JP2001262996A - Management device for road tunnel - Google Patents
Management device for road tunnelInfo
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- JP2001262996A JP2001262996A JP2000074244A JP2000074244A JP2001262996A JP 2001262996 A JP2001262996 A JP 2001262996A JP 2000074244 A JP2000074244 A JP 2000074244A JP 2000074244 A JP2000074244 A JP 2000074244A JP 2001262996 A JP2001262996 A JP 2001262996A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】この発明は、道路トンネル内
の空気を換気する道路トンネル管理装置に関するもので
ある。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a road tunnel management device for ventilating air in a road tunnel.
【0002】[0002]
【従来の技術】道路トンネル換気制御システムでは、運
転者の健康と走行の安全確保のためトンネルを通行する
車両が排出する一酸化炭素(CO)や煤煙、窒素酸化物
(NOx)等の汚染物質をトンネルから除去し、トンネ
ル環境を基準値以上に保持している。汚染物質を除去す
る手段として、ジェットファンや電気集塵機、長大トン
ネルにおいて送排気のための立坑に設置された送排気機
等が設置されている。2. Description of the Related Art In a road tunnel ventilation control system, pollutants such as carbon monoxide (CO), soot, and nitrogen oxides (NOx) emitted from vehicles passing through a tunnel for ensuring the health of a driver and the safety of driving. Is removed from the tunnel, and the tunnel environment is maintained at or above the reference value. As means for removing contaminants, a jet fan, an electric dust collector, an air blower and air blower installed in a vertical shaft for air blow and exhaust in a long tunnel, and the like are installed.
【0003】従来の道路トンネル換気制御システムにお
ける換気制御は、交通量予測に基づくフィードフォワー
ド制御と、視界がもっとも悪くなる地点における汚染値
の測定に基づくフィードバック制御を合成することによ
って行われている。この場合のフィードバック制御は、
汚染値の変化から、汚染値の変化を検出しさらに換気制
御の効果が現れるまでに大きな遅れが存在するため、測
定した汚染値の情報を十分積極的に換気機の運転に利用
するものではなかった。図10に煤霧透過率(以下、V
I値という)を制御する場合の従来技術の概略を示す。
これまでに、上記のフィードバック制御における遅れを
解消するために、トンネル内の複数の観測点において汚
染値を観測する研究がなされている(例えば電気学会道
路交通研究会資料、 RTA−99−23,PP.43
−48,1999)。図11にVI値を制御する場合の
多地点汚染値測定による換気制御の概略を示す。[0003] Ventilation control in a conventional road tunnel ventilation control system is performed by synthesizing feedforward control based on traffic volume prediction and feedback control based on measurement of a pollution value at a point where visibility is worst. The feedback control in this case is
Since there is a large delay from the change in the pollution value to the detection of the change in the pollution value and the effect of the ventilation control appears, the information on the measured pollution value is not sufficiently actively used for the operation of the ventilator. Was. FIG. 10 shows the fog transmittance (hereinafter, V
An outline of the prior art in the case of controlling the I value) will be shown.
In order to eliminate the delay in the feedback control described above, studies have been made on observing the pollution value at a plurality of observation points in a tunnel (for example, materials of the Institute of Electrical Engineers of Japan, Road Transport Study Group, RTA-99-23, RTA-99-23). PP.43
-48, 1999). FIG. 11 shows an outline of ventilation control based on multipoint contamination value measurement when controlling the VI value.
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】従来の道路トンネル換
気制御システムにおいて、トンネル内の複数の観測点に
おける汚染値の情報が利用できる場合に、トンネル内の
複数の観測点における汚染値の情報から換気機の運転状
態を決定する方法は明らかでないなどの問題点があっ
た。In a conventional road tunnel ventilation control system, when information on contamination values at a plurality of observation points in a tunnel can be used, ventilation is performed based on information on the contamination values at a plurality of observation points in the tunnel. There was a problem that the method of determining the operating state of the machine was not clear.
【0005】この発明は、上記のような問題点を解消す
るためになされたもので、トンネル内の複数の観測点に
おける汚染値の情報から換気機の運転状態を決定するこ
とによって、トンネル内の環境を基準値以上に保持しか
つ効率的な換気機の運転を実現する道路トンネル管理装
置を得ることを目的とする。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-described problems, and determines the operating state of a ventilator from information on contamination values at a plurality of observation points in a tunnel to thereby determine the operating state of the ventilator. It is an object of the present invention to obtain a road tunnel management device that maintains an environment above a reference value and realizes efficient operation of a ventilator.
【0006】[0006]
【課題を解決するための手段】この発明の第1の構成に
よる道路トンネル管理装置は、道路トンネル内の観測点
における汚染値を検出する汚染値検出装置と、上記汚染
値から汚染悪化率を算出する汚染悪化率算出装置とを備
え、上記汚染悪化率に基づき道路トンネル内の環境を制
御するものである。According to a first aspect of the present invention, there is provided a road tunnel management apparatus for detecting a pollution value at an observation point in a road tunnel, and calculating a pollution deterioration rate from the pollution value. And an environment in the road tunnel based on the pollution deterioration rate.
【0007】この発明の第2の構成による道路トンネル
管理装置は、道路トンネル内の観測点における汚染値を
検出する汚染値検出装置と、上記汚染値から汚染悪化地
点における汚染予測値を算出する汚染予測値検出装置と
を備え、上記汚染予測値に基づき道路トンネル内の環境
を制御するものである。According to a second aspect of the present invention, there is provided a road tunnel management device for detecting a pollution value at an observation point in a road tunnel, and a pollution value for calculating a predicted pollution value at a pollution deterioration point from the pollution value. A predicted value detecting device for controlling an environment in the road tunnel based on the predicted pollution value.
【0008】この発明の第3の構成による道路トンネル
管理装置は、汚染悪化率からトンネル内の目標風速又は
目標風量を定める目標風速算出装置と、目標風速又は目
標風量に基づいて道路トンネル内の風速又は風量を制御
する風速制御装置とを備えたものである。[0008] A road tunnel management device according to a third configuration of the present invention comprises a target wind speed calculating device for determining a target wind speed or a target air flow in a tunnel from a pollution deterioration rate, and a wind speed in a road tunnel based on the target wind speed or the target air flow. Or a wind speed control device for controlling the air volume.
【0009】この発明の第4の構成による道路トンネル
管理装置は、汚染予測値からトンネル内の目標風速又は
目標風量を定める目標風速算出装置と、目標風速又は目
標風量に基づいて道路トンネル内の風速又は風量を制御
する風速制御装置とを備えたものである。According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a road tunnel management device comprising: a target wind speed calculating device for determining a target wind speed or a target air flow in a tunnel from a predicted pollution value; and a wind speed in a road tunnel based on the target wind speed or the target air flow. Or a wind speed control device for controlling the air volume.
【0010】この発明の第5の構成による道路トンネル
管理装置は、汚染悪化率を目標汚染悪化率に基づき制御
する汚染悪化率制御装置を備えたものである。A road tunnel management device according to a fifth configuration of the present invention includes a pollution deterioration rate control device that controls a pollution deterioration rate based on a target pollution deterioration rate.
【0011】この発明の第6の構成による道路トンネル
管理装置は、検出した汚染値の誤差を補償する補償装置
を備えたものである。The road tunnel management device according to a sixth aspect of the present invention includes a compensating device for compensating for an error in the detected pollution value.
【0012】この発明の第7の構成による道路トンネル
管理装置は、複数の道路トンネルの換気施設を管理する
道路トンネル管理装置において、複数のトンネルに設置
された交通状態検出装置、風速検出装置、汚染値検出装
置において計測された交通量、車種、風速、汚染情報か
ら近い将来の通過交通量、大型車混入率、汚染値および
複数の連続する道路トンネルの最適風量分担を一括に算
出し、フィードバック制御に関しては個々のトンネル毎
に実施するものである。According to a seventh aspect of the present invention, there is provided a road tunnel management device for managing ventilation facilities of a plurality of road tunnels, wherein the traffic condition detection device, the wind speed detection device, and the pollution installed in the plurality of tunnels are provided. From the traffic volume, vehicle type, wind speed, and pollution information measured by the value detection device, collectively calculate the passing traffic volume in the near future, the mixing ratio of large vehicles, the pollution value, and the optimal air volume sharing for multiple continuous road tunnels, and perform feedback control. Is implemented for each individual tunnel.
【0013】[0013]
【発明の実施の形態】図1は、この発明の実施の形態
1,2,3に係わる道路トンネル管理装置の構成を示す
ブロック図である。これら3つの実施の形態において
は、簡単のために換気装置としてジェットファン(以
下、JFという)を装備する道路トンネル管理装置につ
いて説明を行なう。FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a road tunnel management apparatus according to embodiments 1, 2, and 3 of the present invention. In these three embodiments, a road tunnel management device equipped with a jet fan (hereinafter, referred to as JF) as a ventilation device will be described for simplicity.
【0014】実施の形態1.図1において、Aはトンネ
ル状態検出部、Bは換気機運転状態管理部、1はJF、
2は車両の速度、通過時刻、車種を検出する交通量計、
3は風速計、4はVI計又はITVカメラによりVI値
を測定する汚染計、11は交通量計で検出した速度、通
過時刻、車種から交通状態(例えば、交通量、交通速
度、大型車購入率)を算出する交通状態検出装置、12
は風速検出装置、13は汚染値検出装置、14は汚染予
測値算出装置、15は汚染悪化率算出装置、16は汚染
計計測誤差補償・検出装置、17は交通状態検出装置で
算出した過去の交通量、交通速度、大型車混入率を例え
ば1次近似によって現在の時刻kにおける交通状態x
[k]から時刻k+1の交通状態の予測値=x[k]+
(x[k]−x[k−1])を予測する交通量予測装
置、18は目標風速算出装置、19は風速制御装置、2
0は汚染悪化率制御装置、21は換気機制御装置であ
る。Embodiment 1 In FIG. 1, A is a tunnel state detecting unit, B is a ventilator operating state managing unit, 1 is a JF,
2 is a traffic meter that detects vehicle speed, passing time, and vehicle type,
Reference numeral 3 denotes an anemometer, 4 denotes a pollution meter for measuring a VI value by a VI meter or an ITV camera, 11 denotes a traffic condition (for example, traffic volume, traffic speed, large vehicle purchase, etc.) Traffic condition detection device for calculating rate), 12
Is a wind speed detection device, 13 is a pollution value detection device, 14 is a pollution predicted value calculation device, 15 is a pollution deterioration rate calculation device, 16 is a pollution meter measurement error compensating / detection device, and 17 is a past calculated by a traffic condition detection device. The traffic condition x at the current time k is obtained by, for example, first-order approximation of the traffic volume, the traffic speed, and the heavy vehicle mixing ratio
Predicted value of traffic condition at time k + 1 from [k] = x [k] +
(X [k] -x [k-1]), a traffic volume prediction device, 18 a target wind speed calculation device, 19 a wind speed control device, 2
Numeral 0 denotes a pollution deterioration rate control device, and numeral 21 denotes a ventilator control device.
【0015】図3は、この発明の実施の形態1に係わる
道路トンネル管理装置の動作を示すフローチャートであ
る。ここでは、トンネル内の複数の観測点における汚染
値から汚染悪化率を算出し汚染悪化率から必要な風速と
交通量予測から必要な風速から目標風速を定め、トンネ
ル内風速をフィードバック制御することにより換気機の
運転を制御する場合について説明する。FIG. 3 is a flowchart showing the operation of the road tunnel management device according to the first embodiment of the present invention. Here, the pollution deterioration rate is calculated from the pollution values at multiple observation points in the tunnel, the target wind speed is determined from the required wind speed from the pollution deterioration rate and the required wind speed from the traffic volume prediction, and the tunnel wind speed is feedback-controlled. A case where the operation of the ventilator is controlled will be described.
【0016】図2は、この発明の全ての実施の形態に係
わる1つの道路トンネルにおいて、トンネル内に一定方
向の風速が生じている場合の汚染濃度の分布を示す概略
図である。トンネル入口からの距離x[m]における単
位体積あたりの汚染濃度Qは次式で表される。ただし、
q[m3/m・s]は車群が単位時間に単位長さあたりに
排出する汚染量、U[m/s]はトンネル内風速、A
T[m2]はトンネル断面積であるとする。FIG. 2 is a schematic diagram showing the distribution of the concentration of contamination in a single road tunnel according to all the embodiments of the present invention when the wind speed in a certain direction is generated in the tunnel. The contamination concentration Q per unit volume at a distance x [m] from the tunnel entrance is expressed by the following equation. However,
q [m 3 / m · s] is the amount of pollution emitted by the vehicle group per unit length per unit time, U [m / s] is the wind speed in the tunnel, A
Let T [m 2 ] be the tunnel cross-sectional area.
【0017】[0017]
【数1】 (Equation 1)
【0018】これより、定常状態におけるトンネル内の
汚染悪化率αを次式で定義する。From this, the contamination deterioration rate α in the tunnel in the steady state is defined by the following equation.
【0019】[0019]
【数2】 (Equation 2)
【0020】図3においてステップ1−1で、トンネル
状態検出部Aの交通状態検出装置11、風速検出装置1
2、汚染値検出装置13により交通量、トンネル内風速
・風向、汚染値を計測する。In FIG. 3, in step 1-1, the traffic condition detecting device 11 and the wind speed detecting device 1 of the tunnel condition detecting portion A are used.
2. The pollution value detector 13 measures the traffic volume, the wind speed and direction in the tunnel, and the pollution value.
【0021】次にステップ1−2で、換気機運転状態管
理部Bの汚染悪化率算出装置15においてトンネル内の
複数の観測点における汚染値により汚染悪化率を算出す
る。Next, in step 1-2, the pollution deterioration rate calculation device 15 of the ventilator operating state management unit B calculates the pollution deterioration rate from the contamination values at a plurality of observation points in the tunnel.
【0022】ここでは、n+1個の観測点c0,…,cn
が基準地点c0からl[m]毎に設置されている場合を考
える。各観測点において測定される100[m]あたりの
VI値をVI0,…,VIn[%]、各観測点における単
位体積あたりの汚染濃度をQ 0,…,Qnとする。各観測
点におけるVI値VIiと汚染濃度Qiの関係は次式によ
って表される。ただし、Cは定数である。Here, n + 1 observation points c0, ..., cn
Is the reference point c0Consider the case where it is installed every l [m] from
I can. Per 100 [m] measured at each observation point
VI value to VI0, ..., VIn[%], Only at each observation point
Q is the contamination concentration per unit volume 0, ..., QnAnd Each observation
VI value at point VIiAnd pollution concentration QiIs given by
Is expressed. Here, C is a constant.
【0023】[0023]
【数3】 (Equation 3)
【0024】各観測点の汚染濃度Qiから、汚染悪化率
αoutは例えば次式のように算出する。ただし、Wiは各
観測点の測定値に対する重みであり、どの観測点の情報
を重視するかによって調整する。Q0は、換気機運転状
態管理部Bの汚染計計測誤差補償・検出装置16によっ
て算出されるQ0の時間平均値である。From the contamination concentration Q i at each observation point, the contamination deterioration rate α out is calculated, for example, by the following equation. Here, Wi is a weight for the measurement value of each observation point, and is adjusted depending on which observation point information is emphasized. Q 0 is a time average value of Q 0 calculated by the pollution meter measurement error compensating / detecting device 16 of the ventilator operating state management unit B.
【0025】[0025]
【数4】 (Equation 4)
【0026】上記のように汚染計計測誤差補償・検出装
置16において、複数の観測点の汚染値の中から汚染悪
化率を計算するための基準を選択することによって、汚
染値の真値を用いることなく各汚染計に共通する計測誤
差を補償することができる。また、汚染悪化率を算出す
る場合だけに限らず、 定常状態において汚染値の1つ
の真値が測定できれば、図2の関係を用いることによっ
て、各汚染計の計測誤差を独立に検出し計測値を補正す
ることができるとともに、各汚染計の調整時期(清掃時
期)の基準を得ることができる。よって、汚染計計測誤
差補償・検出装置16は汚染悪化率を算出しない場合
(例えば、実施の形態2)においても計測誤差の検出・
補正に用いることができる。As described above, the contamination meter measurement error compensation / detection device 16 uses the true value of the contamination value by selecting a criterion for calculating the contamination deterioration rate from the contamination values at a plurality of observation points. Measurement errors common to each contaminant meter can be compensated for without any. Not only when calculating the pollution deterioration rate, but also when one true value of the pollution value can be measured in a steady state, the measurement error of each pollution meter can be detected independently by using the relationship of FIG. Can be corrected, and the standard of the adjustment time (cleaning time) of each pollution meter can be obtained. Therefore, even if the contamination meter measurement error compensation / detection device 16 does not calculate the contamination deterioration rate (for example, Embodiment 2), the measurement error detection /
It can be used for correction.
【0027】次にステップ1−3で、換気機運転状態管
理部Bの目標風速算出装置18において汚染悪化率、ト
ンネル内風速および交通量予測値により目標風速を算出
する。ここで、目標汚染悪化率αrefは汚染最悪点の目
標汚染濃度Qrefと入口から汚染最悪点までの距離Lmax
により次式のように算出される。Next, in step 1-3, the target wind speed is calculated by the target wind speed calculating device 18 of the ventilator operating state management section B based on the pollution deterioration rate, the tunnel wind speed and the predicted traffic volume. Here, the target pollution deterioration rate α ref is the target pollution concentration Q ref of the worst point of pollution and the distance L max from the entrance to the worst point of pollution.
Is calculated by the following equation.
【0028】[0028]
【数5】 (Equation 5)
【0029】トンネル内風速をUout[m/s]、汚染
悪化率をαoutとして、汚染悪化率に基づく目標風速U
ref1[m/s]は次式で算出される。Assuming that the wind speed in the tunnel is U out [m / s] and the pollution deterioration rate is α out , the target wind speed U based on the pollution deterioration rate is
ref1 [m / s] is calculated by the following equation.
【0030】[0030]
【数6】 (Equation 6)
【0031】さらに、交通量予測に基づく目標風速U
ref2[m/s]とあわせて、例えば次式に基づいて目標
風速Uref[m/s]を算出する。ただし、C1,C2は
重みを表す係数である。Further, the target wind speed U based on the traffic volume prediction
The target wind speed U ref [m / s] is calculated based on, for example, the following equation together with ref2 [m / s]. Here, C 1 and C 2 are coefficients representing weights.
【0032】[0032]
【数7】 (Equation 7)
【0033】次にステップ1−4では、ステップ1−3
算出した目標風速に基づいて、換気機運転状態管理部B
の風速制御装置19において、トンネル内風速を目標風
速に保つために必要なJFの運転台数を決定する。Next, in step 1-4, step 1-3
Based on the calculated target wind speed, the ventilator operating state management unit B
Determines the number of JFs required to maintain the tunnel wind speed at the target wind speed.
【0034】風速制御装置19は、例えばトンネル内風
速に応じて制御器の動特性を切替えるゲインスケジュー
リング(以下、GSという)制御器で実施する。風速制
御器を接続した制御系の概略を図6に示す。以下、風速
モデルを用いてGS制御器を設計する手法を簡単に示
す。The wind speed controller 19 is implemented by a gain scheduling (hereinafter, referred to as GS) controller that switches the dynamic characteristics of the controller according to, for example, the wind speed in the tunnel. FIG. 6 schematically shows a control system to which the wind speed controller is connected. Hereinafter, a method of designing a GS controller using a wind speed model will be briefly described.
【0035】トンネル内の風速モデルは次の運動方程式
で与えられる。The wind speed model in the tunnel is given by the following equation of motion.
【0036】[0036]
【数8】 (Equation 8)
【0037】ただし、U[m/s]はトンネル内風速、
mT[kg]はトンネル内空気の質量、F[N]はトン
ネル内空気に作用する全ての力を表す。Where U [m / s] is the wind speed in the tunnel,
m T [kg] represents the mass of the air in the tunnel, and F [N] represents all the forces acting on the air in the tunnel.
【0038】[0038]
【数9】 (Equation 9)
【0039】Fr,Fj,Ft,Fn[N]はそれぞれ、通
気抵抗力、JF換気力、交通換気力、自然換気力を表
し、各力の大きさは次式で与えられる。F r , F j , F t , and F n [N] represent the ventilation resistance, JF ventilation, traffic ventilation, and natural ventilation, respectively, and the magnitude of each force is given by the following equation.
【0040】[0040]
【数10】 (Equation 10)
【0041】[0041]
【数11】 [Equation 11]
【0042】[0042]
【数12】 (Equation 12)
【0043】[0043]
【数13】 (Equation 13)
【0044】[0044]
【数14】 [Equation 14]
【0045】ただし、DT[m]はトンネル直径、L
T[m]はトンネル長さ、AT[m2]はトンネル断面積、
ζeは入口損失係数、λは壁面損失係数、ρair[kg/
m3]は空気密度、Nj[台]はJF運転台数、Kjは昇圧係
数、Uj[m/s]はJF噴流速度、Aj[m2]はJF断
面積、S+,S−,L+,L−は車両の種類(S:小型
車、L:大型車、+:上り、:−下り)、Ai[m2]は等
価抵抗面積、Vti[m]は車両速度、Un[m/s]は
自然風速を表す。Where D T [m] is the tunnel diameter and L
T [m] is the tunnel length, A T [m 2 ] is the tunnel cross section,
ζ e is the inlet loss coefficient, λ is the wall loss coefficient, ρ air [kg /
m 3 ] is the air density, N j [unit] is the number of JF units operated, K j is the pressure increase coefficient, U j [m / s] is the JF jet velocity, A j [m 2 ] is the JF cross section, S +, S− , L +, L- are vehicle types (S: small car, L: large car, +: up,:-down), A i [m 2 ] is equivalent resistance area, V ti [m] is vehicle speed, Un [M / s] represents the natural wind speed.
【0046】風速モデルにおいて、風速Uをシステムの
状態、JF運転台数Njを入力、交通換気力Ftおよび自
然換気力Fnを外乱(w(t))とみなすことによって
フィードバック制御器を設計するためのモデルを次式の
ように構築することができる。[0046] In wind model, the wind speed U system state, enter the JF operation number N j, a feedback controller by considering a traffic ventilation force F t and natural ventilation force F n disturbance (w (t)) Design Can be constructed as follows:
【0047】[0047]
【数15】 (Equation 15)
【0048】[0048]
【数16】 (Equation 16)
【0049】フィードバック制御器を設計するためのモ
デルに対して、出力を目標値に対して定常偏差なく追従
させ、外乱w(t)の出力への影響を小さくするような
フィードバック制御器の設計することができる。このよ
うな制御器の設計方式の詳細は、例えば、P.Apkarian,
P.Gahinet and G.Becker : Self-scheduled H∞ Cont
rol of Linear Parameter-varying Systems: a Design
Example,Automatica,Vol.31,No.9,pp.1251-1261
(1995)に記載されている。With respect to a model for designing a feedback controller, the feedback controller is designed such that the output follows the target value without a steady-state deviation, and the influence of the disturbance w (t) on the output is reduced. be able to. Details of the design method of such a controller are described in, for example, P. Apkarian,
P. Gahinet and G. Becker: Self-scheduled H ∞ Cont
rol of Linear Parameter-varying Systems: a Design
Example, Automatica, Vol. 31, No. 9, pp. 1251-1261
(1995).
【0050】例えば、(16)式右辺の非線形項(ΦU
2)の1つの状態を時変パラメータとみなし、サンプリン
グ間隔Tで離散化、出力側に積分器を付加した次式の制
御対象に対してGS制御器の設計を行なうことができ
る。For example, the nonlinear term (ΦU
The GS controller can be designed for a controlled object of the following equation in which one state of 2 ) is regarded as a time-varying parameter, discretized at a sampling interval T, and an integrator is added on the output side.
【0051】[0051]
【数17】 [Equation 17]
【0052】ここで、風速の最小値、最大値をそれぞれ
Umin,Umaxとする。この場合、制御対象のシステム行
列だけから決まる線形行列不等式を解くことによって、
風速Umin,Umaxそれぞれに対応する制御器の係数行列
C(Umin),C(Umax)を求めることができる。ただ
し、Here, the minimum value and the maximum value of the wind speed are defined as U min and U max , respectively. In this case, by solving a linear matrix inequality determined only by the system matrix to be controlled,
The coefficient matrices C (U min ) and C (U max ) of the controller corresponding to the wind speeds U min and U max can be obtained. However,
【0053】[0053]
【数18】 (Equation 18)
【0054】であるとする。観測した風速Uoutに応じ
てこの2つの制御器を次式のように線形補間することに
よってGS制御器を設計することができる。It is assumed that The GS controller can be designed by linearly interpolating the two controllers according to the observed wind speed U out as in the following equation.
【0055】[0055]
【数19】 [Equation 19]
【0056】目標風速をUref[k]、誤差をe[k]
(=Uout[k]−Uref[k])、制御器の状態をxc
[k]とすると、JF運転台数Nj[k]は次式で表さ
れる。The target wind speed is U ref [k] and the error is e [k].
(= U out [k] −U ref [k]), and the state of the controller is x c
Assuming that [k], the number of JF operation units N j [k] is expressed by the following equation.
【0057】[0057]
【数20】 (Equation 20)
【0058】ここでは、風速モデルに基づくGS制御器
の設計について述べたが、PID制御器による設計も可
能である。例えばJF運転台数Nj[k]は次式で表さ
れる。Although the design of the GS controller based on the wind speed model has been described here, the design using the PID controller is also possible. For example, the JF operation number N j [k] is represented by the following equation.
【0059】[0059]
【数21】 (Equation 21)
【0060】ただし、Tはサンプリング間隔、KPは比
例ゲイン、TIは積分時間、TDは微分時間である。Where T is a sampling interval, K P is a proportional gain, T I is an integration time, and T D is a differentiation time.
【0061】次にステップ1−5で、換気機制御装置2
1において、ステップ1−4で算出したJF運転台数に
基づいて換気機を運転する。Next, in step 1-5, the ventilator control device 2
In step 1, the ventilator is operated based on the number of JF units calculated in step 1-4.
【0062】実施の形態2.図4は、実施の形態2に係
わる道路トンネル管理装置の動作を示すフローチャート
である。Embodiment 2 FIG. 4 is a flowchart showing the operation of the road tunnel management device according to the second embodiment.
【0063】ここでは、トンネル内の複数の観測点にお
ける汚染値から汚染最悪点での汚染値を予測し予測した
汚染値から必要な風速と交通量予測から必要な風速から
目標風速を定め、トンネル内風速をフィードバック制御
することにより換気機の運転を制御する場合について説
明する。Here, the pollution value at the worst point of pollution is predicted from the pollution values at a plurality of observation points in the tunnel, the required wind speed is determined from the predicted pollution value, and the target wind speed is determined from the required wind speed from the traffic volume prediction. A case in which the operation of the ventilator is controlled by performing feedback control of the internal wind speed will be described.
【0064】実施の形態2は、実施の形態1のステップ
1−1、1−4と1−5にそれぞれ対応するステップ2
−1、2−4と2−5は実施の形態1と同じである。以
下、ステップ2−2、ステップ2−3について説明を行
なう。The second embodiment corresponds to steps 2-1 corresponding to steps 1-1, 1-4 and 1-5 of the first embodiment, respectively.
-1, 2-4 and 2-5 are the same as in the first embodiment. Hereinafter, steps 2-2 and 2-3 will be described.
【0065】ステップ2−2では、換気機運転状態管理
部Bの汚染予測値検出装置14において、トンネル内の
複数の観測点における汚染値により汚染最悪点における
汚染濃度を予測する。In step 2-2, the contamination predicted value detector 14 of the ventilator operating state management unit B predicts the contamination concentration at the worst point of contamination from the contamination values at a plurality of observation points in the tunnel.
【0066】ここで、時刻t[s]におけるトンネル入
口からの距離がx[m]の地点の汚染濃度をQ(x,
t)で定義する。この距離x[m]地点の空気が距離L
[m]地点に達する(L−x)/U[s]後の距離L
[m]地点の単位体積あたりの汚染濃度の予測値Q’
(L,t+(L−x)/U)を次式のように求めること
ができる。Here, the contamination concentration at a point at a distance x [m] from the tunnel entrance at time t [s] is represented by Q (x,
t). The air at this distance x [m] is the distance L
Distance L after (L−x) / U [s] to reach [m] point
[M] Predicted value Q 'of contamination concentration per unit volume at point
(L, t + (L−x) / U) can be obtained as in the following equation.
【0067】[0067]
【数22】 (Equation 22)
【0068】次にステップ2−3で、換気機運転状態管
理部Bの目標風速算出装置18において汚染予測値、濃
度悪化基準値、トンネル内風速および交通量予測値より
目標風速を算出する。汚染予測に基づく目標風速と交通
量予測に基づく目標風速との合成はステップ1−3と同
様に行なう。Next, at step 2-3, the target wind speed is calculated by the target wind speed calculating device 18 of the ventilator operating state management section B from the predicted pollution value, the reference value of the concentration deterioration, the wind speed in the tunnel, and the predicted traffic volume value. The synthesis of the target wind speed based on the pollution prediction and the target wind speed based on the traffic volume prediction is performed in the same manner as in step 1-3.
【0069】時刻tにおいてステップ2−2で算出した
汚染予測値Q’(L,t+(L−x)/U)が濃度悪化
基準値Qmaxを越えると予想されるとき、濃度悪化基準
値以下に押えるために必要な風速は、At time t, when the predicted contamination value Q ′ (L, t + (L−x) / U) calculated in step 2-2 is expected to exceed the density deterioration reference value Q max , The wind speed required to hold
【0070】[0070]
【数23】 (Equation 23)
【0071】より、From the above,
【0072】[0072]
【数24】 (Equation 24)
【0073】と算出できる。Can be calculated.
【0074】実施の形態3.図5は、この発明の実施の
形態3に係わる道路トンネル管理装置の動作を示すフロ
ーチャートである。Embodiment 3 FIG. 5 is a flowchart showing the operation of the road tunnel management device according to the third embodiment of the present invention.
【0075】ここでは、トンネル内の複数の観測点にお
ける汚染値から汚染悪化率を算出し、汚染悪化率からフ
ィードバック制御により算出したJF運転台数と交通量
予測から算出したJF運転台数を合成して換気機の運転
を制御する場合について説明する。Here, the pollution deterioration rate is calculated from the pollution values at a plurality of observation points in the tunnel, and the number of JF vehicles calculated from the pollution deterioration rate by feedback control and the number of JF vehicles calculated from the traffic volume prediction are synthesized. A case where the operation of the ventilator is controlled will be described.
【0076】実施の形態3は、 実施の形態1のステッ
プ1−1、1−2と1−5にそれぞれ対応するステップ
3−1、3−2と3−4は実施の形態1と同じである。
以下、ステップ3−3について説明を行なう。In the third embodiment, steps 3-1, 3-2 and 3-4 corresponding to steps 1-1, 1-2 and 1-5 in the first embodiment are the same as those in the first embodiment. is there.
Hereinafter, step 3-3 will be described.
【0077】ステップ3−3では、ステップ3−2で算
出した汚染悪化率に基づいて、換気機運転状態管理部A
の汚染悪化率制御装置20において、汚染悪化率を目標
汚染悪化率に保つために必要なJF運転台数を決定す
る。さらに交通量予測から必要なJF運転台数と合成す
ることによってJF運転台数を算出する。In step 3-3, the ventilator operating state management unit A is operated based on the pollution deterioration rate calculated in step 3-2.
In the pollution deterioration rate control device 20, the number of JFs required to maintain the pollution deterioration rate at the target pollution deterioration rate is determined. Further, the required number of JF vehicles is combined with the required number of JF vehicles from traffic volume prediction to calculate the number of JF vehicles.
【0078】汚染悪化率制御装置20は、例えばPID
制御によって実施する。汚染悪化率制御装置を接続した
制御系の概略を図7に示す。The pollution deterioration rate control device 20 includes, for example, a PID
Implemented by control. FIG. 7 schematically shows a control system to which the pollution deterioration rate control device is connected.
【0079】汚染悪化率αout[k]と目標汚染悪化率
αref[k]を用いて、JF運転台数Nj[k]を算出す
ることができる。Using the pollution deterioration rate α out [k] and the target pollution deterioration rate α ref [k], the JF operating number N j [k] can be calculated.
【0080】[0080]
【数25】 (Equation 25)
【0081】ただし、eα[k]=αref[k]−αout
[k]、Tはサンプリング間隔、K Pは比例ゲイン、
a,bはパラメータ、TIは積分時間、TDは微分時間で
ある。Where eα[K] = αref[K] -αout
[K], T is the sampling interval, K PIs the proportional gain,
a and b are parameters, TIIs the integration time, TDIs the derivative time
is there.
【0082】実施の形態4.図8、図9は、この発明を
説明するための実施の形態4に係わる道路トンネル管理
装置の構成を示すブロック図である。図8、図9におい
て、31は固有トンネル管理装置、32は群トンネル管
理装置である。Embodiment 4 8 and 9 are block diagrams showing a configuration of a road tunnel management device according to a fourth embodiment for explaining the present invention. 8 and 9, reference numeral 31 denotes a unique tunnel management device, and 32 denotes a group tunnel management device.
【0083】固有トンネル管理装置31は、例えば実施
の形態1にかかわる図1のトンネル管理装置でである
A,Bで示す各装置により実施する。群トンネル管理装
置32は各トンネルに設置された交通状態検出装置、風
速検出装置、汚染値検出装置において計測された交通
量、車種、風速、汚染情報から近い将来の通過交通量、
大型車混入率、汚染値および複数の連続する(図8)(分
岐する(図9))道路トンネルの最適風量分担を予測し、
その情報を固有トンネル管理装置31に提供する。The unique tunnel management device 31 is implemented by, for example, each of the tunnel management devices A and B shown in FIG. 1 according to the first embodiment. The group tunnel management device 32 is a traffic condition detection device, a wind speed detection device, a traffic volume measured by the pollution value detection device installed in each tunnel, a vehicle type, a wind speed, the traffic volume in the near future from the pollution information,
Predict the heavy vehicle mixing rate, pollution value and the optimal air volume distribution of multiple continuous (Fig. 8) (branch (Fig. 9)) road tunnels,
The information is provided to the unique tunnel management device 31.
【0084】以上の実施の形態では、汚染悪化率に基づ
いて道路トンネル内の換気機を制御する場合について説
明したが、この他に道路トンネル内の照明装置にも適用
することができ、例えば汚染悪化率が高くなれば照明を
増大させるように照明装置を制御する。上記の実施の形
態では、汚染値としてVI値を制御する場合を記述した
が、例えば一酸化炭素なども同様の方法で制御すること
が可能である。In the above embodiment, the case where the ventilator in the road tunnel is controlled based on the deterioration rate of pollution has been described. However, the present invention can also be applied to a lighting device in a road tunnel. If the deterioration rate increases, the lighting device is controlled so as to increase the illumination. In the above embodiment, the case where the VI value is controlled as the pollution value has been described. However, for example, carbon monoxide and the like can be controlled in the same manner.
【0085】[0085]
【発明の効果】以上のように、この発明の第1〜第6の
構成である道路トンネル管理装置によれば、トンネル内
の複数の観測点における汚染値の情報が利用できる場合
に、トンネル内の複数の観測点における汚染値の情報か
ら換気機の運転状態を決定する方法を明らかにしたの
で、トンネル内の環境を基準値以上に保持しかつ効率的
な換気機の運転を実現する道路トンネル管理装置を得る
ことができる効果がある。As described above, according to the road tunnel management apparatus of the first to sixth configurations of the present invention, when the information of the contamination value at a plurality of observation points in the tunnel can be used, A method of determining the operating state of a ventilator from information on pollution values at multiple observation points in a road tunnel that maintains the environment inside the tunnel above a reference value and realizes efficient operation of a ventilator There is an effect that a management device can be obtained.
【0086】また、この発明の第7の構成である道路ト
ンネル管理装置によれば、複数の連続する(分岐する)道
路トンネルにおいてトンネル内の環境を基準値以上に保
持しかつ効率的な換気機の運転を実現する道路トンネル
管理装置を得ることができる効果がある。Further, according to the road tunnel management device of the seventh configuration of the present invention, an efficient ventilator is provided which maintains the environment in the tunnel at a reference value or more in a plurality of continuous (branching) road tunnels. There is an effect that a road tunnel management device that realizes the operation of the vehicle can be obtained.
【図1】 この発明の実施の形態1、2、3に係わる道
路トンネル管理装置の構成を示すブロック図である。FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a road tunnel management device according to Embodiments 1, 2, and 3 of the present invention.
【図2】 この発明の全ての実施の形態に係わる1つの
道路トンネルにおいて、トンネル内に一定方向風速が生
じている場合の汚染濃度の分布を示す概略図である。FIG. 2 is a schematic diagram showing a distribution of a pollution concentration in a single road tunnel according to all embodiments of the present invention when a constant directional wind speed is generated in the tunnel.
【図3】 この発明の実施の形態1に係わる道路トンネ
ル管理装置の動作を示すフロー図である。FIG. 3 is a flowchart showing an operation of the road tunnel management device according to the first embodiment of the present invention.
【図4】 この発明の実施の形態2に係わる道路トンネ
ル管理装置の動作を示すフロー図である。FIG. 4 is a flowchart showing an operation of the road tunnel management device according to the second embodiment of the present invention.
【図5】 この発明の実施の形態3に係わる道路トンネ
ル管理装置の動作を示すフロー図である。FIG. 5 is a flowchart showing an operation of the road tunnel management device according to the third embodiment of the present invention.
【図6】 この発明の実施の形態1、2に係わる道路トン
ネル管理装置において実現される風速制御系の概略を示
すブロック図である。FIG. 6 is a block diagram schematically illustrating a wind speed control system realized in the road tunnel management device according to the first and second embodiments of the present invention.
【図7】 この発明の実施の形態3に係わる道路トンネ
ル管理装置において実現される汚染悪化率制御系の概略
を示すブロック図である。FIG. 7 is a block diagram showing an outline of a pollution deterioration rate control system realized in a road tunnel management device according to a third embodiment of the present invention.
【図8】 この発明の実施の形態4に係わる連続する道
路トンネルにおける道路トンネル管理装置の構成を示す
ブロック図である。FIG. 8 is a block diagram showing a configuration of a road tunnel management device in a continuous road tunnel according to Embodiment 4 of the present invention.
【図9】 この発明の実施の形態4に係わる分岐する道
路トンネルにおける道路トンネル管理装置の構成を示す
ブロック図である。FIG. 9 is a block diagram showing a configuration of a road tunnel management device in a branching road tunnel according to a fourth embodiment of the present invention.
【図10】 従来の汚染値測定と換気制御を示す概略図
である。FIG. 10 is a schematic diagram showing conventional pollution value measurement and ventilation control.
【図11】 従来の多地点汚染値測定と換気制御を示す
概略図である。FIG. 11 is a schematic diagram showing a conventional multipoint contamination value measurement and ventilation control.
1 ジェットファン、2 交通量計、3 風速計、4
汚染計、11 交通状態検出装置、12 風速検出装
置、13 汚染値検出装置、14 汚染予測値検出装
置、15 汚染悪化率算出装置、16 汚染計計測誤差
補償・検出装置、17 交通量予測装置、18 目標風
速算出装置、19 風速制御装置、20 汚染悪化率制
御装置、21 換気機制御装置、31 固有トンネル管
理装置、32群トンネル管理装置。1 jet fan, 2 traffic meter, 3 anemometer, 4
Pollution meter, 11 Traffic condition detection device, 12 Wind speed detection device, 13 Pollution value detection device, 14 Pollution prediction value detection device, 15 Pollution deterioration rate calculation device, 16 Pollution meter measurement error compensation / detection device, 17 Traffic volume prediction device, 18 target wind speed calculation device, 19 wind speed control device, 20 pollution deterioration rate control device, 21 ventilator control device, 31 unique tunnel management device, 32 group tunnel management device.
─────────────────────────────────────────────────────
────────────────────────────────────────────────── ───
【手続補正書】[Procedure amendment]
【提出日】平成12年11月10日(2000.11.
10)[Submission date] November 10, 2000 (200.11.
10)
【手続補正1】[Procedure amendment 1]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】0025[Correction target item name] 0025
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction contents]
【0025】[0025]
【数4】 (Equation 4)
【手続補正2】[Procedure amendment 2]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】0048[Correction target item name] 0048
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction contents]
【0048】[0048]
【数16】 (Equation 16)
【手続補正3】[Procedure amendment 3]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】0051[Correction target item name] 0051
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction contents]
【0051】[0051]
【数17】 [Equation 17]
【手続補正4】[Procedure amendment 4]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】0059[Correction target item name] 0059
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction contents]
【0059】[0059]
【数21】 (Equation 21)
【手続補正5】[Procedure amendment 5]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】0070[Correction target item name] 0070
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction contents]
【0070】[0070]
【数23】 (Equation 23)
【手続補正6】[Procedure amendment 6]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】0072[Correction target item name] 0072
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction contents]
【0072】[0072]
【数24】 (Equation 24)
【手続補正7】[Procedure amendment 7]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】0080[Correction target item name] 0080
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction contents]
【0080】[0080]
【数25】 (Equation 25)
フロントページの続き (72)発明者 古澤 春樹 東京都千代田区丸の内二丁目2番3号 三 菱電機株式会社内 (72)発明者 福嶋 秀樹 東京都千代田区丸の内二丁目2番3号 三 菱電機株式会社内 (72)発明者 浅沼 智 東京都千代田区丸の内二丁目2番3号 三 菱電機株式会社内 Fターム(参考) 3L056 BD01 BD04 BE01 3L058 BE08 BG04 5H004 GA15 GB20 HA02 HB04 HB08 HB20 KB02 KB04 KB06 KC24 KC27 LA12 9A001 BB02 BB04 GG01 GG03 JJ61 JJ77 KK53 LL09 Continued on the front page (72) Inventor Haruki Furusawa 2-3-2 Marunouchi, Chiyoda-ku, Tokyo Mitsubishi Electric Corporation (72) Inventor Hideki Fukushima 2-3-2 Marunouchi, Chiyoda-ku, Tokyo Mitsubishi Electric Co., Ltd. In-house (72) Inventor Satoshi Asanuma 2-3-2 Marunouchi, Chiyoda-ku, Tokyo F-term (reference) 3L056 BD01 BD04 BE01 3L058 BE08 BG04 5H004 GA15 GB20 HA02 HB04 HB08 HB20 KB02 KB04 KB06 KC24 KC27 LA12 9A001 BB02 BB04 GG01 GG03 JJ61 JJ77 KK53 LL09
Claims (7)
を検出する汚染値検出装置と、上記汚染値から汚染悪化
率を算出する汚染悪化率算出装置とを備え、上記汚染悪
化率に基づき道路トンネル内の環境を制御することを特
徴とする道路トンネル管理装置。1. A pollution value detecting device for detecting a pollution value at an observation point in a road tunnel, and a pollution deterioration rate calculating device for calculating a pollution deterioration rate from the pollution value, wherein the road tunnel is calculated based on the pollution deterioration rate. A road tunnel management device for controlling an environment in a road.
を検出する汚染値検出装置と、上記汚染値から汚染悪化
地点における汚染予測値を算出する汚染予測値検出装置
とを備え、上記汚染予測値に基づき道路トンネル内の環
境を制御することを特徴とする道路トンネル管理装置。2. A pollution value detection device for detecting a pollution value at an observation point in a road tunnel, and a pollution value detection device for calculating a pollution value at a pollution deterioration point from the pollution value, wherein the pollution value is calculated. A road tunnel management device for controlling an environment in a road tunnel based on the road tunnel.
は目標風量を定める目標風速算出装置と、目標風速又は
目標風量に基づいて道路トンネル内の風速又は風量を制
御する風速制御装置とを備えたことを特徴とする請求項
1記載の道路トンネル管理装置。3. A target wind speed calculating device that determines a target wind speed or a target air volume in a tunnel from a pollution deterioration rate, and a wind speed control device that controls a wind speed or a wind volume in a road tunnel based on the target wind speed or the target air flow. The road tunnel management device according to claim 1, wherein:
は目標風量を定める目標風速算出装置と、目標風速又は
目標風量に基づいて道路トンネル内の風速又は風量を制
御する風速制御装置とを備えたことを特徴とする請求項
2記載の道路トンネル管理装置。4. A target wind speed calculating device that determines a target wind speed or a target air volume in a tunnel from a predicted pollution value, and a wind speed control device that controls a wind speed or a wind volume in a road tunnel based on the target wind speed or the target air flow. The road tunnel management device according to claim 2, wherein:
御する汚染悪化率制御装置を備えたことを特徴とする請
求項1記載の道路トンネル管理装置。5. The road tunnel management device according to claim 1, further comprising a pollution deterioration rate control device that controls the pollution deterioration rate based on the target pollution deterioration rate.
置を備えたことを特徴とする請求項1又は請求項2記載
の道路トンネル管理装置。6. The road tunnel management device according to claim 1, further comprising a compensating device for compensating an error of the detected pollution value.
る道路トンネル管理装置において、複数のトンネルに設
置された交通状態検出装置、風速検出装置、汚染値検出
装置において計測された交通量、車種、風速、汚染情報
から近い将来の通過交通量、大型車混入率、汚染値およ
び複数の連続する道路トンネルの最適風量分担を一括に
算出し、フィードバック制御に関しては個々のトンネル
毎に実施することを特徴とする道路トンネル管理装置。7. A road tunnel management device that manages ventilation facilities of a plurality of road tunnels, wherein a traffic condition detection device, a wind speed detection device, and a traffic volume, a vehicle type, and a vehicle type measured by the plurality of tunnels are measured. Based on wind speed and pollution information, traffic volume in the near future, large car mixing ratio, pollution value, and optimal airflow sharing for multiple consecutive road tunnels are calculated collectively based on wind speed and pollution information.Feedback control is performed for each individual tunnel. Road tunnel management device.
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2013194489A (en) * | 2012-03-22 | 2013-09-30 | Toshiba Corp | Control apparatus at fire outbreak in tunnel |
-
2000
- 2000-03-16 JP JP2000074244A patent/JP4284817B2/en not_active Expired - Fee Related
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2013194489A (en) * | 2012-03-22 | 2013-09-30 | Toshiba Corp | Control apparatus at fire outbreak in tunnel |
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