JP5289474B2 - Rainwater drainage support control device - Google Patents
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Description
本発明は下水道システムにおける雨水排水設備の制御技術に係わり、特に複数設置された雨水排水施設用の支援制御装置に関する。 The present invention relates to a control technique for rainwater drainage equipment in a sewer system, and more particularly to a support control device for a plurality of installed rainwater drainage facilities.
雨水排水制御においては、ポンプ場等への流入に対して、適切なタイミングで雨水ポンプや流入ゲートを操作することが求められている。この要求に対して、ポンプ場に「いつ、どのくらいの雨水流入があるか」という情報を精度よく把握できれば、雨水ポンプの起動停止や流入ゲートの開閉のタイミングを正確に把握できる。 In the rainwater drainage control, it is required to operate the rainwater pump and the inflow gate at an appropriate timing for the inflow to the pumping station or the like. In response to this request, if the information about when and how much rainwater inflows are received at the pumping station can be accurately grasped, it is possible to accurately grasp the start / stop timing of the rainwater pump and the opening / closing timing of the inflow gate.
これらを把握するための各種情報としては、レーダ雨量計、地上雨量計、管渠内水位計等から得られる計測値があり、これらの計測値をもとに流出解析、流入量予測が行なわれ、この流出解析や流入量予測を活用した制御が検討され、一部実施されている。 Various types of information for grasping these include measurement values obtained from radar rain gauges, ground rain gauges, pipe gutters, etc., and runoff analysis and inflow prediction are performed based on these measurements. Control using this outflow analysis and inflow prediction has been studied and partly implemented.
雨水流入量を予測する方法としては、物理モデルや懸念モデルを用いて降雨の流出の時間的な変化を追跡するホワイトボックス的なアプローチ（拡張ＲＲＬ法、汎用流出解析ソフト（ＭＯＵＳＥなど）の水理学モデル、水文学モデルに基づく）と、過去の降雨量と流入量のデータのみから予測モデルを構築するブラックボックス的なアプローチ（システム同定手法、重回帰分析など）がある。なお、拡張ＲＲＬ法は特許文献１に開示され、システム同定手法を適用した流入量予測は例えば特許文献２に開示されている。
As a method of predicting the amount of rainwater inflow, the hydraulics of a white-box approach (extended RRL method, general runoff analysis software (MOUSE, etc.)) that tracks temporal changes in rainfall runoff using physical models and concern models Model based on hydrological model) and black box approach (system identification method, multiple regression analysis, etc.) that builds a prediction model only from past rainfall and inflow data. Note that the extended RRL method is disclosed in
また、流入量予測結果を基にしたポンプ制御に関しては、設定水位自動制御を基本として、流入量予測値を用いて設定水位の変更を行なう予測制御などがある。これは、特許文献３において、ポンプ井への雨水流入量とポンプ定格に基づいてポンプの運転台数を予測計算する手法として提案されている。また、雨水流入量予測および雨水ポンプ制御を海外の汎用ソフト（ＭＯＵＳＥ等）を用いて行なうシステムが国内に浸透しつつある。汎用ソフトはもともと雨水流出解析のシミュレータとしてオフラインで使用されてきたものであったが、監視制御システムと連結してオンラインの動作も可能となってきている。 Further, pump control based on the inflow amount prediction result includes predictive control in which the set water level is changed using the inflow amount prediction value based on the set water level automatic control. This is proposed in Patent Document 3 as a method for predicting and calculating the number of operating pumps based on the amount of rainwater flowing into the pump well and the pump rating. In addition, a system for performing rainwater inflow prediction and rainwater pump control using overseas general-purpose software (such as MOUSE) is spreading in Japan. General-purpose software was originally used offline as a simulator for stormwater runoff analysis, but it is now possible to operate online in conjunction with a monitoring and control system.
さらに特許文献４に示す雨水流入量予測装置も知られている。 Furthermore, a rainwater inflow prediction device disclosed in Patent Document 4 is also known.
また、雨水排水施設の運転においては、気象状況も有用な情報となる場合が多いが、特許文献５に示す細密気象モデルを用いた気象情報（特開２００３−３４４５５６）も考えられている。
In addition, in the operation of rainwater drainage facilities, weather conditions are often useful information, but weather information (JP-A-2003-344556) using a precise weather model disclosed in
上述のように、ポンプ場等の雨水排水設備は、雨水流入量の予測技術の進歩によりその精度が向上しているが、各雨水排水設備毎で独自に運用が行なわれいるため、広域雨水排水制御という観点からは、必ずしも充分な制御が出来ていなかった。 As mentioned above, the accuracy of rainwater drainage facilities such as pumping stations has improved due to advances in rainwater inflow prediction technology. From the viewpoint of control, the control was not always sufficient.
また、各々の設備にの運転を行うための人員を配備する必要もあるため、広域雨水排水制御という観点からは、多数の人員が必要となり、問題があった。 In addition, since it is necessary to deploy personnel to operate each facility, a large number of personnel are required from the viewpoint of wide area rainwater drainage control, which is problematic.
本発明はこのような点を考慮してなされたものであり、広域で雨水排水制御を行うため、複数の雨水排水設備を統括するデータセンタを設け、このデータセンタから各雨水排水設備の運用に必要な支援情報を各雨水排水設備に提供することにより、広域の雨水配水制御を効果的、かつ効率的に行う雨水排水支援制御装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in consideration of the above points, and in order to control rainwater drainage in a wide area, a data center for managing a plurality of rainwater drainage facilities is provided, and from this data center to the operation of each rainwater drainage facility. An object is to provide a rainwater drainage support control device that effectively and efficiently performs wide area rainwater distribution control by providing necessary support information to each rainwater drainage facility.
本発明は、データセンタと、データセンタに連結された複数の雨水排水施設に設置される雨水排水支援制御装置において、各雨水排水施設に設けられ、当該雨水排水施設の運転予測を行なう各種パラメータを含む予測モデルを有する支援情報予測部と、データセンタに設けられ、各雨水排水施設に設置された支援情報予測部の予測精度を診断する予測精度診断部とを備え、各雨水排水施設に、支援情報予測部とデータセンタの予測制度診断部との間で信号の送受信を行なうデータ送受信部を設けたことを特徴とする雨水排水支援制御装置である。 The present invention provides a stormwater drainage support control apparatus installed in a data center and a plurality of stormwater drainage facilities connected to the data center, provided with various parameters for predicting operation of the stormwater drainage facility provided in each stormwater drainage facility. A support information prediction unit having a prediction model including a prediction accuracy diagnosis unit provided in the data center for diagnosing the prediction accuracy of the support information prediction unit installed in each rainwater drainage facility, and supporting each rainwater drainage facility A rainwater drainage support control apparatus comprising a data transmission / reception unit for transmitting and receiving signals between an information prediction unit and a prediction system diagnosis unit of a data center.
また本発明は、データセンタと、データセンタに連結された複数の雨水排水施設に設置される雨水排水支援制御装置において、各雨水排水施設に設けられ、当該雨水排水施設の運転予測を行なう各種パラメータを含む予測モデルを有する支援情報予測部と、データセンタに設けられ、各雨水排水施設に設置された支援情報予測部の予測モデルのパラメータを調整するパラメータ調整部とを備え、各雨水排水施設に、支援情報予測部とデータセンタのパラメータ調整部との間で信号の送受信を行なうデータ送受信部を設けたことを特徴とする雨水排水支援制御装置である。 Further, the present invention provides a stormwater drainage support control device installed in a data center and a plurality of stormwater drainage facilities connected to the data center, and includes various parameters that are provided in each stormwater drainage facility and perform operation prediction of the stormwater drainage facility. Each of the rainwater drainage facilities, and a parameter adjustment unit that adjusts the parameters of the prediction model of the support information prediction unit provided in each stormwater drainage facility. A rainwater drainage support control device is provided with a data transmission / reception unit that transmits and receives signals between the support information prediction unit and the parameter adjustment unit of the data center.
本発明は、データセンタと、データセンタに連結された複数の雨水排水施設に設置される雨水排水支援制御装置において、データセンタに設けられ、各雨水排水施設の運転予測を行なう各種パラメータを含む予測モデルを有する支援情報予測部と、データセンタに設けられ、支援情報予測部の予測モデルのパラメータを調整するパラメータ調整部と、各雨水排水施設側に設置され、支援情報予測部で予測された運転状態が送られる携帯端末とを備え、データセンタに、支援情報予測部と、携帯端末との間で信号の送受信を行なうデータ送受信部を設けたことを特徴とする雨水排水支援制御装置である。 The present invention relates to a data center and a rainwater drainage support control apparatus installed in a plurality of rainwater drainage facilities connected to the data center. The prediction includes various parameters that are provided in the data center and perform operation prediction of each rainwater drainage facility. A support information prediction unit having a model, a parameter adjustment unit that adjusts parameters of a prediction model of the support information prediction unit provided in the data center, and an operation that is installed on each rainwater drainage facility side and is predicted by the support information prediction unit A rainwater drainage assistance control device comprising a portable terminal to which a status is sent, and a data center provided with a support information prediction unit and a data transmission / reception unit for transmitting and receiving signals to and from the portable terminal.
本発明は上述のように、複数の雨水排水設備を統括するデータセンタを設け、このデータセンタから各雨水排水設備の運用に必要な支援情報を各雨水排水設備に提供することにより、広域の雨水排水制御を効果的、かつ効率的に行うことができる。 As described above, the present invention provides a data center that supervises a plurality of rainwater drainage facilities, and provides support information necessary for operation of each rainwater drainage facility from this data center to provide rainwater drainage over a wide area. Drainage control can be performed effectively and efficiently.
まず図１により、本発明による広域の雨水排水支援制御の概略構成について説明する。下水処理場Ａまたは雨水ポンプ場Ｂ等からなる複数の雨水排水施設５０は、伝送路を介して、各雨水排水設備へ支援情報を適用するデータセンタ３０に接続されている。図１では、雨水排水設備は２箇所が図示されているが、もちろん３箇所以上でも構わない。
First, a schematic configuration of wide area rainwater drainage support control according to the present invention will be described with reference to FIG. A plurality of
雨水排水施設５０は下水処理場Ａまたは雨水ポンプ場Ｂからなり、いずれもポンプ井５ａと、ポンプ井５ａ内に設置された雨水ポンプ５と、雨水ポンプ５の出口側に設けられた吐出弁６とを備えている。各ポンプ井５ａの入口には流入ゲート４が設置され、流入ゲート４の入口側および出口側には各々流入渠水位計１３、水位計９が設けられている。
The
また下水処理場Ａにおいては、水位計１３、９からの信号が制御演算部２０に入力され、制御演算部２０により雨水ポンプ５、流入ゲート４および吐出弁６が制御される。
In the sewage treatment plant A, signals from the
また雨水ポンプ場Ｂにおいては、水位計１３、９からの信号が制御演算部２０に入力され、この制御演算部２０により雨水ポンプ５、流入ゲート４および吐出弁６が制御される。
In the rainwater pump station B, signals from the
また下水処理場Ａにおいて、流入幹線１および流入渠２を経てポンプ井５ａ内に流入雨水が流入する。また雨水ポンプ場Ｂにおいて、ポンプ井５ａ内に流入雨水が流入する。
In addition, in the sewage treatment plant A, inflow rainwater flows into the
さらに下水処理場Ａおよび雨水ポンプ場Ｂにおいて、ポンプ井５ａ内に流入した雨水は雨水ポンプ５によって、河川へ排水されるようになっている。
Furthermore, in the sewage treatment plant A and the rainwater pumping station B, rainwater that has flowed into the pump well 5 a is drained into the river by the
また制御演算部２０は、上述のように流入ゲート４、雨水ポンプ５および吐出弁６を制御するものであり、制御演算部２０には地上雨量計１１から降雨量信号が入力される。また制御演算部２０には、データ収集手段１０（図１では代表例として雨量レーダデータ処理装置１２ａを図示）が接続されている。
The
このうち雨量レーダデータ処理装置１２ａには雨量レーダ１２が接続されている。図１では、雨量レーダデータ処理装置１２ａ及び雨量レーダ１２は下水処理場Ａの制御演算部２０に接続しているが、ポンプ場Ｂの制御演算部２０にも同様に接続されていてもよい。
Of these, the
＜第１の実施の形態＞
以下、図２乃至図１２により、本発明による雨水排水施設用の雨水排水支援制御装置の第１の実施の形態について説明する。本実施の形態は、各雨水排水施設での雨水流入量予測機能に関する精度診断をデータセンタで行う形態である。
<First Embodiment>
Hereinafter, a first embodiment of a rainwater drainage assistance control apparatus for a rainwater drainage facility according to the present invention will be described with reference to FIGS. The present embodiment is a form in which a data center performs an accuracy diagnosis regarding a rainwater inflow prediction function in each rainwater drainage facility.
図２は、本実施の形態の雨水排水支援制御装置の概略を示す図である。図２に示すように、雨水排水支援制御装置であるデータセンタ３０は、複数の雨水排水処理施設５０（下水処理場、雨水ポンプ場等）に接続されており、雨水排水処理施設５０には、地上雨量計１１、レーダ雨量計１２、流入渠水位計１３および流出量計１４からなるデータ収集手段１０が接続されている。
FIG. 2 is a diagram showing an outline of the rainwater drainage assistance control apparatus of the present embodiment. As shown in FIG. 2, the
データセンタ３０は、制御部３０ｂと、制御部３０ｂに連結された表示部３０ａおよび入力部３０ｃと、データ送受信部３０ｄとが設置されている。
The
また各雨水排水処理施設５０は、ポンプ、ゲート設備等の制御対象を制御するコントローラ部２８と、コントローラ部２８からの制御信号に基づいて所定の制御演算を行う制御演算部２０とから構成されている。ここで制御演算部２０は、雨水排水処理施設５０に流入する雨水流入量を予測する予測モデルを有する支援情報予測部（流入量予測部）２３と、さらにデータセンタ３０との間で信号の送受信を行なうデータ送受信部２６が設けられている。
Each rainwater
図３は、雨水排水支援制御装置の具体的な構成を示す図であり、データ収集手段１０および制御演算部２０と、データセンタ３０との関係を示している。
FIG. 3 is a diagram showing a specific configuration of the rainwater drainage assistance control device, and shows the relationship between the data collection means 10, the
データ収集手段１０は、地上流量、レーダ流量、流入渠水位および流出量のデータを収集する。データ収集手段１０は、下水流入経路に沿って配された４種の計測手段、すなわち地上雨量計１１、レーダ雨量計１２、流入渠水位計１３および流出量計１４を有し、これら各検出手段からの検出データを得て制御演算部２０に送る。
The data collection means 10 collects data on ground flow, radar flow, inflow water level and outflow. The data collection means 10 has four types of measurement means arranged along the sewage inflow path, that is, a
制御演算部２０は、これら検出データに基づいて流入量を予測して予測結果を他の要素に供給したり、排水機場のポンプを運転制御したりする。そのために、データ収集部２１、データ記憶部２２、支援情報予測部（流入量予測部）２３、演算部２４、データ送受信部２６、および気象データ部２７を有する。
The
データ収集部１０は、地上雨量計１１、レーダ雨量計１２、流入渠水位計１３および流出量計１４からの各データを収集し、データ記憶部２２に格納する。データ記憶部２２は、流入量予測部２３に対して格納されているデータ中から予測に必要なデータを供給する。流入量予測部２３は流入量を予測し、予測された流入量予測結果は、演算部２４に与えられて必要な単位変換等の演算処理が施された上で、運転支援部２５および通信部２６に与えられる。
The
運転支援部２５は、予測装置２０の予測結果を利用してコントローラ部２８を介してゲート設備の吐出弁ＶおよびポンプＰ等の制御対象の運転を制御し、下水流入量に応じて流入渠からの流出量を制御する。
The driving
また、データ送受信部２６は、データセンタ３０との信号の送受信を行うもので、演算部２４からの予測結果だけでなく、データ収集部２１からのデータを含め、各種通信線（各種回線およびネットワーク）を介してデータセンタ３０に送信し、またそれらから制御演算部２０へのデータの取り込みを行なう。
The data transmission /
ここにおいて、制御演算部２０における各要素２１乃至２８の動作は、監視制御部２９との信号およびデータの授受を伴いつつ制御される。そして、信号およびデータならびに制御内容は、表示部２９ａに表示され、また監視制御部２９の動作は入力部２９ｂによる入力に応じて定められる。
Here, the operations of the
ここでは、このようにプロセスフロー画面の部品を使って表示することで、従来技術のように新規に画面を作成することなく、流入予測の表示が可能となる。 Here, by displaying using the parts of the process flow screen in this way, it is possible to display the inflow prediction without creating a new screen as in the prior art.
また、流入予測機能に関する入出力項目、例えば、ポンプ吐出量、流入渠水位などを固定化し、モデルを都度作成しないことで、設計時間、調整時間やコスト削減を図ることができる。 Further, by fixing input / output items related to the inflow prediction function, such as pump discharge amount, inflow water level, etc., and not creating a model each time, design time, adjustment time, and cost reduction can be achieved.
次に図４は、各雨水排水施設５０の各構成の機能の面から説明するための図である。なお、この図は、基本的に図３と対応するものである。
Next, FIG. 4 is a diagram for explaining the function of each component of each
図４に示すように、現在までの降雨量を計測する降雨量計測部１Ａと、対象施設に流入する現在までの雨水流入量を計測する流入量計測部３Ａとが設けられ、降雨量計測部１Ａには、降雨量計測部１Ａが計測した現在までの降雨量に基づいて、例えば線形予測法などによって将来の降雨量を予測する降雨量予測部２Ａが接続されている。
As shown in FIG. 4, a rainfall
また、降雨量計測部１Ａ及び流入量計測部３Ａは、モデル同定部４Ａに接続されている。
The rainfall
モデル同定部４Ａには、モデル同定部４Ａによって決定された非線形予測モデルに従って、降雨量予測部２Ａによって予測された将来の降雨量に基づいて対象施設に流入する将来の雨水流入量を予測する予測部５Ａが接続されている。
The
なお、図４において、降雨量予測部２Ａと、モデル同定部４Ａと、予測部５Ａとによって流入量予測部２３が構成され、また図４において流入量予測部２３の作用を説明するため、流入量計測部３Ａおよび降雨量計測部１Ａを便宜上示す。このうち流入量データ記憶部３ｍと降雨量データ記憶部１ｍはデータ記憶部２２に対応し、流入量計測器３Ｓと降雨量計測器１Ｓはデータ収集手段１０に対応している。
In FIG. 4, the inflow
降雨量計測部１Ａは、図４に示すように、対象施設が対応する領域内に複数設けられた降雨量計測器１ｓと、各降雨量計測器１ｓが計測した物理量データを降雨量データに変換する降雨量演算部１ｐと、降雨量演算部１ｐによって演算された降雨量データからノイズ成分を除去するノイズ低減部１ｒと、ノイズ成分を除去された降雨量データを記憶する降雨量データ記憶部１ｍとを有している。
As shown in FIG. 4, the rainfall
各降雨量計測器１ｓは、一般に地上雨量計やレーザ雨量計で構成され、例えば図５に示すように、対象流域（対象施設が対応する領域）内を略均等に分割する部分領域の略中心Ａ，Ｂ，Ｃに設けられる。降雨量計測器１ｓとして、地上雨量計１１およびレーダ雨量計１２を用いてもよい。
Each of the rainfall measuring instruments 1s is generally composed of a ground rain gauge or a laser rain gauge. For example, as shown in FIG. 5, the approximate center of a partial region that divides the target basin (the region corresponding to the target facility) approximately evenly. A, B, C are provided. As the rainfall measuring instrument 1s, a
降雨量演算部１ｐは、テレメータなどの送受信器を介して、各降雨量計測器１ｓに電気的に接続されている。 The rainfall amount calculation unit 1p is electrically connected to each rainfall amount measuring device 1s via a transmitter / receiver such as a telemeter.
ノイズ低減部１ｒは、デジタルローパスフィルタとして、デジタルの遮断周波数ωdに基づいて、データのサンプリング周期をＴとしてアナログの周波数ωa＝ｔａｎ（ωdＴ）を計算し、ωaに関するアナログフィルタＨ（ｓ）を設計し、これに双一次変換ｓ＝（ｚ−１）／（ｚ＋１）を施して次式で示すデジタルフィルタ
一方、流入量計測部３Ａは、図４に示すように、対象領域としてのポンプ場の入口や、貯留管の入口付近に設置された流入量計測器３ｓと、流入量計測器３ｓが計測した物理量データを流入量データに変換する流入量演算部３ｐと、流入量演算部３ｐによって演算された流入量データからノイズ成分を除去するノイズ低減部３ｒと、ノイズ成分を除去された流入量データを記憶する流入量データ記憶部３ｍとを有している。 On the other hand, as shown in FIG. 4, the inflow amount measuring unit 3 </ b> A is measured by an inflow amount measuring device 3 s installed near the entrance of a pumping station as a target region or the entrance of a storage pipe, and the inflow amount measuring device 3 s. An inflow amount calculation unit 3p for converting physical quantity data into inflow amount data, a noise reduction unit 3r for removing noise components from the inflow amount data calculated by the inflow amount calculation unit 3p, and inflow amount data from which noise components have been removed. And an inflow amount data storage unit 3m for storing.
流入量計測器３ｓは、例えば流量計や水位計で構成される。流入量計測器３ｓとして、流入渠水位計１３を用いてもよい。流入量演算部３ｐは、必要に応じてテレメータなどの送受信器を介して、流入量計測器３ｓに電気的に接続される。またノイズ低減部３ｒは、ノイズ低減部１ｒと略同様に構成される。
The inflow amount measuring device 3s is composed of, for example, a flow meter or a water level meter. An inflow
モデル同定部４Ａは、降雨量から雨水流入量を求めるための非線形予測モデル４ｍと、降雨量計測部１Ａによって計測された現在までの降雨量と流入量計測部３Ａによって計測された対象施設に流入する現在までの雨水流入量とに基づいて非線形予測モデル４ｍの次数及び係数パラメータを決定する変数決定部４ｄと、各降雨計測部１によって計測された雨水の現在までの降雨量データのうち、対象時点前の所定の先行降雨考慮時間分の先行降雨に基づいて、各流入寄与降雨量を演算する寄与降雨量演算部４ｃを有している。
The
具体的には、寄与降雨量演算部４ｃは、対象時点前の所定の先行降雨考慮時間分の先行降雨に対して、図６（ａ）や図６（ｂ）に示すような流入寄与関数を掛け合わせることによって、対象時間に近い先行降雨をより重視した流入寄与降雨量を求めるようになっている。
Specifically, the contribution rainfall
そして変数決定部４ｄは、寄与降雨量演算部４ｃによって演算された複数の流入寄与降雨量と、流入量計測部３によって計測された対象施設に流入する現在までの雨水流入量とに基づいて、非線形予測モデル４ｍの次数及び係数パラメータを決定するようになっている。
And the
非線形予測モデル４ｍは、複数入力のBlock-orientedモデルとして構成されており、具体的には、図７に示すようなモデルである。Block-orientedモデルは、線形の伝達関数と非線形要素を、任意の個数かつ任意の配置で組合わせたものである。図７に示す場合、モデルの入力側に多項式で表される非線形要素を有している。図７において、ｎ，ｍ，ｌ，ｐは次数であり、ａｉ，ｂｉ，ｃｉ，ｄｉはパラメータである。
The
また、降雨量予測部２Ａは、各降雨量計測部１Ａが計測した降雨量データに基づいて、各降雨量計測部１Ａに対応する複数の将来の予測降雨量データを予測するようになっている。さらに降雨量予測部２Ａは、寄与降雨量推定部２ｃを有しており、複数の将来の予測降雨量データから、複数の将来の流入寄与降雨量を推定するようになっている。寄与降雨量推定部２ｃによる演算は、図６（ａ）、図６（ｂ）を用いて説明した寄与降雨量演算部４ｃによる演算と略同様である。
Further, the rainfall
そして流入量予測部５Ａは、モデル同定部４Ａによって決定された複数入力のBlock-orientedモデルに従って、複数の将来の流入寄与降雨量（予測降雨量データに基づいている）に基づいて、対象施設に流入する将来の雨水流入量を予測するようになっている。
Then, the inflow amount predicting unit 5A sets the target facility based on a plurality of future inflow-contributing rainfall amounts (based on the predicted rainfall amount data) according to the multiple-input block-oriented model determined by the
図８はデータセンタ３０の外観を示す図であり、データセンタ３０は制御部３０ｂを中心に、表示部３０ａと、キーボード等の入力部３０ｃと、データ送受信部３０ｄと、及び記憶部３０ｅに接続されている。
FIG. 8 is a diagram showing the appearance of the
図９（ａ）は、データセンタ３０に設けられた表示部３０ａの画面表示内容を示したものである。図９（ａ）はプロセスフロー画面であり、この図９（ａ）における左側に排水機場における排水路およびポンプが図示されるとともに、１分当たり流入量「１２００．０ｍ３／ｍｉｎ」が、また中央および右側には、現在、５分後および１０分後の３時点の流入量がグラフ表示されている。
FIG. 9A shows the screen display contents of the
ここでは、このようにプロセスフロー画面の部品を使って表示することで、従来技術のように新規に画面を作成することなく、流入予測の表示が可能となる。 Here, by displaying using the parts of the process flow screen in this way, it is possible to display the inflow prediction without creating a new screen as in the prior art.
また、流入量予測機能に関する入出力項目、例えば、ポンプ吐出量、流入渠水位などを固定化し、モデルを都度作成しないことで、設計時間、調整時間やコスト削減を図ることができる。 Further, by fixing input / output items related to the inflow amount prediction function, such as pump discharge amount, inflow water level, etc., and not creating a model each time, design time, adjustment time, and cost can be reduced.
そして、図９（ｂ）は、表示部３０ａのもう一つの画面表示内容を示したもので、流入量予測データと実績データとを重ねて表示することにより両者間の差が明確化されるようにしている。
FIG. 9B shows another screen display content of the
次に、以上のような構成からなる本実施の形態の作用について説明する。 Next, the operation of the present embodiment configured as described above will be described.
まず各降雨量計測部１Ａの降雨量計測器１ｓが降雨量を計測し、雨水排水処理施設５０内の降雨量演算部１ｐが各降雨量計測器１ｓに計測された物理量データを降雨量データに変換し、ノイズ低減部１ｒがローパスフィルタとして降雨量演算部１ｐによって演算された降雨量データからノイズ成分を除去し、降雨量データ記憶部１ｍがノイズ成分を除去された降雨量データを記憶する。また、これと共にデータ送受信部２６を介してデータセンタ３０にも降雨量データを送信する。データセンタ３０では、受診した降雨量データをデータセンタ３０の記憶部３０ｅに記憶する。
First, the rainfall measuring instrument 1s of each
一方、各流入量計測部３の流入量計測器３ｓが流入量を計測し、雨水排水処理施設５０内の流入量演算部３ｐが流入量計測器３ｓに計測された物理量データを流入量データに変換し、ノイズ低減部３ｒがローパスフィルタとして流入量演算部３ｐによって演算された流入量データからノイズ成分を除去し、流入量データ記憶部３ｍがノイズ成分を除去された流入量データを記憶する。また、これと共にデータ送受信部２６を介してデータセンタ３０にも流入量データを送信する。データセンタ３０では、受診した流入量データをデータセンタ３０の記憶部３０ｅに記憶する。
On the other hand, the inflow amount measuring unit 3s of each inflow amount measuring unit 3 measures the inflow amount, and the inflow amount calculating unit 3p in the rainwater
次に、雨水排水処理施設５０内のモデル同定部４Ａの寄与降雨量演算部４ｃが、各降雨量データに基づいて、対象時点前の所定の先行降雨考慮時間分の先行降雨に対して図６（ａ）あるいは図６（ｂ）に示す流入寄与関数を掛け合わせて、対象時間に近い先行降雨をより重視した流入寄与降雨量を各々求める。
Next, the contribution rainfall
そして変数決定部４ｄが、寄与降雨量演算部４ｃによって演算された複数の流入寄与降雨量と、流入量計測部３によって計測された対象施設に流入する現在までの雨水流入量とに基づいて、複数入力のBlock-orientedモデル４ｍの次数及び係数パラメータを決定する。
And the
具体的には、まずBlock-orientedモデル４ｍの伝達関数の次数ｎ，ｍ，ｌが、例えばＡＩＣ規範（赤池情報量規範）などによって求められる。次に、非線形の次数ｐが、非線形性の強さと推定パラメータの数を考慮して決定される。そして、伝達関数の係数と非線形項を表す多項式の係数ａｉ，ｂｉ，ｃｉ，ｄｉ（ｉはパラメータの数に対応している）が、予測対象時点からみて過去における流入寄与降雨量と流入量データとの関係に最も近くなるように推定される。推定方法としては、例えば最小２乗法が用いられる。このようにして、Block-orientedモデル４ｍの次数及び係数パラメータが決定され、予測モデルが確立、決定される。
Specifically, first, the order n, m, l of the transfer function of the block-oriented
一方、降雨量予測部２Ａが、各降雨量計測部１Ａが計測した降雨量データに基づいて、各降雨量計測部１Ａに対応する複数の将来の予測降雨量データを予測する。ここで降雨量予測部２Ａの寄与降雨量推定部２ｃが、寄与降雨量演算部４ｃと略同様にして、複数の将来の予測降雨量データから複数の将来の流入寄与降雨量を推定する。
On the other hand, the
そして流入量予測部５Ａが、モデル同定部４Ａによって決定された複数入力の予測モデル（Block-orientedモデル）に従って、複数の将来の流入寄与降雨量に基づいて、対象施設に流入する将来の雨水流入量を演算し、予測する。
Then, the inflow amount prediction unit 5A follows the multiple input prediction model (Block-oriented model) determined by the
この結果に基づき、コントローラ２８を介して、雨水ポンプ５、吐出弁６、流入ゲート４等を制御し、運転を行う。
Based on this result, the
以下に予測精度診断についての具体的手順について説明する。 A specific procedure for predictive accuracy diagnosis will be described below.
このような状態で、雨水排水施設５０のオペレータが、支援情報予測部２３の予測精度診断を行いたいときは、入力部２９ｂより、予測精度診断を受けたい期間（日時、時間等）を指定し、予測精度診断依頼の入力を行う。
In such a state, when the operator of the
これを受けて、監視制御部２９は、支援情報予測部２３から指定された期間に対応する予測値を読み出し、依頼元の雨水処理場を特定する信号を付加して予測精度診断依頼信号を作成し、データ送受信部２６を介して、データセンタ３０に送信する。
In response to this, the
データセンタ３０では、この予測精度診断依頼信号を受取ると、依頼元の処理場を確認し、指定された期間の実測値を、データセンタ３０内の記憶部から読み出す。そして、記憶部から読み出したデータと、精度診断依頼元から送信されてきた予測データとを比較する。
When the
図１０（ａ）、（ｂ）により、精度診断機能３０ｆに関するデータセンタ３０の表示部３０ａにおける表示画面を示す。図１０（ａ）は流入量の予測データおよび実績データの経時変化の様子をグラフ表示として表示し、図１０（ｂ）はそれら相互間の誤差を数値として表にして示している。例えば１０：００では予測データが１０１ｍ３で実績データが１００ｍ３であり、誤差が１ｍ３である。同様に、１０：０５、１０：１０と予測および実績の各データを比較していくことにより精度診断を行なうことができる。
10A and 10B show a display screen on the
また、これらの精度診断結果から流入量予測値と同実績値との一致、不一致、及びデータの解離度等を算出し、その結果を予測精度診断レポートとして、依頼元の雨水排水処理施設５０に送信する。
In addition, from these accuracy diagnosis results, the inflow rate predicted value and the actual value are matched, mismatched, the degree of data dissociation, etc. are calculated, and the result is used as a prediction accuracy diagnosis report to the requesting rainwater
雨水排水処理施設５０では、データ記録部２２に保存するため、雨水排水設備のオペレータは見たいときにデータ（データの値、トレンドグラフなど）を表示部２９ａに表示することにより、雨水排水処理施設５０のオペレータが、予測精度が明確に認識できる。
In the rainwater
なお、上記実施の形態では、予測精度診断機能等は、データセンタ３０に有しているが、これに限られない。例えば、データセンタ３０が、自治体等の下水道関係施設に設けられる場合、その機能の一部を、当該システムの納入元の製造メーカ等が運用する運用センター等で分担し、前記データセンタ３０と接続して、機能分担して実現してもよい。
In the above-described embodiment, the prediction accuracy diagnosis function and the like are provided in the
＜第２の実施の形態＞
次に、本発明による雨水排水施設用の雨水排水支援制御装置の第２の実施の形態について説明する。本実施の形態は、第１の実施の形態に加えて、流入量予測に必要なパラメータ調整をデータセンタに追加した実施の形態である。
<Second Embodiment>
Next, a second embodiment of the rainwater drainage assistance control apparatus for a rainwater drainage facility according to the present invention will be described. In this embodiment, in addition to the first embodiment, parameter adjustment necessary for inflow amount prediction is added to the data center.
本実施の形態の構成を図１１に示す。基本構成は、第１の実施の形態の構成である図３と比較すると、データセンタ３０の制御部３０ｂに、パラメータ調整機能３０ｇを追加した点が異なる。
The configuration of the present embodiment is shown in FIG. The basic configuration is different from the configuration of FIG. 3 in the first embodiment in that a
以下に、パラメータ調整処理の手順について説明する。 Hereinafter, the procedure of the parameter adjustment process will be described.
上記の実施の形態で説明した精度診断機能で精度が劣化した場合は、過去のデータが多く蓄積できた場合に流入量予測のシステム同定にて導出されるパラメータを変更することになる。システム同定では、降雨データと流入量データ結果からパラメータを求める。そのデータを選ぶ場合は降雨の強さを分類して、小雨、通常降雨、大雨、長時間降雨、短時間降雨などに分類を行い、いろいろな成分を取り入れる必要がある。また、降雨が発生している前後だけのデータを使う必要があるのでその切り出しなど行い、パラメータを求める。 When the accuracy is deteriorated by the accuracy diagnosis function described in the above embodiment, a parameter derived by system identification for inflow amount prediction is changed when a large amount of past data can be accumulated. In system identification, parameters are obtained from rainfall data and inflow data results. When selecting the data, it is necessary to classify the intensity of rainfall and classify it into light rain, normal rain, heavy rain, long rain, short rain, etc., and incorporate various components. In addition, since it is necessary to use data just before and after the occurrence of rainfall, it is cut out and parameters are obtained.
図１２は、制御演算部２０の支援情報予測部２３における予測モデルのパラメータを調整する処理内容をフローチャートとして示したものである。このパラメータの調整処理はデータセンタ３０のパラメータ調整機能３０ｇにおいて行なわれる。
FIG. 12 is a flowchart showing the processing contents for adjusting the parameters of the prediction model in the support
まず、雨水排水施設５０のオペレータが、支援情報予測部２３の予測精度診断を行いたいときは、入力部２９ｂより、前記実施の形態で説明した予測精度診断を受けた結果、予測精度が良くないと判断した場合は、パラメータ調整依頼の入力を行う。
First, when the operator of the
これを受けて、監視制御部２９は、支援情報予測部２３で設定されているパラメータ情報を読み出し、依頼元の雨水処理場を特定する信号を付加してパラメータ調整依頼信号を作成し、データ送受信部２６を介して、データセンタ３０に送信する。
In response to this, the
次にデータセンタ３０のパラメータ調整機能３０ｇにより、流入量予測値と実際の流入量との間の流入量誤差が大きいか否かが判定される（ステップＳ１）。なお、実際の流入量は、流入渠水位計１３の計測水位の変化により求められてデータ収集部２１に入力される。
Next, it is determined by the
いま流入量予測値とデータ収集部２１により収集した実際の流入量との誤差が大きい場合は、ステップＳ２に移行して制御演算部２０のデータ記憶部２２からシステム同定データのパラメータを求めるために、過去のデータから過去の流入量データ、過去の雨量データを収集し、データセンタ３０のパラメータ調整機能３０ｇへ送られる。
If there is a large error between the predicted inflow amount and the actual inflow amount collected by the
そして、ステップＳ３に移行して、パラメータ調整機能３０ｇは、収集されたデータ中から雨が所定量以上降らなかった日を除外して所定量の降雨があった日、つまり雨量計測日の抽出が行なわれる。
Then, the process proceeds to step S3, and the
雨量計測日が検索できたら、パラメータ調整機能３０ｇではステップＳ４により雨量計測日における雨量計測時間の抽出を行なう。
If the rain measurement date can be searched, the
まずデータ記憶部２２に格納されたデータから雨量がはじめて計測された時刻を調べ、雨量が始めて計測された時刻の所定時間（例えば３０分）前から所定時間（例えば２時間）後のデータを調べる（ステップＳ４）。
First, the time when the rainfall is measured for the first time is checked from the data stored in the
そして、この間（２時間３０分）が切り出し時間とされ（ステップＳ５）、この切り出し時間に該当する雨量計測データが抜き出される（ステップＳ６）。 During this time (2 hours and 30 minutes) is set as a cutout time (step S5), and rainfall measurement data corresponding to the cutout time is extracted (step S6).
この抜き出されたデータについて、データセンタ３０のパラメータ調整機能３０ｇにおいて、ステップＳ７によりその土地の利用状況に応じて決まる降雨に対する排水施設への流入の係数である流出係数演算が行なわれる。そして、ステップＳ８による流域面積あたりの降雨量が計画流出係数との比較の結果が流域面積当たりの降雨量が計画流出係数に比べて良好（例えば、計画流出係数が０．６であれば、０．１や０．２などの数字は除外する）であれば（ステップＳ９）、雨量データの分類を行なう。良好でなければステップＳ７に戻り、改めて流出係数の演算を行ない、ステップＳ８，Ｓ９による処理を繰り返す。
With respect to the extracted data, the
雨量データの分類は、降雨強度と降雨量との２次元平面に計測データをプロットして降雨強度と降雨量との関係から、図１３に示すように、夕立、小雨、通常、台風、長雨の５項目に５分類し（ステップＳ１０）、これら各分類項目ごとに少なくとも１つのデータを選択する。種々の降雨状況のデータを揃えることが予測精度を向上する上では欠かせない。 Classification of rainfall data is based on the relationship between rainfall intensity and rainfall by plotting the measurement data on the two-dimensional plane of rainfall intensity and rainfall, as shown in FIG. Five items are classified into five categories (step S10), and at least one data is selected for each of these category items. It is indispensable to improve the prediction accuracy to prepare data on various rainfall conditions.
また、これとは別にもう一つの検証用データを選択する。そして、ステップＳ１１に移行して、データセンタ３０のパラメータ調整機能３０ｇにおいて、システム同定を行い、新しいパラメータを算出する。
In addition to this, another verification data is selected. In step S11, the
また、本件をマクロ、あるいはソフトウェア化することで作業効率が上がる。 Also, work efficiency will be improved by making this case a macro or software.
なお、上記実施の形態でも、第１の実施の形態と同様に、予測精度診断機能３０ｆやパラメータ調整機能３０ｇ等は、データセンタ３０に有しているが、これに限られない。例えば、データセンタ３０が、自治体等の下水道関係施設に設けられる場合、その機能の一部を、当該システムの納入元の製造メーカ等が運用する運用センター等で分担し、前記データセンタ３０と接続して、機能分担して実現してもよい。
In the above embodiment, the prediction
＜第３の実施の形態＞
次に、本発明による雨水排水施設用の雨水排水支援制御装置の第３の実施の形態について説明する。本実施の形態は、データセンタ３０に気象情報配信機能を追加した実施の形態である。
<Third Embodiment>
Next, a third embodiment of a rainwater drainage assistance control apparatus for a rainwater drainage facility according to the present invention will be described. In this embodiment, a weather information distribution function is added to the
本実施の形態の構成を図１４に示す。基本構成は、第２の実施の形態の構成である図１１に、データセンタ３０に気象データ等を配信するサービスセンタ４０を接続し、更にデータセンタ３０の制御部３０ｂに、気象情報配信機能３０ｈを追加し、気象情報サービスで得られる予報を基に雨量を算出し、前記下水流入予測装置を改造した長期流入予測（１時間先から４８時間先程度）を行えるようにした点が特徴である。
The configuration of this embodiment is shown in FIG. In the basic configuration, the service center 40 for distributing weather data and the like is connected to the
なお、第１の実施の形態及び第２の実施の形態で説明した予測精度診断機能３０ｆ、パラメータ調整機能３０ｇについては、本実施の形態においては必ずしも必要ではなく省略してもよい。
Note that the prediction
ここで、サービスセンタ４０から配信される気象情報としては、気象庁等から配信される雨量レーダ等でも構わないが、より精度の高い流入量予測を行うためには、例えば細密気象モデルを用いた気象情報（特開２００３−３４４５５６）等を用いるとより効果的である。 Here, the weather information distributed from the service center 40 may be a rain radar or the like distributed from the Japan Meteorological Agency or the like, but in order to perform a more accurate inflow prediction, for example, a weather using a fine weather model It is more effective to use information (Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-344556).
図１５は、気象情報に関する表示例であり、上記予測装置２０が流量予測の対象とする地区が日本地図上に濃いトーンで示されている。また、流入予測の画面表示図９（ａ）あるいは図９（ｂ）と気象情報サービスの画面図１５を同時あるいは切り替えで表示する。また、この画面には、気象現況とか天気予報とかの気象情報サービスを、併せてまたは単独で表示してもよい。
FIG. 15 is a display example related to meteorological information, and the area targeted by the
気象情報サービスで得られる予報を基づいた長期流入予測によって、下水処理場またはポンプ場の人員配備計画支援、下水処理場またはポンプ場の気象情報の雨の予測を用いた管渠内貯留量演算による合流改善支援、下水処理場またはポンプ場の流入渠水位、ポンプ井水位および送水先処理場への送水計画支援などに使用することができる。 Based on long-term inflow prediction based on forecasts obtained from weather information services, support for personnel deployment planning of sewage treatment plants or pump stations, and calculation of storage amount in pipes using prediction of rain in sewage treatment plant or pump station meteorological information It can be used for confluence improvement support, inflow water level of sewage treatment plant or pump station, pump well level and water supply plan support for destination treatment plant.
なお、上記実施の形態でも、第１の実施の形態と同様に、予測精度診断機能、パラメータ調整機能３０ｇ、気象情報配信機能３０ｈ等は、データセンタ３０に有しているが、これに限られない。例えば、データセンタ３０が、自治体等の下水道関係施設に設けられる場合、その機能の一部を、当該システムの納入元の製造メーカ等が運用する運用センター等で分担し、前記データセンタ３０と接続して、機能分担して実現してもよい。
In the above embodiment as well, as in the first embodiment, the prediction accuracy diagnosis function, the
＜第４の実施の形態＞
次に図１６乃至図１８により、本発明による雨水排水施設用の雨水排水支援制御装置の第２の実施の形態について説明する。
<Fourth embodiment>
Next, a second embodiment of the rainwater drainage support control apparatus for a rainwater drainage facility according to the present invention will be described with reference to FIGS.
図１６に示すように、雨水排水支援制御装置はデータセンタ３０と、データセンタ３０に連結された複数の雨水排水処理施設５０に設置されており、このうち雨水排水処理施設５０は下水処理場Ａ、雨水ポンプ場Ｂからなり、単一のデータセンタ３０の周囲に複数配置されている。この場合、雨水排水処理施設５０は、前述の第１乃至第３の実施の形態の雨水排水処理施設５０と略同一の構成を有している。
As shown in FIG. 16, the rainwater drainage support control apparatus is installed in a
データセンタ３０は、支援情報予測部（支援情報演算部）２０２と、パラメータ調整部３０ｂと、表示部３０ａと、入力部３０ｃとを有している。またデータセンタ３０には支援情報予測部２０２と、雨水排水処理施設５０および雨水排水処理施設５０側に設置された複数の携帯端末２０６との間で信号の送受信を行なうデータ送受信部３０ｄが設けられている。
The
各雨水排水処理施設５０は、ポンプ、ゲート設備等の制御対象を制御するコントローラ部２８と、データ送受信部２６とを有する制御演算部２０を備えている。
Each stormwater
また各雨水排水処理施設５０には、地上雨量計１１、レーダ雨量計１２、流入渠水位計１３および流出量計１４からなるデータ収集手段１０が設けられ、データ収集手段１０の各種検出手段からの検出データが制御演算部２０に送られるようになっている。
In addition, each rainwater
次に図１７により、予測装置１２１について説明する。予測装置１２１はデータセンタ３０内に設置され、予測装置１２１は雨水排水処理施設５０への雨水流入量を予測する流入予測部２０２ａと、流入予測部２０２ａで予測した雨水流入量に基づいて雨水排水処理施設５０に設置された雨水ポンプ５および流入ゲート４（図１参照）の運転状態を求める運転予測部２０２ｂとからなる支援情報演算部２０２と、支援情報演算部２０２と各携帯端末２０６との間で信号の送受信を行なうデータ送受信部３０ｄとを備えている。
Next, the prediction device 121 will be described with reference to FIG. The prediction device 121 is installed in the
このうち各々の携帯端末２０６は、雨水排水処理施設５０側に設置され、具体的には下水処理場Ａまたは雨水ポンプ場Ｂの運転員が携帯している。
Among these, each
また予測装置１２１のデータ送受信部３０ｄには、携帯端末２０６の位置を検出する位置情報検出部２０７が接続され、さらに予測装置１２１には位置情報検出部２０７からの信号に基づいて携帯端末の位置が予め定められた範囲外にあるか否か判定する位置情報判定部２０３が設けられている。
The data transmission /
ところでデータ送受信部３０ｄと携帯端末２０６との間、およびデータ送受信部３０ｄと下水処理場Ａの制御演算部２０との間はＡＤＳＬ、ＩＰ−ＶＰＮ等の専用回線で接続され、また下水処理場Ａの制御演算部２０と雨水ポンプ場Ｂの制御演算部２０との間は光ファイバ等のネットワークにより接続されている。
By the way, the data transmission /
ここで、下水処理場Ａの制御演算部２０および雨水ポンプ場Ｂの制御演算部２０は、いずれもコントローラ部２８と、外部との間で信号の送受信を行なうデータ送受信部２６とを有している。
Here, the
更に支援情報演算部２０２には、パラメータ調整部３０ｂが接続され、パラメータ調整部３０ｂには、表示部３０ａと入力部３０ｃとが各々接続されている。
Further, a
支援情報演算部２０２の流入予測部２０２ａと運転予測部２０２ｂは、各パラメータを含む流入予測モデルと運転予測モデルを有し、これら流入予測モデルと運転予測モデルのパラメータはパラメータ調整部２３０ｂにより調整される。またパラメータの調整は入力部３０ｃからの入力信号によって行なわれ、支援情報演算部２０２の制御内容は表示部３０ａに表示される。
The inflow prediction unit 202a and the operation prediction unit 202b of the support
次にこのような構成からなる本実施の形態の作用について図１８により説明する。 Next, the operation of the present embodiment having such a configuration will be described with reference to FIG.
なおここで述べる作用は、データセンタ３０内の予測装置１２１により下水処理場Ａおよび雨水ポンプ場Ｂの雨水ポンプ５が運用される場合の作用である。
The action described here is an action when the
図１７および図１８に示すように、まず、データセンタ３０の支援情報演算部２０２の流入予測部２０２ａにおいて、流入量予測モデルを構築し、その流入量予測モデルを基に流入量予測値を演算する。この際、流入量予測モデルは、パラメータ調整部３０ｂにより地上雨量計１１からの降雨量信号、雨水ポンプ５の運転状況、水位計１３からの流入渠水位、水位計９からのポンプ井水位、流入ゲート４の運用状況などの各信号を基にオフラインで予め決定しておく（図１参照）。あるいは流入予測部２０２ａに予測モデルをオンラインで逐次的にパラメータ調整部３０ｂを介して更新するような機構を設けておいてもよい。このようにオンラインで逐次的に予測モデルを更新することにより、流域の変化に追従してモデル更新がなされ、予測精度の劣化を抑えることができる。
As shown in FIGS. 17 and 18, first, an inflow prediction model is constructed in the inflow prediction unit 202a of the support
このオンラインで逐次的にモデルを更新する手法の代表的な手法としては、システム同定手法における逐次最小２乗法が知られている。この逐次最小２乗法は計算負荷が少なく、比較的小規模な計算機でも実装ができると同時にプロセスの変動に追従してモデルパラメータの更新ができるという利点があるが、雨水排水の分野では実用例はない。しかし、雨水排水プロセスのように、プロセスの変動が自然現象の複合要因の結果として表われ、変動が生じやすい系に対しては、モデル更新手段を設けておくことは非常に有効であることから、予測モデルをオンラインで逐次的に更新するような機構は有効である。 As a representative method for updating the model sequentially online, a sequential least square method in a system identification method is known. This sequential least squares method has a small calculation load and can be implemented on a relatively small computer. At the same time, it has the advantage that model parameters can be updated following process fluctuations. Absent. However, it is very effective to provide a model update means for systems that tend to cause fluctuations in the process, such as the stormwater drainage process, and are prone to fluctuations. A mechanism that sequentially updates the prediction model online is effective.
次に流入予測部２０２ａで求めた流入量予測結果を基に支援情報演算部２０２の運転予測部２０２ｂで、ポンプの運転予測を行なう。運転予測手法に関しては、流入量予測値を基に直接ポンプ運転台数を判定してもよく、また流入予測値を入力とし、ポンプ井水位予測値を出力とするポンプ井水位予測モデルを別途構築し、ポンプ井水予測値を基にポンプ運転台数を判定してもよい。
Next, based on the inflow amount prediction result obtained by the inflow prediction unit 202a, the operation prediction unit 202b of the support
また、従来から行なわれている固定のポンプ井水位設定値を用いた設定水位自動制御に対して、流入量予測値を基に設定水位補正量を演算し、その値を基に設定水位を変更することにより、ポンプの起動停止タイミングを変えるポンプ運転の予測を行なってもよい。また、汎用流出解析ソフトの場合は、そのソフト自身が持っているポンプ制御機能を用いる。なお、各種設定水位およびポンプ台数制御用の運転順序はプロセス制御装置１１から与えられる。
In addition, for the conventional automatic water level control using a fixed pump well level setting value, the set water level correction amount is calculated based on the predicted inflow rate, and the set water level is changed based on that value. Thus, the pump operation may be predicted to change the start / stop timing of the pump. In the case of general-purpose outflow analysis software, the pump control function of the software itself is used. Various set water levels and the operation order for controlling the number of pumps are given from the
次に支援情報演算部２０２の運転予測部２０２ｂから出力されるポンプ起動に関する予測値が、データ送受信部３０ｄから携帯端末２０６に対して配信される。配信結果を受けて、運転員は、機場へ直行して手動操作を行なうか、携帯端末２０６から直接雨水ポンプ５やゲート４の操作を行なうかの判断を行なう（図１および図１７参照）。
Next, the predicted value related to the pump activation output from the operation predicting unit 202b of the support
例えば、降雨時に何分後かに無人の雨水ポンプ場Ｂへ雨水の流入が予測されて、その支援情報が雨水ポンプ場Ｂの運転員が所有する携帯端末２０６に配信されたとする。この支援情報が地上雨量計１１に基づく、１０分から３０分先程度の比較的短時間先の予測情報であり、雨水流入時刻までに運転員が雨水ポンプ場Ｂへ到着することが困難である場合は、携帯端末２０６を通して雨水ポンプ場Ｂの雨水ポンプ５の起動指令を行なう。このことにより、早いタイミングでの対応が可能となり、浸水被害の危険性から雨水ポンプ場Ｂを守ることができる。また、支援情報がレーダ雨量計１２に基づいて求められた１時間以上先の予測情報である場合は、余裕を持って雨水ポンプ場Ｂへ向かうことができ、来るべく雨水流入への対応を安心して行なうことが期待できる。
For example, it is assumed that rainwater inflow to an unmanned rainwater pumping station B is predicted several minutes after the rain and the support information is distributed to the
なお、データ送受信部３０ｄから携帯端末２０６へ送られる支援情報の内容としては、何分後かの雨水流入量やポンプ井の予測値、雨水ポンプ運転予測時刻の予測データのみでもよいし、これらのデータに加えて推奨する操作、判断をメッセージ形式にして、かつその支援項目を携帯端末の画面上で選択するのみで、操作を実行できるような支援情報としてもよい。なお、携帯端末２０６の操作を実行する場合には、誤操作防止のため、操作選択後実行前に確認操作を入れるものとする。
The content of the support information sent from the data transmitting / receiving
また、データ送信部３０ｄから専用回線を介して、携帯端末２０６へ支援情報を送信する場合、受信者である運転員が、対応が必要な雨水ポンプ場Ｂへ即座に移動することが困難であったり、携帯端末２０６からその雨水ポンプ場Ｂの機器操作を行なうのが困難であるような遠方にいることがある。その場合は、ＧＰＳ（グローバル・ポジショニング・システム）などの位置情報検出部２０７により携帯端末２０６の位置を検出し、この位置情報を基に位置情報判定部２０４により運転員の場所が遠方か否かを判定し、その運転員に対しては、支援情報表示のみ提供し、携帯端末を通して操作することができないよう制限を設けることとする。
In addition, when the support information is transmitted from the
また、携帯端末２０６から操作を行なう場合に、複数の運転員により操作が重複したり、ある運転員による適切な操作が、別の運転員による誤った操作により変更されてしまう可能性がある。これを防ぐために、操作情報判定部２０７を設け、操作する運転員の優先度設定、推奨する操作情報の支援情報として携帯端末２０６に配信する。また、携帯端末２０６を通して運転員が操作した場合、その操作情報がデータ送受信部３０ｄから支援情報の配信を受けている運転員全員の携帯端末２０６に配信され、このようにして現状の操作状況を把握することができる。これにより、複数の運転員による操作の混乱、誤操作をまねかないようなシステムを構築できる。
Further, when an operation is performed from the
ここで、支援情報演算部２０２は、１つのみ実装するのではなく、複数実装してもよい。支援情報演算部２０２、２０２Ａを複数実装することにより、実装した異なる複数の支援情報演算部２０２、２０２Ａ間で、ある支援情報演算部２０２の演算結果を用いて雨水排水支援制御を行なっている場合に、この支援情報演算部２０２が正常に動作しなくなった場合でも、自動的に他の支援情報演算部２０２Ａに切り替えることにより、雨水排水支援制御が継続できる。
Here, instead of mounting only one support
また、それら複数の支援情報演算部２０２、２０２Ａの性能を予め定められた手法および周期で性能判定部２０２ｃにより判定しておき、予め定められた周期毎に最良の性能をもつ支援情報演算部２０２を用いて雨水排水支援制御を行なうことを考慮してもよい。
Further, the
異なる複数の支援制御出力の判定に関しては、性能判定部２０２ｃにおいて複数の支援情報演算部２０２、２０２Ａの性能を予め定められた周期（例えば、制御周期。周期は運用に合わせて再設定できる）で、操作量やポンプ運転時間、ポンプ運転コストなどを指標とした最適制御により判定する。そして、予め定めた（運用に合わせた）周期毎に最適な制御性能をもつ支援制御モデルを選択し、その支援情報演算部２０２の出力をコントローラ部２８に入力したり、データ送受信部３０ｄを介して携帯端末２０６に配信を行なって、適切な雨水排水支援制御を行なう。
Regarding the determination of a plurality of different support control outputs, the
なお、ある支援情報演算部２０２がセンサ値異常などの異常診断結果により正常に動作しないと判定された場合には、直ちに自動で他方の支援情報演算部２０２Ａに切り替わり、その支援情報演算部２０２Ａが動作するような機構を設ける。
When it is determined that a certain support
性能判定部２０２ｃにおいて上述した最適制御問題を解くことにより、雨水排水プロセスの制御問題を定量的に評価できるので、ポンプ運転時間を平準化し、運転切替回数を少なくすることができるような雨水排水支援制御方法および装置を提供することができる。上述のように性能判定部２０２ｃにおいて制御性能判定（異常診断に基づくもの判定と評価関数値に基づく判定）を行なうことにより、雨水排水支援制御の信頼性を向上させ、安定した雨水排水支援制御運用ができる。
Since the
性能判定部２０２ｃにおいて最適制御系を構成する際、例えば、モデル予測制御の基本的な概念として知られているReceding horizon制御を適用する。このReceding horizon制御とは、最適化問題を解く区間をサンプリング周期毎にシフトしながらオンライン最適化を繰り返す制御であり、制約条件を陽な形で取り扱うことが可能である。つまり、制御入力やプロセス出力にかかる制約条件を直接制御アルゴリズムに反映させることができるという利点がある。この場合、制約条件としてはポンプ井水位の上下限を考慮する。以上により、与えられた雨水排水支援制御問題を、制約条件を含む最適化問題に帰着させることができる。
When configuring the optimal control system in the
性能判定部２０２ｃにおいて最適制御問題を解く手法としては、分岐限定法や遺伝的アルゴリズムなどの適用が考えられる。分岐限定法は、解空間上の部分空間を一括チェックし、当該空間内に解候補が存在しうるかどうかを事前に検証することで、不必要な検索手続きを予め排除することができ、演算時間はかかるものの最適解を探索できるという利点がある。遺伝的アルゴリズムは、最適解ではなく準最適解しか検索することができないが、局所的な極小解に陥りにくい点や高速演算が期待できるなどの利点がある。
As a technique for solving the optimal control problem in the
以上により、雨水排水支援制御問題に、モデル予測制御つまりReceding horizon制御を適用することにより制御系を体系的に扱うことができるとともに、常に最適な制御性能をもつ制御装置で雨水排水制御を行なうことができるので、ポンプ運転時間を平準化し、運転切替回数を少なくすることができ、運転オペレータの手動操作が介入するといった問題を解決できるような雨水排水支援制御系を確立することが期待できる。 As described above, by applying model predictive control, that is, receiving horizon control, to the rainwater drainage support control problem, the control system can be handled systematically, and stormwater drainage control should always be performed with a controller with optimal control performance. Therefore, it can be expected to establish a rainwater drainage support control system that can equalize the pump operation time, reduce the number of operation switching times, and solve problems such as manual intervention by the operator.
なお、上記までの方法は地上雨量計１１を用いて雨水ポンプ場Ｂの流入量、ポンプ井流入量、ポンプ井水位を予測することを想定している。地上雨量計１１のみだと、精度よい降雨予測が行なえないため、１０分から１５分先の予測が限界と思われる。予測装置１２１にレーダ雨量計１２の情報を基にした降雨量や降雨強度の予測値を取り込むことにより、３０分から数時間先の予測情報を取り入れた雨水排水支援制御装置を提供することも可能である。
The above method assumes that the inflow amount of the rainwater pump station B, the pump well inflow amount, and the pump well water level are predicted using the
レーダ雨量計１２により観測されたデータは、雨量レーダデータ処理装置１２ａにて各種データ処理が行なわれ、一定時間先までの降雨状況の予測が可能である（図１参照）。また、気象業務センター等から降雨状況の予測も含めた各種気象データが配信されている。雨量レーダデータ処理装置１２ａからの情報を伝送路を介してデータセンタ３０の予測装置１２１へと送り、その降雨量や降雨強度の予測値をもとに、流入量予測を行なうことにより、３０分から数時間先の流入量予測を行なうことができ、結果的に予測装置１２１の信頼性を高めることができる。
The data observed by the
また、上述した降雨予測や気象情報、流入量予測、水位予測などの各種予測情報、またそれらの現在値を用いて、天候モードを判定し、そのモードに基づいて雨水排水制御を行なうことも考えられる。 It is also possible to determine the weather mode using various forecast information such as the above-mentioned rainfall forecast, weather information, inflow forecast, water level forecast, etc., and their current values, and perform rainwater drainage control based on that mode. It is done.
具体的には、各種情報から小雨モードと判定された場合には、すぐに雨水排水は行なわず、ゲート４を制御して、予め設置してある増補幹線もしくは貯留管に降雨時初期の雨水を取りこむ。これにより汚濁濃度の高い初期雨水（ファーストフラッシュ）が下水処理場Ａや雨水ポンプ場Ｂに流入することを抑制する運用ができる。一方で、小雨モードでない場合や、ポンプ井５ａの水位が規定値以上に達した場合には、直ちに雨水排水制御を行なう。このように上述した各種予測情報を用いてモードを切り換えて雨水排水支援制御を行なうことにより、近年重要視されている合流改善問題にも対処することができる。
Specifically, when it is determined that the light rain mode is selected from various information, the rainwater drainage is not performed immediately, the gate 4 is controlled, and the rainwater at the initial stage of the rain is applied to the supplementary trunk line or the storage pipe installed in advance. Take it in. Thereby, the operation which suppresses that the initial rain water (first flush) with high pollution concentration flows into the sewage treatment plant A and the storm water pumping station B can be performed. On the other hand, when it is not in the light rain mode or when the water level of the
なお、上記実施の形態でも、第１の実施の形態と同様に、支援情報演算機能や、パラメータ調整機能は、データセンタ３０に有しているが、これに限られない。例えば、データセンタ３０が、自治体等の下水道関係施設に設けられる場合、その機能の一部を、当該システムの納入元の製造メーカ等が運用する運用センター等で分担し、前記データセンタ３０と接続して、機能分担して実現してもよい。
In the above embodiment as well, as in the first embodiment, the support information calculation function and the parameter adjustment function are included in the
上記実施の形態において、具体的なプロセスとして予測演算処理を用いた雨水排水ポンプ場における雨水排水プロセスを対象としているが、本実施例の考え方はその他のプロセスに対しても適用できる。例えば、排水機場における河川水位予測を用いた河川への雨水排水プロセスなど、ポンプ制御を用いたプロセスに対して、特に効果的である。 In the above embodiment, the rainwater drainage process in the rainwater drainage pump station using the predictive arithmetic processing is targeted as a specific process, but the idea of this embodiment can be applied to other processes. For example, it is particularly effective for a process using pump control, such as a rainwater drainage process to a river using river water level prediction at a drainage station.
４ 流入ゲート
５ 雨水ポンプ
６ 吐出弁
９ 水位計
１０ データ収集手段
１１ 地上雨量計
１２ レーダ雨量計
１３ 流入渠水位計
１４ 流出量計
２０ 制御演算部
２１ データ収集部
２２ データ記憶部
２３ 支援情報予測部
２４ 演算部
２６ データ送受信部
２８ コントローラ部
３０ データセンタ
３０ａ 表示部
３０ｂ 制御部
３０ｃ 入力部
３０ｄ データ送受信部
３０ｅ 記憶部
３０ｆ 予測精度診断機能部
３０ｇ パラメータ調整部
３０ｈ 気象情報配信部
４０ サービスセンタ
５０ 雨水排水処理施設
２０２ 支援情報演算部
２０３ 位置情報判定部
２０４ 操作情報判定部
２０６ 携帯端末
２０７ 位置情報検出部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 4
Claims (8)
前記データセンタに設けられ、前記複数の雨水排水施設の運転予測を行なう各種パラメータを含む予測モデルを有する支援情報予測部と、
前記データセンタに設けられ、前記支援情報予測部の予測モデルのパラメータを調整するパラメータ調整部と、
前記雨水排水施設側に設置され、前記支援情報予測部で予測された運転状態が送られる携帯端末とを備え、
前記データセンタに、前記支援情報予測部と、前記携帯端末との間で信号の送受信を行なうデータ送受信部を設けたことを特徴とする雨水排水支援制御装置。 In the rainwater drainage support control device installed in the data center and a plurality of rainwater drainage facilities connected to the data center,
A support information prediction unit having a prediction model provided in the data center and including various parameters for performing operation prediction of the plurality of rainwater drainage facilities;
A parameter adjustment unit that is provided in the data center and adjusts a parameter of a prediction model of the support information prediction unit;
A mobile terminal installed on the rainwater drainage facility side, to which the driving state predicted by the support information prediction unit is sent,
A rainwater drainage support control device, wherein the data center is provided with a data transmission / reception unit for transmitting and receiving signals between the support information prediction unit and the portable terminal.
前記データ送受信部は前記位置情報判定部からの信号に基づいて、前記携帯端末の位置が予め定められた範囲外にあるとき、前記携帯端末に携帯端末が予め定められた範囲外にあることを伝えることを特徴とする請求項１記載の雨水排水支援制御装置。 Based on a position information detection unit that detects the position of the portable terminal in the data center and a signal from the position information detection unit, it is determined whether or not the position of the portable terminal is within a predetermined range. A position information determination unit,
When the position of the mobile terminal is outside a predetermined range based on a signal from the position information determination unit, the data transmission / reception unit indicates that the mobile terminal is out of the predetermined range on the mobile terminal. The rainwater drainage support control device according to claim 1, wherein the rainwater drainage support control device is transmitted.
この性能判定部により正常かつ最良と認められた前記支援情報予測部が用いられることを特徴とする請求項３記載の雨水排水支援制御装置。 The data center is provided with a performance determination unit that determines the performance of the support information prediction unit based on a predetermined period,
The rainwater drainage support control apparatus according to claim 3, wherein the support information prediction unit recognized as normal and best by the performance determination unit is used.
前記データセンタに、前記複数の携帯端末の操作の優先順を各携帯端末に送る操作情報判定部を設けたことを特徴とする請求項１記載の雨水排水支援制御装置。 A plurality of the mobile terminals are provided, and each mobile terminal has a function of operating at least a rainwater pump or an inflow gate of the rainwater drainage facility,
The rainwater drainage support control apparatus according to claim 1, wherein an operation information determination unit is provided in the data center, the operation information determination unit sending priority of operations of the plurality of portable terminals to each portable terminal.
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