JP2004234422A - 雨水流入量予測装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】降雨状況の変化や流域状況の変化、またゲリラ豪雨時にも適切に対応でき、精度よい雨水流入量予測を行う。
【解決手段】対象区域内に降った雨水の降雨量データに基づいて、ポンプ井６への雨水流入量予測値を出力する複数の予測手段７ａと、ポンプ井６の水位の計測値に基づいて、ポンプ井６およびその幹線の貯留量を演算する貯留量演算部９と、雨水ポンプ４の外部への吐出流量と当該貯留量とに基づいて、ポンプ井６への実績流入量を演算する実績流入量演算部８と、当該実績流入量の値と複数の予測手段７ａから出力される雨水流入量予測値とに基づいて、複数の予測手段７ａの中から最も予測精度のよい予測手段７ａを判定する予測結果判定部７ｃと、予測結果判定部７ｃによって判定された予測手段７ａによる雨水流入量予測値を、流入量予測結果として出力する予測結果切換部７ｂとを備えている。
【選択図】 図１
【解決手段】対象区域内に降った雨水の降雨量データに基づいて、ポンプ井６への雨水流入量予測値を出力する複数の予測手段７ａと、ポンプ井６の水位の計測値に基づいて、ポンプ井６およびその幹線の貯留量を演算する貯留量演算部９と、雨水ポンプ４の外部への吐出流量と当該貯留量とに基づいて、ポンプ井６への実績流入量を演算する実績流入量演算部８と、当該実績流入量の値と複数の予測手段７ａから出力される雨水流入量予測値とに基づいて、複数の予測手段７ａの中から最も予測精度のよい予測手段７ａを判定する予測結果判定部７ｃと、予測結果判定部７ｃによって判定された予測手段７ａによる雨水流入量予測値を、流入量予測結果として出力する予測結果切換部７ｂとを備えている。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は雨水流入量予測装置に関し、特に、下水道施設における、降雨時のポンプ運転制御や阻水扉開閉制御のために必要な雨水流入量を予測するための雨水流入量予測装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、都市化の進展による雨水の不浸透面積率の上昇に伴い、雨水排水施設への雨水流入量は年々増大し、流達時間も短くなる傾向にある。また、都市部のゲリラ豪雨も増加の傾向にあり、都市型水害の危険性が増大している。雨水排水ポンプを的確に運用して浸水を防止することが求められているが、雨水ポンプには様々な運転制約があり、降雨状況をもとに雨水の流入を予測・先取りした操作が必要となる。
【０００３】
従来、下水道施設の雨水排水ポンプの運転はポンプ井水位と運転台数との関係を設定し、それにしたがって運転する方法が一般的であるが、この方法では、ポンプ井水位のみで制御を行っているため、急激な雨水の流入に追従しにくく、実際には熟練オペレータが水位以外の情報から流入量を予想し、手動にて運転を行っている場合が多い。したがって、雨水排水ポンプの運転を効率よく行うためには、下水道施設への雨水の流入量を正確に演算することが非常に有効である。
【０００４】
これに対して、下水道施設に流入する雨水量を予測する手法として、従来からタンクモデル法や貯留関数法、ＲＲＬ法や修正ＲＲＬ法などが提案されている。これらの手法は、同定すべきモデルパラメータが非常に多く存在するが、そのパラメータは過去の降雨量や水位，流入実績値等を用いてオフラインで決定される場合が多い。この場合、オンラインでのパラメータ調整が行われていないため、降雨状況や幹線状況，浸透面積率の変化により実状に合わなくなることで、精度が悪くなるという問題がある。
【０００５】
また、タンクモデルやＡＲＭＡモデル，ＲＲＬモデルといった複数のモデルによる流入量予測演算を平行して実施し、その中で実績流入量との誤差が最も小さいモデルを予測モデルとして採用することで、複数のモデルを切り換えて予測精度を確保する手法が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００６】
【特許文献１】
特開平５−２６５５１３号公報
【０００７】
しかし、この特許文献１による手法でもモデルパラメータが適切に調整されなければ予測精度が悪くなるし、さらに複数のモデルについてパラメータ同定が必要となるという問題を含んでいる。
【０００８】
また、降雨状況等の変化に対応するために、パラメータをオンライン調整する手法として、自己回帰モデルを作成し、オンラインデータで自己回帰モデルのパラメータを調整する方法が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。
【０００９】
【特許文献２】
特開２００１−３２３５３号公報
【００１０】
しかし、この特許文献２によるオンラインデータでのパラメータ同定は、大量のオンラインデータを用いて行わなければ精度が悪い、あるいは降雨状況が急変した場合のパラメータ同定に遅れが発生するなどの問題があると考えられる。
【００１１】
また、複数の雨量計計測値を用いて流入量予測を行う方法も提案されているが、具体的手法の記載がなく、近年増加している都市部のゲリラ豪雨に対する明確な対策とはなっていない（例えば、特許文献３参照。）。
【００１２】
【特許文献３】
特開２０００−５６８３５号公報
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように、従来の技術では、実際の降雨状況の変化や流域状況の変化に対して精度よい雨水流入量予測ができない場合があるという問題点があった。
【００１４】
また、特に近年増加しているゲリラ豪雨時の流入量予測が精度よく行えない場合があるという問題点があった。
【００１５】
この発明はかかる問題点を解決するためになされたものであり、降雨状況に応じた雨水流入量予測を行い、精度のよい雨水流入量予測を行う雨水流入量予測装置を得ることを目的としている。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
この発明は、対象区域に対して設けられた雨水ポンプを備えた所定のポンプ井に流入する雨水流入量を予測するための雨水流入量予測装置であって、上記対象区域内に降った雨水の降雨量データに基づいて上記ポンプ井への雨水流入量を予測するための同一の流入予測モデルを有し、当該流入予測モデルにおける互いに異なるパラメータが設定されて、上記ポンプ井への雨水流入量予測値を出力する複数の流入量予測手段と、上記ポンプ井の水位の計測値に基づいて、上記ポンプ井およびその幹線の貯留量を演算する貯留量演算手段と、上記ポンプ井に設けられている雨水ポンプによる外部へのポンプ吐出流量の計測値と上記貯留量演算手段から出力される上記貯留量とに基づいて、上記ポンプ井への実績流入量を演算する実績流入量演算手段と、上記実績流入量演算手段から出力される実績流入量の値と複数の上記流入量予測手段から出力される雨水流入量予測値とに基づいて、複数の上記流入量予測手段の中から最も予測精度のよい流入量予測手段を判定する予測結果判定手段と、予測結果判定手段によって判定された上記流入量予測手段による雨水流入量予測値を、流入量予測結果として出力する予測結果切換手段とを備えた雨水流入量予測装置である。
【００１７】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
以下、本発明の実施の形態について図に基づいて説明する。図１は、本発明の実施の形態１に係る雨水流入量予測装置の構成を示す図である。本発明の実施の形態１に係る雨水流入量予測装置は、対象区域である処理場・ポンプ場１内の降雨量データに基づいて、処理場・ポンプ場１への雨水流入量を予測するためのものである。
【００１８】
本発明の雨水流入量予測装置の説明を行う前に、まず、はじめに、予測対象の処理場・ポンプ場１の説明を簡単に行う。ビルや家屋等のための下水道施設が設けられた排水区域に降った雨水は、自然流下によって、下水管６ａを通ってポンプ井６に流入する。処理場・ポンプ場１では、雨水ポンプ４を運転して、集まった雨水を河川に放流する。一般に、処理場・ポンプ場では、雨水を自然流下によって集めるために、河川水位よりも低いところにポンプ井６および雨水ポンプ４を設けているため、流入雨水を適切に処理しなければ処理場・ポンプ場１自体が浸水してしまうと同時に、万一、雨水ポンプ４による放流が停止した場合には、排水区域内の浸水を引き起こし、付近の住民に多大な損害を与える恐れがある。このため、処理場・ポンプ場１においては、雨水ポンプ４の適切な運転制御を行うことが非常に重要なこととなっている。
【００１９】
次に、本発明の雨水流入量予測装置の説明を行う。本実施の形態に係る雨水流入量予測装置は、図１に示すように、流入量予測部７と、実績流入量演算部８と、貯留量演算部９と、ポンプ制御部１０とから構成されている。
【００２０】
ここで、流入量予測部７は、内部に、複数の流入量予測手段７ａ（１，２，・・・，ｎ）と、これらすべての流入量予測手段７ａに接続されている予測結果切換部７ｂおよび予測結果判定部７ｃとが設けられている。この構成により、流入量予測部７は、処理場・ポンプ場１内に設けられた雨量計２で計測された降雨量データに基づいて複数の流入量予測手段７ａで雨水流入量予測値を演算し、後述する実績流入量演算部８からの実績流入量値に基づき、どの予測手段７ａが最も精度がよいか（すなわち、雨水流入量予測値と実績流入量値との差が最も小さいのはどれか）を予測結果判定部７ｃで判定し、その結果を受け取った予測結果切換部７ｂが最も精度のよい予測手段７ａの結果を雨水流入量予測値として出力するものである。
【００２１】
実績流入量演算部８は、処理場・ポンプ場１内に設けられ、ポンプ井６に集められた雨水を河川に対して放流する雨水ポンプ４の吐出流量を計測するポンプ吐出流量計５の計測値（すなわち、実際に河川に放流された雨水の量）と、後述する貯留量演算部９の出力（すなわち、ポンプ井６と幹線の現在の貯留量）とに基づいて（すなわち、ポンプ吐出流量計測値＋貯留量の変化量に基づいて）、実際にポンプ井６に流入した雨水の量を示す実績雨水流入量を演算し、その結果を予測結果判定部７ｃに出力するものである。
【００２２】
貯留量演算部９は、処理場・ポンプ場１内に設けられたポンプ井６の水位を計測する水位計３の計測値に基づき、ポンプ井６および幹線の貯留量を演算し、その結果を実績流入量演算部８に出力するものである。
【００２３】
ポンプ制御部１０は、予測結果切換部７ｂからの出力に基づき、雨水ポンプ４に対して運転／停止指令を出力するものである。
【００２４】
次に、本実施の形態に係る雨水流入量予測装置の動作について説明する。まず、雨量計２による排水区域に降った雨水の降雨量データに基づき、複数ある流入量予測手段７ａで、ポンプ井６への雨水流入量予測値が演算され、その結果が予測結果判定部７ｃと予測結果切換部７ｂへ出力される。また、ポンプ井６の水位計３の計測値に基づき、貯留量演算部９でポンプ井６および幹線の貯留量を演算し、その結果を実績流入量演算部８へ出力する。実績流入量演算部８は、ポンプ吐出流量計５の計測値と貯留量演算部９の出力に基づき、実績雨水流入量を演算し、その結果を予測結果判定部７ｃへ出力する。予測結果判定部７ｃは、複数ある予測手段７ａの予測値と実績流入量演算部８の演算結果とを比較し、最も精度のよい予測手段７ａを判定して、その結果を予測結果切換部７ｂへ出力する。予測結果切換部７ｂは、予測結果判定部７ｃからの出力を参照して、複数ある予測手段７ａのうちの１つからの予測値を雨水流入量予測値としてポンプ制御部１０へ出力し運転制御を行う。
【００２５】
なお、ここで、複数の予測手段７ａは、同一の予測モデル式を用いているが、例えば、少雨、中雨、豪雨等の降雨状況によって流達時間や不浸透面積率などの予測モデルパラメータが変化することを考慮して、降雨の状況によってそのパラメータの値を切り換えることができるように予測手段７ａを複数個設けて、互いに異なるパラメータを設定しておくようにし、予測結果判定部７ｃにより、そのときの降雨の状況に合った精度よく予測できている予測手段７ａを選定するようにしている。なお、予測手段７ａの各パラメータの値は、過去の実績データ等を基に設定するようにする。また、予測モデル式としては、例えば、タンクモデル、ＡＲＭＡモデル、ＡＲＭＡＸモデル、ＲＲＬモデル、修正ＲＲＬモデル等の公知の方法のいずれも用いることができる。
【００２６】
以上のように、本実施の形態の雨水流入量予測装置によれば、降雨状況に応じた雨水流入量予測を行えるので、常に精度のよい雨水流入量予測が実現できる。
【００２７】
なお、本実施の形態では、実績流入量演算部８への入力の一つを流量計５として雨水ポンプ４の吐出量を求めたが、流量計５の代わりにポンプ井６の水位計３の計測値を入力として用いて、演算により雨水ポンプ４のポンプ吐出量を求めるようにしてもよく、その場合も、同様の効果が得られる。
【００２８】
実施の形態２．
図２は、本発明の実施の形態２に係る雨水流入量予測装置の構成を示す図である。なお、図１に示す上述の実施の形態１と同一部分および相当部分については同一符号を付して示し、ここではその説明は省略する。
【００２９】
本発明の実施の形態２に係る雨水流入量予測装置は、図１に示す実施の形態１の構成に、パラメータ自動生成部１１とパラメータ更新判定部１２とを追設したものである。パラメータ自動生成部１１は、雨量計２のデータおよび実績流入量演算部８からの実績流入量値に基づき、複数ある予測手段７ａのモデルパラメータを自動的に生成するものである。また、パラメータ更新判定部１２は、雨量計２のデータに基づき、複数ある予測手段７ａの現状のモデルパラメータとパラメータ自動生成部１１が生成したモデルパラメータでの雨水流入量予測演算を常時実行し、実績流入量演算部８からの実績流入量値との比較により、パラメータの更新要否の判定を行い、パラメータの更新が必要な予測手段７ａが存在した場合に、パラメータ自動生成部１１が生成した更新用の当該モデルパラメータを、該当する予測手段７ａに対して出力するものである。なお、図２においては、パラメータ更新判定部１２から流入量予測手段７ａへの信号線は１本しか記載されていないが、これは図を簡略化させるためであり、実際には、すべての流入量予測手段７ａに対して信号線がそれぞれ設けられていることとする（他の図も同様である。）。
【００３０】
本実施の形態に係る雨水流入量予測装置の動作について説明する。パラメータ更新判定部１２では、雨量計２のデータに基づき複数ある予測手段７ａの現状のモデルパラメータでの雨水流入量予測演算が常時実行される。また同時に、パラメータ自動生成部１１が生成したモデルパラメータでの雨水流入量予測演算も常時実行される。すなわち、降雨状況のグループ毎に、現状のモデルパラメータと更新候補のモデルパラメータでの雨水流入量予測演算が実行されている。そして降雨状況のグループ毎に、実績流入量演算部８からの実績流入量値と、現状のモデルパラメータと更新候補のモデルパラメータでの雨水流入量予測演算値とを比較し、更新候補のモデルパラメータでの雨水流入量予測演算値の精度が現状のモデルパラメータでの雨水流入量予測演算値の精度を上回れば、パラメータを更新するという判定を行い、パラメータを入れ替える。なお、パラメータの更新判定は定期的に実行してもよいし、運転員等の指示により実行してもよい。
【００３１】
以上のように、本実施の形態に係る雨水流入量予測装置によれば、降雨状況や幹線状況、浸透面積率の変化に合わせて、モデルパラメータを自動更新することができるので、常に精度のよい雨水流入量予測が実現できる。
【００３２】
実施の形態３．
図３は、本実施の形態に係る、上述の実施の形態２の変形例を示す部分構成図である。なお、図２に示す上述の実施の形態２と同一部分および相当部分については、同一符号を付して示し、ここではその説明は省略する。また、図３においては、流入量予測部７のみを記載しているが、他の構成については、図２と同じであるため、そちらを参照されたい。
【００３３】
本実施の形態に係る雨水流入量予測装置は、上述の図２に示す実施の形態２の構成に、処理場・ポンプ場１内および排水区域内の降雨量データを計測する雨量計２ａ，２ｂ（図示省略、図２の雨量計２を参照のこと。）を追設した点と、流入量予測部７内に降雨量変換部７ｄを追設した点とが異なっている。降雨量変換部７ｄは複数の降雨量データを用いて雨水流入量予測演算用降雨量を別途算出するものである。なお、雨量計２ａ，２ｂは、雨量計２と同じ動作をするものであり、従って、複数の雨量計を排水区域内に設けて、複数の場所で降雨量データを得ることとする。
【００３４】
降雨量変換部７ｄは、このようにして得られた複数の降雨量データから一定の算式によって雨水流入量予測演算用の降雨量を算出する。複数の降雨量データをそれぞれｒ１、ｒ２、・・・、ｒｉ、複数の降雨量データの所定の期間における各々の平均値を、ｒ１アンダーバー、ｒ２アンダーバー、・・・、ｒｉアンダーバー、雨水流入量予測演算用降雨量をｒｙとすると、雨水流入量予測演算用降雨量の演算式は、例えば次の２例のようになる。
【００３５】
【数１】
【００３６】
式（１）はそれぞれの雨量計２，２ａ，２ｂを同等に扱い演算用降雨量を求める場合であり、式（２）は、降雨量の大きなデータに、より重みを持たせて演算用降雨量を求める場合である。求めた演算用降雨量は複数ある予測手段７ａに入力され、雨水流入量予測値が演算される。
【００３７】
以上のように、本実施の形態による雨水流入量予測装置によれば、複数の雨量計の計測値によって、１箇所の雨量計では検出できなかった近年増加している都市部の局所的なゲリラ豪雨を検出し、それに適した雨水流入量予測を行うことができるので、常に精度のよい雨水流入量予測が実現できる。
【００３８】
実施の形態４．
図４は、本実施の形態に係る、上述の実施の形態２の他の変形例を示す構成図である。なお、図２に示す上述の実施の形態２と同一部分および相当部分については同一符号を付して示し、ここではその説明は省略する。また、図４においては、流入量予測部７のみを記載しているが、他の構成については、図２と同じであるため、そちらを参照されたい。
【００３９】
本実施の形態に係る雨水流入量予測装置は、上述の図２に示す実施の形態２の流入量予測部７内において、予測結果判定部７ｃを削除し、降雨状態判定部７ｅを設けた点と、予測結果切換部７ｂにおける演算で必要な重みを決定するための重み決定部７ｆを追設した点が異なる。これにより、本実施の形態における流入量予測部７は、処理場・ポンプ場１内および排水区域内の複数の雨量計２，２ａ，２ｂのデータに基づき、雨水流入量予測値を演算する複数の予測手段７ａと、処理場・ポンプ場１内および排水区域内の複数の雨量計２，２ａ，２ｂのデータから降雨状態を判定しその結果を出力する降雨状態判定部７ｅと、降雨状態判定部７ｅから出力される判定結果に基づき複数の予測手段７ａのいずれかを選定して、流入量予測部７の雨水流入量予測値として出力する予測結果切換部７ｂとから構成される。
【００４０】
以上の構成で、複数の雨量計２，２ａ，２ｂのデータに基づき複数ある予測手段７ａで雨水流入量予測値が演算され、その結果が予測結果切換部７ｂへ出力される。一方、降雨状態判定部７ｅでは複数の雨量計２，２ａ，２ｂのデータに基づき降雨状態が判定され、予測結果切換部７ｂへ出力される。予測結果切換部７ｂは降雨状態判定部７ｅからの出力を参照して、複数ある予測手段７ａの出力のうちの１つを雨水流入量予測値としてポンプ制御部１０へ出力する。
【００４１】
ここで、降雨状態判定部７ｅは、複数の雨量計２，２ａ，２ｂのデータを用いて排水区域内の降雨量の偏りを判定する。また、複数ある予測手段７ａは、排水区域内の降雨量の偏りによって雨水流入量予測モデル式が変化することを考慮して、降雨量の偏りによってそのモデル式が異なるように構成されている。さらに複数ある予測手段７ａは、実施の形態１と同様、降雨状況によって流達時間や不浸透面積率などが変化することを考慮して、降雨量の大小によってそのパラメータが異なるようにも構成される。すなわち、（降雨量の偏りによるモデル式の数）×（流達時間や不浸透面積率などが変化することによるパラメータの数）の分の予測手段７ａが用意されることとなる。
【００４２】
複数の降雨量データをそれぞれｒ１、ｒ２、・・・、ｒｉ、それぞれの降雨量データ毎に使用する雨水流入量予測モデル式関数をそれぞれｆ１（ｒ）、ｆ２（ｒ）、・・・、ｆｉ（ｒ）、それぞれのモデル式の重みをａ１、ａ２、・・・、ａｉ、予測結果切換部７ｂの出力をｙとすると、雨水流入量予測演算結果は、例えば次のようになる。
演算式：ｙ＝ａ１・ｆ１（ｒｌ）＋ａ２・ｆ２（ｒ２）＋・・・＋ａｉ・ｆｉ（ｒｉ）
【００４３】
【表１】
【００４４】
上表にあるｆ１（ｒ１），ｆ２（ｒ２）…ｆｉ（ｒｉ）がそれぞれ複数ある予測手段７ａに相当し、重み算出式が重み決定部７ｆ内の演算式で、判定条件式が降雨状態判定部７ｅの判定式となり、演算式が予測結果切換部７ｂでの演算式となる。
【００４５】
以上のように、本実施の形態に係る、実施の形態２の変形例の雨水流入量予測装置によれば、複数の雨量計の計測値によって、１箇所の雨量計では検出できなかった近年増加している都市部のゲリラ豪雨を検出し、それに適した雨水流入量予測を行うことができるので、常に精度のよい雨水流入量予測が実現できる。
【００４６】
実施の形態５．
図５は、本実施の形態に係る、上述の実施の形態２のさらなる他の変形例を示す部分構成図である。なお、図２に示す上述の実施の形態２と同一部分および相当部分については同一符号を付して示し、ここではその説明は省略する。また、図５においては、パラメータ自動生成部１１のみを記載しているが、他の構成については、図２と同じであるため、そちらを参照されたい。
【００４７】
本実施の形態による雨水流入量予測装置は、図２に示す実施の形態２のパラメータ自動生成部１１が、処理場・ポンプ場１内および排水区域内の雨量計２のデータに基づき、降雨をいくつかのパターンに分類する降雨分類部１１ａと、降雨分類部１１ａと実績流入量演算部８のデータからモデルパラメータを算出するパラメータ算出部１１ｂと、パラメータ算出部１１ｂの算出結果を格納し適切なタイミングでパラメータ更新判定部１２ヘパラメータを出力するパラメータ格納部１１ｃとから構成されている点が異なる。
【００４８】
以上の構成で、降雨分類部１１ａは、雨量計２のデータに基づき降雨状況を数パターンに分類する。例えば、降雨強度がある一定値以上をある一定時間連続で継続すれば、それを降雨の開始と判定し、また降雨強度がある一定値以下をある一定時間連続で継続すれば降雨終了と判定して、降雨期間を決定する。次に降雨期間中の平均降雨量，ピーク降雨強度，総降雨量，降雨強度別累積時間率曲線の重心などのデータの組合せで、降雨状況の種類を区分し降雨状況のグループを生成しておく。降雨強度別累積時間率曲線の例を図７に示す。そして雨量計２のデータを用いて降雨を各降雨状況のグループに分けて蓄積し、蓄積されたデータと雨水流入量予測モデル式からパラメータ算出部１１ｂで各グループのモデルパラメータを逆算して算出する。パラメータの算出は定期的に実行してもよいし、運転員等の指示により実行してもよい。パラメータ算出部１１ｂで算出されたパラメータは、パラメータ格納部１１ｃに格納され、実施の形態１に記載の方法にてパラメータ更新判定部１２へ出力される。
【００４９】
以上のように、本実施の形態による雨水流入量予測装置によれば、降雨状況を適切に分類し、それぞれのモデルパラメータを自動生成することができるので、モデルパラメータ作成の省力化が図れるとともに、常に精度のよい雨水流入量予測が実現できる。
【００５０】
実施の形態６．
図６は、本実施の形態に係る、上述の実施の形態２のさらなる変形例を示す部分構成図である。なお、図２に示す上述の実施の形態２と同一部分および相当部分については同一符号を付して示し、ここではその説明は省略する。なお、図６においては、雨水流入量予測装置の構成の一部分のみを記載しているが、他の構成については、図２と同様であるため、図２を参照されたい。
【００５１】
本実施の形態による雨水流入量予測装置は、図２に示す実施の形態２の構成において、雨量計２として降雨積算計２ｃと降雨強度計２ｄとを設置し、さらに降雨データ切換部１３を追設した点が異なる。降雨積算計２ｃは積算降雨量を、降雨強度計２ｄは降雨強度をそれぞれ計測する雨量計であり、降雨データ切換部１３は降雨状況に応じて使用する降雨量データとして降雨積算量と降雨強度を切り換えるものである。
【００５２】
降雨データ切換部１３は、超豪雨時には降雨積算計２ｃのデータを、少雨時には降雨強度計２ｄのデータを使用するように切り換える。例えば、時間積算降雨量あるいは降雨強度が５０ｍｍを越えたら降雨積算計２ｃの降雨積算量を、５０ｍｍを下回れば降雨強度を、流入量予測用の降雨データとして、流入量予測部７やパラメータ自動生成部１１やパラメータ更新判定部１２へ出力する。これにより、超豪雨時での降雨強度計測不能や少雨時の降雨積算計の計測遅れによる流入量予測用の降雨データの欠測が防止される。
【００５３】
本実施の形態による雨水流入量予測装置によれば、超豪雨時での降雨強度計測不能と少雨時の降雨積算計の計測遅れによる流入量予測用の降雨データの欠測が防止されるので、常に精度のよい雨水流入量予測が実現できる。
【００５４】
【発明の効果】
この発明は、対象区域に対して設けられた雨水ポンプを備えた所定のポンプ井に流入する雨水流入量を予測するための雨水流入量予測装置であって、上記対象区域内に降った雨水の降雨量データに基づいて上記ポンプ井への雨水流入量を予測するための同一の流入予測モデルを有し、当該流入予測モデルにおける互いに異なるパラメータが設定されて、上記ポンプ井への雨水流入量予測値を出力する複数の流入量予測手段と、上記ポンプ井の水位の計測値に基づいて、上記ポンプ井およびその幹線の貯留量を演算する貯留量演算手段と、上記ポンプ井に設けられている雨水ポンプによる外部へのポンプ吐出流量の計測値と上記貯留量演算手段から出力される上記貯留量とに基づいて、上記ポンプ井への実績流入量を演算する実績流入量演算手段と、上記実績流入量演算手段から出力される実績流入量の値と複数の上記流入量予測手段から出力される雨水流入量予測値とに基づいて、複数の上記流入量予測手段の中から最も予測精度のよい流入量予測手段を判定する予測結果判定手段と、予測結果判定手段によって判定された上記流入量予測手段による雨水流入量予測値を、流入量予測結果として出力する予測結果切換手段とを備えた雨水流入量予測装置であるので、降雨状況の変化や流域状況の変化およびゲリラ豪雨時等の種々の降雨状況に応じた、精度よい雨水流入量予測を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１に係る雨水流入量予測装置の構成図である。
【図２】本発明の実施の形態２に係る雨水流入量予測装置の構成図である。
【図３】本発明の実施の形態２の変形例による雨水流入量予測装置の構成を示した部分構成図である。
【図４】本発明の実施の形態２の変形例による雨水流入量予測装置の構成を示した部分構成図である。
【図５】本発明の実施の形態２の変形例による雨水流入量予測装置の構成を示した部分構成図である。
【図６】本発明の実施の形態２の変形例による雨水流入量予測装置の構成を示した部分構成図である。
【図７】降雨強度別累積時間率曲線の例を示した説明図である。
【符号の説明】
１ 処理場・ポンプ場、２，２ａ，２ｂ 雨量計、２ｃ 降雨積算計、２ｄ 降雨強度計、３ 水位計、４ 雨水ポンプ、５ 流量計、６ ポンプ井、７ 流入量予測部、７ａ 流入量予測手段、７ｂ 予測結果切換部、７ｃ 予測結果判定部、７ｄ 降雨量変換部、７ｅ 降雨状態判定部、７ｆ 重み決定部、８ 実績流入量演算部、９ 貯留量演算部、１０ ポンプ制御部、１１ パラメータ自動生成部、１１ａ 降雨分類部、１１ｂ パラメータ算出部、１１ｃ パラメータ格納部、１２ パラメータ更新判定部、１３ 降雨データ切換部。
【発明の属する技術分野】
本発明は雨水流入量予測装置に関し、特に、下水道施設における、降雨時のポンプ運転制御や阻水扉開閉制御のために必要な雨水流入量を予測するための雨水流入量予測装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、都市化の進展による雨水の不浸透面積率の上昇に伴い、雨水排水施設への雨水流入量は年々増大し、流達時間も短くなる傾向にある。また、都市部のゲリラ豪雨も増加の傾向にあり、都市型水害の危険性が増大している。雨水排水ポンプを的確に運用して浸水を防止することが求められているが、雨水ポンプには様々な運転制約があり、降雨状況をもとに雨水の流入を予測・先取りした操作が必要となる。
【０００３】
従来、下水道施設の雨水排水ポンプの運転はポンプ井水位と運転台数との関係を設定し、それにしたがって運転する方法が一般的であるが、この方法では、ポンプ井水位のみで制御を行っているため、急激な雨水の流入に追従しにくく、実際には熟練オペレータが水位以外の情報から流入量を予想し、手動にて運転を行っている場合が多い。したがって、雨水排水ポンプの運転を効率よく行うためには、下水道施設への雨水の流入量を正確に演算することが非常に有効である。
【０００４】
これに対して、下水道施設に流入する雨水量を予測する手法として、従来からタンクモデル法や貯留関数法、ＲＲＬ法や修正ＲＲＬ法などが提案されている。これらの手法は、同定すべきモデルパラメータが非常に多く存在するが、そのパラメータは過去の降雨量や水位，流入実績値等を用いてオフラインで決定される場合が多い。この場合、オンラインでのパラメータ調整が行われていないため、降雨状況や幹線状況，浸透面積率の変化により実状に合わなくなることで、精度が悪くなるという問題がある。
【０００５】
また、タンクモデルやＡＲＭＡモデル，ＲＲＬモデルといった複数のモデルによる流入量予測演算を平行して実施し、その中で実績流入量との誤差が最も小さいモデルを予測モデルとして採用することで、複数のモデルを切り換えて予測精度を確保する手法が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００６】
【特許文献１】
特開平５−２６５５１３号公報
【０００７】
しかし、この特許文献１による手法でもモデルパラメータが適切に調整されなければ予測精度が悪くなるし、さらに複数のモデルについてパラメータ同定が必要となるという問題を含んでいる。
【０００８】
また、降雨状況等の変化に対応するために、パラメータをオンライン調整する手法として、自己回帰モデルを作成し、オンラインデータで自己回帰モデルのパラメータを調整する方法が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。
【０００９】
【特許文献２】
特開２００１−３２３５３号公報
【００１０】
しかし、この特許文献２によるオンラインデータでのパラメータ同定は、大量のオンラインデータを用いて行わなければ精度が悪い、あるいは降雨状況が急変した場合のパラメータ同定に遅れが発生するなどの問題があると考えられる。
【００１１】
また、複数の雨量計計測値を用いて流入量予測を行う方法も提案されているが、具体的手法の記載がなく、近年増加している都市部のゲリラ豪雨に対する明確な対策とはなっていない（例えば、特許文献３参照。）。
【００１２】
【特許文献３】
特開２０００−５６８３５号公報
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように、従来の技術では、実際の降雨状況の変化や流域状況の変化に対して精度よい雨水流入量予測ができない場合があるという問題点があった。
【００１４】
また、特に近年増加しているゲリラ豪雨時の流入量予測が精度よく行えない場合があるという問題点があった。
【００１５】
この発明はかかる問題点を解決するためになされたものであり、降雨状況に応じた雨水流入量予測を行い、精度のよい雨水流入量予測を行う雨水流入量予測装置を得ることを目的としている。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
この発明は、対象区域に対して設けられた雨水ポンプを備えた所定のポンプ井に流入する雨水流入量を予測するための雨水流入量予測装置であって、上記対象区域内に降った雨水の降雨量データに基づいて上記ポンプ井への雨水流入量を予測するための同一の流入予測モデルを有し、当該流入予測モデルにおける互いに異なるパラメータが設定されて、上記ポンプ井への雨水流入量予測値を出力する複数の流入量予測手段と、上記ポンプ井の水位の計測値に基づいて、上記ポンプ井およびその幹線の貯留量を演算する貯留量演算手段と、上記ポンプ井に設けられている雨水ポンプによる外部へのポンプ吐出流量の計測値と上記貯留量演算手段から出力される上記貯留量とに基づいて、上記ポンプ井への実績流入量を演算する実績流入量演算手段と、上記実績流入量演算手段から出力される実績流入量の値と複数の上記流入量予測手段から出力される雨水流入量予測値とに基づいて、複数の上記流入量予測手段の中から最も予測精度のよい流入量予測手段を判定する予測結果判定手段と、予測結果判定手段によって判定された上記流入量予測手段による雨水流入量予測値を、流入量予測結果として出力する予測結果切換手段とを備えた雨水流入量予測装置である。
【００１７】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
以下、本発明の実施の形態について図に基づいて説明する。図１は、本発明の実施の形態１に係る雨水流入量予測装置の構成を示す図である。本発明の実施の形態１に係る雨水流入量予測装置は、対象区域である処理場・ポンプ場１内の降雨量データに基づいて、処理場・ポンプ場１への雨水流入量を予測するためのものである。
【００１８】
本発明の雨水流入量予測装置の説明を行う前に、まず、はじめに、予測対象の処理場・ポンプ場１の説明を簡単に行う。ビルや家屋等のための下水道施設が設けられた排水区域に降った雨水は、自然流下によって、下水管６ａを通ってポンプ井６に流入する。処理場・ポンプ場１では、雨水ポンプ４を運転して、集まった雨水を河川に放流する。一般に、処理場・ポンプ場では、雨水を自然流下によって集めるために、河川水位よりも低いところにポンプ井６および雨水ポンプ４を設けているため、流入雨水を適切に処理しなければ処理場・ポンプ場１自体が浸水してしまうと同時に、万一、雨水ポンプ４による放流が停止した場合には、排水区域内の浸水を引き起こし、付近の住民に多大な損害を与える恐れがある。このため、処理場・ポンプ場１においては、雨水ポンプ４の適切な運転制御を行うことが非常に重要なこととなっている。
【００１９】
次に、本発明の雨水流入量予測装置の説明を行う。本実施の形態に係る雨水流入量予測装置は、図１に示すように、流入量予測部７と、実績流入量演算部８と、貯留量演算部９と、ポンプ制御部１０とから構成されている。
【００２０】
ここで、流入量予測部７は、内部に、複数の流入量予測手段７ａ（１，２，・・・，ｎ）と、これらすべての流入量予測手段７ａに接続されている予測結果切換部７ｂおよび予測結果判定部７ｃとが設けられている。この構成により、流入量予測部７は、処理場・ポンプ場１内に設けられた雨量計２で計測された降雨量データに基づいて複数の流入量予測手段７ａで雨水流入量予測値を演算し、後述する実績流入量演算部８からの実績流入量値に基づき、どの予測手段７ａが最も精度がよいか（すなわち、雨水流入量予測値と実績流入量値との差が最も小さいのはどれか）を予測結果判定部７ｃで判定し、その結果を受け取った予測結果切換部７ｂが最も精度のよい予測手段７ａの結果を雨水流入量予測値として出力するものである。
【００２１】
実績流入量演算部８は、処理場・ポンプ場１内に設けられ、ポンプ井６に集められた雨水を河川に対して放流する雨水ポンプ４の吐出流量を計測するポンプ吐出流量計５の計測値（すなわち、実際に河川に放流された雨水の量）と、後述する貯留量演算部９の出力（すなわち、ポンプ井６と幹線の現在の貯留量）とに基づいて（すなわち、ポンプ吐出流量計測値＋貯留量の変化量に基づいて）、実際にポンプ井６に流入した雨水の量を示す実績雨水流入量を演算し、その結果を予測結果判定部７ｃに出力するものである。
【００２２】
貯留量演算部９は、処理場・ポンプ場１内に設けられたポンプ井６の水位を計測する水位計３の計測値に基づき、ポンプ井６および幹線の貯留量を演算し、その結果を実績流入量演算部８に出力するものである。
【００２３】
ポンプ制御部１０は、予測結果切換部７ｂからの出力に基づき、雨水ポンプ４に対して運転／停止指令を出力するものである。
【００２４】
次に、本実施の形態に係る雨水流入量予測装置の動作について説明する。まず、雨量計２による排水区域に降った雨水の降雨量データに基づき、複数ある流入量予測手段７ａで、ポンプ井６への雨水流入量予測値が演算され、その結果が予測結果判定部７ｃと予測結果切換部７ｂへ出力される。また、ポンプ井６の水位計３の計測値に基づき、貯留量演算部９でポンプ井６および幹線の貯留量を演算し、その結果を実績流入量演算部８へ出力する。実績流入量演算部８は、ポンプ吐出流量計５の計測値と貯留量演算部９の出力に基づき、実績雨水流入量を演算し、その結果を予測結果判定部７ｃへ出力する。予測結果判定部７ｃは、複数ある予測手段７ａの予測値と実績流入量演算部８の演算結果とを比較し、最も精度のよい予測手段７ａを判定して、その結果を予測結果切換部７ｂへ出力する。予測結果切換部７ｂは、予測結果判定部７ｃからの出力を参照して、複数ある予測手段７ａのうちの１つからの予測値を雨水流入量予測値としてポンプ制御部１０へ出力し運転制御を行う。
【００２５】
なお、ここで、複数の予測手段７ａは、同一の予測モデル式を用いているが、例えば、少雨、中雨、豪雨等の降雨状況によって流達時間や不浸透面積率などの予測モデルパラメータが変化することを考慮して、降雨の状況によってそのパラメータの値を切り換えることができるように予測手段７ａを複数個設けて、互いに異なるパラメータを設定しておくようにし、予測結果判定部７ｃにより、そのときの降雨の状況に合った精度よく予測できている予測手段７ａを選定するようにしている。なお、予測手段７ａの各パラメータの値は、過去の実績データ等を基に設定するようにする。また、予測モデル式としては、例えば、タンクモデル、ＡＲＭＡモデル、ＡＲＭＡＸモデル、ＲＲＬモデル、修正ＲＲＬモデル等の公知の方法のいずれも用いることができる。
【００２６】
以上のように、本実施の形態の雨水流入量予測装置によれば、降雨状況に応じた雨水流入量予測を行えるので、常に精度のよい雨水流入量予測が実現できる。
【００２７】
なお、本実施の形態では、実績流入量演算部８への入力の一つを流量計５として雨水ポンプ４の吐出量を求めたが、流量計５の代わりにポンプ井６の水位計３の計測値を入力として用いて、演算により雨水ポンプ４のポンプ吐出量を求めるようにしてもよく、その場合も、同様の効果が得られる。
【００２８】
実施の形態２．
図２は、本発明の実施の形態２に係る雨水流入量予測装置の構成を示す図である。なお、図１に示す上述の実施の形態１と同一部分および相当部分については同一符号を付して示し、ここではその説明は省略する。
【００２９】
本発明の実施の形態２に係る雨水流入量予測装置は、図１に示す実施の形態１の構成に、パラメータ自動生成部１１とパラメータ更新判定部１２とを追設したものである。パラメータ自動生成部１１は、雨量計２のデータおよび実績流入量演算部８からの実績流入量値に基づき、複数ある予測手段７ａのモデルパラメータを自動的に生成するものである。また、パラメータ更新判定部１２は、雨量計２のデータに基づき、複数ある予測手段７ａの現状のモデルパラメータとパラメータ自動生成部１１が生成したモデルパラメータでの雨水流入量予測演算を常時実行し、実績流入量演算部８からの実績流入量値との比較により、パラメータの更新要否の判定を行い、パラメータの更新が必要な予測手段７ａが存在した場合に、パラメータ自動生成部１１が生成した更新用の当該モデルパラメータを、該当する予測手段７ａに対して出力するものである。なお、図２においては、パラメータ更新判定部１２から流入量予測手段７ａへの信号線は１本しか記載されていないが、これは図を簡略化させるためであり、実際には、すべての流入量予測手段７ａに対して信号線がそれぞれ設けられていることとする（他の図も同様である。）。
【００３０】
本実施の形態に係る雨水流入量予測装置の動作について説明する。パラメータ更新判定部１２では、雨量計２のデータに基づき複数ある予測手段７ａの現状のモデルパラメータでの雨水流入量予測演算が常時実行される。また同時に、パラメータ自動生成部１１が生成したモデルパラメータでの雨水流入量予測演算も常時実行される。すなわち、降雨状況のグループ毎に、現状のモデルパラメータと更新候補のモデルパラメータでの雨水流入量予測演算が実行されている。そして降雨状況のグループ毎に、実績流入量演算部８からの実績流入量値と、現状のモデルパラメータと更新候補のモデルパラメータでの雨水流入量予測演算値とを比較し、更新候補のモデルパラメータでの雨水流入量予測演算値の精度が現状のモデルパラメータでの雨水流入量予測演算値の精度を上回れば、パラメータを更新するという判定を行い、パラメータを入れ替える。なお、パラメータの更新判定は定期的に実行してもよいし、運転員等の指示により実行してもよい。
【００３１】
以上のように、本実施の形態に係る雨水流入量予測装置によれば、降雨状況や幹線状況、浸透面積率の変化に合わせて、モデルパラメータを自動更新することができるので、常に精度のよい雨水流入量予測が実現できる。
【００３２】
実施の形態３．
図３は、本実施の形態に係る、上述の実施の形態２の変形例を示す部分構成図である。なお、図２に示す上述の実施の形態２と同一部分および相当部分については、同一符号を付して示し、ここではその説明は省略する。また、図３においては、流入量予測部７のみを記載しているが、他の構成については、図２と同じであるため、そちらを参照されたい。
【００３３】
本実施の形態に係る雨水流入量予測装置は、上述の図２に示す実施の形態２の構成に、処理場・ポンプ場１内および排水区域内の降雨量データを計測する雨量計２ａ，２ｂ（図示省略、図２の雨量計２を参照のこと。）を追設した点と、流入量予測部７内に降雨量変換部７ｄを追設した点とが異なっている。降雨量変換部７ｄは複数の降雨量データを用いて雨水流入量予測演算用降雨量を別途算出するものである。なお、雨量計２ａ，２ｂは、雨量計２と同じ動作をするものであり、従って、複数の雨量計を排水区域内に設けて、複数の場所で降雨量データを得ることとする。
【００３４】
降雨量変換部７ｄは、このようにして得られた複数の降雨量データから一定の算式によって雨水流入量予測演算用の降雨量を算出する。複数の降雨量データをそれぞれｒ１、ｒ２、・・・、ｒｉ、複数の降雨量データの所定の期間における各々の平均値を、ｒ１アンダーバー、ｒ２アンダーバー、・・・、ｒｉアンダーバー、雨水流入量予測演算用降雨量をｒｙとすると、雨水流入量予測演算用降雨量の演算式は、例えば次の２例のようになる。
【００３５】
【数１】
式（１）はそれぞれの雨量計２，２ａ，２ｂを同等に扱い演算用降雨量を求める場合であり、式（２）は、降雨量の大きなデータに、より重みを持たせて演算用降雨量を求める場合である。求めた演算用降雨量は複数ある予測手段７ａに入力され、雨水流入量予測値が演算される。
【００３７】
以上のように、本実施の形態による雨水流入量予測装置によれば、複数の雨量計の計測値によって、１箇所の雨量計では検出できなかった近年増加している都市部の局所的なゲリラ豪雨を検出し、それに適した雨水流入量予測を行うことができるので、常に精度のよい雨水流入量予測が実現できる。
【００３８】
実施の形態４．
図４は、本実施の形態に係る、上述の実施の形態２の他の変形例を示す構成図である。なお、図２に示す上述の実施の形態２と同一部分および相当部分については同一符号を付して示し、ここではその説明は省略する。また、図４においては、流入量予測部７のみを記載しているが、他の構成については、図２と同じであるため、そちらを参照されたい。
【００３９】
本実施の形態に係る雨水流入量予測装置は、上述の図２に示す実施の形態２の流入量予測部７内において、予測結果判定部７ｃを削除し、降雨状態判定部７ｅを設けた点と、予測結果切換部７ｂにおける演算で必要な重みを決定するための重み決定部７ｆを追設した点が異なる。これにより、本実施の形態における流入量予測部７は、処理場・ポンプ場１内および排水区域内の複数の雨量計２，２ａ，２ｂのデータに基づき、雨水流入量予測値を演算する複数の予測手段７ａと、処理場・ポンプ場１内および排水区域内の複数の雨量計２，２ａ，２ｂのデータから降雨状態を判定しその結果を出力する降雨状態判定部７ｅと、降雨状態判定部７ｅから出力される判定結果に基づき複数の予測手段７ａのいずれかを選定して、流入量予測部７の雨水流入量予測値として出力する予測結果切換部７ｂとから構成される。
【００４０】
以上の構成で、複数の雨量計２，２ａ，２ｂのデータに基づき複数ある予測手段７ａで雨水流入量予測値が演算され、その結果が予測結果切換部７ｂへ出力される。一方、降雨状態判定部７ｅでは複数の雨量計２，２ａ，２ｂのデータに基づき降雨状態が判定され、予測結果切換部７ｂへ出力される。予測結果切換部７ｂは降雨状態判定部７ｅからの出力を参照して、複数ある予測手段７ａの出力のうちの１つを雨水流入量予測値としてポンプ制御部１０へ出力する。
【００４１】
ここで、降雨状態判定部７ｅは、複数の雨量計２，２ａ，２ｂのデータを用いて排水区域内の降雨量の偏りを判定する。また、複数ある予測手段７ａは、排水区域内の降雨量の偏りによって雨水流入量予測モデル式が変化することを考慮して、降雨量の偏りによってそのモデル式が異なるように構成されている。さらに複数ある予測手段７ａは、実施の形態１と同様、降雨状況によって流達時間や不浸透面積率などが変化することを考慮して、降雨量の大小によってそのパラメータが異なるようにも構成される。すなわち、（降雨量の偏りによるモデル式の数）×（流達時間や不浸透面積率などが変化することによるパラメータの数）の分の予測手段７ａが用意されることとなる。
【００４２】
複数の降雨量データをそれぞれｒ１、ｒ２、・・・、ｒｉ、それぞれの降雨量データ毎に使用する雨水流入量予測モデル式関数をそれぞれｆ１（ｒ）、ｆ２（ｒ）、・・・、ｆｉ（ｒ）、それぞれのモデル式の重みをａ１、ａ２、・・・、ａｉ、予測結果切換部７ｂの出力をｙとすると、雨水流入量予測演算結果は、例えば次のようになる。
演算式：ｙ＝ａ１・ｆ１（ｒｌ）＋ａ２・ｆ２（ｒ２）＋・・・＋ａｉ・ｆｉ（ｒｉ）
【００４３】
【表１】
上表にあるｆ１（ｒ１），ｆ２（ｒ２）…ｆｉ（ｒｉ）がそれぞれ複数ある予測手段７ａに相当し、重み算出式が重み決定部７ｆ内の演算式で、判定条件式が降雨状態判定部７ｅの判定式となり、演算式が予測結果切換部７ｂでの演算式となる。
【００４５】
以上のように、本実施の形態に係る、実施の形態２の変形例の雨水流入量予測装置によれば、複数の雨量計の計測値によって、１箇所の雨量計では検出できなかった近年増加している都市部のゲリラ豪雨を検出し、それに適した雨水流入量予測を行うことができるので、常に精度のよい雨水流入量予測が実現できる。
【００４６】
実施の形態５．
図５は、本実施の形態に係る、上述の実施の形態２のさらなる他の変形例を示す部分構成図である。なお、図２に示す上述の実施の形態２と同一部分および相当部分については同一符号を付して示し、ここではその説明は省略する。また、図５においては、パラメータ自動生成部１１のみを記載しているが、他の構成については、図２と同じであるため、そちらを参照されたい。
【００４７】
本実施の形態による雨水流入量予測装置は、図２に示す実施の形態２のパラメータ自動生成部１１が、処理場・ポンプ場１内および排水区域内の雨量計２のデータに基づき、降雨をいくつかのパターンに分類する降雨分類部１１ａと、降雨分類部１１ａと実績流入量演算部８のデータからモデルパラメータを算出するパラメータ算出部１１ｂと、パラメータ算出部１１ｂの算出結果を格納し適切なタイミングでパラメータ更新判定部１２ヘパラメータを出力するパラメータ格納部１１ｃとから構成されている点が異なる。
【００４８】
以上の構成で、降雨分類部１１ａは、雨量計２のデータに基づき降雨状況を数パターンに分類する。例えば、降雨強度がある一定値以上をある一定時間連続で継続すれば、それを降雨の開始と判定し、また降雨強度がある一定値以下をある一定時間連続で継続すれば降雨終了と判定して、降雨期間を決定する。次に降雨期間中の平均降雨量，ピーク降雨強度，総降雨量，降雨強度別累積時間率曲線の重心などのデータの組合せで、降雨状況の種類を区分し降雨状況のグループを生成しておく。降雨強度別累積時間率曲線の例を図７に示す。そして雨量計２のデータを用いて降雨を各降雨状況のグループに分けて蓄積し、蓄積されたデータと雨水流入量予測モデル式からパラメータ算出部１１ｂで各グループのモデルパラメータを逆算して算出する。パラメータの算出は定期的に実行してもよいし、運転員等の指示により実行してもよい。パラメータ算出部１１ｂで算出されたパラメータは、パラメータ格納部１１ｃに格納され、実施の形態１に記載の方法にてパラメータ更新判定部１２へ出力される。
【００４９】
以上のように、本実施の形態による雨水流入量予測装置によれば、降雨状況を適切に分類し、それぞれのモデルパラメータを自動生成することができるので、モデルパラメータ作成の省力化が図れるとともに、常に精度のよい雨水流入量予測が実現できる。
【００５０】
実施の形態６．
図６は、本実施の形態に係る、上述の実施の形態２のさらなる変形例を示す部分構成図である。なお、図２に示す上述の実施の形態２と同一部分および相当部分については同一符号を付して示し、ここではその説明は省略する。なお、図６においては、雨水流入量予測装置の構成の一部分のみを記載しているが、他の構成については、図２と同様であるため、図２を参照されたい。
【００５１】
本実施の形態による雨水流入量予測装置は、図２に示す実施の形態２の構成において、雨量計２として降雨積算計２ｃと降雨強度計２ｄとを設置し、さらに降雨データ切換部１３を追設した点が異なる。降雨積算計２ｃは積算降雨量を、降雨強度計２ｄは降雨強度をそれぞれ計測する雨量計であり、降雨データ切換部１３は降雨状況に応じて使用する降雨量データとして降雨積算量と降雨強度を切り換えるものである。
【００５２】
降雨データ切換部１３は、超豪雨時には降雨積算計２ｃのデータを、少雨時には降雨強度計２ｄのデータを使用するように切り換える。例えば、時間積算降雨量あるいは降雨強度が５０ｍｍを越えたら降雨積算計２ｃの降雨積算量を、５０ｍｍを下回れば降雨強度を、流入量予測用の降雨データとして、流入量予測部７やパラメータ自動生成部１１やパラメータ更新判定部１２へ出力する。これにより、超豪雨時での降雨強度計測不能や少雨時の降雨積算計の計測遅れによる流入量予測用の降雨データの欠測が防止される。
【００５３】
本実施の形態による雨水流入量予測装置によれば、超豪雨時での降雨強度計測不能と少雨時の降雨積算計の計測遅れによる流入量予測用の降雨データの欠測が防止されるので、常に精度のよい雨水流入量予測が実現できる。
【００５４】
【発明の効果】
この発明は、対象区域に対して設けられた雨水ポンプを備えた所定のポンプ井に流入する雨水流入量を予測するための雨水流入量予測装置であって、上記対象区域内に降った雨水の降雨量データに基づいて上記ポンプ井への雨水流入量を予測するための同一の流入予測モデルを有し、当該流入予測モデルにおける互いに異なるパラメータが設定されて、上記ポンプ井への雨水流入量予測値を出力する複数の流入量予測手段と、上記ポンプ井の水位の計測値に基づいて、上記ポンプ井およびその幹線の貯留量を演算する貯留量演算手段と、上記ポンプ井に設けられている雨水ポンプによる外部へのポンプ吐出流量の計測値と上記貯留量演算手段から出力される上記貯留量とに基づいて、上記ポンプ井への実績流入量を演算する実績流入量演算手段と、上記実績流入量演算手段から出力される実績流入量の値と複数の上記流入量予測手段から出力される雨水流入量予測値とに基づいて、複数の上記流入量予測手段の中から最も予測精度のよい流入量予測手段を判定する予測結果判定手段と、予測結果判定手段によって判定された上記流入量予測手段による雨水流入量予測値を、流入量予測結果として出力する予測結果切換手段とを備えた雨水流入量予測装置であるので、降雨状況の変化や流域状況の変化およびゲリラ豪雨時等の種々の降雨状況に応じた、精度よい雨水流入量予測を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１に係る雨水流入量予測装置の構成図である。
【図２】本発明の実施の形態２に係る雨水流入量予測装置の構成図である。
【図３】本発明の実施の形態２の変形例による雨水流入量予測装置の構成を示した部分構成図である。
【図４】本発明の実施の形態２の変形例による雨水流入量予測装置の構成を示した部分構成図である。
【図５】本発明の実施の形態２の変形例による雨水流入量予測装置の構成を示した部分構成図である。
【図６】本発明の実施の形態２の変形例による雨水流入量予測装置の構成を示した部分構成図である。
【図７】降雨強度別累積時間率曲線の例を示した説明図である。
【符号の説明】
１ 処理場・ポンプ場、２，２ａ，２ｂ 雨量計、２ｃ 降雨積算計、２ｄ 降雨強度計、３ 水位計、４ 雨水ポンプ、５ 流量計、６ ポンプ井、７ 流入量予測部、７ａ 流入量予測手段、７ｂ 予測結果切換部、７ｃ 予測結果判定部、７ｄ 降雨量変換部、７ｅ 降雨状態判定部、７ｆ 重み決定部、８ 実績流入量演算部、９ 貯留量演算部、１０ ポンプ制御部、１１ パラメータ自動生成部、１１ａ 降雨分類部、１１ｂ パラメータ算出部、１１ｃ パラメータ格納部、１２ パラメータ更新判定部、１３ 降雨データ切換部。
Claims (7)
- 対象区域に対して設けられた雨水ポンプを備えた所定のポンプ井に流入する雨水流入量を予測するための雨水流入量予測装置であって、
上記対象区域内に降った雨水の降雨量データに基づいて上記ポンプ井への雨水流入量を予測するための同一の流入予測モデルを有し、当該流入予測モデルにおける互いに異なるパラメータが設定されて、上記ポンプ井への雨水流入量予測値を出力する複数の流入量予測手段と、
上記ポンプ井の水位の計測値に基づいて、上記ポンプ井およびその幹線の貯留量を演算する貯留量演算手段と、
上記ポンプ井に設けられている雨水ポンプによる外部へのポンプ吐出流量の計測値と上記貯留量演算手段から出力される上記貯留量とに基づいて、上記ポンプ井への実績流入量を演算する実績流入量演算手段と、
上記実績流入量演算手段から出力される実績流入量の値と複数の上記流入量予測手段から出力される雨水流入量予測値とに基づいて、複数の上記流入量予測手段の中から最も予測精度のよい流入量予測手段を判定する予測結果判定手段と、
予測結果判定手段によって判定された上記流入量予測手段による雨水流入量予測値を、流入量予測結果として出力する予測結果切換手段と
を備えたことを特徴とする雨水流入量予測装置。 - 上記複数の流入量予測手段は、降雨の状況によってそのパラメータが異なるように構成された流入予測モデルを有していることを特徴とする請求項１に記載の雨水流入量予測装置。
- 上記実績流入量演算手段から出力された上記実績流入量の値と上記対象区域内の降雨量データとに基づいて、複数の上記流入量予測手段の上記流入予測モデルにおける更新候補のパラメータを生成するパラメータ自動生成部と、
上記対象区域内の降雨量データに基づいて、複数の上記流入量予測手段の現状のパラメータと、上記更新候補のパラメータでの雨水流入量予測演算を行って、上記実績流入量演算手段から出力された実績流入量との比較により、パラメータの更新の要否を判定するパラメータ更新判定手段と
をさらに備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の雨水流入量予測装置。 - 上記対象区域内の降雨量データは、上記対象区域内の複数の箇所で計測された複数個のデータであって、
複数の当該降雨量データを所定の演算により平均化した雨水流入量予測演算用降雨量を算出し、その結果を複数の上記流入量予測手段へ出力する降雨量変換手段をさらに備えたことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の雨水流入量予測装置。 - 上記対象区域内の降雨量データは、上記対象区域内の複数の箇所で計測された複数個のデータであって、
複数の当該降雨量データに基づいて、上記対象区域内の降雨状態を判定する降雨状態判定手段と、
降雨状態判定手段から出力される降雨状態判定結果に基づいて、複数の上記流入量予測手段の中から予め設定された所定の条件を満たす流入量予測手段を判定して、当該流入量予測手段からの出力を、流入量予測結果として出力する予測結果切換部と
をさらに備えたことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の雨水流入量予測装置。 - 前記パラメータ自動生成手段は、上記対象区域内の降雨量データに基づいて降雨状況を分類し、分類された降雨毎のパラメータを自動生成し、自動生成したパラメータを降雨状況毎にいくつかのグループに分類することを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の雨水流入量予測装置。
- 上記対象区域内の降雨量データは、降雨積算量と降雨強度とが計測されたものであって、
降雨状況に応じて、使用する降雨量データを上記降雨積算量および上記降雨強度のいずれかに切り換える降雨データ切換部を
さらに備えたことを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載の雨水流入量予測装置。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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-
2003
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