スマートメーター × Confluent Cloud リアルタイムデモ（東京23区版）を、IBM Bob を使って構築しました

Last updated at 2026-07-29Posted at 2026-07-28

スマートメーター × Confluent Cloud リアルタイムデモ（東京23区版）

Confluent Cloud（Kafka）を使って、スマートメーターの擬似データをリアルタイムに配信・集計・可視化するデモです。
東京都 23 区・345 台のスマートメーターにて発生したという想定の疑似データが 10 秒ごとに流れ、ブラウザ上の地図でリアルタイムに10秒ごとに変化します。
10秒ごとの更新というのは、未来のスマートメーターとして検討されているレベル感としてデモに組み込んだものです。（以下URLご参照）
https://www.enecho.meti.go.jp/category/electricity_and_gas/electric/summary/regulations/teiatsu_smartmeter_rev5.1_20260327.pdf

参考情報

以下、IBM Community のブログにも同様の内容をPOSTしています。
https://community.ibm.com/community/user/blogs/shumpei-kubo/2026/07/29/confluent-cloud-23ibm-bob

1. デモ概要

何が動くか

項目	内容
データソース	擬似スマートメーター（Python で生成）
対象エリア	東京都 23 区
メーター数	345 台（各区 15 台）
送信間隔	10 秒ごと
可視化	バブル地図（Leaflet.js）でリアルタイム更新

ダッシュボードの動作イメージ

各区のバブルが電力使用量に比例して大きくなる
異常（警告・アラート）が発生するとバブルの色が変わる
右側のランキングがリアルタイムに並び替わる

Confluent Cloud 内のTopicのデータのイメージ

2. システムアーキテクチャ

データフロー

PC（データ生成・送信）
        │
        │  JSON / SASL_SSL / lz4圧縮
        ▼
Confluent Cloud（Kafka）
  Topic: smart_meter_tokyo23
  パーティション: 23（区数と同じ）
        │
        │  Consumer poll()
        ▼
PC（集計サーバー）
  1秒ウィンドウで区ごとに集計
        │
        │  WebSocket ws://127.0.0.1:8765
        ▼
ブラウザ（地図ダッシュボード）
  Leaflet.js でバブル地図をリアルタイム更新

技術スタック

レイヤー	技術
データ生成	Python 3.12（標準ライブラリのみ）
Kafka クライアント	confluent-kafka 2.3+
メッセージブローカー	Confluent Cloud（AWS us-east-2）
サーバー	Python asyncio + WebSocket（websockets 12+）
フロントエンド	Vanilla JS + Leaflet.js v1.9.4
地図タイル	CartoDB Dark Matter（無料・API キー不要）

Confluent Cloud 環境

項目	値
Type	STANDARD（AWS us-east-2）
Topic	`smart_meter_tokyo23`
パーティション数	23
保持期間	7 日間

3. ファイル構成

smart-meter-demo/
├── smart_meter_generator_tokyo23.py   # 擬似データ生成ライブラリ（23区・345台）
├── 2_produce_to_confluent_tokyo23.py  # Kafka Producer
├── 4_dashboard_server_tokyo23.py      # WebSocket サーバー（集計・配信）
├── 4_dashboard_map_tokyo23.html       # ブラウザ ダッシュボード
└── requirements.txt                   # confluent-kafka, websockets

4. データ仕様

生データスキーマ（Kafka に流れるメッセージ）

フィールド	型	例	説明
`meter_id`	string	`CHI-0001`	区コード3文字 + 連番4桁
`district`	string	`Chiyoda`	区キー（英語）
`timestamp`	string	`2026-07-27T08:00:00.000Z`	計測時刻（UTC / ISO 8601 ms 精度）
`kwh`	float	`4.823`	電力使用量（kWh）
`voltage`	float	`100.3`	電圧（V）。標準 100V
`current`	float	`48.23`	電流（A）
`meter_status`	string	`normal`	`normal` / `warning` / `alert`

メッセージ例:

{
  "meter_id":     "CHI-0001",
  "district":     "Chiyoda",
  "timestamp":    "2026-07-27T08:00:00.000Z",
  "kwh":          4.823,
  "voltage":      100.3,
  "current":      48.23,
  "meter_status": "normal"
}

電力使用量の計算式

kwh = base_kwh
      × hour_multiplier   # 時間帯乗数（深夜 0.27 〜 夕方ピーク 1.25）
      × individual_factor # 個体差（±30%、一様分布）
      × noise             # ランダムノイズ（±5%）
      × spike             # スパイク（2% 確率で 2〜4 倍）

異常判定ロジック

ALERT   : kwh > base × 3.5  または  voltage < 95V  または  voltage > 107V
WARNING : kwh > base × 2.5  または  voltage < 97V  または  voltage > 105V
NORMAL  : 上記以外

区ごとの基準使用量（base_kwh）

区	base_kwh	区	base_kwh	区	base_kwh
千代田区	5.2	台東区	4.0	豊島区	4.0
中央区	4.8	墨田区	3.6	北区	3.5
港区	5.0	江東区	3.9	荒川区	3.3
新宿区	4.9	品川区	4.2	板橋区	3.6
文京区	3.8	目黒区	3.7	練馬区	3.2
渋谷区	4.7	大田区	4.1	足立区	3.4
中野区	3.4	世田谷区	3.5	葛飾区	3.3
杉並区	3.3	江戸川区	3.2	—	—

千代田・港・新宿など都心部ほど base_kwh が高く設定されています（オフィス・商業施設の多さを反映）。

時間帯乗数

時間帯	乗数	特徴
0〜5 時	0.27〜0.35	深夜・最低水準
6〜8 時	0.50〜0.90	朝の立ち上がり
9〜16 時	0.95〜1.05	日中・ほぼ基準値
17〜20 時	1.10〜1.25	夕方ピーク
21〜23 時	0.55〜1.10	夜・徐々に低下

5. データリネージュ

データは以下の順に変換されながら流れます。

[生成レコード]          [Kafka Message]         [Confluent Topic]
┌─────────────┐        ┌─────────────┐         ┌─────────────┐
│ meter_id    │──KEY──▶│ KEY:meter_id│────────▶│ KEY:meter_id│
│ district    │        │ district    │         │ district    │
│ timestamp   │        │ timestamp   │         │ timestamp   │
│ kwh         │        │ kwh         │         │ kwh         │
│ voltage     │        │ voltage     │         │ voltage     │
│ current     │        │ current     │         │ current     │
│ meter_status│        │ meter_status│         │ meter_status│
└─────────────┘        └─────────────┘         └─────────────┘
 345件/10秒              SASL_SSL/lz4            23 partitions

       ↓ Consumer poll() + 1秒ウィンドウ集計

[集計オブジェクト]                              [WebSocket JSON]
┌────────────────────┐                         ┌────────────────────┐
│ district      ←引継│                         │ district           │
│ total_kwh ←Σ kwh  │                         │ total_kwh          │
│ avg_kwh   ←÷count │────ws://127.0.0.1:8765─▶│ avg_kwh            │
│ meter_count ←COUNT│                         │ meter_count        │
│ warning_count←COUNT│                        │ warning_count      │
│ alert_count ←COUNT│                         │ alert_count        │
│ max_kwh   ←MAX    │                         │ max_kwh            │
│ color/label ←付与 │                         │ color / label      │
│ ✗ meter_id  (削除)│                         └────────────────────┘
│ ✗ timestamp (削除)│                          23区分を一括送信
│ ✗ voltage   (削除)│                          ～3KB/回
│ ✗ current   (削除)│
└────────────────────┘

フィールドの変化まとめ

フィールド	生成	Kafka	集計後	表示
`meter_id`	生成	Key として使用	削除	—
`district`	生成	通過	集計キー	区名表示
`timestamp`	生成	通過	削除	—
`kwh`	生成	通過	`total/avg/max_kwh` に集約	バブル半径・KPI
`voltage`	生成	通過	削除	—
`current`	生成	通過	削除	—
`meter_status`	生成	通過	`warning/alert_count` に集約	バブル色
`total_kwh`	—	—	新規生成（Σ kwh）	バブル半径・ランキング
`warning_count`	—	—	新規生成（COUNT）	バブル色・KPI
`color` / `label`	—	—	定数テーブルから付与	区の色・名前

end-to-end レイテンシ

データ生成（0ms）
  → Kafka 送信（～50ms、linger.ms=50）
    → Consumer 受信（即時）
      → 集計ウィンドウ（最大 1000ms）
        → WebSocket broadcast（即時）
          → ブラウザ描画（即時）

合計: 概ね 1〜2 秒

6. セットアップ手順

前提条件

Python 3.12 以上
Confluent Cloud アカウント（無料トライアルあり）
インターネット接続（地図タイル取得に必要）

インストール

# リポジトリのクローン
git clone <this-repo>
cd smart-meter-demo

# 仮想環境の作成
python3 -m venv .venv
source .venv/bin/activate

# 依存パッケージのインストール
pip install confluent-kafka websockets

Confluent Cloud の準備

# 1. Confluent Cloud でクラスター作成後、API Key を発行
confluent login
confluent kafka cluster list

# 2. トピック作成
confluent kafka topic create smart_meter_tokyo23 \
  --cluster <CLUSTER_ID> \
  --partitions 23 \
  --config retention.ms=604800000

接続情報の設定

2_produce_to_confluent_tokyo23.py と 4_dashboard_server_tokyo23.py の KAFKA_CONFIG を自分の環境に書き換えます：

KAFKA_CONFIG = {
    "bootstrap.servers": "<Bootstrap Server>",
    "security.protocol": "SASL_SSL",
    "sasl.mechanisms":   "PLAIN",
    "sasl.username":     "<API Key>",
    "sasl.password":     "<API Secret>",
}

7. 起動方法

ターミナル A — データ送信（Producer）

cd smart-meter-demo
.venv/bin/python 2_produce_to_confluent_tokyo23.py
# → 10秒ごとに 345件 を Confluent Kafka へ送信

ターミナル B — WebSocket サーバー

cd smart-meter-demo
.venv/bin/python 4_dashboard_server_tokyo23.py --local-aggregate
# → ws://127.0.0.1:8765 で起動

ブラウザ — ダッシュボードを開く

open smart-meter-demo/4_dashboard_map_tokyo23.html

オフラインモード（Confluent 不要）:
.venv/bin/python 4_dashboard_server_tokyo23.py --offline

8. ダッシュボードの見方

┌──────────────────────────────────────────────────────┐
│ タイトル                         最終更新  接続状態  │
├──────┬──────────┬────────┬─────────┬────────────────┤
│総電力│メーター数│ 警告  │ アラート │  最高使用区    │  ← KPI
├──────┴──────────┴────────┴─────────┴──────────┬──────┤
│                                                │ランキ│
│         東京23区 地図（バブル表示）             │  ング│
│                                                │      │
└────────────────────────────────────────────────┴──────┘

バブルの見方

要素	意味
バブルの大きさ	`total_kwh` に比例（大きいほど消費電力が多い）
バブルの色（区固有色）	全メーター正常
バブルの色（黄色）	1 台以上で WARNING 発生中
バブルの色（赤色）	1 台以上で ALERT 発生中

接続状態インジケーター

表示	意味
黄点滅「接続中...」	WebSocket 接続を試みています
緑点灯「接続済み」	正常。10 秒ごとにデータが届いています
赤点灯「切断」	サーバーとの接続が切れました。3 秒後に自動再接続

参考リンク

Confluent Cloud — Kafka マネージドサービス
Leaflet.js — OSS 地図ライブラリ
OpenStreetMap Nominatim — 座標データ取得に使用

You get articles that match your needs
You can efficiently read back useful information
You can use dark theme

What you can do with signing up