)
１３０５ｎ 入力装置(変動幅設定手段、水位上下限設定手段)
１３０６ 許容変動幅データ(許容変動幅)
１３０７ 配水池条件データ(水位上限、水位下限)
１３１０ 流入量設定値データ(流入量設定)
１３１２ コントローラ
１３１３ 流入量設定値データ(流入量設定)
１３１６ 配水池流入弁(流入量調節手段)
１３１９ 配水池
１３２０ 浄水場
ａ、ａ２ 初期時刻の初期貯水量(初期時刻における貯水量)
ａ１ 初期貯水量(予め与えられた初期貯水量)
ｂ、ｂ１、ｂ２ 目標貯水量(目標累積流入量)
Ｓ 配水池浄水供給システム
【特許請求の範囲】
【請求項１】
浄水場から配水池へ供給される浄水の流入量を調節する流入量調節手段と、該流入量調節手段を制御するためのコントローラと、該コントローラへ制御目標とする流入量設定値を与える流入量設定演算手段とを備えた配水池浄水供給システムにおいて、
前記配水池から需要側へ供給される未来の前記浄水の需要量を予測する需要量予測手段と、前記流入量の許容変動幅を設定する変動幅設定手段と、前記配水池の水位上限および水位下限を設定する水位上下限設定手段とを備え、
前記流入量設定演算手段は、
時間と前記流入量を時間経過で累積した累積流入量とを座標軸とする座標平面上において、算出開始の初期時刻における貯水量を出発点とし、算出終了の最終時刻における目標累積流入量を目標点として、
前記需要側への未来の需要量を前記需要量予測手段で予測した前記需要量とした場合、前記水位上下限設定手段により設定した前記配水池の水位上限および水位下限をそれぞれ保持する前記配水池への累積流入量の上限および下限を表すそれぞれの折線の間の範囲内に在る複数の前記出発点をもつ線分のうち、最も未来の時刻までを定義域とできる線分を第１線分に設定し、該第１線分上の任意のまたは既定の時刻に相当する複数の点を次の出発点として、前記変動幅設定手段により設定される前記流入量の許容変動幅の範囲内で、前記累積流入量の上下限の折線の間の範囲内に在る複数の線分のうちから、最も未来の時刻までを定義域とできる次の線分を設定して前の第１線分と接続することで一つの折線とする操作を繰り返すことにより後続する次の線分を接続して一つの折線とし、前記流入量の変動を表す折線を設定し、当該折線が示す累積流入量をもって前記配水池への流入量設定値の設定を行う
ことを特徴とする配水池浄水供給システムの浄水供給量算出方法。
【請求項２】
浄水場から配水池へ供給される浄水の流入量を調節する流入量調節手段と、該流入量調節手段を制御するためのコントローラと、該コントローラへ制御目標とする流入量設定値を与える流入量設定演算手段とを備えた配水池浄水供給システムにおいて、
前記配水池から需要側へ供給される未来の前記浄水の需要量を予測する需要量予測手段と、前記流入量の許容変動幅を設定する変動幅設定手段と、前記配水池の水位上限および水位下限を設定する水位上下限設定手段とを備え、
前記流入量設定演算手段は、
時間と前記流入量を時間経過で累積した累積入流量とを座標軸とする座標平面上において、算出開始の初期時刻における貯水量を出発点とし、算出終了の最終時刻における目標累積流入量を目標点として、
前記需要側への未来の需要量を前記需要量予測手段で予測した前記需要量とした場合、前記水位上下限設定手段により設定した前記配水池の水位上限および水位下限をそれぞれ保持する前記配水池への累積流入量の上限および下限を表すそれぞれの折線の間の範囲内に在る複数の前記出発点をもつ線分のうち、最も未来の時刻までを定義域とできる線分を第１線分に設定し、該第１線分上の任意のまたは既定の時刻に相当する複数の点を次の出発点として、前記変動幅設定手段により設定される前記流入量の許容変動幅の範囲内で、前記累積流入量の上下限の折線の間の範囲内に在る複数の線分のうち、最も未来の時刻までを定義域とできる次の線分を第２線分に設定して前記第１線分と前記第２線分とを接続することで一つの折線とする第１操作と
前記第２線分の後に続く第３線分を、前記第２線分をその前の前記第１線分に対して設定した方法と同様にして設定し、前記第２線分と前記第３線分とを接続することで一つの折線とする第２操作と
該第２操作を繰り返す第３操作とのうち、
前記第１操作または前記第１・第２操作または前記第１・第２・第３操作を行うことにより、前記流入量の変動を表す折線を設定し、当該折線が示す累積流入量をもって前記配水池への流入量設定値の設定を行う
ことを特徴とする配水池浄水供給システムの浄水供給量算出方法。
【請求項３】
前記流入量設定演算手段は、
前記最終時刻における目標累積流入量の目標点から、前記最終時刻を通るように設定された前記線分に対して、前記流入量の許容変動幅の範囲内で前記累積流入量の上下限の折線の間の範囲内に在って、前記最終時刻を通るように設定された線分の流入量の変動が少なくなるような流入量をもつ線分を最終線分に設定して、当該最終線分と前記最終時刻を通るように設定された線分とを接続して前記折線とする
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の配水池浄水供給システムの浄水供給量算出方法。
【請求項４】
前記流入量設定演算手段は、
前記第１線分に、前記初期時刻における出発点の貯水量を予め与えられた初期貯水量に設定するか、または、予め与えられた初期流入量を勾配としてもつように設定するか、少なくとも何れかを行う
ことを特徴とする請求項１から請求項３の何れか一項に記載の配水池浄水供給システムの浄水供給量算出方法。
【請求項５】
前記流入量設定演算手段は、
前記複数の線分を、前記流入量の変動が許容された時刻から探索する
ことを特徴とする請求項１から請求項４の何れか一項に記載の配水池浄水供給システムの浄水供給量算出方法。
【請求項６】
コンピュータに、請求項１から請求項５の何れか一項に記載の配水池浄水供給システムの浄水供給量算出方法を実行させるための配水池浄水供給システムのプログラム。
【請求項７】
浄水場から配水池へ供給される浄水の流入量を調節する流入量調節手段と、該流入量調節手段を制御するためのコントローラと、該コントローラへ制御目標とする流入量設定値を与える流入量設定演算手段とを備えた配水池浄水供給システムであって、
前記配水池から需要側へ供給される未来の前記浄水の需要量を予測する需要量予測手段と、
前記流入量の許容変動幅を設定する変動幅設定手段と、
前記配水池の水位上限および水位下限を設定する水位上下限設定手段と、
時間と前記流入量を時間経過で累積した累積流入量とを座標軸とする座標平面上において、算出開始の初期時刻における貯水量を出発点とし、算出終了の最終時刻における目標累積流入量を目標点として、
前記需要側への未来の需要量を前記需要量予測手段で予測した前記需要量とした場合、前記水位上下限設定手段により設定した前記配水池の水位上限および水位下限をそれぞれ保持する前記配水池への累積流入量の上限および下限を表すそれぞれの折線の間の範囲内に在る複数の前記出発点をもつ線分のうち、最も未来の時刻までを定義域とできる線分を第１線分に設定し、該第１線分上の任意のまたは既定の時刻に相当する複数の点を次の出発点として、前記変動幅設定手段により設定される前記流入量の許容変動幅の範囲内で、前記累積流入量の上下限の折線の間の範囲内に在る複数の線分のうちから、最も未来の時刻までを定義域とできる次の線分を設定して前の第１線分と接続することで一つの折線とする操作を繰り返すことにより後続する次の線分を接続して一つの折線とし、前記流入量の変動を表す折線を設定し、当該折線が示す累積流入量をもって前記配水池への流入量設定値の設定を行う流入量設定演算手段とを
備えることを特徴とする配水池浄水供給システム。
【請求項８】
浄水場から配水池へ供給される浄水の流入量を調節する流入量調節手段と、該流入量調節手段を制御するためのコントローラと、該コントローラへ制御目標とする流入量設定値を与えるための配水池浄水供給システムであって、
前記配水池から需要側へ供給される未来の前記浄水の需要量を予測する需要量予測手段と、
前記流入量の許容変動幅を設定する変動幅設定手段と、
前記配水池の水位上限および水位下限を設定する水位上下限設定手段と、
時間と前記流入量を時間経過で累積した累積流入量とを座標軸とする座標平面上において、算出開始の初期時刻における貯水量を出発点とし、算出終了の最終時刻における目標累積流入量を目標点として、
前記需要側への未来の需要量を前記需要量予測手段で予測した前記需要量とした場合、前記水位上下限設定手段により設定した前記配水池の水位上限および水位下限をそれぞれ保持する前記配水池への累積流入量の上限および下限を表すそれぞれの折線の間の範囲内に在る複数の前記出発点をもつ線分のうち、最も未来の時刻までを定義域とできる線分を第１線分に設定し、該第１線分上の任意のまたは既定の時刻に相当する複数の点を次の出発点として、前記変動幅設定手段により設定される前記流入量の許容変動幅の範囲内で、前記累積流入量の上下限の折線の間の範囲内に在る複数の線分のうちから、最も未来の時刻までを定義域できる次の線分を第２線分に設定して前記第１線分と前記第２線分とを接続することで一つの折線とする第１操作と
前記第２線分の後に続く第３線分を、前記第２線分をその前の前記第１線分に対して設定した方法と同様にして設定し、前記第２線分と前記第３線分とを接続することで一つの折線とする第２操作と
該第２操作を繰り返す第３操作とのうち、
前記第１操作または前記第１・第２操作または前記第１・第２・第３操作を行うことにより、前記流入量の変動を表す折線を設定し、当該折線が示す累積流入量をもって前記配水池への流入量設定値の設定を行う流入量設定演算手段とを
備えることを特徴とする配水池浄水供給システム。
【請求項９】
前記流入量設定演算手段は、
前記最終時刻における目標累積流入量の目標点から、前記最終時刻を通るように設定された前記線分に対して、前記流入量の許容変動幅の範囲内で前記累積流入量の上下限の折線の間の範囲内に在って、前記最終時刻を通るように設定された線分の流入量の変動が少なくなるような流入量をもつ線分を最終線分に設定して、当該最終線分と前記最終時刻を通るように設定された線分とを接続して前記折線とする
ことを特徴とする請求項７または請求項８に記載の配水池浄水供給システム。
【請求項１０】
前記流入量設定演算手段は、
前記第１線分に、前記初期時刻における出発点の貯水量を予め与えられた初期貯水量に設定するか、または、予め与えられた初期流入量を勾配としてもつように設定するか、少なくとも何れかを行う
ことを特徴とする請求項７から請求項９の何れか一項に記載の配水池浄水供給システム。
【請求項１１】
前記流入量設定演算手段は、
前記複数の線分を、前記流入量の変動が許容された時刻から探索する
ことを特徴とする請求項７から請求項１０の何れか一項に記載の配水池浄水供給システム。
【請求項１】
浄水場から配水池へ供給される浄水の流入量を調節する流入量調節手段と、該流入量調節手段を制御するためのコントローラと、該コントローラへ制御目標とする流入量設定値を与える流入量設定演算手段とを備えた配水池浄水供給システムにおいて、
前記配水池から需要側へ供給される未来の前記浄水の需要量を予測する需要量予測手段と、前記流入量の許容変動幅を設定する変動幅設定手段と、前記配水池の水位上限および水位下限を設定する水位上下限設定手段とを備え、
前記流入量設定演算手段は、
時間と前記流入量を時間経過で累積した累積流入量とを座標軸とする座標平面上において、算出開始の初期時刻における貯水量を出発点とし、算出終了の最終時刻における目標累積流入量を目標点として、
前記需要側への未来の需要量を前記需要量予測手段で予測した前記需要量とした場合、前記水位上下限設定手段により設定した前記配水池の水位上限および水位下限をそれぞれ保持する前記配水池への累積流入量の上限および下限を表すそれぞれの折線の間の範囲内に在る複数の前記出発点をもつ線分のうち、最も未来の時刻までを定義域とできる線分を第１線分に設定し、該第１線分上の任意のまたは既定の時刻に相当する複数の点を次の出発点として、前記変動幅設定手段により設定される前記流入量の許容変動幅の範囲内で、前記累積流入量の上下限の折線の間の範囲内に在る複数の線分のうちから、最も未来の時刻までを定義域とできる次の線分を設定して前の第１線分と接続することで一つの折線とする操作を繰り返すことにより後続する次の線分を接続して一つの折線とし、前記流入量の変動を表す折線を設定し、当該折線が示す累積流入量をもって前記配水池への流入量設定値の設定を行う
ことを特徴とする配水池浄水供給システムの浄水供給量算出方法。
【請求項２】
浄水場から配水池へ供給される浄水の流入量を調節する流入量調節手段と、該流入量調節手段を制御するためのコントローラと、該コントローラへ制御目標とする流入量設定値を与える流入量設定演算手段とを備えた配水池浄水供給システムにおいて、
前記配水池から需要側へ供給される未来の前記浄水の需要量を予測する需要量予測手段と、前記流入量の許容変動幅を設定する変動幅設定手段と、前記配水池の水位上限および水位下限を設定する水位上下限設定手段とを備え、
前記流入量設定演算手段は、
時間と前記流入量を時間経過で累積した累積入流量とを座標軸とする座標平面上において、算出開始の初期時刻における貯水量を出発点とし、算出終了の最終時刻における目標累積流入量を目標点として、
前記需要側への未来の需要量を前記需要量予測手段で予測した前記需要量とした場合、前記水位上下限設定手段により設定した前記配水池の水位上限および水位下限をそれぞれ保持する前記配水池への累積流入量の上限および下限を表すそれぞれの折線の間の範囲内に在る複数の前記出発点をもつ線分のうち、最も未来の時刻までを定義域とできる線分を第１線分に設定し、該第１線分上の任意のまたは既定の時刻に相当する複数の点を次の出発点として、前記変動幅設定手段により設定される前記流入量の許容変動幅の範囲内で、前記累積流入量の上下限の折線の間の範囲内に在る複数の線分のうち、最も未来の時刻までを定義域とできる次の線分を第２線分に設定して前記第１線分と前記第２線分とを接続することで一つの折線とする第１操作と
前記第２線分の後に続く第３線分を、前記第２線分をその前の前記第１線分に対して設定した方法と同様にして設定し、前記第２線分と前記第３線分とを接続することで一つの折線とする第２操作と
該第２操作を繰り返す第３操作とのうち、
前記第１操作または前記第１・第２操作または前記第１・第２・第３操作を行うことにより、前記流入量の変動を表す折線を設定し、当該折線が示す累積流入量をもって前記配水池への流入量設定値の設定を行う
ことを特徴とする配水池浄水供給システムの浄水供給量算出方法。
【請求項３】
前記流入量設定演算手段は、
前記最終時刻における目標累積流入量の目標点から、前記最終時刻を通るように設定された前記線分に対して、前記流入量の許容変動幅の範囲内で前記累積流入量の上下限の折線の間の範囲内に在って、前記最終時刻を通るように設定された線分の流入量の変動が少なくなるような流入量をもつ線分を最終線分に設定して、当該最終線分と前記最終時刻を通るように設定された線分とを接続して前記折線とする
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の配水池浄水供給システムの浄水供給量算出方法。
【請求項４】
前記流入量設定演算手段は、
前記第１線分に、前記初期時刻における出発点の貯水量を予め与えられた初期貯水量に設定するか、または、予め与えられた初期流入量を勾配としてもつように設定するか、少なくとも何れかを行う
ことを特徴とする請求項１から請求項３の何れか一項に記載の配水池浄水供給システムの浄水供給量算出方法。
【請求項５】
前記流入量設定演算手段は、
前記複数の線分を、前記流入量の変動が許容された時刻から探索する
ことを特徴とする請求項１から請求項４の何れか一項に記載の配水池浄水供給システムの浄水供給量算出方法。
【請求項６】
コンピュータに、請求項１から請求項５の何れか一項に記載の配水池浄水供給システムの浄水供給量算出方法を実行させるための配水池浄水供給システムのプログラム。
【請求項７】
浄水場から配水池へ供給される浄水の流入量を調節する流入量調節手段と、該流入量調節手段を制御するためのコントローラと、該コントローラへ制御目標とする流入量設定値を与える流入量設定演算手段とを備えた配水池浄水供給システムであって、
前記配水池から需要側へ供給される未来の前記浄水の需要量を予測する需要量予測手段と、
前記流入量の許容変動幅を設定する変動幅設定手段と、
前記配水池の水位上限および水位下限を設定する水位上下限設定手段と、
時間と前記流入量を時間経過で累積した累積流入量とを座標軸とする座標平面上において、算出開始の初期時刻における貯水量を出発点とし、算出終了の最終時刻における目標累積流入量を目標点として、
前記需要側への未来の需要量を前記需要量予測手段で予測した前記需要量とした場合、前記水位上下限設定手段により設定した前記配水池の水位上限および水位下限をそれぞれ保持する前記配水池への累積流入量の上限および下限を表すそれぞれの折線の間の範囲内に在る複数の前記出発点をもつ線分のうち、最も未来の時刻までを定義域とできる線分を第１線分に設定し、該第１線分上の任意のまたは既定の時刻に相当する複数の点を次の出発点として、前記変動幅設定手段により設定される前記流入量の許容変動幅の範囲内で、前記累積流入量の上下限の折線の間の範囲内に在る複数の線分のうちから、最も未来の時刻までを定義域とできる次の線分を設定して前の第１線分と接続することで一つの折線とする操作を繰り返すことにより後続する次の線分を接続して一つの折線とし、前記流入量の変動を表す折線を設定し、当該折線が示す累積流入量をもって前記配水池への流入量設定値の設定を行う流入量設定演算手段とを
備えることを特徴とする配水池浄水供給システム。
【請求項８】
浄水場から配水池へ供給される浄水の流入量を調節する流入量調節手段と、該流入量調節手段を制御するためのコントローラと、該コントローラへ制御目標とする流入量設定値を与えるための配水池浄水供給システムであって、
前記配水池から需要側へ供給される未来の前記浄水の需要量を予測する需要量予測手段と、
前記流入量の許容変動幅を設定する変動幅設定手段と、
前記配水池の水位上限および水位下限を設定する水位上下限設定手段と、
時間と前記流入量を時間経過で累積した累積流入量とを座標軸とする座標平面上において、算出開始の初期時刻における貯水量を出発点とし、算出終了の最終時刻における目標累積流入量を目標点として、
前記需要側への未来の需要量を前記需要量予測手段で予測した前記需要量とした場合、前記水位上下限設定手段により設定した前記配水池の水位上限および水位下限をそれぞれ保持する前記配水池への累積流入量の上限および下限を表すそれぞれの折線の間の範囲内に在る複数の前記出発点をもつ線分のうち、最も未来の時刻までを定義域とできる線分を第１線分に設定し、該第１線分上の任意のまたは既定の時刻に相当する複数の点を次の出発点として、前記変動幅設定手段により設定される前記流入量の許容変動幅の範囲内で、前記累積流入量の上下限の折線の間の範囲内に在る複数の線分のうちから、最も未来の時刻までを定義域できる次の線分を第２線分に設定して前記第１線分と前記第２線分とを接続することで一つの折線とする第１操作と
前記第２線分の後に続く第３線分を、前記第２線分をその前の前記第１線分に対して設定した方法と同様にして設定し、前記第２線分と前記第３線分とを接続することで一つの折線とする第２操作と
該第２操作を繰り返す第３操作とのうち、
前記第１操作または前記第１・第２操作または前記第１・第２・第３操作を行うことにより、前記流入量の変動を表す折線を設定し、当該折線が示す累積流入量をもって前記配水池への流入量設定値の設定を行う流入量設定演算手段とを
備えることを特徴とする配水池浄水供給システム。
【請求項９】
前記流入量設定演算手段は、
前記最終時刻における目標累積流入量の目標点から、前記最終時刻を通るように設定された前記線分に対して、前記流入量の許容変動幅の範囲内で前記累積流入量の上下限の折線の間の範囲内に在って、前記最終時刻を通るように設定された線分の流入量の変動が少なくなるような流入量をもつ線分を最終線分に設定して、当該最終線分と前記最終時刻を通るように設定された線分とを接続して前記折線とする
ことを特徴とする請求項７または請求項８に記載の配水池浄水供給システム。
【請求項１０】
前記流入量設定演算手段は、
前記第１線分に、前記初期時刻における出発点の貯水量を予め与えられた初期貯水量に設定するか、または、予め与えられた初期流入量を勾配としてもつように設定するか、少なくとも何れかを行う
ことを特徴とする請求項７から請求項９の何れか一項に記載の配水池浄水供給システム。
【請求項１１】
前記流入量設定演算手段は、
前記複数の線分を、前記流入量の変動が許容された時刻から探索する
ことを特徴とする請求項７から請求項１０の何れか一項に記載の配水池浄水供給システム。
【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１４】
【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１４】
【公開番号】特開２０１２−７９２０２（Ｐ２０１２−７９２０２Ａ）
【公開日】平成２４年４月１９日（２０１２．４．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２２５５５３（Ｐ２０１０−２２５５５３）
【出願日】平成２２年１０月５日（２０１０．１０．５）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【出願人】（０００１５３４４３）株式会社日立情報制御ソリューションズ (359)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年４月１９日（２０１２．４．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１０月５日（２０１０．１０．５）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【出願人】（０００１５３４４３）株式会社日立情報制御ソリューションズ (359)
【Ｆターム（参考）】
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