JP2006183274A - Method and apparatus for predicting sewer pipe damage in sewer network - Google Patents
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Abstract
【課題】損傷の程度を効率的、且つ定量的に評価でき、その調査結果に基づき適切な補修計画を作成するなどの機能を有し、下水道施設の効率的な運営を支援する下水管網の統合型マネジメントシステムを提供する。
【解決手段】下水管網の全マンホールの中から特定のマンホールをモニタリングポイントとして継続的に環境データを収集し、任意の下水管の環境データを推定して、その推定した環境データに基づきそれぞれの損傷の程度を推定し、下水管網内の補修工事の順位付けを支援する情報を作成する。
【選択図】図1[PROBLEMS] To provide a sewer pipe network that can efficiently and quantitatively evaluate the degree of damage, has a function of creating an appropriate repair plan based on the survey results, and supports the efficient operation of sewerage facilities. Provide an integrated management system.
SOLUTION: Environmental data is continuously collected from all manholes in the sewer network using a specific manhole as a monitoring point, and environmental data of an arbitrary sewer pipe is estimated, and each environmental data is estimated based on the estimated environmental data. Estimate the degree of damage and create information to support the ranking of repair works in the sewer network.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、下水道施設の維持管理における管路の損傷の予想方法に関する。 The present invention relates to a method for predicting damage to pipelines in maintenance management of sewer facilities.
生活廃水、工場廃水、雨水等の様々な廃水を効率よく処理するための下水道施設は、近代的な都市生活には欠かすことのできない存在となっているが、近年、下水道処理人口の普及率は60%を超え、施工年数50年を越える下水管も増えていることから、下水道事業は、維持管理の時代を迎えていると言われている。その管渠敷設総延長は、全国で約32Kmとなっており、管材別の使用率は、硬質塩化ビニル管が5割、コンクリート管が3割、陶管が1割、その他1割となっている。 Sewerage facilities for efficiently treating various types of wastewater such as domestic wastewater, factory wastewater, and rainwater have become indispensable for modern urban life. The number of sewer pipes exceeding 60% and over 50 years of construction is increasing, so it is said that the sewerage business is entering an era of maintenance. The total length of pipe laying is about 32km nationwide, and the usage rate by pipe material is 50% for hard vinyl chloride pipes, 30% for concrete pipes, 10% for ceramic pipes, and 10% for others. Yes.
かかる膨大な下水道施設を効率的に維持管理し、更には、その長寿命化を図るなどして効率的に運用することは、極めて重要な課題であって、このために、近年、高度に発達したIT(情報技術)を活用する試みがなされており、例えば、下水道光ネットワークシステムの構築が国策として推進され、又、下水道台帳の電子化(下水道台帳システム)が進められている。 It is extremely important to efficiently maintain and manage such a huge amount of sewerage facilities, and further to extend its lifespan. Attempts have been made to utilize IT (information technology). For example, the construction of a sewer optical network system has been promoted as a national policy, and the digitization of a sewer ledger (sewage ledger system) has been promoted.
下水道光ネットワークシステムは、下水道施設間を光ファイバケーブルで結んでネットワークを構成しようとするものであって、維持管理する人材の不足を補うと共に、今後の維持管理の高度化を目指したものである。下水道台帳の電子化は、下水道施設の配置を平面的に示す図面である下水道台帳図と、マンホールの種別や数、下水道の延長距離、汚水ますや雨水ます等の種類等を一覧化した書面(データ)である調書の電子化であって、今後の維持管理の自動化などを目指したものである。 The sewerage optical network system is intended to configure the network by connecting the sewerage facilities with optical fiber cables. The system aims to make up for the lack of human resources for maintenance and to improve the maintenance in the future. . The computerization of the sewer ledger is a document that lists the sewer ledger diagram, which is a drawing showing the layout of sewer facilities, and the type and number of manholes, the length of sewer extension, the type of sewage and rainwater, etc. Data), and is intended to automate maintenance in the future.
かかる従来技術として、例えば、特許文献1(下水道光ネットワークシステム)には、下水道施設内に敷設された光ファイバケーブルの仕様等に関するケーブル情報と、下水管の配管ルート等の下水道施設の地図情報及び諸情報と、光ファイバケーブルを測定して得られる測定情報とを一括管理し、コンピュータにより下水道施設の異常検知、定期点検等をおこなう下水道光ネットワークシステムが開示されている。 As such prior art, for example, in Patent Document 1 (Sewer Optical Network System), cable information related to the specifications of optical fiber cables laid in the sewer facility, map information of the sewer facility such as the piping route of the sewer pipe, and the like A sewer optical network system is disclosed in which various information and measurement information obtained by measuring an optical fiber cable are collectively managed, and abnormality detection and periodic inspection of a sewer facility are performed by a computer.
又、特許文献2(3次元埋設管渠総合システム)には、埋設管渠の設計に必要な地形の平面図の図形データと、図形データに伴う数値等の管路属性データを地図情報としてデータベース化し、入力された埋設管渠ルートに基づき適正な断面と勾配を検出する流量計算を行い、縦断面図の図形データを含む管渠系統図を作成して、その管渠系統図に基づいて、デジタルカメラ等による埋設管渠内の調査・点検・清掃などのデジタル情報を維持管理データとして取り込み、その維持管理データを地図情報と組み合わせて、3次元CADを利用して視覚で容易に認識し得る立体画像として表示し出力する3次元埋設管渠総合システムが開示されている。 Further, in Patent Document 2 (3D buried pipe comprehensive system), the map data includes the graphic data of the top view of the terrain necessary for the design of the buried pipe and the pipe attribute data such as the numerical value accompanying the graphic data as map information. And calculate the flow rate to detect the appropriate cross section and gradient based on the input buried pipe route, create a pipe system diagram including graphic data of the longitudinal section, based on the pipe system diagram, Digital information such as investigation, inspection, and cleaning of buried pipes using digital cameras can be imported as maintenance management data, and the maintenance management data can be easily recognized visually using 3D CAD in combination with map information. A three-dimensional buried pipe dredging system that displays and outputs a stereoscopic image is disclosed.
又、特許文献3(構造物の維持管理における予防保全方法、予防保全システム、構造物データベース、構造物カルテ、民間資金導入方法および民間資金導入システム)には、各種の専門知識或いは経験を有する構造物専門家による支援を受けて、劣化の傾向を含む現状を定量的に把握すると共に、この現状に応じて寿命、耐久性及び資産価値を最大にするように対処する予防保全方法が開示され、特許文献4(下水道敷設設計支援システム及び記録媒体)には、計画設計・施工工事・敷設後管理に至る一連のデータ処理を効率化し省力化することを目的に、下水道計画データに基づいて、作図及び作表条件に従い計画図面及び計画計算書を作成し、その計画図面を、竣工後、GIS(地理情報システム)と連動可能な下水道設備データに調製し直してGISと連動させることにより、地図ベースでの情報の検索・管理を実現し、他埋設物の施工などの種々の要請にも利用可能とした総合的な下水道管理システムが開示されている。 Patent Document 3 (Preventive Maintenance Method, Preventive Maintenance System, Structure Database, Structure Chart, Private Fund Introduction Method, and Private Fund Introduction System in Structure Maintenance) has various specialized knowledge or experience. With the support of product specialists, a preventive maintenance method is disclosed that quantitatively grasps the current state including the tendency of deterioration, and copes with maximizing the lifetime, durability, and asset value according to the present state, In Patent Document 4 (sewerage laying design support system and recording medium), drawing is made based on sewerage planning data for the purpose of improving the efficiency and labor saving of a series of data processing from planning design, construction work, and post-laying management. The plan drawing and plan calculation form are created according to the table conditions and the plan drawing is prepared into sewerage facility data that can be linked to GIS (geographic information system) after completion. Fixed by work with GIS and realizes the search and management of information map-based, comprehensive sewage management system was also available to various requirements, such as construction of Other utilities are disclosed.
又、特許文献5(ニユーラルネットワーク応用雨水流入量予測装置)には、ポンプ運転支援のための雨水ピーク流入量の自動的、且つ高精度の予測を目的として、学習用実績情報入力手段と、その実績情報によりニューラルネットワークの重み係数を学習する予測モデル構築手段と、その予測モデルにより雨水流入量を予測する流入量予測手段と、その予測された雨水流入量を出力する出力手段と、を備えて成るニューラルネットワーク応用雨水流入量予測装置が開示されている。 Patent Document 5 (Neural Network Application Rainwater Inflow Prediction Device) includes learning result information input means for the purpose of automatically and highly accurately predicting rainwater peak inflow for pump operation support, Predictive model construction means for learning a neural network weight coefficient from the result information, inflow quantity prediction means for predicting rainwater inflow quantity by the prediction model, and output means for outputting the predicted rainwater inflow quantity. A neural network applied rainwater inflow prediction apparatus is disclosed.
又、特許文献6(地中管路構造物の設計方法)には、地中管路構造物の設計に際し、遺伝的アルゴリズムを用いる技術が開示され、又、演算時間を縮小するために、遺伝的アルゴリズムにより最適な設計対案を探索する過程で、更にローカルサーチを採用する技術が開示されている。即ち、遺伝的アルゴリズムは、制約条件のもとで優秀遺伝子を決定し、保存、選択、淘汰、交叉、突然変異などにより次世代遺伝子を生成するという操作を繰り返して最適解を求める方法であって、多数の組み合わせの中から、制約条件を満足する最適な組み合わせを求めるに好適な方法として周知の技術である。 Patent Document 6 (Ground Pipe Structure Design Method) discloses a technique that uses a genetic algorithm in designing the underground pipe structure, and in order to reduce the computation time, A technique that further employs local search in the process of searching for an optimal design proposal using a genetic algorithm is disclosed. In other words, the genetic algorithm is a method for finding the optimal solution by repeating the operations of determining an excellent gene under constraints and generating a next generation gene by storage, selection, selection, crossover, mutation, etc. This is a well-known technique as a suitable method for obtaining an optimal combination satisfying the constraint condition from a large number of combinations.
直接的に下水道施設に関するものではないが、特許文献7(ボイラ構成部品の最適交換時期決定方法)には、ボイラの予防保全計画に遺伝的アルゴリズムを適用することが開示されている。即ち、交換部品数が多く、又、部品が老巧化すれば検査費が増加し、複数の部品を同時に交換すれば交換費用が減少する等、評価要素が多いため、全ての組み合わせを評価することは不可能なボイラの予防保全計画に際し、遺伝的アルゴリズムを適用し、ライフサイクルにおける最適な構成部品交換時期を算出する技術が開示されている。 Although not directly related to sewerage facilities, Patent Document 7 (Method for Determining Optimal Replacement Time of Boiler Components) discloses that a genetic algorithm is applied to a boiler preventive maintenance plan. In other words, the number of replacement parts is large, and the inspection cost increases if the parts become more sophisticated. Since there are many evaluation factors, such as reducing the replacement cost if multiple parts are replaced at the same time, all combinations are evaluated. A technique for calculating an optimal component replacement time in a life cycle by applying a genetic algorithm in a preventive maintenance plan for a boiler that cannot be disclosed is disclosed.
上述した如く、近年、高度に発達したITを活用して、下水道施設を効率的に維持管理し、更には、その長寿命化を図るなどして効率的に運用しようとする技術は、本発明においても好適に利用し得る技術である。 As described above, a technique for efficiently maintaining and managing a sewerage facility by utilizing IT that has been developed in recent years, and further extending its life, etc. It is a technique that can be suitably used in
一方、下水道施設を効率的に維持管理するためには又、適切な損傷度診断と、その調査結果に基づく適切な補修工事の実施が極めて重要であって、その診断調査においては、対象とする下水管網を構成する要素毎の定量的な損傷レベルの把握と、損傷の程度の順位付けが必要となるが、未だその損傷の程度を効率的、且つ定量的に評価できる技術は開示されていない。 On the other hand, in order to efficiently maintain and manage sewerage facilities, it is extremely important to conduct appropriate damage diagnosis and appropriate repair work based on the results of the investigation. Although it is necessary to ascertain the quantitative damage level for each element that makes up the sewer network and to rank the degree of damage, there is still disclosed a technology that can efficiently and quantitatively evaluate the degree of damage. Absent.
即ち、一般には、目視やTVカメラを用いての外観調査をおこない、必要となればコアを抜いての物性調査などにより詳細調査するという方法が行われているが、この外観調査は多くの人手を要するなど非効率な方法であって、年度内の補修工事の計画を立案するに際し、総延長が極めて長い下水管網の全てを外観調査することはできず、施工年度の順や過去の事故事例などを総合的に評価して、損傷の進行が予想される下水管を選定して外観調査をおこなっているのが実態であり、又、目視等による外観調査では定量的な評価はできない。 That is, in general, a visual inspection or a TV camera is used to conduct an external appearance survey, and if necessary, a detailed survey is performed by conducting a physical property survey with the core removed. It is an inefficient method, and it is not possible to inspect the appearance of all sewage pipe networks with a very long total length when planning repair work within the fiscal year. The actual situation is that the appearance survey is performed by comprehensively evaluating the above and selecting the sewer pipe where the progress of damage is expected, and the appearance survey by visual inspection or the like cannot be quantitatively evaluated.
又、特許文献8(鉄筋コンクリート管の検査方法及び検査機器)には、ハンマーや鋼球などの打撃による衝撃弾性波試験をおこなって対象管の伝播波を測定し、この伝播波の共振周波数スペクトルを解析して、その共振周波数スペクトルの高周波成分の面積と低周波成分の面積との面積比率から損傷の程度を定量的に評価する技術が開示されている。然しながら、この従来技術は、かかる衝撃波を発生させる装置や伝播波を測定する装置を、極めて長大な下水管網の中に多数常設することは不可能であり、それらを持ち運び、或いは、移動させながら測定せざるを得ず、定量的な評価はできるとしても、極めて非効率な方法と言わざるを得ず、満足できる技術ではない。 In Patent Document 8 (Reinforced concrete pipe inspection method and inspection equipment), a shock elastic wave test by hitting a hammer or a steel ball is performed to measure a propagation wave of the target pipe, and a resonance frequency spectrum of the propagation wave is obtained. A technique for analyzing and quantitatively evaluating the degree of damage from the area ratio between the area of the high frequency component and the area of the low frequency component of the resonance frequency spectrum is disclosed. However, in this prior art, it is impossible to permanently install a device for generating such a shock wave or a device for measuring a propagation wave in an extremely long sewer network, and while carrying or moving them, Even if it must be measured and a quantitative evaluation can be made, it must be said that it is a very inefficient method, and it is not a satisfactory technique.
又、特許文献9(埋設物管理方法及び装置並びに無線タグ)には、ガス管、上下水道管等の埋設物の状態変化の情報を地上からリアルタイムで高精度に得る方法として、地中の埋設物に取り付けられている無線タグ内に、埋設時の情報(管の種類、埋設時の深度、埋設日時、埋設方向等)と共に、無線タグに備えられたセンサーにて検知したデータ(振動、伸び量、内部圧力等)を記憶しておき、地上の無線装置からのデータ要求を示す電磁波に対して記憶しておいたデータに応じた応答を無線タグでおこない、その応答を無線装置で検出する埋設物管理方法が開示されている。然しながら、この従来技術は、かかる振動センサーなどを備えた無線タグを、極めて長大な下水管網の中に極めて多数常設する必要があり、又、それらの維持管理が必要になることもあり、維持管理のコストが増大するなど非効率な方法と言わざるを得ず、満足できる技術ではない。 Further, Patent Document 9 (embedded object management method and apparatus and wireless tag) embeds underground as a method for obtaining information on changes in the state of buried objects such as gas pipes and water and sewage pipes in real time from the ground with high accuracy. In the wireless tag attached to the object, the data (vibration, elongation, etc.) detected by the sensor provided in the wireless tag, along with the information at the time of embedding (type of pipe, depth at the time of embedding, date of embedding, direction of embedding, etc.) (Amount, internal pressure, etc.) are stored, and a response corresponding to the stored data is performed with the wireless tag for the electromagnetic wave indicating the data request from the ground wireless device, and the response is detected by the wireless device. An embedded object management method is disclosed. However, in this conventional technology, it is necessary to permanently install a large number of wireless tags equipped with such vibration sensors in an extremely long sewer network, and maintenance and management thereof may be necessary. It must be said that it is an inefficient method such as an increase in management costs, and it is not a satisfactory technique.
かかる、下水道施設の維持管理における予防保全システムに係り、埋設された下水管の損傷の程度を診断調査する従来の技術は、対象とする下水管を直接的に調査することに共通の特徴を有し、目視など外観調査や、適合するセンサーを用いることにより、管の破損、クラック、継ぎ目ズレ、管のたるみ、管の蛇行、異物の付着、管の腐食、取付管の突出しなど種々の損傷を診断調査することができるが、上述の如く、そのためには多くの人手を要する、コストが増大するなど非効率にならざるを得ないという問題がある。 The conventional technology for diagnosing the degree of damage to buried sewer pipes has a common feature in directly investigating the target sewer pipes in connection with the preventive maintenance system in the maintenance management of sewer facilities. In addition, by visual inspection such as visual inspection and using a suitable sensor, various damages such as pipe breakage, cracks, seam misalignment, pipe slack, pipe meandering, foreign matter adhesion, pipe corrosion, mounting pipe protrusion, etc. Although it is possible to conduct a diagnostic investigation, as described above, there are problems in that it requires a lot of manpower and inefficiency such as an increase in cost.
一方、これらの損傷の中で、下水管の腐食、特には硫酸塩還元細菌などの微生物によって生じるコンクリート管の腐食は、下水管が接する環境条件(水中又は気中)の影響を強く受けるため、経過年数のみによる損傷の程度の推定は不可能であり、種々の予防対策(例えば、特許文献10(抗菌性下水道管及びその製造方法)、特許文献11(廃水中の硫化水素除去装置))が提案されているが、適切な診断調査が求められる主要な損傷の一つとなっている。 On the other hand, among these damages, corrosion of sewer pipes, especially corrosion of concrete pipes caused by microorganisms such as sulfate-reducing bacteria, is strongly affected by the environmental conditions (in water or in the air) with which the sewer pipes come into contact. It is impossible to estimate the degree of damage based only on the number of years passed, and various preventive measures (for example, Patent Document 10 (antibacterial sewer pipe and manufacturing method thereof), Patent Document 11 (hydrogen sulfide removal device in wastewater)) Although proposed, it has become one of the major injuries that require proper diagnostic investigation.
この腐食のメカニズムは、廃水中に含まれた硫酸イオンが嫌気的な条件下で硫酸塩還元細菌の活動によって硫化水素となった後、この硫化水素が液相部から気相部に移動し、温度差等によって水蒸気等と共に気相部に露出しているコンクリート壁に結露した後、この硫化水素が好気的な条件下で硫黄酸化細菌の作用によって高濃度の硫酸に酸化され、その高濃度の硫酸によってコンクリートが浸食されるものであることが知られている。 The mechanism of this corrosion is that after sulfate ions contained in wastewater become hydrogen sulfide by the activity of sulfate-reducing bacteria under anaerobic conditions, this hydrogen sulfide moves from the liquid phase to the gas phase, After dew condensation on the concrete wall exposed to the gas phase with water vapor etc. due to temperature difference etc., this hydrogen sulfide is oxidized to high concentration sulfuric acid by the action of sulfur oxidizing bacteria under aerobic condition, and the high concentration It is known that concrete is eroded by sulfuric acid.
硫化物濃度やBODなどをパラメータとして下水中における硫化物生成速度を推定する関係式、下水中の分子態割合の関係(pHなどをパラメータとした硫化水素〜硫化物の平衡関係)、水温などをパラメータとした下水中への硫化水素の溶解度関係、気中の硫化水素濃度と供用年数をパラメータとして腐食深度を推定する関係式などが知られている(例えば、非特許文献1(下水道維持管理指針)に示されたEPA(アメリカ合衆国環境保護庁)の式など)。 Relational expressions for estimating the rate of sulfide formation in sewage using sulfide concentration, BOD, etc. as parameters, relationship of molecular state ratio in sewage (equilibrium relationship between hydrogen sulfide and sulfide with pH as parameter), water temperature, etc. The solubility relationship of hydrogen sulfide in sewage as a parameter, the relational expression for estimating the depth of corrosion using the hydrogen sulfide concentration in the air and the service life as a parameter, etc. are known (for example, Non-Patent Document 1 (Guideline for sewerage maintenance management) EPA (United States Environmental Protection Agency) formula, etc.)
下水管路の損傷度診断に基づいて、適切な補修工事の実施を含む下水道施設の効率的な維持管理や、年間予算に基づいて、予め登録された補修方法から、適正な補修方法を選定してする補修計画の作成、更に又、損傷の程度の今後の推移を予測し、LCC(ライフサイクルコスト)が最小となるように補修計画を作成するなどの下水道施設の効率的な運営を支援する下水管網の統合型マネジメントシステムは未だ開発されていない。 Based on the diagnosis of the degree of damage to the sewage pipeline, select an appropriate repair method from the pre-registered repair methods based on the efficient maintenance and management of sewerage facilities, including the implementation of appropriate repair work, and the annual budget. Supporting the efficient operation of sewerage facilities, such as the creation of repair plans to be performed, and the prediction of future changes in the extent of damage, and the creation of repair plans to minimize LCC (life cycle cost) An integrated management system for the sewer network has not yet been developed.
本発明は、下水道施設の維持管理における予防保全を効果的におこなうため、管路の損傷の程度を効率的、且つ定量的に予測することであり、その予測結果に基づき適切な補修計画を作成するなどで、下水道施設の効率的な運営を支援するものである。 The present invention effectively and quantitatively predicts the degree of damage to pipelines in order to effectively carry out preventive maintenance in sewerage facility maintenance, and creates an appropriate repair plan based on the prediction results. This will support the efficient operation of sewerage facilities.
下水管網の特定地点をモニタリングポイントとして選択して下水管の損傷に影響を与える環境データを計測し、この環境データと下水管網の地図情報に基づいて下水管網における任意の箇所の環境データを推定し、その求めた環境データと下水管の属性情報及び供用年数に基づきその下水管の損傷を推定するものである。 Select a specific point in the sewer network as a monitoring point, measure environmental data that affects the damage of the sewer pipe, and based on this environmental data and the map information of the sewer network, environmental data at any location in the sewer network Is estimated, and the damage of the sewer pipe is estimated based on the obtained environmental data, sewer pipe attribute information and the service life.
環境データを収集するモニタリングポイントは、下水の合流点、屈曲点、又は段差のある点を有するマンホールとすることが計測装置の設置やメンテナンスの点から見て好ましい。環境データの推定値と当該推定点における実測値とを比較して推定精度を求め、精度が低い場合は、モニタリングポイントを変更して、推定精度を上げるようにする。 The monitoring point for collecting environmental data is preferably a manhole having a sewage confluence, a bending point, or a stepped point from the viewpoint of installation and maintenance of the measuring device. The estimated accuracy is obtained by comparing the estimated value of the environmental data and the actually measured value at the estimated point. If the accuracy is low, the monitoring point is changed to increase the estimated accuracy.
環境データは、下水のDO(溶存酸素濃度)、BOD(生物化学的酸素要求量)、水温、流量、pH、硫化物濃度、及び気中の硫化水素濃度を使用し、これらをパラメータとして管路の損傷度を推定するものである。 Environmental data uses DO (dissolved oxygen concentration), BOD (biochemical oxygen demand), water temperature, flow rate, pH, sulfide concentration, and hydrogen sulfide concentration in the air, and these parameters are used as parameters. This is to estimate the degree of damage.
環境データの収集は、離散的または継続的(連続的)におこない、データの収集は、計測と蓄積と発信の機能を備えた複合センサーを使用する。
管路の属性情報は、下水管の内径、厚さ、外径、最大外径、有効長、種類、及び動水勾配等である。
下水管の環境データを推定する手法は、ニューラルネットワークを用いることができる。補修工事の順位付けを支援する情報などをモニタに表示するには、GIS(地理情報システム)を用いて地図上に下水管網を表示するのが正確におこなうことができる。
推定した損傷の程度の大小に基づく補修工事の順位付けを支援する情報は、詳細調査の順位付けを支援する情報であって、その支援情報に基づき詳細調査する複数の下水管を選択し、選択した下水管について損傷の程度を実測し、実測した損傷の程度の大小に基づいて、実測した複数の下水管の補修工事の順位付けをおこなう。
The environmental data is collected discretely or continuously (continuously), and the data is collected using a complex sensor having measurement, storage and transmission functions.
The attribute information of the pipe line includes an inner diameter, a thickness, an outer diameter, a maximum outer diameter, an effective length, a type, and a hydraulic gradient of the sewer pipe.
As a method for estimating the environmental data of the sewer pipe, a neural network can be used. In order to display information for supporting the ranking of repair works on a monitor, it is possible to accurately display a sewer network on a map using a GIS (Geographic Information System).
The information that supports the ranking of repair work based on the estimated degree of damage is the information that supports the ranking of detailed surveys, and selects and selects multiple sewer pipes for detailed survey based on the support information. The degree of damage is measured for the measured sewer pipes, and based on the magnitude of the actually measured degree of damage, the repair work for the plurality of sewer pipes is ranked.
推定又は実測した損傷の程度とその推定又は実測した箇所の要求性能から、緊急度・危険度を判定し、年間予算に基づいて、予め登録された補修方法から、適正な補修方d法を選定し補修計画を作成する。
損傷の程度の今後の推移を更に予測し、年間予算に基づいて、予め登録された補修方法から、LCC(ライフサイクルコスト)が最小となるように遺伝的アルゴリズムを用いて補修計画を作成する。
Determine the degree of urgency / risk from the estimated or measured damage level and the required performance of the estimated or measured location, and select the appropriate repair method d from the pre-registered repair methods based on the annual budget. Create a repair plan.
The future transition of the degree of damage is further predicted, and based on the annual budget, a repair plan is created using a genetic algorithm so as to minimize LCC (life cycle cost) from a repair method registered in advance.
下水管の損傷として、代表的に、上述した如く、硫酸塩還元細菌などの微生物によるコンクリート管の腐食について説明するが、本発明は、下水管の設置場所の環境条件(水中又は気中)の影響を強く受ける損傷、例えば、大気中の二酸化炭素や雨の中に含まれる酸性物質に起因する中性化の進行によって生じる鉄筋の腐蝕、膨張によるコンクリートのひび割れなどを対象とすることも、適宜の環境データを測定することで可能となる。 As described above, the corrosion of concrete pipes caused by microorganisms such as sulfate-reducing bacteria will be described as typical damage to sewer pipes. However, the present invention is based on the environmental conditions (water or air) of the place where the sewer pipes are installed. It is also appropriate to target damage that is strongly affected, for example, corrosion of rebars caused by the progress of neutralization due to carbon dioxide in the atmosphere or acid substances contained in rain, cracks in concrete due to expansion, etc. It becomes possible by measuring environmental data.
本発明は、二つの大きな特徴を有している。第一の特徴は、下水管損傷の要因である環境データを、特定のマンホールをモニタリングポイントとして収集すると共に、その収集した環境データ等に基づき他の箇所の環境データを推定することにあり、第二の特徴は、その推定した環境データ等に基づきその箇所の損傷の程度を推定することにある。即ち、本発明は、下水管損傷の要因である環境データを推定し、その推定した環境データに基づき損傷の程度を推定する。更にその推定した損傷の程度の大小に基づいて、補修工事の順位付けに利用できるのである。 The present invention has two major features. The first feature is that environmental data, which is a cause of sewer pipe damage, is collected using a specific manhole as a monitoring point, and environmental data at other locations is estimated based on the collected environmental data. The second feature is to estimate the degree of damage at the location based on the estimated environmental data. That is, the present invention estimates environmental data that is a cause of sewer pipe damage, and estimates the degree of damage based on the estimated environmental data. Furthermore, it can be used for ranking repair works based on the estimated degree of damage.
第一の特徴は、長大な下水管網が、複数のマンホールとそれらを繋ぐ複数の下水管からなり、連結されたネットワークシステムを構成していることを利用したものであって、ネットワークシステムとして捉えることにより、他の箇所の環境データを推定することにある。
下流側のマンホールの環境データは、上流側のマンホールの環境データと両者を連結する下水管中での変化量との和として推定でき、複数の下水管が連結される合流点のマンホールの環境データは、合流するそれぞれの環境データに対しそれぞれの流入量によって重み付けをおこなうことによって推定できる。
The first feature utilizes the fact that a long sewage network consists of a plurality of manholes and a plurality of sewage pipes connecting them to form a connected network system, and is regarded as a network system. This is to estimate environmental data at other locations.
The environmental data for the manhole on the downstream side can be estimated as the sum of the environmental data for the upstream manhole and the amount of change in the sewer pipe connecting the two, and the environmental data for the manhole at the junction where multiple sewer pipes are connected Can be estimated by weighting the respective environmental data to be merged with the respective inflow amounts.
下水管中での変化量は、例えば、上述した如く、EPA(アメリカ合衆国環境保護庁)の式などによって推定することができる。なお、このEPAの式は、後述する実施例にて、具体的に示す。 The amount of change in the sewage pipe can be estimated by, for example, an EPA (United States Environmental Protection Agency) equation as described above. The EPA formula is specifically shown in the examples described later.
第二の特徴は、その推定した環境データ等に基づきその箇所の損傷の程度を推定することにあるが、かかる環境データに基づく損傷の程度の推定は、例えば、上述した如く、気中の硫化水素濃度と供用年数をパラメータとして腐食深度を推定する関係式など、従来技術を用いておこなうことができる。 The second feature is to estimate the degree of damage at the location based on the estimated environmental data. The degree of damage based on the environmental data is estimated, for example, as described above. It can be performed using conventional techniques such as a relational expression for estimating the corrosion depth using the hydrogen concentration and the service life as parameters.
下水管網のマンホールとそれを繋ぐ下水管の各々に個別のIDを付与し、その中の特定のマンホールをモニタリングポストとして下水管損傷の要因である環境データを収集し、その収集した環境データと下水管網の地図情報及び属性情報とに基づいて任意の下水管の環境データを推定し、その推定した環境データとその下水管の属性情報及び供用年数とに基づきその下水管の損傷の程度を推定することによって任意の下水管の損傷の程度が推定できる。
その推定した損傷の程度の大小に基づいて、下水管網内各下水管の補修工事の順位付けができる。
A separate ID is assigned to each manhole in the sewer pipe network and the sewer pipes connecting the manholes, and environmental data that cause sewer pipe damage is collected using specific manholes as monitoring posts. Estimate the environmental data of any sewer pipe based on the map information and attribute information of the sewer pipe network, and determine the degree of damage of the sewer pipe based on the estimated environmental data and the attribute information of the sewer pipe and the years of service. By estimating, the degree of damage to any sewer pipe can be estimated.
Based on the estimated degree of damage, it is possible to rank repair works for each sewer pipe in the sewer network.
なお、本発明でいう「地図情報」とは、下水道台帳図に対応する情報であって、下水道施設の配置を平面的に示す図面の情報であり、本発明でいう「属性情報」とは、マンホールの種別や数、下水道の延長距離、汚水ますや雨水ます等の種類等の情報である。 The “map information” in the present invention is information corresponding to a sewer ledger diagram, and is information on a drawing that shows the layout of sewer facilities in a plane. The “attribute information” in the present invention is This is information such as the type and number of manholes, the length of sewer, the type of sewage and rainwater.
硫酸塩還元細菌などの微生物によって生じるコンクリート管の腐食は、上述した如く、廃水中に含まれた硫酸イオンが嫌気的な条件下で硫酸塩還元細菌の活動によって硫化水素となり、この硫化水素が液相部から気相部に移動し、温度差等によって水蒸気等と共に気相部に露出しているコンクリート壁に結露した後、この硫化水素が好気的な条件下で硫黄酸化細菌の作用によって酸化されて高濃度の硫酸となり、この高濃度硫酸によってコンクリートが腐食されるのであり、下水からの硫化水素の発生量などを把握することにより、腐食の程度を推定することができることが知られている。 As mentioned above, corrosion of concrete pipes caused by microorganisms such as sulfate-reducing bacteria causes the sulfate ions contained in wastewater to become hydrogen sulfide due to the activity of sulfate-reducing bacteria under anaerobic conditions. After moving from the phase part to the gas phase part and condensing on the concrete wall exposed to the gas phase part with water vapor etc. due to temperature difference etc., this hydrogen sulfide is oxidized by the action of sulfur oxidizing bacteria under aerobic condition It is known that the concentration of sulfuric acid becomes high, and concrete is corroded by this high concentration sulfuric acid, and it is known that the degree of corrosion can be estimated by grasping the amount of hydrogen sulfide generated from sewage. .
又、上述した如く、硫化物濃度やBODなどをパラメータとして下水中における硫化物生成速度を推定する関係式、下水中の分子態割合の関係(pHなどをパラメータとした硫化水素〜硫化物の平衡関係)、水温などをパラメータとした下水中への硫化水素の溶解度関係、気中の硫化水素濃度と供用年数をパラメータとして腐食深度を推定する関係式などが知られている。 In addition, as described above, a relational expression for estimating the rate of sulfide formation in sewage using sulfide concentration, BOD, etc. as a parameter, a relationship between molecular state proportions in sewage (equilibration of hydrogen sulfide to sulfide using pH as a parameter) Relationship), the solubility relationship of hydrogen sulfide in sewage using the water temperature as a parameter, and the relational expression for estimating the corrosion depth using the hydrogen sulfide concentration in the air and the years of service as parameters.
下水中における硫化物生成速度は、具体的には、例えば、EPAの式を利用することにより、下水のDO(溶存酸素濃度)、BOD(生物化学的酸素要求量)、水温、及び流量から推定することができ、その生成速度と対象下水管中での在留時間から、硫化物の生成量を推定することができる。なお、ここで言う在留時間は、下水が対象下水管を通過するに要する平均の時間であって、下水管の内径、有効長、流量から計算できる。 Specifically, the rate of sulfide formation in sewage is estimated from sewage DO (dissolved oxygen concentration), BOD (biochemical oxygen demand), water temperature, and flow rate, for example, using the EPA equation. The amount of sulfide produced can be estimated from the production rate and the residence time in the target sewer pipe. The residence time referred to here is an average time required for sewage to pass through the target sewage pipe, and can be calculated from the inner diameter, effective length, and flow rate of the sewage pipe.
気中の硫化水素濃度は、具体的には、例えば、pHなどをパラメータとした下水中の分子態割合の関係と、水温などをパラメータとした下水中への硫化水素の溶解度関係とにより推定することができる。 Specifically, the hydrogen sulfide concentration in the air is estimated based on, for example, the relationship between the molecular state ratio of sewage using pH as a parameter and the solubility relationship of hydrogen sulfide in sewage using water temperature as a parameter. be able to.
気中の硫化水素濃度が推定できれば、供用年数との関係において、損傷速度を推定することができ、損傷速度と供用年数から損傷深さを推定することができる。更に、その推定した損傷深度と、下水管の要求性能、例えば、許容最小肉厚、或いは許容腐食深度から緊急性・危険度を判定することができる。 If the hydrogen sulfide concentration in the air can be estimated, the damage rate can be estimated in relation to the service years, and the damage depth can be estimated from the damage rate and the service years. Furthermore, the urgency / risk can be determined from the estimated damage depth and the required performance of the sewer pipe, for example, the allowable minimum wall thickness or the allowable corrosion depth.
本発明は、目視等の主観的な判断に頼ることなく、下水管網の任意の箇所の損傷の程度を推定するに際し、下水管損傷の要因である環境データを収集するモニタリングポイントを大幅に減らすことができ、その少ない測定点で収集した環境データに基づき、任意の箇所の損傷の程度を定量的に推定することができるのである。 The present invention greatly reduces the number of monitoring points for collecting environmental data that is a cause of sewage pipe damage when estimating the degree of damage at any point of the sewage pipe network without relying on subjective judgment such as visual inspection. It is possible to quantitatively estimate the degree of damage at an arbitrary location based on environmental data collected at a small number of measurement points.
環境データを収集するモニタリングポイントは、損傷の激しい箇所の近傍が適しており、例えば、下水の合流点、屈曲点、又は段差のある点を有するマンホールである。これらの箇所では、下水が激しく混合されるために、硫化水素の発生量が多く、コンクリートの腐食も進み易いと考えられるためである。 A monitoring point for collecting environmental data is suitable in the vicinity of a severely damaged part, for example, a manhole having a sewage confluence, a bending point, or a stepped point. This is because sewage is vigorously mixed at these locations, so that the amount of hydrogen sulfide generated is large and the corrosion of the concrete is likely to proceed.
特に、EPAの式などの関係式を用いて環境データを推定する場合には、対象とする下水管網のネットワーク構成から、論理的にそれらの環境データの推定に最小限必要なマンホールを選定する。 In particular, when estimating environmental data using a relational expression such as the EPA formula, the minimum required manhole for logically estimating the environmental data is selected from the network configuration of the target sewer network. .
モニタリングポイントは、少なくするのが望ましいが、一方、一般的に、モニタリングポイントを少なくすると推定精度は低下する。従って、モニタリングポイントの選定に際しては、許容推定誤差を設定し、その条件内においてモニタリングポイントを出来るだけ少なくするが、モニタリングポイントの箇所及び数を決定するためには、長期間の実績データが必要であり、環境データの推定値と実測値とを比較し、推定精度に基づいてモニタリングポイントの箇所及び/又は数を変更する。 Although it is desirable to reduce the number of monitoring points, in general, the estimation accuracy decreases when the number of monitoring points is reduced. Therefore, when selecting monitoring points, an allowable estimation error is set and the number of monitoring points is reduced as much as possible within that condition, but long-term results data are required to determine the location and number of monitoring points. Yes, the estimated value of environmental data is compared with the actual measurement value, and the location and / or number of monitoring points are changed based on the estimation accuracy.
即ち、最初にモニタリングポイントを選定した後、推定値と実測値とを比較し、その推定精度に基づきモニタリングポイントの適否を判断し、モニタリングポイントの見直しをおこなう。
モニタリングポイントの適否の判断は、許容推定誤差内であることを条件として、モニタリングポイントの箇所と数を決定する他、モニタリングポイントの数は固定し、その箇所の最適化によって推定精度を上げることができる。
That is, after selecting a monitoring point for the first time, the estimated value and the actual measurement value are compared, the suitability of the monitoring point is determined based on the estimation accuracy, and the monitoring point is reviewed.
In determining whether or not a monitoring point is suitable, the location and number of monitoring points are determined on the condition that they are within an allowable estimation error. In addition, the number of monitoring points is fixed, and the estimation accuracy can be improved by optimizing the location. it can.
なお、マンホールは、環境データを計測するためのセンサーの設置やその点検・保守などを容易におこなうことができるので便利であるが、モニタリングポイントは、マンホールに限定されるものでなく、下水管路の途中や下水処理場への入口部などをモニタリングポイントとすることができる。 Manholes are convenient because they can be easily installed and inspected and maintained by sensors for measuring environmental data. However, monitoring points are not limited to manholes, and are not limited to sewage pipes. The monitoring point can be in the middle or the entrance to the sewage treatment plant.
推定に使用する環境データは、推定法によって異なるものであるが、EPAの式を用いる場合には、下水のDO(溶存酸素濃度)、BOD(生物化学的酸素要求量)、水温、流量、pH、硫化物濃度、及び気中の硫化水素濃度が要求される。 The environmental data used for estimation varies depending on the estimation method, but when using the EPA formula, DO (dissolved oxygen concentration), BOD (biochemical oxygen demand), water temperature, flow rate, pH of sewage , Sulfide concentration, and hydrogen sulfide concentration in the air are required.
環境データの収集は、継続的におこなうのが好ましい。これらの環境データは、日変化、年変化するものであるが、下水管の損傷の程度の推定に際し、代表値を用いるか平均値を用いるかなど、どのような値を用いるべきか必ずしも明確ではなく、又、それは推定法によっても異なるものである。 It is preferable to collect environmental data continuously. Although these environmental data change daily and yearly, it is not always clear what values should be used, such as whether to use representative values or average values when estimating the degree of damage to sewer pipes. It is also different depending on the estimation method.
計算の負荷の軽減のためには代表値を使用するのが望ましいが、正確な損傷の程度の推定を可能とし、更に、計算の負荷の軽減を図るためには、環境データは、継続的に収集する必要がある。 It is desirable to use representative values to reduce the computational load, but to enable accurate estimation of the degree of damage and to reduce the computational burden, environmental data must be continuously Need to collect.
継続的にデータ収集する場合、データの計測と蓄積と発信の機能を備えた複合センサーをモニタリングポイントに設置し、複合センサーから発信された信号を受信することによって環境データを収集する。 In the case of continuous data collection, a complex sensor equipped with data measurement, storage and transmission functions is installed at the monitoring point, and environmental data is collected by receiving signals transmitted from the complex sensor.
下水管は地中に埋設されているために、人間が管路内に入っての計測することとは、時間が掛かると共に危険を伴う作業であり、現実的には困難である。継続的なデータ収集は、複合センサーを設置し、無線で定時にデータを送信する形態が現実的である。 Since the sewer pipe is buried in the ground, it is time-consuming and dangerous work for human beings to enter the pipe line, and it is difficult in practice. For continuous data collection, it is realistic to install a complex sensor and transmit data wirelessly at a fixed time.
複合センサーは、下水のDO(溶存酸素濃度)、BOD(生物化学的酸素要求量)、水温、流量、pH、硫化物濃度、気中の硫化水素濃度などのような、下水管損傷の要因である環境データを計測するセンサーと、その計測したデータを蓄積するRAM等のメモリと、その蓄積したデータを定期的に及び/又は要求に応じて発信する発信機と、電源や制御器などから構成される。 The combined sensor is a source of sewage damage such as DO (dissolved oxygen concentration), BOD (biochemical oxygen demand), water temperature, flow rate, pH, sulfide concentration, hydrogen sulfide concentration in the air, etc. It consists of a sensor that measures certain environmental data, a memory such as a RAM that stores the measured data, a transmitter that transmits the stored data periodically and / or on demand, and a power supply and controller Is done.
属性情報は、マンホールの種別や数、下水道の延長距離、汚水ますや雨水ます等の種類等に関するものであるが、EAPの式を用いて環境データの推定をおこなう場合は、下水管の内径、厚さ、外径、最大外径、有効長、種類、及び動水勾配を含むものである。内径や動水勾配などは流速に関連し、有効長は、下水の滞留時間に関連し、内径や厚さは許容腐食深度に関連するものである。 The attribute information relates to the type and number of manholes, the length of sewer extension, the type of sewage and rainwater, etc. When estimating environmental data using the EAP formula, the inner diameter of the sewer pipe, Includes thickness, outer diameter, maximum outer diameter, effective length, type, and hydraulic gradient. The inner diameter and hydrodynamic gradient are related to the flow velocity, the effective length is related to the residence time of the sewage, and the inner diameter and thickness are related to the allowable corrosion depth.
この環境データの推定は、硫化物濃度やBODをパラメータとして下水中における硫化物生成速度を推定する関係式や、下水中の分子態割合の関係(pHなどをパラメータとした硫化水素〜硫化物の平衡関係)、水温などをパラメータとした下水中への硫化水素の溶解度関係などを用いておこなうこともできるが、これに限らず、任意の下水管の環境データの推定を、ニューラルネットワークを用いておこなうことができる。 This environmental data is estimated based on the relational expression for estimating the rate of sulfide formation in sewage using sulfide concentration and BOD as parameters, and the relationship of molecular state ratio in sewage (from hydrogen sulfide to sulfide using parameters such as pH). Equilibrium relationship), solubility of hydrogen sulfide in sewage using parameters such as water temperature as parameters, but not limited to this, estimation of environmental data of any sewer pipe can be performed using a neural network. Can be done.
ニューラルネットワークは、周知の如く、脳や神経回路網のモデルに基づいた計算手法であり、入力層と中間層と出力層との階層構造を備え、計算問題の解法を学習するために、内部の重みを外部出力に適用することに特徴づけられる。ニューラルネットワークの中間層を構成する中間素子は、基底関数とも呼ばれ、任意の関数が使用でき、例えば、放射状基底関数(RBF)などが好適に用いられる。放射状基底関数の特徴は、関数の応答が中心点からの距離に応じて単調に減少(又は増加)することにあり、放射状基底関数の中心、距離目盛り及び正確な形状は、モデルのパラメータであり、放射状基底関数の例としては、ガウス関数などがある。 As is well known, a neural network is a calculation method based on a model of a brain or a neural network, and has a hierarchical structure of an input layer, an intermediate layer, and an output layer. Characterized by applying weights to external outputs. The intermediate element constituting the intermediate layer of the neural network is also called a basis function, and an arbitrary function can be used. For example, a radial basis function (RBF) is preferably used. A feature of radial basis functions is that the response of the function decreases monotonically (or increases) with distance from the center point, and the center, distance scale, and exact shape of the radial basis functions are parameters of the model. Examples of radial basis functions include Gaussian functions.
ニューラルネットワークの学習に用いる学習データは、要因指標のデータとその要因に基づき推定しようとする教師データとのデータセットであり、環境データに基づき下水管の損傷の程度を推定しようとする本発明においては、環境データが要因データであり、損傷の程度が教師データとなる。 The learning data used for learning of the neural network is a data set of factor index data and teacher data to be estimated based on the factor index, and in the present invention in which the degree of damage to the sewer pipe is to be estimated based on environmental data. The environmental data is the factor data, and the degree of damage is the teacher data.
ニューラルネットワークを用いるに際しては、通常、上述した特許文献5にも示されている如く、先ず、学習用実績情報(学習データ)を収集し、その実績情報を学習することによりニューラルネットワークの重み係数を決定して推定モデルを構築し、その構築した推定モデルを用いて推定するといったステップを踏む。又、ニューラルネットワークは、通常、追加学習機能を有し、追加学習させることにより、推定モデルを更新する。 When using a neural network, as shown in Patent Document 5 described above, first, learning result information (learning data) is first collected, and the weight information of the neural network is determined by learning the result information. The decision is made, an estimation model is constructed, and the estimation model is estimated using the constructed estimation model. The neural network usually has an additional learning function, and updates the estimation model by performing additional learning.
ニューラルネットワークを用いて環境データを推定することにより、発生機構が明確で無い場合でも、或いは、発生機構が明確であるがその関係式が確立されていない場合でも、モニタリングポイントで収集した環境データから、任意の下水管の環境データを推定することができる。 By estimating the environmental data using a neural network, even if the generation mechanism is not clear, or even if the generation mechanism is clear but the relational expression has not been established, it can be estimated from the environmental data collected at the monitoring point. Can estimate environmental data for any sewage pipe.
なお、ニューラルネットワークを用いるに際しては、推定モデルを構築するために必要な学習用実績情報を収集するために、少なくともある程度の期間、推定しようとする箇所を含む、下水中の硫化物量や気中の硫化水素濃度等の環境データの測定が必要になることは言うまでもない。 When using a neural network, in order to collect the learning performance information necessary for constructing the estimation model, the amount of sulfide in the sewage and the air in the air, including the location to be estimated, for at least a certain period of time Needless to say, environmental data such as hydrogen sulfide concentration must be measured.
補修工事の順位付けの表示は、GIS(地理情報システム)を用いてモニタに表示された地図上に下水管網を表示する。
GIS(地理情報システム)は、文字や数字、画像などを地図と結び付けて、コンピュータ上でさまざまな情報を検索、結合、分析することができ、その結果を地図に表現する機能を有するソフトウェアであって、下水管網の全マンホールとそれを繋ぐ全下水管の各々に個別のIDを付与し、地図上へのその個別IDを含む下水管網の表示、その下水管網への緊急度・危険度の判定結果の色表示が可能である。
In order to display the ranking of repair works, a sewer pipe network is displayed on a map displayed on a monitor using a GIS (Geographic Information System).
GIS (Geographic Information System) is software that has the function to link various characters, numbers, images, etc. to a map, search, combine and analyze various information on a computer and express the results on a map. All the manholes in the sewer pipe network and all the sewer pipes connecting them are assigned individual IDs, the sewage pipe network including the individual IDs on the map, the urgency / risk to the sewer pipe network The color of the determination result can be displayed.
GIS(地理情報システム)を用いることにより又、モニタリングポイントで測定した環境データの収集に際し、そのデータ入力作業時の誤入力を防止することができると共に、入力作業を効率化することができる。
測定した環境データは、当然ながら、そのモニタリングポイントでの値として、正確に入力する必要があるが、下水管は、複雑なネットワークを構成して敷設されているだけでなく、地中構造物であるために、マンホールの同定が非常に難しい。これに対し、GIS(地理情報システム)を用い、地図上で下水管網のマンホールのそれぞれの位置を同定できるようにすることにより、測定した環境データの入力作業時の誤入力を防止できると共に、その入力作業を効率化することができる。
By using the GIS (Geographic Information System), it is possible to prevent erroneous input during the data input operation when collecting environmental data measured at the monitoring point, and to improve the input operation efficiency.
Obviously, the measured environmental data must be accurately input as the value at the monitoring point, but the sewer pipes are not only constructed in a complex network but also in underground structures. For this reason, it is very difficult to identify manholes. On the other hand, by using the GIS (geographic information system), by making it possible to identify each position of the manhole of the sewage pipe network on the map, it is possible to prevent erroneous input during the input operation of the measured environmental data, The input work can be made efficient.
測定した環境データに基づいて他の箇所の環境データを推定し、その推定した環境データに基づきその箇所の損傷の程度を推定し、その推定した損傷の程度の大小に基づいて、補修工事の順位付けを支援する情報を作成する形態の他、その支援情報を、詳細調査の順位付けを支援する情報として、更に、その支援情報に基づき詳細調査する複数の下水管を選択し、その選択した下水管について損傷の程度を実測し、その実測した損傷の程度の大小に基づいて、実測した複数の下水管の補修工事の順位付けを示すことが可能である。 Estimate the environmental data of other locations based on the measured environmental data, estimate the extent of damage at that location based on the estimated environmental data, and rank the repair work based on the magnitude of the estimated extent of damage In addition to the form of creating information for supporting the date, the support information is used as information for supporting the ranking of detailed surveys. Further, a plurality of sewer pipes for detailed surveys are selected based on the support information, and the selected It is possible to measure the degree of damage on the water pipes, and to indicate the ranking of the repair work of a plurality of actually measured sewer pipes based on the magnitude of the actually measured degree of damage.
推定した損傷の程度の精度が、下水管の補修工事の順位を付けるのに十分でない場合、更に、目視やTVカメラを用いての外観調査、コアを抜いての物性調査、ハンマーや鋼球などの打撃による衝撃弾性波試験、或いは、X線法、電磁波法、赤外線法、超音波法などの詳細調査をおこなって順位付けをおこなう。 If the estimated degree of damage is not sufficient to rank the sewage pipe repair work, further visual inspection using a TV camera, physical property inspection without a core, hammer, steel ball, etc. A ranking is made by conducting a detailed investigation such as an impact elastic wave test by hitting or an X-ray method, an electromagnetic wave method, an infrared method, an ultrasonic method, or the like.
損害の程度と、その推定又は実測した箇所の下水管に対する要求性能から、緊急度・危険度を判定し、年間予算に基づいて、予め登録された補修方法から適正な補修方法を選定し、補修計画を作成する。補修工事の順位付けを支援する情報の他、その適正な補修方法を含め、更に補修計画を作成する。 Determine the degree of urgency / risk from the degree of damage and the required performance of the sewer pipes estimated or measured, and select an appropriate repair method from pre-registered repair methods based on the annual budget. Create a plan. In addition to information that supports the ranking of repair works, a repair plan is also prepared, including the appropriate repair methods.
補修計画は、通常、緊急度・危険度と、年間の補修予算に基づいて決められるが、一般に、同じ損傷でも種々の補修方法が可能であるなど、コストと効果の評価を含め、その中から適正な補修方法を選定するのは極めて難しい問題であって、種々の補修方法を予め登録し、緊急度・危険度と年間の補修予算に基づき、設定された所定の手順に従って、その登録された補修方法から適正な補修方法を選定する。 The repair plan is usually determined based on the degree of urgency / risk and the annual repair budget, but in general, various repair methods are possible even with the same damage, including evaluation of cost and effectiveness. It is extremely difficult to select an appropriate repair method, and various repair methods are registered in advance and registered in accordance with predetermined procedures set based on urgency / risk and annual repair budget. Select an appropriate repair method from the repair methods.
設定された所定の手順は、緊急度・危険度をランク付けして、そのランクの高い順に、下水管網に設定された期待寿命を達成する補修方法を選択し、更にその中からコストが最小となる補修方法をその下水管に適正な補修方法を選定し、合計コストが年間の補修予算内であることを条件にして、補修箇所の選定とその適正な補修方法の選定をおこなう。 In the predetermined procedure set, the urgency / risk level is ranked, and the repair method that achieves the expected life set for the sewer network is selected in descending order of the rank, and the cost is the lowest among them. Select the appropriate repair method for the sewer pipe, and select the repair location and the appropriate repair method on the condition that the total cost is within the annual repair budget.
補修計画は又、周知のLCCA(ライフサイクルコスト解析)やRM(リスク管理)の手法を使用することも可能である。環境データ等に基づき、損害の程度の今後の推移を更に予測し、年間予算に基づいて、予め登録された補修方法から、LCC(ライフサイクルコスト)が最小となるように遺伝的アルゴリズムを用いて補修計画を作成する。 The repair plan can also use well-known LCCA (life cycle cost analysis) and RM (risk management) techniques. Based on environmental data, etc., further predict the future transition of the extent of damage, and use a genetic algorithm to minimize LCC (life cycle cost) from pre-registered repair methods based on the annual budget Create a repair plan.
図1は、下水管網の一部を示す概要図を損傷予測装置の画面に表示したものである。この中から、下水の合流点、屈曲点、段差のある点を優先してマンホール12箇所をモニタリングポストとして選定し、下水のDO(溶存酸素濃度)、BOD(生物化学的酸素要求量)、水温、水深、pH、硫化物濃度、及び気中の硫化水素濃度を、一日5回測定した。 FIG. 1 shows a schematic diagram showing a part of a sewer network on a screen of a damage prediction apparatus. Of these, 12 manholes were selected as monitoring posts, giving priority to sewage confluence, inflection point, and stepped point, DO (dissolved oxygen concentration), BOD (biochemical oxygen demand), water temperature Water depth, pH, sulfide concentration, and atmospheric hydrogen sulfide concentration were measured five times a day.
下水管網の地図情報及び属性情報は、下水管網敷設時の下水道台帳図及びそれに関連する調書図面から予めデータベース化しておいたものを使用し、属性情報には下水管の内径、厚さ、外径、最大外径、有効長、種類、動水勾配を含んでいる。 Map information and attribute information of the sewage pipe network use the database that has been prepared in advance from the sewer ledger diagram at the time of laying the sewage pipe network and related records, and the attribute information includes the inner diameter, thickness, Includes outer diameter, maximum outer diameter, effective length, type, hydraulic gradient.
図1に示した下水管網のマンホールをモニタリングポイントとして選択し、図2に示すように、入力画面において、選択したポイントにおいて計測した環境データを入力する。 The manhole of the sewer network shown in FIG. 1 is selected as a monitoring point, and as shown in FIG. 2, environmental data measured at the selected point is input on the input screen.
下水管の諸元や、これまでの環境入力データのデータベースから環境データが読み込まれ、損傷の程度の推定計算が実行される。なお、図3は、下水管の諸元など、損傷の程度に推定に必要なデータ構成である。 Environmental data is read from the specifications of the sewer pipes and the database of environmental input data so far, and the estimated calculation of the degree of damage is executed. In addition, FIG. 3 is a data structure required for estimation to the extent of damage, such as the specification of a sewer pipe.
下水管路の腐食に影響する硫化物の生成速度の推定は、式(1)及び式(2)のEPAの式を使用した。式(1)自然流下管の場合であり、式(2)が、圧送管の場合である。 The EPA formulas (1) and (2) were used to estimate the rate of sulfide formation that affects the corrosion of sewer pipes. Expression (1) is a case of a natural flow pipe, and Expression (2) is a case of a pressure feed pipe.
SNは自然流下管での硫化物濃度(mg/L)、hは時間(h)、BODは生物化学的酸素要求量(mg/L)、Tは下水の温度(℃)、Rは径深(m)であり、流水面の断面積をその濡辺長で除したものである。SPは圧送管での硫化物濃度(mg/L)であり、dは管径(m)である。 S N is the sulfide concentration in the natural flow down pipe (mg / L), h is the time (h), BOD is the biochemical oxygen demand (mg / L), T is the temperature of sewage (° C.), R is the diameter Depth (m), which is the cross-sectional area of the water surface divided by the wet side length. S P is the sulfide concentration in the pumping tube (mg / L), d is the tube diameter (m).
このEPAの式を用いるに際し、硫化物を生成する細菌はDOが1.0mg/L以上の環境で活性化することから、DOが1.0mg/L以上の場合は、DOが最小の時刻でのBODの値を用い、DOが1.0mg/L未満の場合は、DOの平均値を示す時刻でのBODの値を一日の代表値として用いた。 When using this EPA formula, bacteria that produce sulfide are activated in an environment where DO is 1.0 mg / L or more. Therefore, when DO is 1.0 mg / L or more, DO is the minimum time. When the DO value was less than 1.0 mg / L, the BOD value at the time indicating the average DO value was used as the representative value for the day.
損傷を予測する箇所の硫化物濃度SEは、そこにネットワークとして関連するモニタリングポイントの計測値から推定した硫化物生成速度と、モニタリングポイントの硫化物濃度SSから、式(3)により推定した。なお、管渠内における平均硫化物濃度Sとしては、このSEとSSとの単純平均を用いた。 The sulfide concentration S E at the location where damage is predicted is estimated by the formula (3) from the sulfide generation rate estimated from the measurement value of the monitoring point related to the network and the sulfide concentration S S of the monitoring point. . In addition, as the average sulfide concentration S in the pipe rod, a simple average of S E and S S was used.
H=L/3600v、v=1/n×R2/3×I1/2であり、Hは管渠在留時間(h)、Lは管渠延長(m)、vは管渠内平均流速(m/s)、n:粗度係数(ヒューム管は0.013)、Iは動水勾配である。 H = L / 3600v, v = 1 / n × R 2/3 × I 1/2 , H is tube retention time (h), L is tube extension (m), v is the average flow velocity in the tube (M / s), n: Coefficient of roughness (Fume tube is 0.013), and I is a hydraulic gradient.
下水中で生成した硫化物の全てが大気中に拡散されるのではなく、硫化水素が大気中に拡散され、下水中の溶存硫化物のイオン態硫化物と分子態硫化物(即ち、硫化水素)との可逆平衡関係と、硫化水素の下水中への溶解性とによって、大気中に拡散される硫化水素量が決まる。これらの関係は概ね、下水のpHと温度をパラメータとしており、詳細な説明は省略するが、推定した硫化物濃度とこれらの関係において、気中の硫化水素ガス濃度を推定する。 Not all sulfides generated in sewage are diffused into the atmosphere, but hydrogen sulfide is diffused into the atmosphere, and ionic sulfides and molecular sulfides of dissolved sulfides in sewage (ie hydrogen sulfide) ) And the solubility of hydrogen sulfide in sewage determine the amount of hydrogen sulfide diffused into the atmosphere. These relations generally use the pH and temperature of sewage as parameters, and detailed explanations are omitted. However, the hydrogen sulfide gas concentration in the air is estimated based on the estimated sulfide concentration and these relations.
この気中の硫化水素濃度に基づく損傷の程度の推定は、下水道管の腐食深度によっておこなう。腐食深度は、式(4)を用いておこなった。式中、Dは腐食深度(mm)、Cは気中の硫化水素濃度(ppm)、tは供用年数(年)である。 The degree of damage based on the concentration of hydrogen sulfide in the air is estimated based on the corrosion depth of the sewer pipe. The depth of corrosion was determined using equation (4). In the formula, D is the depth of corrosion (mm), C is the concentration of hydrogen sulfide in the atmosphere (ppm), and t is the years of service (years).
推定した腐食深度に基づく緊急度・危険度の判定ラインは、属性情報である管厚みの1/3以上の腐食深度とし、これを超えると危険と判定し、この危険度判定で危険と判定された下水管を補修対象の候補とした。 The urgency / risk level judgment line based on the estimated depth of corrosion is a depth of corrosion that is 1/3 or more of the pipe thickness, which is attribute information. If this depth is exceeded, it is judged as dangerous, and this risk level is judged as dangerous. Sewage pipes were selected as candidates for repair.
以上のようにして、下水管網全体について、損傷の程度の推定と、その損傷の程度に対する緊急度・危険度の判定をおこない、判定に基づいて下水管網の補修工事の順位付けをおこなう。図4は、下水管網の補修工事の順位付けの情報の表示の一例である。 As described above, the degree of damage is estimated for the entire sewer pipe network, and the urgency / risk level for the degree of damage is determined, and the sewage pipe repair work is ranked based on the determination. FIG. 4 is an example of a display of information on ranking of repair works for the sewer pipe network.
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