雨水排水支援制御装置
【課題】雨水流入予測を行なうためのデータを逐時取得して、演算処理を行なうことにより逐次的な流入予測を精度よく行なうことができる雨水排水支援制御装置を提供すること。
【解決手段】雨水排水支援制御装置はデータセンタ３０と、複数の雨水排水施設５０とに配置されている。各雨水排水施設５０には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２３と、データ送受信部２６とが設けられている。データセンタ３０には、支援情報予測部２３の予測モデルのパラメータを調整する予測精度診断機能３０ｆが設けられている。
【解決手段】雨水排水支援制御装置はデータセンタ３０と、複数の雨水排水施設５０とに配置されている。各雨水排水施設５０には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２３と、データ送受信部２６とが設けられている。データセンタ３０には、支援情報予測部２３の予測モデルのパラメータを調整する予測精度診断機能３０ｆが設けられている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平６−１４７９６０号公報
【特許文献２】特開２０００−２５７１４０号公報
【特許文献３】特開２０００−３２８６４２号公報
【特許文献４】特開２０００−５６８３５号公報
【特許文献５】特開２００３−３４４５５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【発明の効果】
【００１５】
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。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、本発明による雨水排水支援制御装置が設置されるデータセンタと雨水排水処理施設を示す図。
【図２】図２は、雨水排水支援制御装置の第１の実施の形態を示す概略構成図。
【図３】図３は、本発明による雨水排水支援制御装置の第１の実施の形態の構成を示すブロック線図。
【図４】図４は、本発明による雨水流入量予測部の構成を示すブロック線図。
【図５】図５は、図４の降雨量計測器の配置例を示す図。
【図６】図６は、図４に示す寄与降雨量演算部が用いる流入寄与関数の例を示す図。
【図７】図７は、図８に示す非線形予測モデルを示す概略図。
【図８】図８は、データセンタの構造を示す図。
【図９】図９（ａ）、（ｂ）は、図３におけるデータセンタに設けられた予測精度診断機能に関する表示部の画面表示内容を示す説明図。
【図１０】図１０（ａ）、（ｂ）は、本発明の実施例で採用された精度診断機能を有する表示部の表示画面を示す説明図。
【図１１】図１１は、本発明による雨水排水支援制御装置の第２の実施の形態の構成を示すブロック線図。
【図１２】図１２は、データセンタにおける処理内容を示すフローチャート。
【図１３】図１３は、降雨量と降雨強度との関係により雨量データ分類を行なうことを示す図。
【図１４】図１４は、本発明による雨水排水支援制御装置の第３の実施の形態の構成を示すブロック線図。
【図１５】図１５は、図１４におけるデータセンタに設けられた気象情報に関する表示部の画面表示内容を示す説明図。
【図１６】図１６は、本発明による雨水排水支援制御装置の第４の実施の形態を示す概略構成図。
【図１７】図１７は、本発明による雨水排水支援制御装置を示すブロック線図。
【図１８】図１８は、雨水排水支援制御装置の作用を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
＜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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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
【数１】
を設計することによって構成されている。あるいは移動平均、中間値処理などの数学的処理によるものであってもよい。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
＜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。
【００７８】
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。
【００７９】
以下に、パラメータ調整処理の手順について説明する。
【００８０】
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。
【００８１】
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。
【００８２】
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。
【００８３】
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。
【００８４】
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。
【００８５】
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。
【００８６】
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。
【００８７】
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。
【００８８】
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）。
【００８９】
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）。
【００９０】
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。
【００９１】
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。
【００９２】
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。
【００９３】
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。
【００９４】
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。
【００９５】
＜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。
【００９６】
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。
【００９７】
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。
【００９８】
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。
【００９９】
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。
【０１００】
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。
【０１０１】
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。
【０１０２】
＜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。
【０１０３】
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。
【０１０４】
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。
【０１０５】
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。
【０１０６】
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。
【０１０７】
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。
【０１０８】
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。
【０１０９】
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。
【０１１０】
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。
【０１１１】
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。
【０１１２】
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。
【０１１３】
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。
【０１１４】
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。
【０１１５】
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。
【０１１６】
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。
【０１１７】
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。
【０１１８】
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。
【０１１９】
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。
【０１２０】
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）。
【０１２１】
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。
【０１２２】
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。
【０１２３】
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。
【０１２４】
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。
【０１２５】
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。
【０１２６】
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。
【０１２７】
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。
【０１２８】
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。
【０１２９】
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。
【０１３０】
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。
【０１３１】
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。
【０１３２】
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。
【０１３３】
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。
【０１３４】
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。
【０１３５】
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。
【０１３６】
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。
【０１３７】
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。
【０１３８】
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。
【符号の説明】
【０１３９】
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
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平６−１４７９６０号公報
【特許文献２】特開２０００−２５７１４０号公報
【特許文献３】特開２０００−３２８６４２号公報
【特許文献４】特開２０００−５６８３５号公報
【特許文献５】特開２００３−３４４５５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【発明の効果】
【００１５】
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。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、本発明による雨水排水支援制御装置が設置されるデータセンタと雨水排水処理施設を示す図。
【図２】図２は、雨水排水支援制御装置の第１の実施の形態を示す概略構成図。
【図３】図３は、本発明による雨水排水支援制御装置の第１の実施の形態の構成を示すブロック線図。
【図４】図４は、本発明による雨水流入量予測部の構成を示すブロック線図。
【図５】図５は、図４の降雨量計測器の配置例を示す図。
【図６】図６は、図４に示す寄与降雨量演算部が用いる流入寄与関数の例を示す図。
【図７】図７は、図８に示す非線形予測モデルを示す概略図。
【図８】図８は、データセンタの構造を示す図。
【図９】図９（ａ）、（ｂ）は、図３におけるデータセンタに設けられた予測精度診断機能に関する表示部の画面表示内容を示す説明図。
【図１０】図１０（ａ）、（ｂ）は、本発明の実施例で採用された精度診断機能を有する表示部の表示画面を示す説明図。
【図１１】図１１は、本発明による雨水排水支援制御装置の第２の実施の形態の構成を示すブロック線図。
【図１２】図１２は、データセンタにおける処理内容を示すフローチャート。
【図１３】図１３は、降雨量と降雨強度との関係により雨量データ分類を行なうことを示す図。
【図１４】図１４は、本発明による雨水排水支援制御装置の第３の実施の形態の構成を示すブロック線図。
【図１５】図１５は、図１４におけるデータセンタに設けられた気象情報に関する表示部の画面表示内容を示す説明図。
【図１６】図１６は、本発明による雨水排水支援制御装置の第４の実施の形態を示す概略構成図。
【図１７】図１７は、本発明による雨水排水支援制御装置を示すブロック線図。
【図１８】図１８は、雨水排水支援制御装置の作用を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
＜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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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
【数１】
を設計することによって構成されている。あるいは移動平均、中間値処理などの数学的処理によるものであってもよい。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
＜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。
【００７８】
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。
【００７９】
以下に、パラメータ調整処理の手順について説明する。
【００８０】
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。
【００８１】
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。
【００８２】
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。
【００８３】
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。
【００８４】
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。
【００８５】
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。
【００８６】
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。
【００８７】
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。
【００８８】
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）。
【００８９】
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）。
【００９０】
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。
【００９１】
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。
【００９２】
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。
【００９３】
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。
【００９４】
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。
【００９５】
＜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。
【００９６】
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。
【００９７】
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。
【００９８】
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。
【００９９】
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。
【０１００】
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。
【０１０１】
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。
【０１０２】
＜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。
【０１０３】
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。
【０１０４】
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。
【０１０５】
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。
【０１０６】
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。
【０１０７】
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。
【０１０８】
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。
【０１０９】
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。
【０１１０】
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。
【０１１１】
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。
【０１１２】
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。
【０１１３】
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。
【０１１４】
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。
【０１１５】
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。
【０１１６】
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。
【０１１７】
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。
【０１１８】
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。
【０１１９】
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。
【０１２０】
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）。
【０１２１】
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。
【０１２２】
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。
【０１２３】
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。
【０１２４】
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。
【０１２５】
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。
【０１２６】
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。
【０１２７】
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。
【０１２８】
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。
【０１２９】
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。
【０１３０】
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。
【０１３１】
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。
【０１３２】
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。
【０１３３】
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。
【０１３４】
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。
【０１３５】
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。
【０１３６】
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。
【０１３７】
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。
【０１３８】
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。
【符号の説明】
【０１３９】
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
【特許請求の範囲】
【請求項１】
データセンタと、この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、
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。
【請求項２】
前記データセンタに、前記携帯端末の位置を検出する位置情報検出部と、この位置情報検出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内にあるか否か判定する位置情報判定部とを設け、
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。
【請求項３】
前記支援情報予測部は複数設けられ、正常かつ最適な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１記載の雨水排水支援制御装置。
【請求項４】
前記データセンタに、前記支援情報予測部の性能を所定周期により判定する性能判定部を設け、
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。
【請求項５】
前記性能判定部は前記雨水排水施設の雨水ポンプの操作量、ポンプ運転時間、ポンプ運転コストを指標として前記各支援情報予測部の性能を判定することを特徴とする請求項４記載の雨水排水支援制御装置。
【請求項６】
前記性能判定部は、雨水流入量、ポンプ井の水位の上下限を制約条件としたReceeding horizon制御により前記各支援情報予測部の性能を判定することを特徴とする請求項４記載の雨水排水支援制御装置。
【請求項７】
前記支援情報予測部はオンラインで更新可能な予測モデルを内蔵す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。
【請求項８】
前記携帯端末は複数設けられるとともに、この各携帯端末は少なくとも前記雨水排水施設の雨水ポンプまたは流入ゲートを操作する機能を有し、
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。
【請求項１】
データセンタと、この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、
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。
【請求項２】
前記データセンタに、前記携帯端末の位置を検出する位置情報検出部と、この位置情報検出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内にあるか否か判定する位置情報判定部とを設け、
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。
【請求項３】
前記支援情報予測部は複数設けられ、正常かつ最適な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１記載の雨水排水支援制御装置。
【請求項４】
前記データセンタに、前記支援情報予測部の性能を所定周期により判定する性能判定部を設け、
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。
【請求項５】
前記性能判定部は前記雨水排水施設の雨水ポンプの操作量、ポンプ運転時間、ポンプ運転コストを指標として前記各支援情報予測部の性能を判定することを特徴とする請求項４記載の雨水排水支援制御装置。
【請求項６】
前記性能判定部は、雨水流入量、ポンプ井の水位の上下限を制約条件としたReceeding horizon制御により前記各支援情報予測部の性能を判定することを特徴とする請求項４記載の雨水排水支援制御装置。
【請求項７】
前記支援情報予測部はオンラインで更新可能な予測モデルを内蔵す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。
【請求項８】
前記携帯端末は複数設けられるとともに、この各携帯端末は少なくとも前記雨水排水施設の雨水ポンプまたは流入ゲートを操作する機能を有し、
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。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【公開番号】特開２０１１−１５４０２９（Ｐ２０１１−１５４０２９Ａ）
【公開日】平成２３年８月１１日（２０１１．８．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２００２１（Ｐ２０１１−２００２１）
【出願日】平成２３年２月１日（２０１１．２．１）
【分割の表示】特願２００６−２８６５３（Ｐ２００６−２８６５３）の分割
【原出願日】平成１８年２月６日（２００６．２．６）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年８月１１日（２０１１．８．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月１日（２０１１．２．１）
【分割の表示】特願２００６−２８６５３（Ｐ２００６−２８６５３）の分割
【原出願日】平成１８年２月６日（２００６．２．６）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]