特許 6830232 下水道管路ネットワークの自動設計方法および下水道管路ネットワークの自動設計システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6830232

(24)【登録日】2021年1月28日

(45)【発行日】2021年2月17日

(54)【発明の名称】下水道管路ネットワークの自動設計方法および下水道管路ネットワークの自動設計システム

(51)【国際特許分類】

   E03F 3/00 20060101AFI20210208BHJP

   G09B 29/00 20060101ALI20210208BHJP

   G09B 29/10 20060101ALI20210208BHJP

   G06F 30/18 20200101ALI20210208BHJP

【ＦＩ】

   E03F3/00

   G09B29/00 Z

   G09B29/10 A

   G06F17/50 650C

【請求項の数】3

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2016-158926(P2016-158926)

(22)【出願日】2016年8月12日

(65)【公開番号】特開2018-25075(P2018-25075A)

(43)【公開日】2018年2月15日

【審査請求日】2019年7月17日

(73)【特許権者】

【識別番号】305027401

【氏名又は名称】東京都公立大学法人

(74)【代理人】

【識別番号】100137752

【弁理士】

【氏名又は名称】亀井 岳行

(72)【発明者】

【氏名】天口 英雄

(72)【発明者】

【氏名】河村 明

【審査官】 富士 春奈

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００３−１５０６５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−３２５３１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０５−００１４４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−３２４０９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０４−３５２２８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−０３６５４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０７１３６７５６（ＵＳ，Ｂ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｅ０３Ｆ１／００−１１／００

Ｇ０１Ｗ１／００−１／１８

Ｇ０６Ｆ１７／５０−１９／００

Ｇ０６Ｑ１０／００−９９／００

Ｇ０８Ｂ２３／００−３１／００

Ｇ０９Ｂ２３／００−２９／１４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

地図上における河道を特定する河道データと、地図上における道路を特定する道路データと、土地の利用状況を特定する土地データと、を少なくとも含む地図データに基づいて、道路に沿って下水道管を配置して下水道管の管路ネットワークを設定する配管工程と、
前記河道と前記道路との位置関係に基づいて、前記各下水道管の勾配を設定する勾配設定工程と、
前記道路に隣接する土地の利用状況に基づいて、前記各下水道管の管径を設定する管径設定工程と、
を順にコンピュータに実行させることを特徴とする下水道管路ネットワークの自動設計方法。

【請求項2】

前記配管工程で設定された前記下水道管の管路ネットワークにおいて、各下水道管の連絡部に基づいて、下水道管で排水される領域毎に土地を分割し、前記道路に隣接する土地の利用状況と分割された土地ごとに設定された仮想雨水量とに基づいて、前記管径を設定する前記管径設定工程、
をコンピュータに実行させることを特徴とする請求項１に記載の下水道管路ネットワークの自動設計方法。

【請求項3】

地図上における河道を特定する河道データと、地図上における道路を特定する道路データと、土地の利用状況を特定する土地データと、を少なくとも含む地図データに基づいて、道路に沿って下水道管を配置する配管手段と、
前記河道と前記道路との位置関係に基づいて、前記下水道管の勾配を設定する勾配設定手段と、
前記道路に隣接する土地の利用状況に基づいて、前記下水道管の管径を設定する管径設定手段と、
を備え、
各手段がコンピュータで処理されることを特徴とする下水道管路ネットワークの自動設計システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、道路データを含む地図データに基づいて下水道管のネットワークをコンピュータを使用して自動的に設計する下水道管路ネットワークの自動設計方法および下水道管路ネットワークの自動設計システムに関し、特に、降水時の浸水の解析に好適に使用可能な下水道管路ネットワークの自動設計方法および下水道管路ネットワークの自動設計システムに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、地図データに基づいて洪水流出解析を行う技術として、特許文献１〜３に記載の技術が公知である。しかしながら、特許文献１〜３に記載の技術では、地域をグリッド状（網目状、格子状）に区切って解析しており、解析の精度が低い問題がある。都市域の洪水流出解析モデルにおいて、解析の精度を高めるために、雨水が流れる下水道（雨水）の管路ネットワークを利用して解析を行う研究が本発明者らにおいて進められている。ここで、流出解析モデルに用いる下水道（雨水）の管路データとしては、実際に敷設されている管路の電子データが存在する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１１−７５３８６号公報

【特許文献2】特開２０１６−２９５３３号公報

【特許文献3】特開２０１５−１２９６８９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

（従来技術の問題点）
都市域の洪水流出解析モデルにおいて、実際に敷設されて得る管路データを用いる場合には、自治体等の下水道管理者により管理されている電子データを使用するか、下水道台帳から手作業で電子化する必要がある。したがって、自治体等が管理する電子データを使用するための許可を得る手続きに時間がかかったり、許可が得られなかったりする問題や、手作業で電子化する場合には手間や作業時間の負担が大きい問題がある。
また、下水道が敷設されていない地域では、電子データ自体が存在せず、下水道を新たに敷設する際に、どのように敷設すれば適切かを導き出すこともされていなかった。特に、将来的な気候変動（ゲリラ豪雨等）と下水道管の配管の適切さとの検証も行われていない。すなわち、地域の地形や土地の利用状況（住宅地、公園、学校、グラウンド、田畑等）に対して、どのように下水道管を配置し、下水道管の傾斜や管径をどのように設定すれば、洪水が発生しにくくなるかの検討も行われていない。

【0005】

本願は、下水道管路ネットワークの設計において、地域に応じた下水道管の管径や傾斜が自動的に設定可能にすることを技術的課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

前記技術的課題を解決するために、請求項１に記載の発明の下水道管路ネットワークの自動設計方法において、
地図上における河道を特定する河道データと、地図上における道路を特定する道路データと、土地の利用状況を特定する土地データと、を少なくとも含む地図データに基づいて、道路に沿って下水道管を配置して下水道管の管路ネットワークを設定する配管工程と、
前記河道と前記道路との位置関係に基づいて、前記各下水道管の勾配を設定する勾配設定工程と、
前記道路に隣接する土地の利用状況に基づいて、前記各下水道管の管径を設定する管径設定工程と、
を順にコンピュータに実行させることを特徴とする。

【0007】

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の下水道管路ネットワークの自動設計方法において、
前記配管工程で設定された前記下水道管の管路ネットワークにおいて、各下水道管の連絡部に基づいて、下水道管で排水される領域毎に土地を分割し、前記道路に隣接する土地の利用状況と分割された土地ごとに設定された仮想雨水量とに基づいて、前記管径を設定する前記管径設定工程、
をコンピュータに実行させることを特徴とする。

【0008】

前記技術的課題を解決するために、請求項３に記載の発明の下水道管路ネットワークの自動設計システムは、
地図上における河道を特定する河道データと、地図上における道路を特定する道路データと、土地の利用状況を特定する土地データと、を少なくとも含む地図データに基づいて、道路に沿って下水道管を配置する配管手段と、
前記河道と前記道路との位置関係に基づいて、前記下水道管の勾配を設定する勾配設定手段と、
前記道路に隣接する土地の利用状況に基づいて、前記下水道管の管径を設定する管径設定手段と、
を備え、
各手段がコンピュータで処理されることを特徴とする。

【発明の効果】

【0009】

請求項１，３に記載の発明によれば、地図データに基づいて道路に沿って下水道管を配置し、各下水道管の勾配を設定して、管径を設定しており、下水道管路ネットワークの設計において、地域に応じた下水道管の管径や傾斜が自動的に設定可能にすることができる。
請求項２に記載の発明によれば、仮想雨水量に基づいて管径が設定されており、洪水に対して考慮がされた管径が設定された管路ネットワークを自動的に生成することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】図１は本発明の実施例１の流出解析システムの説明図である。

【図2】図２は実施例１のコンピュータ本体１２の機能ブロック図である。

【図3】図３は実施例１の地図データの一例の説明図である。

【図4】図４は実施例１の管路ネットワークを構築する一例の説明図であり、図４Ａは道路が抽出された状態の説明図、図４Ｂは抽出された連絡部にマンホールが設定された状態の説明図、図４Ｃは図４Ｂの結果からマンホール間の距離が長い位置にマンホールが追加された場合の説明図、図４Ｄは図４Ｃの結果から放流管を管路ネットワークに追加した場合の説明図である。

【図5】図５は実施例１の勾配設定の一例の説明図であり、図５Ａは図４Ｄの結果において流動方向が設定された場合の説明図、図５Ｂは図５Ａの結果から勾配設定順が設定された場合の説明図である。

【図6】図６は実施例１の管底高の設定の説明図である。

【図7】図７は実施例１の管径の設定順の説明図である。

【図8】図８は実施例１の排水面積を演算する際の一例の説明図である。

【図9】図９は実施例１の下水道管路ネットワークの設計処理のフローチャートの説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

次に図面を参照しながら、本発明の実施の形態の具体例（以下、実施例と記載する）を説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
なお、以下の図面を使用した説明において、理解の容易のために説明に必要な部材以外の図示は適宜省略されている。

【実施例1】

【0012】

図１は本発明の実施例１の流出解析システムの説明図である。
図１において、本発明の下水道管路ネットワークの設計システムを含む実施例１の流出解析システムＳは、作業者が利用可能な情報処理装置の一例としてのパーソナルコンピュータ１１を有する。パーソナルコンピュータ１１は、コンピュータ本体１２と、表示器の一例としてのディスプレイ１３と、入力装置の一例としてのキーボード１４およびマウス１５と、を有する。
実施例１のパーソナルコンピュータ１１は、公衆回線の一例としてのインターネットワーク２１に接続されている。パーソナルコンピュータ１１は、インターネットワーク２１を介して、情報処理装置の一例としての複数のサーバー２２との間で情報の送受信が可能になっている。
なお、実施例１では、コンピュータ本体１２は、インターネットワーク２１に対してケーブルを介して有線接続されているが、これに限定されず、無線通信の一例としての無線ＬＡＮやBluetooth（登録商標）、携帯電話回線等、任意の通信技術を利用して、無線接続することも可能である。

【0013】

（実施例１のコンピュータの制御部の説明）
図２は実施例１のコンピュータ本体１２の機能ブロック図である。
図２において、実施例１のコンピュータ本体１２は、外部との信号の入出力および入出力信号レベルの調節等を行うＩ／Ｏ（入出力インターフェース）、必要な起動処理を行うためのプログラムおよびデータ等が記憶されたＲＯＭ（リードオンリーメモリ）、必要なデータ及びプログラムを一時的に記憶するためのＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）、ＲＯＭ等に記憶された起動プログラムに応じた処理を行うＣＰＵ（中央演算処理装置）ならびにクロック発振器等を有するコンピュータ装置により構成されており、前記ＲＯＭ及びＲＡＭ等に記憶されたプログラムを実行することにより種々の機能を実現することができる。
前記コンピュータ本体１２には、基本動作を制御する基本ソフト、いわゆる、図示しないオペレーティングシステムＯＳ、アプリケーションプログラムの一例としての下水道管路ネットワークの設計プログラムＡＰ１、アプリケーションプログラムの一例としての流出解析プログラムＡＰ２、その他の図示しないソフトウェアが記憶されている。

【0014】

（実施例１のコンピュータ本体１２に接続された要素）
コンピュータ本体１２には、キーボード１４やマウス１５等の信号出力要素からの出力信号が入力されている。
また、実施例１のコンピュータ本体１２は、ディスプレイ１３等の被制御要素へ制御信号を出力している。

【0015】

（コンピュータ本体１２の機能）
実施例１の下水道管路ネットワークの設計プログラムＡＰ１は、下記の機能手段（プログラムモジュール）Ｍ１〜Ｍ６を有する。

【0016】

図３は実施例１の地図データの一例の説明図である。
地図データの記憶手段Ｍ１は、台風や集中豪雨等での水の流出を解析する対象の地域１の地図データを記憶する。実施例１では、地図データの一例として、GISデータを記憶する。GISデータは、例えば、「東京都縮尺２５００分の１地形図標準データファイル」のような、地形図データに加えて、建物や等高線などの地図情報や地図記号といった土地利用情報も含む地図データといった、従来公知の地図データを使用可能である。また、実施例１の地図データには、地図２１上における陸部と水部との境界である水涯線２２を特定する水涯線データ（河道データ）と、地図２１上における橋２３ａを含む道路２３を特定する道路データと、地図上における土地の利用状況（建物、グラウンド、公園、田畑、山林等）を特定する土地利用データと、が含まれている。また、実施例１の地図データには、標高のデータも含まれている。

【0017】

放流管の入力判別手段Ｍ２は、キーボード１４やマウス１５から、放流管２６の位置の入力がされたか否かを判別する。実施例１では、放流管２６として指定する入力として、ディスプレイ１３に表示された地図データにおいて、河道（水涯線２２で挟まれた領域）と道路２３とを結ぶ線が入力された場合に、入力された位置を、放流管２６の位置として記憶する。

【0018】

図４は実施例１の管路ネットワークを構築する一例の説明図であり、図４Ａは道路が抽出された状態の説明図、図４Ｂは抽出された連絡部にマンホールが設定された状態の説明図、図４Ｃは図４Ｂの結果からマンホール間の距離が長い位置にマンホールが追加された場合の説明図、図４Ｄは図４Ｃの結果から放流管を管路ネットワークに追加した場合の説明図である。
配管手段Ｍ３は、道路抽出手段Ｍ３ａを有し、地図データに基づいて、道路に沿って下水道管を配置する。実施例１の配管手段Ｍ３は、道路２３に沿って下水道管が埋設されるとの現状に応じて、道路２３に沿って下水道管２７を配置する。
道路抽出手段Ｍ３ａは、下水道管２７が配置される道路２３を抽出する。実施例１では、橋２３ａの下には下水道管２７が配置されないと想定しており、実施例１の道路抽出手段Ｍ３ａは、橋２３ａを除いた道路２３を抽出する。

【0019】

マンホール設定手段Ｍ４は、連絡部抽出手段Ｍ４ａと、マンホール間距離演算手段Ｍ４ｂと、マンホール追加手段Ｍ４ｃとを有する。マンホール設定手段Ｍ４は、図４に示す配管手段Ｍ３で設定された下水道管２７の管路網（管路ネットワーク）において、図４Ｂに示すように、マンホール２８の位置を設定する。すなわち、下水道管２７どうしの連絡部（連結部、接続部）を構成すると共に、敷設後は作業者が入って下水道管２７の点検や修理等の保守作業が可能なマンホール２８の位置を設定する。なお、実施例１のマンホール設定手段Ｍ４は、マンホール２８を設定する際に、マンホール２８（ノード）どうしを接続する下水道管２７（リンク）について、一方のノードから他方のノードに向かう方向（矢印）のデータを付与する。

【0020】

連絡部抽出手段Ｍ４ａは、下水道管２７の管路ネットワークにおいて、下水道管２７どうしの連絡部を抽出する。実施例１の連絡部抽出手段Ｍ４ａは、３つ以上の下水道管２７が１点で連絡（合流、分岐、交差）する位置を、マンホール２８を設置する連絡部として抽出する。また、実施例１の連絡部抽出手段Ｍ４ａは、下水道管２７の延びる方向が、予め設定された角度以上曲がる位置、すなわち、曲がり角も、連絡部として抽出する。なお、工場で製造される下水道管は直線形状なので、道路形状に沿って配管する場合はマンホール部に接合する２つの管渠の角度を調整することになる。本手順で示した曲がり角を判別するための予め設定された角度は、一例として３０°を使用することが可能であるが、設計や仕様等に応じて変更可能である。
マンホール間距離演算手段Ｍ４ｂは、連絡部抽出手段Ｍ４ａで抽出された連絡部にマンホール２８を設定した後、マンホール２８どうしの距離を演算する。

【0021】

マンホール追加手段Ｍ４ｃは、マンホール間距離演算手段Ｍ４ｂで演算されたマンホール２８間の距離が、予め設定された距離以上離れている場合は、図４Ｃに示すように、マンホール２８′を追加する。実際に下水道管２７が敷設される場合に、マンホール２８間の距離が長過ぎると、保守作業時に作業者が下水道管２７内を移動する距離が長くなったり、換気が不十分になって作業者が呼吸がしづらくなったり、換気不十分で下水道管２７内に有毒ガスが滞留しやすくなったり、損傷箇所を補修する場合は損傷箇所までの距離が長くなって補修用の機材の長さが不足したりする等の恐れがある。よって、マンホール２８どうしの距離が長過ぎる場合は、マンホール２８間の距離が予め設定された距離未満になるように、マンホール２８′が追加される。実施例１のマンホール追加手段Ｍ４ｃは、マンホール２８間の距離が、一例として、５０［ｍ］以上離れている場合、距離が５０［ｍ］未満になるように、マンホール２８どうしの間の位置にマンホール２８′を追加する。なお、実施例１では、追加のマンホール２８′は、５０［ｍ］以上離れたマンホール２８どうしの中間の位置に配置し、追加された中間のマンホール２８′と両側のマンホール２８との距離が、まだ５０［ｍ］以上ある場合は、さらに中間の位置にマンホール２８′を配置して、５０［ｍ］未満になるまでマンホール２８′を追加していく。なお、マンホール２８′の追加の仕方は、これに限定されない。例えば、５０［ｍ］以上離れたマンホール２８どうしにおいて、一方のマンホール２８から４５［ｍ］の位置にマンホール２８′を追加し、追加されたマンホール２８′と、他方のマンホール２８との距離が５０［ｍ］以上ある場合は、追加されたマンホール２８′から４５［ｍ］の位置にマンホール２８′をさらに追加して、他方のマンホールまでの距離が５０［ｍ］未満になるまで繰り返すという方法も可能である。

【0022】

勾配設定手段Ｍ５は、放流管追加手段Ｍ５ａと、流動方向の設定手段Ｍ５ｂと、勾配設定順の設定手段Ｍ５ｃと、標高情報取得手段Ｍ５ｄと、管底高設定手段Ｍ５ｅと、を有する。勾配設定手段Ｍ５は、河道と道路２３との位置関係に基づいて、下水道管２７の勾配を設定する。
放流管追加手段Ｍ５ａは、放流管の入力判別手段Ｍ２で入力された放流管２６の位置を取得して、図４Ｄに示すように下水道管２７の管路ネットワークに追加する。

【0023】

図５は実施例１の勾配設定の一例の説明図であり、図５Ａは図４Ｄの結果において流動方向が設定された場合の説明図、図５Ｂは図５Ａの結果から勾配設定順が設定された場合の説明図である。
流動方向の設定手段Ｍ５ｂは、下水道管２７を下水が流れる方向（流動方向）を設定する。実施例１の流動方向の設定手段Ｍ５ｂは、放流管２６の河道側の端（ノード）を最下流位置２６ａとして、最下流位置に向かう方向を流動方向に設定する。なお、実施例１では、マンホール設定手段Ｍ４が設定した一方のノードから他方のノードに向かう方向データを利用し、流動方向と方向データが一致している場合は方向データをそのまま使用し、一致していない場合は逆向きの方向データに更新する。

【0024】

勾配設定順の設定手段Ｍ５ｃは、下水道管２７の勾配を設定する順番を設定する。実施例１の勾配設定順の設定手段Ｍ５ｃは、最下流の放流管２６から始めて、流動方向の下流側から上流側に向けて、各下水道管２７に順番を設定する。実施例１では、一例として、放流管２６の順番を１番に設定し、放流管２６の上流側のノードに接続されたリンク（下水道管２７）が複数存在する場合は、ノードを中心として真北から反時計回りに２番、３番、…と順番を付与し、２番のリンクの上流側のノードを中心として真北から反時計回りにリンクに順番を付与、３番のリンクの上流側のノードを中心として真北から反時計回りにリンクに順番を付与、…、と繰り返し、全てのリンクに順番を付与する処理を行う。
標高情報取得手段Ｍ５ｄは、地図データから標高の情報を取得する。実施例１の標高情報取得手段Ｍ５ｄは、マンホール２８の地表面の標高や最下流位置２６ａの河床高を取得する。すなわち、各ノードの標高を取得する。

【0025】

図６は実施例１の管底高の設定の説明図である。
管底高設定手段Ｍ５ｅは、各下水道管２７の管底高を設定する。図６において、実施例１の管底高設定手段Ｍ５ｅは、まず、放流管２６の最下流位置２６ａの管底高を、以下の式（１）で設定する。
（管底高）＝（河床高）＋０．５［ｍ］ …式（１）
そして、放流管２６の上流側のノード（マンホール２８）の管底高を、以下の式（２）で演算する。なお、各下水道管２７においても、上流側のノードの管底高を、下流側のノードの管底高（すなわち、下流側の下水道管２７における上流側のノードの管底高）を使用して、式（２）で演算する。
（上流ノードの管底高）＝（下流ノードの管底高）＋（管の長さ）×（勾配設定値：１／２００） …式（２）
なお、勾配設定値は、実施例１では、一例として、１／２００に設定されているが、要求される傾斜や安全度、法令等に応じて任意に変更可能である。
そして、計算された上流側ノードの管底高が、以下の式（３）を満足するか否かを判別する。
１［ｍ］≦（マンホール２８の地表面の標高）−（上流ノードの管底高）≦５［ｍ］ …式（３）
すなわち、実施例１の式（３）では、マンホール２８の深さが１ｍ以上、５ｍ以下であるか否かを判別していることとなる。式（３）を満足する場合、管２６，２７の上流ノードの管底高として、演算された管底高を使用する。式（３）を満足しない場合、５［ｍ］を超えると、マンホール２８が深すぎるので、上流ノードの管底高を、（上流ノードの管底高）＝（標高）−５［ｍ］に設定する。一方、１［ｍ］未満の場合、（マンホールの地表面の標高）−１［ｍ］＞（下流ノードの管底高）であれば、（上流ノードの管底高）＝（標高）−１［ｍ］に設定する。（マンホールの地表面の標高）−１［ｍ］＜（下流ノードの管底高）の場合は、エラー終了して、勾配設定値あるいは放流管２６の位置を再設定するように促す。

【0026】

このようにして、実施例１の勾配設定手段Ｍ５は、各管２６，２７について、下流ノード（最下流位置２６ａ、下流側のマンホール２８）と、上流ノード（上流側のマンホール２８）の管底高を演算することで、結果として各管２６，２７の勾配（上流ノードと下流ノードとの高さの差）を設定している。すなわち、河道と道路との位置関係、すなわち、実施例１では、河道と道路２３を結ぶ放流管２６の位置や、道路２３に沿った下水道管２７やマンホール２８の位置、マンホール２８どうしでどちらが下流かの関係、各位置の標高、といった位置関係に基づいて、実施例１の勾配設定手段Ｍ５は、管２６，２７の勾配を設定する。

【0027】

図７は実施例１の管径の設定順の説明図である。
管径設定手段Ｍ６は、管径設定順の設定手段Ｍ６ａと、排水面積の演算手段Ｍ６ｂと、流出係数の演算手段Ｍ６ｃと、最大管路延長の演算手段Ｍ６ｄと、管径演算手段Ｍ６ｅと、管路直径の調整手段Ｍ６ｆと、を有する。管径設定手段Ｍ６は、道路２３に隣接する土地の利用状況に基づいて、下水道管２７の管径を設定する。
管径設定順の設定手段Ｍ６ａは、各管２６，２７の管径を設定する順番を設定する。実施例１の管径設定順の設定手段Ｍ６ａは、最下流位置２６ａからの距離が遠い下水道管２７から順に管径設定順を設定する。すなわち、勾配設定順とは逆に、管路ネットワークにおいて最上流の下水道管２７から、下流側の下水道管２７に向けて管径設定順を設定する。実施例１では、一例として、最下流位置２６ａから各管２６，２７の上流側ノード（マンホール２８）までの管２６，２７の合計の距離の長い下水道管２７から順に管径の設定順を設定する。

【0028】

図８は実施例１の排水面積を演算する際の一例の説明図である。
なお、図８において、説明をわかりやすくするため、地表面の道路２３や建物等は一部のみ表示している。
排水面積の演算手段Ｍ６ｂは、各マンホール２８が地表面を流れる水を排水する排水面積Ａを演算する。図８において、実施例１の排水面積の演算手段Ｍ６ｂは、各マンホール２８を点（ノード）とする点ボロノイ分割法で排水面積を演算する。ここで、点ボロノイ分割法は、ティーセン法とも呼ばれる公知の領域分割法であり、複数の点（マンホール２８）に対して、点どうしを結ぶ線分の垂直二等分線をその点（マンホール２８）の支配領域（排水領域３１）の境界とする分割法である。したがって、実施例１では、点ボロノイ分割法で、マンホール２８で排水される領域３１ごとに、地図上で土地が分割される。そして、実施例１の排水面積の演算手段Ｍ６ｂは、マンホール２８ごとに、点ボロノイ分割法で排水領域３１を導出して、排水領域３１の面積Ａを演算する。

【0029】

流出係数の演算手段Ｍ６ｃは、各排水領域３１において、降った雨のうちどのくらいの割合が土地に浸透せずに流出するか（マンホール２８に流れこむか）を演算するための流出係数Ｃを演算する。実施例１の流出係数の演算手段Ｍ６ｃは、排水領域３１において、道路や建物、公園やグラウンド、田畑等の土地の利用状況に基づいて、流出係数Ｃを演算する。実施例１の流出係数の演算手段Ｍ６ｃは、一例として、道路２３の流出係数Ｃ１＝０．９０、建物の流出係数Ｃ２＝０．９５、その他の流出係数Ｃ３＝０．３０を使用して、排水領域３１において、道路２３の面積比率Ａ１、建物の面積比率Ａ２、その他の面積比率Ａ３から、加重平均（＝Ｃ１×Ａ１＋Ｃ２×Ａ２＋Ｃ３×Ａ３）を、その排水領域３１の流出係数Ｃとして演算する。

【0030】

最大管路延長の演算手段Ｍ６ｄは、各マンホール２８に対して、そのマンホール２８に到達する雨水の最上流のマンホール２８からの下水道管２７の総延長である最大管路延長Ｌを演算する。図８において、マンホール２８ａについて、最大管路延長Ｌを導出する場合、マンホール２８ｂ，２８ｃ，２８ｄまでの下水道管２７の総延長を演算して、最長の下水道管２７の総延長が、マンホール２８ｃであった場合、マンホール２８ａからマンホール２８ｃまでの総延長を、最大管路延長Ｌとする。すなわち、最大管路延長の演算手段Ｍ６ｄは、そのマンホール２８ａに、下水道管２７の管路ネットワークを通じて最も長い時間をかけて到達する雨水の流下距離を導出している。

【0031】

管径演算手段Ｍ６ｅは、各管２６，２７の管径を演算する。実施例１の管径演算手段Ｍ６ｅは、管径（管路の直径）をＤ［ｍ］とし、管内流量をＱ［ｍ^３／ｓ］とし、管内流速をＶ［ｍ／ｓ］とした場合に、以下の式（４）に基づいて、管径Ｄを導出する。
Ｑ＝（πＤ^２Ｖ）／４ …式（４）
なお、実施例１では、管内流速Ｖとして、簡易的に管内平均流速Ｖ＝１．２［ｍ／ｓ］を使用するが、平均流速を使用せず、管２６，２７の勾配に応じて流速をその都度設定することも可能である。また、円形管の流下能力の算定式（流量＝断面×流速、断面＝π（D/2）²）に基づいて、式（４）を使用している。
そして、実施例１では、式（４）の管内流量Ｑとして、計画降雨時のピーク流量Ｑｐ［ｍ^３／ｓ］を使用する。ここで、計画降雨時のピーク流量Ｑｐは、流出係数をＣとし、降雨強度をＩ［ｍｍ／ｈ］とし、排水面積をＡ［ｈａ］とした場合に、ピーク流量Ｑｐの合理式である以下の式（５）に基づいて導出される。
Ｑｐ＝（１／３６０）・Ｃ・Ｉ・Ａ …式（５）

【0032】

ここで、降雨強度Ｉは、都市ごとに計算式が異なるが、例えば、東京都では、流達時間をｔ［ｍｉｎ］とした場合に、以下の算定式（６）で導出される。
Ｉ＝５０００／（ｔ＋４０） …式（６）
なお、式（６）において、右辺の分子の５０００は、想定される雨量（確率降雨）に応じて変わる数値であり、１０年に１度の豪雨とか、１００年に１度の豪雨といった想定される雨量によって、数値は変動する。
また、地表（排水領域３１）に降った雨がマンホール２８に到達するまでの流集時間をｔ１［ｍｉｎ］とし、上流の下水道管２７からその下水道管２７まで雨水が流れ下る流下時間をｔ２［ｍｉｎ］とし、最大管路延長をＬ［ｍ］とし、管内平均流速をＶ［ｍ／ｓ］とした場合に、東京都では、以下の式（７−１）、（７−２）、（７−３）で流達時間ｔ［ｍｉｎ］が導出される。
ｔ＝ｔ１＋ｔ２ …式（７−１）
ｔ１＝５ …式（７−２）
ｔ２＝Ｌ／（６０・Ｖ） …式（７−３）
なお、管内平均流速Ｖは、上述のように、Ｖ＝１．２［ｍ／ｓ］を使用する。
したがって、管径演算手段Ｍ６ｅは、排水面積の演算手段Ｍ６ｂ、流出係数の演算手段Ｍ６ｃ、最大管路延長の演算手段Ｍ６ｄで演算された各数値Ａ，Ｃ，Ｌを使用して、式（４）〜式（７−３）から、管径Ｄ［ｍ］を導出する。

【0033】

管路直径の調整手段Ｍ６ｆは、管径演算手段Ｍ６ｅで演算された管径に基づいて、予め設定された管径に調整する。実施例１の管路直径の調整手段Ｍ６ｆは、一例として、管径演算手段Ｍ６ｅでＤ＝１．７と演算され、下水道管の径が予め設定された規格として、Ｄ＝１．５［ｍ］、２［ｍ］、３［ｍ］といったものしか現実に存在しない場合に、演算された管径Ｄ（＝１．７［ｍ］）以上の大きさ且つ最小の管径であるＤ＝２［ｍ］に変更（調整）する。
したがって、実施例１の管径設定手段Ｍ６は、各管２６，２７の連絡部（マンホール２８）に基づいて、管２６，２７で排水される領域３１毎に土地を分割し、分割された排水領域３１ごとに設定された仮想雨水量に基づいて、管径を設定している。

【0034】

流出解析プログラムＡＰ２は、下水道管路ネットワークの設計プログラムＡＰ１で作成された下水道管路ネットワークのデータに基づいて、降雨時の水の流れや、河川の氾濫といった水の流出に関する解析を行う。なお、流出解析プログラムＡＰ２は、従来公知であり、例えば、特開２０１１−７５３８６号公報や特開２０１６−２９５３３号公報、特開２０１５−１２９６８９号公報等に記載されているように種々のプログラムを使用することが可能である。

【0035】

（実施例１の流れ図の説明）
次に、実施例１のコンピュータ本体１２における制御の流れを流れ図、いわゆるフローチャートを使用して説明する。

【0036】

（コンピュータ本体１２における下水道管路ネットワークの設計処理のフローチャートの説明）
図９は実施例１の下水道管路ネットワークの設計処理のフローチャートの説明図である。
図９のフローチャートの各ステップＳＴの処理は、コンピュータ本体１２に記憶されたプログラムに従って行われる。また、この処理はコンピュータ本体１２の他の各種処理と並行して実行される。
図９に示すフローチャートは、下水道管路ネットワークの設計プログラムＡＰ１が起動された場合に開始される。

【0037】

図９のＳＴ１において、放流管２６の位置の入力がされた否かを判別する。イエス（Ｙ）の場合はＳＴ２に進み、ノー（Ｎ）の場合はＳＴ１を繰り返す。
ＳＴ２において、入力された放流管２６の位置を記憶する。そして、ＳＴ３に進む。
ＳＴ３において、地図データ（ＧＩＳデータ）から道路２３を抽出するそして、ＳＴ４に進む。
ＳＴ４において、道路２３に沿って下水道管２７を配置する。そして、ＳＴ５に進む。
ＳＴ５において、下水道管の連絡部を抽出する。そして、ＳＴ６に進む。
ＳＴ６において、連絡部にマンホール２８を設定する。そして、ＳＴ７に進む。
ＳＴ７において、マンホール２８間の管路長を演算する。そして、ＳＴ８に進む。
ＳＴ８において、マンホール間の管路長が設定値（５０［ｍ］）以上の下水道管２７に対して、マンホール２８間の中間位置にマンホール２８′を追加する。そして、ＳＴ９に進む。

【0038】

ＳＴ９において、放流管２６の位置を取得する。そして、ＳＴ１０に進む。
ＳＴ１０において、マンホール２８をノード、下水道管２７をリンクとする管路ネットワークに放流管２６のリンクを追加する。そして、ＳＴ１１に進む。
ＳＴ１１において、放流管２６の河川側の端（最下流位置２６ａ）から河川側下流とする流動方向を設定する。そして、ＳＴ１２に進む。
ＳＴ１２において、最下流位置２６ａに近いリンク（管２６，２７）から順に勾配設定順を設定する。そして、ＳＴ１３に進む。
ＳＴ１３において、勾配設定順に基づいて、下流側のリンク（管２６，２７）から管底高、勾配を設定する。そして、ＳＴ１４に進む。

【0039】

ＳＴ１４において、最下流位置２６ａからの距離が遠いリンク（管２６，２７）から順に管径設定順を設定する。そして、ＳＴ１５に進む。
ＳＴ１５において、管径設定順に基づいて、上流側のリンク（管２６，２７）から順に、排水面積Ａ、流出係数Ｃ、最大管路延長Ｌ、降雨強度Ｉ、ピーク流量Ｑｐ、管径Ｄを演算する。そして、ＳＴ１６に進む。
ＳＴ１６において、演算された管径Ｄを規格の管径に調整する。そして、ＳＴ１７に進む。
ＳＴ１７において、管２６，２７の勾配（管底高）、管径Ｄが設定された管路ネットワークデータを出力する。そして、ＳＴ１に戻る。

【0040】

（実施例１の作用）
前記構成を備えた実施例１の流出解析システムＳでは、下水道管路ネットワークの設計プログラムＡＰ１が起動されると、ＧＩＳデータに基づいて、道路２３が抽出され、道路２３に沿って下水道管２７が配置される。そして、下水道管２７の管路ネットワークに対して、交差点や曲がり角にマンホール２８が設定される。次に、管路ネットワークに対して、河道に接続される放流管２６の河道側の端を最下流位置２６ａとして、下流側から順に各管２６，２７の管底高、勾配が設定される。次に、管路ネットワークに対して、上流側から順に各管２６，２７の管径が設定される。
したがって、実施例１の下水道管路ネットワークの設計プログラムＡＰ１では、地図データから、降雨時に雨水が流れる下水道管２７の管路ネットワークが自動的に生成される。すなわち、地図データから地域に応じた下水道管２７の管径Ｄや傾斜（勾配）が自動的に設定された管路ネットワークを構築できる。そして、この生成された管路ネットワークを使用して、洪水解析を行うことができ、集中豪雨やゲリラ豪雨、長雨といった各種の気象条件に対し、洪水や浸水地域の予測、解析、シミュレーションを行うことができる。

【0041】

よって、実施例１の流出解析システムＳでは、下水道管路の管路ネットワークが自動的に生成できるので、自治体等の下水道管理者が管理する電子データを使用するための許可を得る手続きを行う面倒がなくなり、許可が得られなかったりする問題の発生も防止される。また、地図から手動で電子化する場合に比べて、手間や作業時間の負担が大幅に軽減できる。
また、実施例１の流出解析システム（下水道管路ネットワークの設計システム）Ｓで構築された管路ネットワークは、下水道が敷設されていない地域に対しても自動構築することができる。したがって、下水道が敷設されていない地域に対して、勾配や管径において洪水対策が考慮された下水道管の管路ネットワークを提案することもできる。

【0042】

さらに、実施例１で構築された管路ネットワークでは、洪水を考慮して勾配や管径が設定されており、流出解析において、降雨時のシミュレーションも可能である。現在敷設されている下水道管の管路ネットワークでは、古い管路ほど、将来的な気候変動（ゲリラ豪雨等）と下水道管の位置や管径、勾配について検証が十分に行われていない。また、管路が敷設された後、地域の開発に伴い、土地の利用状況が変化している地域も存在する。したがって、現在敷設されている管路では、大雨時に排水が不十分で浸水が発生する恐れがある場合がある。これらに対して、実施例１の管路ネットワークでは、地域の地形や土地の利用状況（住宅地、公園、学校、グラウンド、田畑等）に応じて、管径や傾斜が設定されると共に、シミュレーション結果に応じて、管径や傾斜を変更する（例えば、式（６）や式（７）の数値を変更する等）ことも可能である。よって、現在敷設されている管路ネットワークと対比することで、現在敷設されている管路ネットワークの問題点を把握することにも貢献する。また、実施例１で構築された管路ネットワークと、既に敷設されている管路ネットワークとの差異から、既設の管路ネットワークにおいて敷設すべき配管や必要性の低い配管を特定することも期待できる。したがって、老朽化した管路ネットワークを更新する場合や、現在敷設されている管路ネットワークを洪水が発生しにくくなるように改良する際に利用することも可能であり、下水道管２７の新設、更新、保守等の計画を立てる際にも貢献できる。

【0043】

（変更例）
以上、本発明の実施例を詳述したが、本発明は、前記実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内で、種々の変更を行うことが可能である。本発明の変更例（Ｈ01）〜（Ｈ04）を下記に例示する。
（Ｈ01）前記実施例において、下水道管路ネットワークの設計プログラムＡＰ１や流出解析プログラムＡＰ２は、１つのパーソナルコンピュータ１１に組み込まれた形態を例示したがこれに限定されない。すなわち、１つの情報端末で集中処理する構成に限定されず、各手段Ｍ１〜Ｍ６を、インターネットワークで接続された複数の情報端末に配置して、分散処理を行う構成とすることも可能である。例えば、地図データの記憶手段Ｍ１は、官公庁のサーバにあるものを利用したり、流出解析プログラムＡＰ２は、各研究機関の端末に組み込む等、任意の変更が可能である。

【0044】

（Ｈ02）前記実施例において、例示した具体的な数値や土地の利用状況等は、適用される地図データの地域（都市部や地方部等）や縮尺、要求される解析の精度等に応じて、適宜変更可能である。
（Ｈ03）前記実施例において、放流管２６の位置を手動で設定する構成を例示したがこれに限定されない。一例として、管路ネットワークが生成された状態で、各マンホール２８の中から最も標高の低いマンホール２８から河道に向けて放流管２６を自動的に生成するといった方法も考えられる。
（Ｈ04）前記実施例において、下水道管の管路ネットワークとして、雨水と生活排水とを別々に流す分流式にも、雨水と生活排水を一緒に流す合流式にも適用可能である。

【符号の説明】

【0045】

２７…下水道管、
２８…連絡部、
３１…排水される領域、
Ｄ…管径、
Ｍ３…配管手段、
Ｍ５…勾配設定手段、
Ｍ６…管径設定手段、
Ｓ…下水道管路ネットワークの設計システム。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】