日立は、超高感度MEMS振動センサー(以下、漏水検知センサー)および漏水検知アルゴリズムにより水道管の漏水を遠隔で監視する漏水検知サービス*1において、従来、人手で決めていた漏水検知センサーの最適な設置位置を自動で決める技術を開発しました。本技術では、過去の取り組みで取得した1万点以上の漏水振動データを用いて構築した漏水振動伝搬モデルを適用することで、漏水検知センサーが漏水を検知できる距離を水道管の分岐の有無や口径の違いなどを踏まえて推定し、状況に応じて最適な設置可能箇所の組み合わせを自動で探索します。日立は本技術により、お客さまのご要望や条件に応じた水道管遠隔監視の実現に貢献します。
なお、本成果は、2022年10月30日～11月2日に開催されたIEEE SENSORS 2022において発表されました。

画像: 図1　超高感度MEMS振動センサーを用いた漏水検知サービス(開発技術の適用イメージ) — 図1　超高感度MEMS振動センサーを用いた漏水検知サービス(開発技術の適用イメージ)

日立の漏水検知サービスは、地中に埋設された水道管の制水弁に漏水検知センサーを設置し、漏水特有の振動を検知することで、地中漏水の疑いがある水道管を遠隔で把握するものです。従来、センサーの設置位置は水道管の管路図を見ながら人手で決めていましたが、膨大な組み合わせのある水道管路網を眺めて最適な設置位置を検討する作業は難易度が高く、検討に長い時間を費やしていました。この課題を解決するために、今回、日立がこれまで街中で収集してきた漏水振動データを用いて漏水振動伝搬モデルを構築し、個々の漏水検知センサーが漏水を検知するための最適な設置位置を短時間でより正確に決定する技術を開発しました。さらに本技術を用いて、お客さまが検知したい漏水の大きさに合わせた設置位置や、老朽化が進む管路周辺を重点的に監視可能な設置位置など多様な個別のご要望にお応えできるようになりました。

開発した技術の詳細

今回開発した漏水検知センサーの最適設置位置を自動決定する技術は、以下により構成されています。

1. 漏水振動伝搬モデルによる漏水検知距離推定技術

従来、人手で漏水検知センサーの設置位置を決定する際、水道管の分岐や口径など場所によりさまざまな組み合わせがあり、各センサーの漏水検知距離に及ぼす影響を考慮しきれないため、場所により必要なセンサー台数に過不足が生じる可能性がありました。本技術では過去の実績で収集した1万点以上の漏水振動データを活用し、水道管路網のさまざまな組み合わせによる漏水検知距離への影響を推定することができる漏水振動伝搬モデルを構築しました。本モデルの適用により、漏水検知センサーが検知できる漏水の発生点からセンサー設置位置までの距離を推定可能になりました。

2. 組み合わせ最適化によるセンサー自動探索技術

整数計画問題の処理を応用し、漏水振動伝搬モデルにより推定した漏水検知センサーの設置可能箇所(制水弁)ごとの漏水検知距離のデータを用いて、お客さまのご要望や条件に応じて最適な設置可能箇所の組み合わせを自動で探索する技術を開発しました。例えば、各管路を何台のセンサーでするかという条件を設定したうえで、全体のセンサー台数を最小化するという目的関数を設定し、センサー設置可能箇所の組合せを自動で探索します(図2)。