ガイド波を用いた上水道管の漏水検知・位置推定技術の開発

利用导波进行水管泄漏检测和位置估计技术的开发

基本信息

批准号：
22K14318
负责人：
丸山泰蔵
金额：
$ 3万
依托单位：
Ehime University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

令和4年度は①上水道管中を低減衰で伝搬するガイド波のモードの選定，②水道管接合部での散乱減衰の評価，③漏水位置の推定方法の開発の3項目について数値シミュレーションを用いて理論的なアプローチを行った．上記①については，半解析的有限要素（SAFE）法によって地中に埋設された満水状態の円管中を伝搬するガイド波の分散解析手法を開発した．水道管周囲の外部領域は無限に広がる等方性弾性体でモデル化し，地中への音波の漏洩を含めた分散解析を実行した．最終的に非線形固有値問題に帰着されたため，複素平面上の経路積分を利用した非線形固有値問題の解法であるSakurai-Sugiura法によって解いた．得られた数値解析結果から水中にエネルギーが集中するガイド波のモードは地中へのエネルギー漏洩が少なく遠くまでの伝搬が期待されることが明らかになった．上記②については，局所的な散乱問題を有限要素法（FEM）で解析するSAFE-FEハイブリッド法による解析手法を開発した．水道管接合部は固体部が不連続，流体部は連続としてモデル化した．SAFE-FEハイブリッド法では水道管周囲の土領域はまだ考慮できていない状態ではあるが，散乱解析によって接合部でのガイド波の挙動を調べた．その結果，水中にエネルギーが集中するモードでは接合部の影響が小さいことがわかった．上記③については，様々なガイド波のモードが混在して計測されるため，それらの影響の自動的な反映が期待できる時間反転法による位置推定方法の開発を行った．現状としは，数値シミュレーションによる理想的なソースに対しては精度良く位置推定できるが，実測波形では比較的精度が悪い．ソース位置推定の指示関数の構成，観測波形の処理方法に課題があると考えられるため，引き続き検討を重ねる必要がある．

2020年度，我们将在三个项目上使用数值模拟：（1）选择在水管中传播的低衰减导波模式，（2）评估水管接头处的散射衰减，以及（3）开发方法为了估计漏水位置，我们采用了理论方法。针对上述①，我们利用半解析有限元（SAFE）法开发了一种在埋入地下且充满水的圆形管道中传播的导波的色散分析方法。将水管周围的外部区域建模为无限膨胀的各向同性弹性体，并进行包括声波泄漏到地面的色散分析。由于它最终归结为非线性特征值问题，因此我们使用了樱井杉浦法，这是一种利用复平面上的路径积分求解非线性特征值问题的方法。获得的数值分析结果表明，能量集中在水下的导波模式预计可以长距离传播，而很少有能量泄漏到地面。针对上述②，我们开发了一种使用SAFE-FE混合方法的分析方法，该方法使用有限元法（FEM）来分析局部散射问题。水管接头被建模为不连续的固体部分和连续的流体部分。尽管SAFE-FE混合方法尚未考虑水管周围的土壤区域，但通过散射分析研究了接头处导波的行为。结果发现，在能量集中在水中的模式中，接头的影响较小。关于上述③，由于混合并测量了各种导波模式，我们开发了一种使用时间反转方法的位置估计方法，可以自动反映这些模式的影响。目前，利用数值模拟可以很好地估计理想源的位置，但对于实际测量的波形，精度相对较低。认为源位置估计指令函数的结构和观测波形的处理方法存在问题，需要进一步研究。

项目成果

期刊论文数量（14）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

水道管を伝搬するガイド波に対する相反定理を利用した分散関係の計測

利用互易定理测量水管中传播导波的色散关系

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
浦道将;丸山泰蔵;中畑和之
通讯作者：
中畑和之

半解析的有限要素法を用いた地中に埋設された上水道管中のガイド波の分散解析

地下水管道导波频散半解析有限元分析

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
計算数理工学論文集
影响因子：
0
作者：
丸山泰蔵;中畑和之
通讯作者：
中畑和之

数値モデルを援用した上水道管の漏水位置のガイド波検査の検討

水管泄漏位置导波检测数值模型研究

DOI：
发表时间：
2023
期刊：
影响因子：
0
作者：
和田啓志;丸山泰蔵;中畑和之
通讯作者：
中畑和之

上水道管接合部での超音波の反射・透過に対するハイブリッドSAFE-FE解析

水管接头处超声波反射和传输的混合 SAFE-FE 分析

DOI：
发表时间：
2023
期刊：
影响因子：
0
作者：
松尾太聖;丸山泰蔵;中畑和之
通讯作者：
中畑和之

水道管を伝搬するガイド波の計測と波動分散に関する検討

水管中传播的导波测量及波色散研究

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
浦道将;丸山泰蔵;中畑和之
通讯作者：
中畑和之

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作者：
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丸山泰蔵其他文献

Modelling the Fate of CSO-derived PPCPs and E. coli in Tokyo Coastal Area after Rainfall Events and Comparison with Field Measurements

对降雨事件后东京沿海地区 CSO 衍生的 PPCP 和大肠杆菌的命运进行建模并与现场测量进行比较

DOI：
发表时间：
2020
期刊：
影响因子：
0
作者：
廣瀬悠人;三木陽大;丸山泰蔵;中畑和之;高橋裕人，松井良太，岡崎太一郎;Chomphunut POOPIPATTANA and Hiroaki FURUMAI
通讯作者：
Chomphunut POOPIPATTANA and Hiroaki FURUMAI