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

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．

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．