JP2015001093A - 汚染物質量計算装置 - Google Patents
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Abstract
Description
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
Rno=EFno/EFco、
Rsp=EFsp/EFco。
qBcoin=QB×q/106×1129.5701 [g/s]。
qBspin=qBcoin×Rno [g/s]、
qBspin=qBcoin×Rsp [g/s]。
qmscoout=Qems×q/106×1129.5701 [g/s]。
qmsspout=qmscoout×Rno [g/s]、
qmsspout=qmscoout×Rsp [g/s]。
qAsp=(EFsps×(1−γ)+EFspl×γ)×n23×Vt、
qAco=(EFcos×(1−γ)+EFcol×γ)×n23×Vt。
qExsp=(EFsps×(1−γ)+EFspl×γ)×n23×Vt、
qExco=(EFcos×(1−γ)+EFcol×γ)×n23×Vt。
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。
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。
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。
Claims (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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。
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