JP2015001093A - 汚染物質量計算装置 - Google Patents

Abstract

【課題】コストを抑制しつつ高精度で汚染物質量を計算できる汚染物質量計算装置を提供する。【解決手段】実施形態によれば、汚染物質量計算装置は、取得手段と、排出係数算出手段と、汚染物質量算出手段とを有する。取得手段は、第１の区間においてセンサが計測する汚染物質量と第１の区間において風速計が計測する風速値とを取得する。排出係数算出手段は、トンネル内の車両の走行状態に応じた汚染物質の排出係数を算出する。汚染物質量算出手段は、センサが計測する汚染物質量と風速計が計測する風速値と排出係数算出手段が算出する排出係数とを用いて、第１の区間に隣接する第２の区間における汚染物質量を算出する。【選択図】図３

Description

本発明の実施形態は、汚染物質量計算装置に関する。

車両が通行するトンネルでは、車両から排出される汚染物質により汚染物質の濃度が上昇する。従来、トンネルでは、汚染物質濃度を低下させるための換気設備として集中排風機や送風機、排風機、電気集塵機、ジェットファン等が設けられる。例えば、トンネル内の換気設備は、トンネル内に設置したセンサが計測する汚染物質濃度に基づいて駆動制御される。しかしながら、トンネルが長くなればなるほど、汚染物質の状態を高精度に計測するためには多くのセンサを設置する必要があるため、多大なコストがかかるという問題がある。

特開２００３−３７９９号公報 特開２０１２−２１９５２４号公報

本発明は、コストを抑制しつつ高精度で汚染物質量を計算できる汚染物質量計算装置を提供することを目的とする。

実施形態によれば、汚染物質量計算装置は、取得手段と、排出係数算出手段と、汚染物質量算出手段とを有する。取得手段は、第１の区間においてセンサが計測する汚染物質量と第１の区間において風速計が計測する風速値とを取得する。排出係数算出手段は、トンネル内の車両の走行状態に応じた汚染物質の排出係数を算出する。汚染物質量算出手段は、センサが計測する汚染物質量と風速計が計測する風速値と排出係数算出手段が算出する排出係数とを用いて、第１の区間に隣接する第２の区間における汚染物質量を算出する。

図１は、本実施形態に係る汚染物質量計算装置による汚染物質濃度の計算対象となるトンネルの例を概略的に示す図である。 図２は、本実施形態に係る汚染物質量計算装置を有する換気制御システムの構成例を示すブロック図である。 図３は、実施形態に係る汚染物質量計算装置および換気自動制御盤が具備する処理部（処理機能）を説明するためのブロック図である。 図４は、実施形態に係る汚染物質量計算装置による汚染物質量の計算処理を説明するためのフローチャートである。

以下、本実施形態について、図面を参照して説明する。
本実施形態においては、トンネルに設置された複数の換気設備を制御する換気制御システムに用いられ、トンネル内の汚染物質量（濃度又は物質量）を計算する汚染物質量計算装置について説明する。本実施形態に係る汚染物質量計算装置は、トンネル内に設置したあるセンサで計測した計測値を用いてトンネル出口も含めたトンネル内の別の場所における汚染物質量（濃度又は物質量）を計算するものである。

本実施形態に係る汚染物質量計算装置が汚染物質量を計算する対象となるトンネルは、どのような換気設備が設けられているものであってもよい。たとえば、トンネルに設置される換気設備としては、縦流換気装置（送排風機）、集中排風機、ジェットファン、横流換気装置、電気集塵機などがある。これらの換気設備は、任意の組み合わせで、任意の個数がトンネルに設けられるようにしてよい。たとえば、トンネルに設けられる換気設備の構成としては、縦流換気装置、縦流換気装置と集中排風機、縦流換気装置とジェットファンと集中排風機、横流換気装置、横流換気装置と集中排風機、横流換気装置とジェットファンと集中排風機、電気集塵機、電気集塵機と集中排風機、電気集塵機とジェットファンと集中排風機、ジェットファン、ジェットファンと集中排風機、集中排風機、換気設備無しなどの構成が想定される。

また、汚染物質量の計算対象となるトンネル自体の構成（構造）としては、たとえば、車両（自動車）が所定の方向に通行（一方通行）するトンネルであっても良いし、分岐部或いは合流部（以下、ランプ部と呼ぶ）が存在するトンネルであっても良い。以下に説明する実施形態においては、主として、縦流換気装置と集中排風機とが設けられ、車両の一方通行であるトンネルを想定する。本実施形態に係る汚染物質量計算装置は、空気（汚染物質を含む空気）の送排気量が不定となるもの（たとえば、出て行く空気の量あるいは入ってくる空気の量が不定（計測あるいは算出不能）のランプ）がなければ、センサによるある汚染物質の濃度の計測位置から、トンネル内の任意の位置で各種の汚染物質濃度を計算できるものである。

ここで、本実施形態に係る換気制御システムにより制御される複数の換気設備が設置されたトンネルの例について説明する。
図１は、複数の換気設備が設置されたトンネルの例を模式的に示す図である。
本実施形態において、トンネル１は、図１に示すように、複数の換気設備１１、１２（１２ａ、１２ｂ）、１３（１３ａ、１３ｂ）、１４、１５が設けられる長大トンネルを想定している。図１に示すトンネル１は、分岐部２が接続され、トンネル出口１ｅｘを有する。一般的に長大トンネルには、図１に示すように、集中排風機１１、送排風機１２、１３、および、ジェットファン１４、１５などの換気設備が複数個所に設置される。これらの換気設備は、トンネル1内の汚染物質濃度、およびトンネル出口１ｅｘの汚染物質濃度が設定した目標値となるように風量が制御される。

たとえば、送排風機１２、１３は、トンネル１外の空気を取り込む送風機１２ａ、１３ａとトンネル１内の空気を排出する排風機１２ｂ、１３ｂとにより空気を循環させる。送排風機１２、１３は、トンネル内の汚染物質濃度を低下させることを目的として駆動が制御される。集中排風機１１は、トンネル内の空気を排出することにより空気を循環させる。たとえば、図１に示す構成では、集中排風機１１は、トンネル出口１ｅｘから外気を取り込むことにより汚染物質濃度を低下させるとともに、トンネル出口１ｅｘにおける風向をトンネル外からトンネル内に向けた風向（逆風）にすることでトンネル１内に発生した汚染物質がトンネル出口１ｅｘから流出することを防ぐ。ジェットファン１４、１５は、トンネル１内の風向及び風速を調整する。

これらの換気設備を制御するために、トンネル１内には、図１に示すように、複数のセンサ（Ｓ）１６（１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄ）、風速計（ＡＶ計）１７（１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、１７ｄ）、および、トラフィックカウンタ（ＴＣ）１８（１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄ）が設置される。

センサ１６は、特定の汚染物質量（濃度又は物質量）を計測するセンサである。たとえば、センサ１６としては、汚染物質の１つとしての一酸化炭素（ＣＯ）の濃度を測定するＣＯ濃度計、汚染物質の１つとしてのＮＯｘの濃度を測定するＮＯｘ濃度計、汚染物質の１つとしてのＳＰＭの濃度を測定するＳＰＭ濃度計などがありうる。なお、一般にはコスト的に安価なＣＯ濃度計がトンネル内の各所に設置される場合が多い。

風速計１７は、風速を計測する。各換気設備１１、１２，１３、１４、１５は、トンネル１内およびトンネル出口１ｅｘの汚染物質濃度が設定した目標値となるように、センサ１６で計測した汚染物質量および風速計１７で計測した風速データを用いて計算した制御量（風量）により制御される。また、トラフィックカウンタ（ＴＣ）１８は、トンネル内の各所における交通量を計測するものである。たとえば、トラフィックカウンタ１８は、所定位置を走行する車両を検知する。トラフィックカウンタ１８による検知結果に基づいて、当該所定位置における車両の平均走行速度、１車線当りの車頭間隔、大型車混入率などが算出される。

次に、トンネル内の複数の換気設備を制御する換気制御システムの構成について説明する。
図２は、本実施形態に係る汚染物質量計算装置を有する換気制御システムの構成例を示す図である。
図２に示すように、換気制御システムは、換気自動制御盤２１、汚染物質量計算装置２２、換気連動盤２３（２３Ａ、２３Ｂ、２３Ｃ）を有する。換気自動制御盤２１と各換気連動盤２３とは、ネットワーク（ＬＡＮ）２４を介して接続される。換気自動制御盤２１と汚染物質量計算装置２２とは、通信可能に接続される。

各換気連動盤２３（２３Ａ、２３Ｂ、２３Ｃ）は、それぞれ各換気所Ａ、Ｂ、Ｃに設置される。各換気所の各換気連動盤２３（２３Ａ、２３Ｂ、２３Ｃ）は、トンネル内の特定の区間における換気を制御するものである。換気連動盤２３は、それぞれが換気を担当するトンネル内の区間に設けられた、換気設備１１乃至１５、センサ１６、風速計１７、およびトラフィックカウンタ１８などが接続される。

たとえば、図２に示す構成例において、換気所Ａには、換気連動盤２３Ａが設けられる。換気連動盤２３Ａには、ジェットファン（ＪＦ）１４、集中排風機１１、風速計（ＡＶ計）１７ｅｘ、１７ａ、トラフィックカウンタ（ＴＣ）１８ｅｘ、１８ａが接続される。また、換気所Ｂに設けられる換気連動盤２３Ｂには、送排風機１２（送風機１２ａ、排風機１２ｂ）、センサ１６ｂ、風速計１７ｂ、トラフィックカウンタ１８ｂなどが接続される。さらに、換気所Ｃに設けられる換気連動盤２３Ｃには、送排風機１３（送風機１３ａ、排風機１３ｂ）、センサ１６ｃ、風速計１７ｃ、風速計１７ｄ、トラフィックカウンタ１８ｃ、トラフィックカウンタ１８ｄなどが接続される。各換気所の各換気連動盤２３（２３Ａ、２３Ｂ、２３Ｃ）は、ＬＡＮ２４を介して換気自動制御盤２１に接続する。

また、分岐線２には、センサ１９が設置される。センサ１９は、ＬＡＮ２４などを介して換気自動制御盤２１へ接続される。センサ１９は、トンネル１内から分岐線２に送出された汚染物質量を測定するものである。センサ１９は、分岐線２の接続位置よりも上流側に設置したセンサの計測値から、分岐線２の接続位置よりも下流側の位置での汚染物質量の計算対象となる汚染物質量を測定するセンサである。つまり、センサ１９は、汚染物質量の計算結果を分岐線２に送出された汚染物質量で補正するために、分岐線２に送出された汚染物質量を測定するためのセンサである。

たとえば、汚染物質量計算装置２２が分岐線２の接続位置よりも上流側に設置したセンサ１６ｃ（例えばＣＯ濃度計）の計測値から、分岐線２の接続位置よりも下流側の位置で汚染物質量（例えばＮＯｘ量）を計算する場合、分岐線２内には、トンネル１から送出された計算対象の汚染物質量（例えばＮＯｘ量）を計測するためのセンサ１９（ＮＯｘ濃度計）が設けられる。

各換気連動盤２３（２３Ａ、２３Ｂ、２３Ｃ）は、ＣＰＵなどのプロセッサ、ＲＡＭ、および、ＲＯＭなどにより構成する制御部、書換え可能な不揮発性メモリなどのデータ記憶部、および、各種インターフェース（情報通信部）を有するコンピュータである。換気連動盤２３の制御部は、プロセッサがメモリに記憶したプログラムを実行することにより、各種の処理機能を実現する。たとえば、換気連動盤２３は、換気設備１１乃至１４を制御する機能、各センサ１６（１６ｂ、１６ｃ）、風速計１７（１７ｅｘ、１７ａ〜１７ｄ）、およびトラフィックカウンタ１８（１８ｅｘ、１８ａ〜１８ｄ）が計測した実測値を示す情報を管制室の換気自動制御盤２１へ送信する機能、および、管制室の換気自動制御盤２１から指示される制御情報に従って各換気設備を駆動制御する機能を有する。

換気自動制御盤２１は、ＣＰＵなどのプロセッサ、ＲＡＭ、ＲＯＭなどにより構成する制御部、書換え可能な不揮発性メモリなどのデータ記憶部、および、各種インターフェース（情報通信部）などを有するコンピュータである。換気自動制御盤２１は、プロセッサがメモリに記憶したプログラムを実行することにより、各種の処理機能を実現する。たとえば、換気自動制御盤２１は、トンネル内の各換気設備を統括的に制御する機能、各センサ１６、風速計１７およびトラフィックカウンタ１８が計測した情報を収集する機能、収集した情報により所望の数値を計算する機能などを有する。

たとえば、換気自動制御盤２１は、各換気設備を統括的に制御する機能として、各換気設備に対して指示する換気量（風量）などの制御情報を決定し、決定した制御情報をＬＡＮ２４を介して各換気設備が接続された換気連動盤２３へ送信する。また、換気自動制御盤２１は、情報を収集する機能として、各換気連動盤２３からトンネル内の各所に設置したセンサ１６、風速計１７およびトラフィックカウンタ１８が検知した情報（汚染物質濃度風速、交通量などを示す情報）を収集する。

また、汚染物質量計算装置２２は、ＣＰＵなどのプロセッサ、ＲＡＭ、ＲＯＭなどにより構成する制御部、書換え可能な不揮発性メモリなどのデータ記憶部、および、各種インターフェース（情報通信部、取得手段）を有するコンピュータである。汚染物質量計算装置２２の制御部は、プロセッサがメモリに記憶したプログラムを実行することにより、各種の処理機能を実現する。たとえば、汚染物質量計算装置２２は、各センサの計測位置とは別の場所における汚染物質濃度を計算する機能、および、各センサが濃度を計測する汚染物質とは別の種類の汚染物質の濃度を計算する機能を有する。

汚染物質量計算装置２２は、各換気自動制御盤２１からトンネル内のセンサが計測する汚染物質濃度、風速計が計測する風速、および、トラフィックカウンタが計測する交通量を示す情報を取得する。汚染物質量計算装置２２は、センサによる汚染物質濃度の実測値、風速計による風速の実測値およびトラフィックカウンタによる実測値に基づいて、トンネル内におけるセンサの計測場所とは別の場所（例えば、トンネル出口）における各種の汚染物質の濃度を計算する。

たとえば、汚染物質量計算装置２２は、センサが計測するある種の汚染物質（たとえば、ＣＯ）の濃度から当該センサの計測位置とは別の場所における別の種類の汚染物質（たとえば、ＮＯｘ、ＳＰＭなど）の濃度を計算する。また、汚染物質量計算装置２２は、センサが計測する特定種類の汚染物質（たとえば、ＣＯ）の濃度から、当該センサの計測位置とは別の場所における当該特定種類の汚染物質（たとえば、ＣＯ）の濃度を計算する機能も有する。

次に、換気自動制御盤２１および汚染物質量計算装置２２における処理機能について説明する。
図３は、換気自動制御盤２１および汚染物質量計算装置２２における処理機能の構成例を示すブロック図である。
換気自動制御盤２１は、図２に示すように、交通量計測部３０、風速計測部３１、センサ計測部３２、換気風量計測部３３、制御量計算部３４、換気制御部３５などの処理機能を有する。これらの各部は、換気自動制御盤２１の制御部において、プロセッサがプログラムを実行することにより実現される機能として実現して良い。

交通量計測部３０は、各換気連動盤２３を介してトラフィックカウンタ１８が計測した交通量を管理する機能である。交通量計測部３０は、各トラフィックカウンタ１８による実測値および実測値から計算した交通量を示す交通量データとして、車両の走行速度、１車線当りの車頭間隔、大型車混入率などの情報を汚染物質量計算装置２２へ供給する。

風速計測部３１は、各換気連動盤２３を介して収集するトンネル内の各所に設置した風速計が計測した風速を管理する機能である。風速計測部３１は、各風速計による実測値を汚染物質量計算装置２２へ供給する。

センサ計測部３２は、各換気連動盤２３から収集するトンネル内の各所に設置したセンサ１６が計測した汚染物質濃度を管理する機能である。センサ計測部３２は、各センサ１６による汚染物質濃度の実測値を汚染物質量計算装置２２へ供給する。
換気風量計測部３３は、各換気連動盤２３から収集するトンネル内の各換気設備による換気風量を管理する機能である。換気風量計測部３３は、各換気設備による換気風量を汚染物質量計算装置２２へ供給する。

制御量計算部３４は、各換気設備が換気すべき換気量を決定する。制御量計算部３４は、汚染物質量計算装置２２が計算する汚染物質濃度に基づいて各換気設備で必要になる換気量（制御量）などを計算する。制御量計算部３４は、計算した換気量などを示す情報を換気制御部へ供給する。換気制御部３５は、制御量計算部３４により計算された換気量で換気させるための制御情報を各換気設備に接続された各換気連動盤２３へ供給する。

また、汚染物質量計算装置２２は、図２に示すように、交通量ＤＢ４０、風速ＤＢ４１、風速補正部（風速補正機能）４２、換算ＤＢ４３、濃度換算補正値算出部（濃度換算補正値算出機能）４４、センサＤＢ４５、汚染物質量算出部（汚染物質量算出機能）４６、換気風量ＤＢ４７、換気機風量を考慮したトンネル外への汚染物質排気量算出部（汚染物質排気量算出機能）４８、トンネル内での汚染物質排出量算出部（汚染物質排出量算出機能）４９などの処理機能を有する。これらの各部は、汚染物質量計算装置２２の制御部において、プロセッサがプログラムを実行することにより実現される機能として実現して良い。

各ＤＢ４０、４１、４３、４５、４７は、汚染物質量計算装置２２のデータ記憶部に設けられる。また、各ＤＢ４０、４１、４３、４５、４７は、汚染物質量計算装置２２の制御部がアクセス可能な外部の装置に設けても良い。交通量ＤＢ４０は、換気自動制御盤２１が収集したトンネル内のトラフィックカウンタ１８が計測した交通量データ（トラフィックカウンタ１８が検知した情報より算出した情報）を格納する。風速ＤＢ４１は、換気自動制御盤２１が収集したトンネル内の各風速計１７が計測した風速の値（風量データ）を格納する。

風速補正部４２は、風速ＤＢ４１に記憶した風速の値を補正する処理を行う。風速補正部４２は、分岐線や合流線においてトンネル内の風量収支が等しくなるように風量補正を行って風量データのバラつきを補正する。たとえば、風速計が計測する風速データには、「ノイズ・アウトライア（はずれ値）の混入」や「グロスエラー（＝風量の収支が合わないというエラー、バイアス混入を含む）」が含まれることが多い。風速補正部４２は、風速計が計測した風速データに含まれる「ノイズ」と「グロスエラー」とを補正するために、「ノイズ・アウトライア処理」と「グロスエラー処理」とにより風速データを補正する。「ノイズ・アウトライア処理」としては、「フィルタ処理」を適用でき、「グロスエラー処理」としては、「データリコンシリエーション」が適用できる。

換算ＤＢ４３は、濃度換算補正値算出部４４による換算処理に用いる情報を格納する。たとえば、換算ＤＢ４３は、走行車両の排気ガスに含まれる汚染物質の割合に関する情報を格納する。たとえば、換算ＤＢ４３は、国土交通省の国土技術政策総合研究所がまとめた「国土技術政策総合研究所資料 自動車排出係数の算定根拠」などに記載の内容をもとにした走行車両の排気ガスに含まれる汚染物質の割合に関する情報を格納する。

濃度換算補正値算出部４４は、換算ＤＢ４３に格納する走行車両の排気ガスに含まれる汚染物質の割合に関する情報に基づいて１つの汚染物質の濃度から別の汚染物質の濃度を算出（換算）する補正値を算出する。濃度換算補正値算出部４４は、換算ＤＢ４３に格納した情報から、それぞれの汚染物質濃度を換算する補正値を算出する。

センサＤＢ４５は、換気自動制御盤２１が収集したトンネル内の各センサ１６が計測した汚染物質量（濃度又は物質量）の値を格納する。センサ１６は、複数種類ある汚染物質（例えば、ＣＯ、煤煙、ＮＯｘ、ＳＰＭ）のうち何れか１種類の汚染物質（例えば、ＣＯ）の量を計測するものであれば良い。センサ１６が計測する汚染物質量は、他の汚染物質量に換算できるものである。

たとえば、ＣＯ、煤煙、ＮＯｘ、ＳＰＭは、後述する計算処理により何れか１つの物質量を他の物質量に換算（計算）できる。ただし、センサ１６による測定対象となる物質あるいは計算対象となる物質は、ＣＯ、煤煙、ＮＯｘ、ＳＰＭに限定されるものではなく、他の物質であっても良い。さらには、センサ１６による測定対象となる物質あるいは計算対象となる物質は、汚染物質に限定されるものでもない。

汚染物質量算出部（汚染物質量算出機能）４６は、風速補正部４２の計算結果と、濃度換算補正値算出部４４の計算結果と、センサＤＢ４５に格納したトンネル内の各センサ１６が計測した汚染物質濃度の計測値とを用いて、トンネル内の各区間における汚染物質量を算出する。

また、汚染物質量算出部４６は、センサ１６の計測値をチェックする計測値チェック部（計測値チェック機能）４６ａを有する。計測値チェック部４６ａは、各センサ１６による計測値が正常な値で存在するか否かをチェックする。たとえば、計測値チェック部４６ａがあるセンサによる計測値が異常な値であると判断した場合、汚染物質量算出部４６は、他のセンサの計測値あるいは過去の当該センサの計測値を用いて、当該センサの測定を推定する機能を有する。また、計測値チェック部４６ａが、あるセンサの計測値が存在しない（欠則値）と判断した場合、汚染物質量算出部４６は、他のセンサの計測値あるいは過去の当該センサの計測値を用いて、当該センサの測定値を推定する機能を有する。

換気風量ＤＢ４７は、トンネル内の各換気設備１１、１２、１３の風量（換気風量）を示す値を格納する。汚染物質排気量算出部（汚染物質排気量算出機能）４８は、換気風量ＤＢ４７に格納した換気風量を考慮したトンネル外への汚染物質の排気量を算出する。すなわち、汚染物質排気量算出部４８は、トンネル内の換気設備としての集中排風機１１および送排風機１２、１３による換気によってトンネル内の各区間（各換気所）で汚染物質がトンネル外へ排気される量（汚染物質の排気量）を算出する。

汚染物質排出量算出部（汚染物質排出量算出機能）４９は、トンネル内での汚染物質排出量を算出する。汚染物質排出量算出部４９は、汚染物質排気量算出部４８が算出する換気風量を考慮したトンネル外への汚染物質の排気量を用いて集中排風機１１よりも下流側のトンネル出口で発生する汚染物質の排出量を算出する。汚染物質排出量算出部４９は、計算した汚染物質の排出量を換気自動制御盤２１へ通知する。これにより、換気自動制御盤２１では、汚染物質の排出量に応じた各換気設備の換気量を決定して各換気設備を制御できる。

次に、汚染物質量計算装置２２による汚染物質量の計算処理について説明する。
本実施形態においては、汚染物質の計算対象とする当該区間には汚染物質量を計測するセンサが設置されておらず、汚染物質の計算対象とする当該区間よりも上流側には汚染物質の何れか１つの物質量（濃度又は物質量）を計測するセンサが設置されるものとする。以下の説明では、１例として、図１に示す構成例において、汚染物質の計算対象とするトンネル出口１ｅｘの周辺の区間ｅｘおよび区間Ａには汚染物質量を計測するセンサが設置されておらず、汚染物質の計算対象とする区間よりも上流側の区間Ｂには汚染物質の１つであるＣＯの濃度を計測するセンサ（ＣＯ濃度計）が設置される場合を想定して説明するものとする。

なお、センサ１６が計測対象とする汚染物質は、一酸化炭素（ＣＯ）に限定されるものではなく、煤煙、ＮＯｘ、ＳＰＭなどの他の汚染物質の量（濃度又は物質量）を計測であっても以下の説明と同様な処理が実現できる。また、センサ１６による測定対象となる物質あるいは計算対象となる物質は、ＣＯ、煤煙、ＮＯｘ、ＳＰＭに限定されるものではなく、他の物質であっても良いし、汚染物質に限定されるものでもない。

すなわち、汚染物質量計算装置２２は、センサ１６の計測値に対して、走行する車両から排出される排気ガスに含まれている汚染物質の割合が所定の値であるものとして算出する濃度換算補正値を用いて所定位置（例えばトンネル出口１ｅｘ）における汚染物質の量（濃度または物質量）を算出する。換気自動制御盤２１は、汚染物質量計算装置２２が算出した汚染物質の量に基づいて、トンネルの各所における汚染物質濃度が所定の基準値以下に抑制するように、各換気設備（集中排風機１１、送排風機１２、１３およびジェットファン１４、１５）による換気風量を制御する。

図４は、センサ１６の測定値から下流側の区間における汚染物質量を計算する処理手順の例を説明するためのフローチャートである。
図４に示す処理例では、図１に示すようなトンネル１において、区間Ｂのセンサ１６ｂによる測定値から区間Ａ及び区間ｅｘ（トンネル出口１ｅｘ）の汚染物質量を算出する処理手順を示している。すなわち、図１に示す構成例では、区間Ｂには汚損物質濃度を計測するセンサ１６ｂが設置され、区間Ａ及び区間Ｅｘには汚損物質濃度を計測するセンサ１６が設置されていない。

ここでは、センサ１６ｂの計測値に基づいて区間Ａ及び区間Ｅｘにおける汚損物質量を算出する処理を説明するものである。また、区間Ｂのセンサ１６ｂは、汚染物質の１つとしてのＣＯの濃度を計測するＣＯ濃度計である場合を想定し、区間Ａ及び区間Ｅｘ（トンネル出口）におけるＣＯ量、ＮＯｘ量およびＳＰＭ量を算出する例を想定して説明するものとする。

まず、汚染物質量計算装置２２の制御部は、区間Ｂにおける各種の汚損物質の排出係数を算出する（ステップＳ１１）。具体例として、汚染物質量計算装置２２は、区間Ｂにおける勾配補正を考慮して小型車及び大型車ごとのＮＯｘ、ＳＰＭ、ＣＯの排出係数［ｇ／ｋｍ・台］を算出し、大型車混入率により区間Ｂ全体としてのＮＯｘ、ＳＰＭ、ＣＯの排出係数［ｇ／ｋｍ・台］を算出する。

ここで、汚染物質量計算装置２２は、「国土技術政策総合研究所資料 自動車排出係数の算定根拠」に基づいて、計算対象とするセンサの設置位置（区間）における小型車及び大型車ごとに勾配補正を考慮したＮＯｘ、ＳＰＭ、ＣＯの排出係数を算出する。

たとえば、前術の資料「自動車排出係数の算定根拠」では、中間年次の自動車排出係数として、平均速度に対して、小型車のＮＯｘ、大型車のＮＯｘ、小型車のＳＰＭ、大型車のＳＰＭ、小型車のＣＯ、大型車のＣＯ、小型車のＳＯ２、大型車のＳＯ２の排出係数が示されている。

また、資料「自動車排出係数の算定根拠」では、特定の年次の自動車排出係数近似式計数一覧として、特定の複数の年次におけるＮＯｘ、ＳＰＭ、ＣＯ、及び、ＳＯ２について、小型車に対する係数（Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ）と大型車に対する係数（Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ）とを示している。さらに、資料「自動車排出係数の算定根拠」では、上述した係数Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄを用いて排出係数ＥＦを算出する式として、
ＥＦ＝Ａ／Ｖ＋ＢＶ＋ＣＶＶ＋Ｄ（ただし、Ｖは車両の平均速度[ｋｍ／ｈ]…（数１）
が定義されている。

汚染物質量計算装置２２は、資料「自動車排出係数の算定根拠」で示される情報に加えて、計算の対象となる区間に関する情報（例えば、区間長、断面積、勾配）、および、トラフィックカウンタ１８などにより計測されるトンネル内の交通量データ（例えば、車両の平均走行速度、大型車混入率、１車線当りの車頭間隔）などを取得する。これらの情報は、例えば、換算ＤＢ４３及び交通量ＤＢ４０に記憶される。ただし、これらの情報は、外部装置から取得するようにしても良い。

汚染物質量計算装置２２は、「自動車排出係数の算定根拠」において複数の年次で示される各係数から現在時点での各係数（Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ）を算出する。たとえば、２０１０年度の数値と２０１５年度の数値とが示されている場合、２０１０年度の数値と２０１５年度の数値とを線形内挿することにより、２０１４年度の数値（係数）を算出できる。

汚染物質量計算装置２２は、算出した現時点での各係数と車両の平均走行速度とを上記数１に代入することにより、小型車及び大型車ごとに各種の汚染物質に対する排出係数を算出する。さらに、本実施形態では、計算対象となる区間の勾配を考慮するものとする。このため、汚染物質量計算装置２２は、上記数１で算出した値に、計算対象とする区間Ｂの勾配に所定の係数を乗じて１を加算した値を掛け合わせる。このような計算によって、汚染物質量計算装置２２は、区間Ｂにおける、小型車のＮＯｘ排出係数（ＥＦｎｏｓ）、大型車のＮＯｘ排出係数（ＥＦｎｏｌ）、小型車のＳＰＭ排出係数（ＥＦｓｐｓ）、大型車のＳＰＭ排出係数（ＥＦｓｐｌ）、小型車のＣＯ排出係数（ＥＦｃｏｓ）、大型車のＣＯ排出係数（ＥＦｃｏｌ）、小型車のＳＯ２排出係数（ＥＦｓｏｓ）、および、大型車のＳＯ２排出係数（ＥＦｓｏｌ）を算出する。

小型車と大型車に対する各汚染物質の排出係数を算出すると、汚染物質量計算装置２２は、区間Ｂにおける大型車混入率をもとにして小型車と大型車とを合わせた各汚染物質の排出係数を算出する。たとえば、汚染物質量計算装置２２は、ＣＯ排出係数（ＥＦｃｏ）、ＮＯｘ排出係数（ＥＦｎｏ）、ＳＰＭ排出係数（ＥＦｓｐ）は、大型車混入率をγとすると、以下の計算式により算出される。

ＥＦｎｏ＝ＥＦｎｏｓ×（１−γ）＋ＥＦｎｏｌ×γ、
ＥＦｓｐ＝ＥＦｓｐｓ×（１−γ）＋ＥＦｓｐｌ×γ、
ＥＦｃｏ＝ＥＦｃｏｓ×（１−γ）＋ＥＦｃｏｌ×γ。
以上の処理によって、汚染物質量計算装置２２は、勾配補正を考慮して、区間Ｂにおける各汚染物質の排出係数を算出する。

次に、汚染物質量計算装置２２の制御部は、当該区間のセンサ１６が計測可能な汚染物質の排出量に対して他の種類の汚染物質への換算係数を算出する（ステップＳ１２）。具体例として、区間Ｂのセンサ１６ｂがＣＯ濃度計であれば、汚染物質量計算装置２２は、区間Ｂにおける各汚染物質の排出係数により、ＣＯ排出量に対するＮＯｘ換算係数、および、ＳＰＭ換算係数を算出する。ここで、ＮＯｘ換算係数ＲｎｏおよびＳＰＭ換算係数Ｒｓｐは、区間Ｂで算出したＣＯ排出係数（ＥＦｃｏ）、ＮＯｘ排出係数（ＥＦｎｏ）、ＳＰＭ排出係数（ＥＦｓｐ）を用いて、以下の計算式で算出される。
Ｒｎｏ＝ＥＦｎｏ／ＥＦｃｏ、
Ｒｓｐ＝ＥＦｓｐ／ＥＦｃｏ。

なお、区間Ｂのセンサ１６ｂが別の汚染物質濃度を計測するセンサであれば、計測対象となる汚染物質から他の汚染物質を換算するための換算係数を用いれば良い。一般には、トンネル内には安価なＣＯ濃度計が設置されていることが多い。

次に、汚染物質量計算装置２２の制御部は、当該区間に流入するＣＯ量、ＮＯｘ量およびＳＰＭ量を算出する（ステップＳ１３）。具体例として、区間Ｂのセンサ１６ｂがＣＯ濃度計であれば、汚染物質量計算装置２２は、区間Ｂの風速計１７ｂが計測する風速の値（ＱＢ［ｍ３／ｓ］）とセンサ１６ｂが計測するＣＯ濃度の計測値（ｑ［ｐｐｍ］）とから、ＣＯ量（ｑＢｃｏｉｎ）［ｇ／ｓ］を算出する。

ここで、［ｍ３／ｓ］を［ｇ／ｓ］に変換するため、理想気体の状態方程式（ＰＶ＝ｎＲＴ）から分子量ＰＶ／ＲＴを求める。一酸化炭素は１ｍｏｌあたり２８ｇなので、気体の標準状態（ＳＡＴＰ：温度２５℃、気圧１０５Ｐａ）において、一酸化炭素１ｍ３は、１１２９．５７０１［ｇ］となる。この換算値を用いて、ＣＯ量（ｑＢｃｏｉｎ）［ｇ／ｓ］は、以下の式により算出される。
ｑＢｃｏｉｎ＝ＱＢ×ｑ／１０６×１１２９．５７０１ ［ｇ／ｓ］。

このＣＯ量（ｑＢｃｏｉｎ）と各汚染物質の換算係数とを用いて、区間Ｂに流入するＮＯｘ量（ｑＢｓｐｉｎ）［ｇ／ｓ］およびＳＰＭ量（ｑＢｓｐｉｎ）［ｇ／ｓ］は、以下の式により算出される。
ｑＢｓｐｉｎ＝ｑＢｃｏｉｎ×Ｒｎｏ ［ｇ／ｓ］、
ｑＢｓｐｉｎ＝ｑＢｃｏｉｎ×Ｒｓｐ ［ｇ／ｓ］。

次に、汚染物質量計算装置２２の制御部は、当該区間の排風機１２ｂで引き抜かれるＣＯ量、ＮＯｘ量およびＳＰＭ量を算出する（ステップＳ１４）。具体例として、汚染物質量計算装置２２は、排風機１２ｂの運転風量（Ｑｅｍｓ［ｍ３／ｓ］）とセンサ１６ｂが計測するＣＯ濃度の計測値（ｑ［ｐｐｍ］）とから、排風機１２ｂで引き抜かれるＣＯ量（ｑｍｓｃｏｏｕｔ）［ｇ／ｓ］を算出する。上述した換算値を用いると、ＣＯ量（ｑｍｓｃｏｏｕｔ）［ｇ／ｓ］は、以下の式により算出される。
ｑｍｓｃｏｏｕｔ＝Ｑｅｍｓ×ｑ／１０６×１１２９．５７０１ ［ｇ／ｓ］。

このＣＯ量（ｑｍｓｃｏｏｕｔ）と各汚染物質の換算係数とを用いて、排風機１２ｂで引き抜かれるＮＯｘ量（ｑｍｓｓｐｏｕｔ）［ｇ／ｓ］およびＳＰＭ量（ｑｍｓｓｐｏｕｔ）［ｇ／ｓ］は、以下の式により算出される。
ｑｍｓｓｐｏｕｔ＝ｑｍｓｃｏｏｕｔ×Ｒｎｏ ［ｇ／ｓ］、
ｑｍｓｓｐｏｕｔ＝ｑｍｓｃｏｏｕｔ×Ｒｓｐ ［ｇ／ｓ］。

次に、汚染物質量計算装置２２の制御部は、区間Ｂの次の区間（区間Ａ）における各種の汚損物質の排出係数および発生量を算出する（ステップＳ１５）。区間Ａは、集中排風機（トンネル出口）１１の上流側の区間である。例えば、汚染物質量計算装置２２は、上記ステップＳ１１と同様な計算方法によって、小型車及び大型車ごとに区間Ａにおける勾配補正を考慮した小型車のＮＯｘ排出係数（ＥＦｎｏｓ）、大型車のＮＯｘ排出係数（ＥＦｎｏｌ）、小型車のＳＰＭ排出係数（ＥＦｓｐｓ）、大型車のＳＰＭ排出係数（ＥＦｓｐｌ）を算出する。

区間ＡにおけるＮＯｘ排出量（ｑＡｎｏ［ｇ／ｓ］）、ＳＰＭ排出量（ｑＡｓｐ［ｇ／ｓ］）、および、ＣＯ排出量（ｑＡｃｏ［ｇ／ｓ］）は、各汚染物質の排出係数（ＥＦ）、大型車混入率γ、存在台数ｎ２３、車速Ｖｔを用いて、以下の式により算出される。

ｑＡｎｏ＝（ＥＦｎｏｓ×（１−γ）＋ＥＦｎｏｌ×γ）×ｎ２３×Ｖｔ、
ｑＡｓｐ＝（ＥＦｓｐｓ×（１−γ）＋ＥＦｓｐｌ×γ）×ｎ２３×Ｖｔ、
ｑＡｃｏ＝（ＥＦｃｏｓ×（１−γ）＋ＥＦｃｏｌ×γ）×ｎ２３×Ｖｔ。

次に、汚染物質量計算装置２２の制御部は、区間Ａ（集中排風機の上流側の区間）における各種の汚損物質の発生を算出する（ステップＳ１６）。具体例として、汚染物質量計算装置２２は、以下の式により、区間Ａに流入するＮＯｘ量、排風機１２ｂで引き抜かれるＮＯｘ量および区間ＡにおけるＮＯｘ排出量を用いて、区間ＡにおけるＮＯｘ量（ｑｒ１ｎｏ［ｇ／ｓ］）を算出する。

ｑｒ１ｎｏ＝ｑＡｎｏｉｎ−ｑｍｓｎｏｏｕｔ＋ｑ２３ｎｏ。

また、汚染物質量計算装置２２は、以下の式により、区間Ａに流入するＳＰＭ量、排風機１２ｂで引き抜かれるＳＰＭ量および区間ＡにおけるＳＰＭ排出量を用いて、区間ＡにおけるＳＰＭ量（ｑｒ１ｓｐ［ｇ／ｓ］）を算出する。

ｑｒ１ｓｐ＝ｑＡｓｐｉｎ−ｑｍｓｓｐｏｕｔ＋ｑ２３ｓｐ。

さらに、汚染物質量計算装置２２は、以下の式により、区間Ａに流入するＣＯ量、排風機１２ｂで引き抜かれるＣＯ量および区間ＡにおけるＣＯ排出量を用いて、区間ＡにおけるＣＯ量（ｑｒ１ｃｏ［ｇ／ｓ］）を算出する。

ｑｒ１ｃｏ＝ｑＡｃｏｉｎ−ｑｍｓｃｏｏｕｔ＋ｑ２３ｃｏ。

次に、汚染物質量計算装置２２の制御部は、区間Ａの次の区間（区間Ｅｘ）における各種の汚損物質の排出係数および発生量を算出する（ステップＳ１７）。区間Ｅｘは、集中排風機１１の下流側（トンネル出口）の区間である。例えば、汚染物質量計算装置２２は、上記ステップＳ１１と同様な計算方法によって、小型車及び大型車ごとに区間Ｅｘにおける勾配補正を考慮した小型車のＮＯｘ排出係数（ＥＦｎｏｓ）、大型車のＮＯｘ排出係数（ＥＦｎｏｌ）、小型車のＳＰＭ排出係数（ＥＦｓｐｓ）、大型車のＳＰＭ排出係数（ＥＦｓｐｌ）を算出する。

区間ＥｘにおけるＮＯｘ排出量（ｑＥｘｎｏ［ｇ／ｓ］）、ＳＰＭ排出量（ｑＥｘｓｐ［ｇ／ｓ］）およびＣＯ排出量（ｑＥｘｃｏ［ｇ／ｓ］）は、各汚染物質の排出係数（ＥＦ）、大型車混入率γ、存在台数ｎ２３、車速Ｖｔを用いて、以下の式により算出される。

ｑＥｘｎｏ＝（ＥＦｎｏｓ×（１−γ）＋ＥＦｎｏｌ×γ）×ｎ２３×Ｖｔ、
ｑＥｘｓｐ＝（ＥＦｓｐｓ×（１−γ）＋ＥＦｓｐｌ×γ）×ｎ２３×Ｖｔ、
ｑＥｘｃｏ＝（ＥＦｃｏｓ×（１−γ）＋ＥＦｃｏｌ×γ）×ｎ２３×Ｖｔ。

また、区間Ｅｘにおける風向がトンネル出口側から集中排風機１１への方向であれば、区間ＥｘにおけるＮＯｘ量（ｑｒ２ｎｏ［ｇ／ｓ］）、ＳＰＭ量（ｑｒ２ｓｐ［ｇ／ｓ］）およびＣＯ排出量（ｑｒ２ｃｏ［ｇ／ｓ］）は、以下の式に示すように、区間ＥｘにおけるＮＯｘ排出量（ｑＥｘｎｏ［ｇ／ｓ］）、ＳＰＭ排出量（ｑＥｘｓｐ［ｇ／ｓ］）およびＣＯ排出量（ｑＥｘｃｏ［ｇ／ｓ］）と等しいものと想定して良い。

ｑＥｘｎｏ＝ｑｒ２ｃｏ、ｑＥｘｓｐ＝ｑｒ２ｃｏ、ｑＥｘｃｏ＝ｑｒ２ｃｏ。

次に、汚染物質量計算装置２２の制御部は、区間Ａにおける汚染物質量（ｑｒ１ｎｏ、ｑｒ１ｓｐ、ｑｒ１ｃｏ）と区間Ｅｘにおける汚染物質量（ｑｒ２ｎｏ、ｑｒ２ｓｐ、ｑｒ２ｃｏ）とに基づいてトンネル出口１ｅｘからの持ち出し量ｑｐＥｘを算出する（ステップＳ１８）。たとえば、持ち出し量ｑｐＥｘは、区間Ａにおける汚染物質量および区間Ｅｘにおける汚染物質量などを所定の関係式により代入することにより算出されるものとする。

なお、算出する汚染物質量に基づいて換気設備によりトンネル外に持ち出される汚染物質量を管理する場合、車両が走行することにより発生する局所的な風速変化などによりトンネル外に漏れ出す汚染物質量を考慮する必要がある。このようなトンネル外に漏れだす汚染物質量を算出する式については、一定比率やシミュレーションや実験により求めた係数を含めた式など、どのような式を用いても良い。また、各換気設備の制御方式についても、汚染物質の漏れ出し量をもとにしたフィードバック制御や予測制御など、どのような制御方式を用いても良い。

上記の処理例においては、分岐線あるいは合流線がない区間について汚染物質量を計算する場合について説明したが、上記処理例においては、分岐線あるいは合流線が存在する場合であっても、分岐線あるいは合流線で送排出される汚染物質量がセンサ等により特定でき場合には、上述した処理例が適用できる。たとえば、図１に示すように、分岐線に汚染物質量を検出するセンサ１９が設けられている場合、センサ１６ｃによる測定値を用いて分岐線よりも下流側の汚染物質濃度を計算し、その計算結果をセンサ１９により検出した測定値で補正する。

これにより、センサによる測定位置から汚染物質量の計算位置までの間に分岐線あるいは合流線が存在する場合であっても、上述した処理手順によって計算した汚染物質量を、センサ等で検出する分岐線あるいは合流線で送排出される汚染物質量量で補正することにより計算可能となる。

次に、あるセンサの計測値に不具合が発生した場合の処理例について説明する。
上述した計算処理によれば、正常に動作するセンサが物質濃度を計測された位置よりも下流側では当該センサと同種の汚染物質の濃度を算出（推定）できる。したがって、特定のセンサに不具合が発生した場合の第１の処理例として、汚染物質量計算装置２２は、あるセンサに不具合が発生した場合には、上流側の別のセンサによる計測値により当該センサ（不具合が発生したセンサ）の計測位置における汚染物質濃度を算出するようにしても良い。

例えば、何らかの機器トラブルによりセンサの測定値が異常値（或いは欠測値）である場合には、その計測値に対して濃度換算補正値により補正を行ってもトンネル出口などにおける正しい汚染物質量を算出することができない。また、何らかの機器トラブルによりセンサの測定値が欠測値である場合には、汚染物質量を計算する算出処理自体が実行できない。そこで、汚染物質量計算装置２２は、異常値（あるいは欠測値）となったセンサよりも上流側に設置されたセンサの測定値に異常がなければ、上流側に設置されたセンサを代替センサとし、代替センサの計測値から算出した値を不具合のあったセンサの計測値の代替値として演算することにより、トンネル出口などの下流側の区間における汚染物質量を推定する。

たとえば、第１の処理例として、汚染物質量計算装置２２の測定値チェック部４６ａは、各センサ１６による測定値が異常値であるか否かをチェックする。たとえば、計測値チェック部４６ａは、センサによる測定値が所定の基準範囲内であるか、今回の測定値と前回の測定値との差分が所定の基準範囲内であるかにより、センサの測定値が正常か否かを判断する。あるセンサの計測値が異常値又は欠測値と判断された場合、汚染物質量計算装置２２は、当該センサよりも上流側のセンサを代替センサとする。

この場合、汚染物質量計算装置２２は、交通量、風速値、換気風量などの実測値のデータを用いて、代替センサの測定位置を起点として異常値（あるいは欠測値）となったセンサまでの区間における汚染物質濃度を算出し、異常値（あるいは欠測値）となったセンサの測定位置における汚染物質濃度を求める。このような計算により算出する異常値（あるいは欠測値）となったセンサの測定位置における汚染物質濃度を用いることにより、汚染物質量計算装置２２は、あるセンサで異常値（あるいは欠測値）が発生した場合でもトンネル出口などの位置における汚染物質量を算出できる。

また、特定のセンサに不具合が発生した場合の第２の処理例として、汚染物質量計算装置２２の測定値チェック部４６ａは、過去の計測値を保持しておき、あるセンサの計測値が異常値と判断された場合、前回計測した値と前々回計測した値を比較し、変動が小さい場合には前回計測した値を用いてトンネル出口などの位置における汚染物質量を算出（推定）するようにしても良い。また、あるセンサの計測値が欠測値と判断された場合には、前回計測した値と前々回計測した値を比較し、変動が小さい場合には前回計測した値を用いてトンネル出口などの位置における汚染物質量を算出（推定）するようにしても良い。

例えば、深夜や早朝においては交通量の大きな変化がなく汚染物質の発生量も少ない。このため、トンネル出口などトンネル内における汚染物質量の変化も小さくなると考えられる。あるセンサの計測値が異常値と判断された場合、現在までの測定値の変化を比較し、変動があらかじめ設定した閾値以下の場合には前回計測した計測値を現在の計測値とする。これにより、あるセンサで異常値が発生した場合でも、測定値の変化が小さい状況では前回の測定値を用いてトンネル出口などの位置における汚染物質量を算出できる。

また、あるセンサの計測値が欠測値と判断された場合、前回までの測定値の変化を比較し、変動があらかじめ設定した閾値以下の場合には前回計測した計測値を現在の計測値とする。これにより、あるセンサで欠測値が発生した場合でも、測定値の変化が小さい状況では前回の測定値を用いてトンネル出口などの位置における汚染物質量を算出することができる。

また、汚染物質量計算装置２２は、センサの計測値に対して測定精度に応じた補正を行うようにしても良い。このようなセンサの測定値を補正する処理は、測定値ＤＢ４１に補正用のデータを記憶しておくことにより、測定値チェック部（補正手段）４６ａで実施するようにしても良い。

本実施形態において、汚染物質濃度を測定するセンサとしては、例えば、ＣＯ、煤煙、ＮＯｘ、ＳＰＭといった汚染物質を計測するセンサがある。ＣＯ、煤煙、ＮＯｘ、ＳＰＭといった汚染物質を計測するセンサは、ＣＯ濃度計、ＶＩ計、ＮＯｘ濃度計、ＳＰＭ濃度計などである。これらのセンサは、経年変化や分解能により、継続的に使用すると計測精度が悪くなり計測誤差が大きくなっていく場合がある。また、センサは、計測レンジによって計測精度が異なるものも考えられる。センサの計測精度の変化については、所定の正常値と測定値との差分から補正値を算出し、あるセンサの計測値に対して補正を行った上でトンネル出口などの位置における汚染物質量を算出することができる。

また、汚染物質量計算装置２２は、トンネルの構造データ、現在の換気設備の換気風量およびトラフィックカウンタから収集した交通量データを用いた圧力バランス計算により各所の風速値を算出するようにしても良い。このような風速値を計算する処理は、風速ＤＢ４１に上述した各データを記憶することにより、風速補正部（風速計算手段）４２で実施するようにしても良い。

例えば、トンネル内の車道内風速は、断面積や区間長などのトンネル構造、換気設備の昇圧力、車両が走行することにより発生する交通換気力、トンネル出入口における通気抵抗、トンネルの壁面抵抗などを考慮したトンネル内の圧力バランス式を解くことにより、求める方法がある。この方法によれば、トンネル構造、交通量、換気装置の風量が既知であれば、その状況における任意の区間におけるトンネル内の車道内風速を算出できる。そのため、風速計の誤差などの影響を受けずにトンネル出口における車道内風速から汚染物質量を算出することができる。

なお、圧力バランス計算については、「道路トンネル技術基準（換気編）・同解説 −平成２０年改訂版− 編集発行所：社団法人 日本道路協会 （http://pub.maruzen.co.jp/shop/9784889505092.html）」に記載の方法が適用できる。この文献においては、８８頁から９９頁にかけて、換気機を運転させた時の昇圧力、車が走ることにより空気が押されて発生する交通換気力、交通の無い状態でトンネルの入口と出口間の圧力差が関係する自然換気力などの圧力計算式が記載されています。また、圧力バランス計算を含めた圧力計算の流れに関する図が、７７頁にあり、圧力バランス計算の計算例が２４６頁から２４８頁に記載されております。

また、汚染物質量計算装置２２は、風速計が計測する風速値について、分岐線や合流線においてトンネル内の風量収支が等しくなるという条件に従って風量補正を行うことによりバラつきを抑制した風速値を用いるようにしても良い。このような風速値の補正処理については、例えば、風速補正部（風速補正手段）により実現できる。

例えば、トンネル内においては、換気設備を運転することによる空気の流入出が起きなければ、分岐部や合流部においては風量の収支は等しくなる。そこで、データリコンシリエーションと呼ばれ、物質収支やエネルギー収支などに制約を持つプロセスでセンサ数が冗長である場合に物質収支／エネルギー収支の制約を満足する様にデータの整合性をとり修正する手法により、トンネル内の分岐線や合流線における風速値の補正を行う。

以下、風速データの処理方法の例について説明する。
上述したように風速計が計測する風速データには、「ノイズ・アウトライアの混入」や「グロスエラー」が含まれる。このような風速データに対しては、「ノイズ・アウトライア処理」と「グロスエラー処理」とを行うことにより、風速データを補正できる。「ノイズ処理」は「フィルタ処理」が適用でき、「グロスエラー処理」には「データリコンシリエーション」という処理方法が適用できる。

例えば、事前評価（オフライン）における風速計で計測した風速データの処理としては、以下のような処理が想定できる。まず、各風速計から収集した風速データについて、移動平均フィルタなどにより所定周期の平均化処理を行う。移動フィルタは、平滑化ファイルの例であり、これを拡張した各種の重み付け移動平均ファイルや指数重みを持つ指数フィルタ等も平滑化フィルタとして利用可能である。平均化処理した風速データに対して、メジアンフィルタなどによるアウトライア除去を行う。風速収支式を設定し、データリコンシーションによる誤差評価を行う。グロスエラーの検出処理を行い、グロスエラーがあれば、対象データを除去して再度データリコンシーションによる誤差評価を行う。また、グロスエラーがあれば、バイアス補正量を決定する。

また、濃度計算時（オンライン）における風速計で計測した風速データの処理としては、以下のような処理が想定できる。まず、各風速計から収集した風速データについて、移動平均フィルタなどにより所定周期の平均化処理を行う。平均化処理した風速データに対して、メジアンフィルタなどによるアウトライア除去を行う。アウトライア除去により処理された風速データについては、事前評価が結締したバイアス補正量により補正する。この補正した風速データを汚染物質量の計算処理に利用できる。

なお、データリコンシリエーションの基本的な定式化は次の通りである。
目的関数は、ｉ＝１， …，Ｎ（Ｎはセンサ数）として、
ｍｉｎΣ（ｙｉ−ｘｉ）（ｙｉ−ｘｉ）／σｉ …（数２）
であり、
制約条件は、Ｆ（ｙ）＝０，ｙ＝［ｙ１，ｙ２，…，ｙｎ］ …（数３）
ここで、目的関数は、正規化した誤差（修正後データ−修正前データ）の総和を最小化するものであり、Ｎはセンサ数、ｙｉ（ｉ＝１，…，Ｎ）は修正された計測データ、ｘｉ（ｉ＝１，…，Ｎ）は修正前の計測データ、σｉ（ｉ＝１，…，Ｎ）は各計測データの標準偏差、Ｆ（）は物質収支／エネルギー収支制約である。

上記のような処理によれば、汚染物質量計算装置２２は、トンネル内における複数の風速計で計測した風速値（風速データ）を処理（補正）することにより、風速計が計測する風速値のバラつきを抑制してトンネル出口における汚染物質量（汚染物質濃度または物質量）を算出することができる。

上記のように、本実施形態に係る換気制御システムでは、集中排風機よりも上流側かつ分岐線または合流線よりも下流側に汚染物質であるＣＯ、煤煙、ＮＯｘ、ＳＰＭの少なくとも何れか１つを計測するセンサが設置される。汚染物質量計算装置は、前記センサの計測値に対して走行する車両が排出する排気ガスに含まれている汚染物質の割合を示す所定のデータを元にして算出した補正係数を用いてトンネル出口などの区間における汚染物質量（濃度または物質量）を算出する。換気自動制御盤は、汚染物質量計算装置が算出した汚染物質の濃度または物質量をもとにして、集中排風機、送風機、排風機、ジェットファンを用いてトンネル出口における汚染物質の濃度または物質量を制御する。

これにより、トンネル内に設置された１つの種類のセンサが計測した特定の種類の汚染物質量を用いた簡易な計算により、任意の場所における各種の汚染物質の量（濃度又は物質量）を計算することができる。この結果として、トンネルには多種のセンサを多数設置する必要がなく、システム全体のコストを抑制することが可能となる。

また、汚染物質量計算装置は、センサの計測値がデータチェックで異常値又は欠測値と判断された場合、異常値又は欠測値と判断されたセンサよりも上流側に設置されているセンサで計測した値から計算した値を用いて演算を行うことにより、トンネル出口における汚染物質の濃度または物質量を推定する。これにより、センサに不具合が発生しても、システム全体としては、トンネル内の各所における各種の汚染物質の量（濃度又は物質量）を計算でき、結果として信頼性の高い換気制御システムを提供できる。

また、汚染物質量計算装置は、センサの計測値を記憶しておき、センサの計測値がデータチェックで異常値又は欠測値と判断された場合、当該センサが前回計測した値と前々回計測した値とを比較し、計測値の変動が小さい場合には前回計測した値を保持してトンネル出口における汚染物質濃度または物質量を推定する。これにより、センサに不具合が発生しても、システム全体としては、トンネル内の各所における各種の汚染物質の量（濃度又は物質量）を計算でき、結果として信頼性の高い換気制御システムを提供できる。

また、汚染物質量計算装置は、センサについて、経年変化や分解能による計測精度特性を考慮して濃度換算補正値を算出する。これにより、センサの特性に応じて計測値の精度を高めることができ、結果としてトンネル内の各所における各種の汚染物質の量（濃度又は物質量）を高精度で計算できる。

また、汚染物質量計算装置は、トンネル出口における汚染物質の濃度または物質量を算出する際に用いる風速値について、現在の換気機風量や車両感知器から収集した交通量を踏まえて圧力バランス計算により求めた計算値を用いる。これにより、風速計による誤差を含まない風速値を得ることができ、結果としてトンネル内の各所における各種の汚染物質の量（濃度又は物質量）を高精度で計算できる。

また、汚染物質量計算装置は、トンネル出口における汚染物質の濃度または物質量を算出する際に用いる風速値について、分岐線や合流線においてトンネル内の風量収支が等しくなるという条件に従って風量補正を行ってバラつきを抑制した風速値を用いる。これにより、風速計で計測する風速データに含まれる誤差などを高精度に補正することができ、精度の高い風速値を用いてトンネル内の各所における各種の汚染物質の量（濃度又は物質量）を高精度で計算できる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１１…集中排風機（換気設備）、１２、１３…送排風機（換気設備）、１４、１５…ジェットファン（換気設備）、１６（１６ｂ、１６ｃ）…センサ、１８（１８ｅｘ．１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄ）…トラフィックセンサ、１９…センサ、２１…換気自動制御盤、２２…汚染物質量計算装置、２３（２３Ａ、２３Ｂ、２３Ｃ）…換気連動盤、４０…交通量ＤＢ、４１…風速ＤＢ、４２…風速補正部、４３…換算ＤＢ、４４…濃度換算補正値算出部、４５…センサＤＢ、４６…汚染物質量算出部、４６ａ…計測値チェック部、４７…換気風量ＤＢ、４８…汚染物質排気量算出部、４９…汚染物質排出量算出部。

Claims (9)

1. トンネル内の汚染物質量を計算する汚染物質量計算装置であって、
   第１の区間においてセンサが計測する汚染物質量と前記第１の区間において風速計が計測する風速値とを取得する取得手段と、
   トンネル内の車両の走行状態に応じた汚染物質の排出係数を算出する排出係数算出手段と、
   前記センサが計測する汚染物質量と前記風速計が計測する風速値と前記排出係数算出手段が算出する排出係数とを用いて、前記第１の区間に隣接する第２の区間における汚染物質量を算出する汚染物質量算出手段と、
   を有する汚染物質量計算装置。
2. 前記汚染物質量算出手段は、前記センサが計測した汚染物質量に基づいて前記第１の区間から前記第２の区間に流入する汚染物質量を算出し、前記第２の区間に流入する汚染物質量から換気設備で引き抜かれる汚染物質量を減算した値と前記第２の区間における排出係数により算出する前記第２の区間での汚染物質の排出量とを加算した値を前記第２の区間における汚染物質量として算出する、
   前記請求項１に記載の汚染物質量計算装置。
3. さらに、前記センサが検出する第１の汚染物質の量と前記第１の汚染物質とは異なる第２の汚染物質の量との比率に基づいて、前記第１の汚染物質の量を前記第２の汚染物質の量に換算する換算係数を算出する換算係数算出手段を有し、
   前記汚染物質量算出手段は、前記換算係数を用いて前記センサが検出した第１の汚染物質量から前記第２の汚染物質の量を算出する、
   前記請求項１に記載の汚染物質量計算装置。
4. さらに、前記センサの計測値が正常か否かをチェックする測定値チェック手段を有し、
   前記取得手段は、前記第１の区間を測定位置とするセンサによる計測値と前記第１及び第２の区間とは別の区間を測定位置とするセンサによる測定値とを取得し、
   前記汚染物質量算出手段は、前記測定値チェック手段により前記第１の区間のセンサによる測定値が正常でないと判断した場合、前記第１の区間とは別の区間のセンサによる計測値を用いて前記第１の区間における汚染物質量を計算し、計算した第１の区間の汚染物質量を用いて第２の区間における汚染物質量を算出する、
   前記請求項１乃至３の何れか１項に記載の汚染物質量計算装置。
5. さらに、前記センサが計測する計測値としての汚染物質量を記憶する記憶手段と、
   前記センサの計測値が正常か否かをチェックする測定値チェック手段と、を有し、
   前記汚染物質量算出手段は、前記測定値チェック手段により前記センサの測定値が正常でないと判断した場合、前記記憶手段に記憶した前記センサにより過去の測定値を用いて汚染物質量を算出する、
   前記請求項１乃至３の何れか１項に記載の汚染物質量計算装置。
6. さらに、前記センサが計測する計測値を補正する補正手段を有し、
   前記汚染物質量算出手段は、前記補正手段に補正した測定値を用いて汚染物質量を算出する、
   前記請求項１乃至５の何れか１項に記載の汚染物質量計算装置。
7. さらに、前記風速計が計測する計測値を補正する風速補正手段を有し、
   前記汚染物質量算出手段は、前記補正手段に補正した測定値を用いて汚染物質量を算出する、
   前記請求項１乃至５の何れか１項に記載の汚染物質量計算装置。
8. 前記風速補正手段は、トンネル内の風量収支が等しくなるという条件に従って風量補正を行うことにより前記風速計が計測した風速値を補正する、
   前記請求項７に記載の汚染物質量計算装置。
9. トンネル内の汚染物質量を計算する汚染物質量計算装置であって、
   第１の区間においてセンサが計測する汚染物質量を取得する取得手段と、
   前記第１の区間における風速値を圧力バランス計算により算出する風速計算手段と、
   トンネル内の車両の走行状態に応じた汚染物質の排出係数を算出する排出係数算出手段と、
   前記センサが計測する汚染物質量と前記風速計測手段により計測した風速値と前記排出係数算出手段が算出する排出係数とを用いて、前記第１の区間に隣接する第２の区間における汚染物質量を算出する汚染物質量算出手段と、
   を有する汚染物質量計算装置。

Images