CN1824897A - 雨水排水支持控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明揭示一种能够依次按时取得进行雨水流入预测用的数据、并通过进行运算处理以高精度进行逐次流入预测的雨水排水支持控制装置。对于数据中心(30)及多个雨水排水设施(50)配置雨水排水支持控制装置。各雨水排水设施(50)设置具有包含各种参数的预测模型的支持信息预测单元(23)、以及数据收发单元(26)。在数据中心(30)，设置调整支持信息预测单元(23)的预测模型的参数的预测精度诊断功能(30f)。

Description

雨水排水支持控制装置

技术领域

本发明涉及下水道系统中的雨水排水设备的控制技术，特别涉及设置多个雨水排水设施用的支持控制装置。

背景技术

在雨水排水控制中，对于向泵站等的流入，要求在适当的时刻操作雨水泵及流入闸门。对于这一要求，若在泵站能够高精度掌握“什么时候有多少雨水流入？”的信息，则能够正确掌握雨水泵的启动停止及流入闸门的开闭时刻。

作为掌握这些量用的各种信息，有来自雷达雨量计、地面雨量计、管渠内水位计等所得到的测量值，根据这些测量值，进行流出分析及流入量预测，研究有效利用该流出分析及流入量预测的控制技术，并部分实施。

作为预测雨水流入量的方法有两类，一类是采用物理模型中悬念模型，跟踪降雨流出的随时间的变化，即所谓白盒方法(扩展RRL法、通用流出分析软件(MOUSE等)的根据水力学模型及水文学模型)；另一类是仅根据过去的降雨量及流入量的数据，构筑预测模型，即所谓的黑盒方法(系统辨识法、多重回归分析等)。另外，专利文献1中揭示了扩展RRL法，例如在专利文献2中揭示了采用系统辨识法的流入量预测方法。

另外，关于根据流入量预测结果的泵的控制有预测控制等，是以设定水位自动控制为基础，采用流入量预测值，进行设定水位的改变。在专利文献3中提出一种方法，这是根据向泵井的雨水流入量及泵的额定值，预测计算泵的运转台数。另外，采用国外的通用软件(MOUSE等)来进行雨水流入量预测雨水泵控制的系统正进入国内。通用软件虽然原来是作为雨水流出分析的仿真软件能够离线使用的，但与监视控制系统连接，也能够在线工作。

再有，还知道有专利文献4所示的雨水流入量预测装置。

另外，在雨水排水设施的运转中，许多情况下气象状况也成为有用的信息，还考虑专利文献5所示的采用精确气象模型的气象信息(特开2003-344556)。

专利文献1特开平6-147960号公报

专利文献2特开2000-257140号公报

专利文献3特开2000-328642号公报

专利文献4特开2000-56835号公报

专利文献5特开2003-34456号公报

如上所述，泵站等的雨水排水设备随着雨水流入量的预测技术的进步，其精度正在提高，但由于每个雨水排水设备是独自进行运转，因此从所谓大范围雨水排水控制的观点，不一定能够进行理想的控制。

另外，为了使各设备进行运转，也必须配备人员，因此从大范围雨水排水控制的观点，还存在需要大量人员的问题。

本发明正是考虑到这些方面而提出的，目的在于提供一种雨水排水支持控制装置，这种雨水排水支持控制装置为了在大范围进行雨水排水控制，设置汇总管理多台雨水排水设备的数据中心，从该数据中心向各雨水排水设备提供各雨水排水设备运转所必需的支持信息，通过这样有效地而且高效率地进行大范围的雨水排水控制。

发明内容

本发明是雨水排水支持控制装置，设置在对于数据中心、以及与数据中心连接的多个雨水排水设施，其中，包含设置在各雨水排水设施、并具有进行该雨水排水设施的运转预测的、包含各种参数的预测模型的支持信息预测单元；以及设置在数据中心的、诊断各雨水排水设施设置的支持信息预测单元的预测精度的预测精度诊断单元，在各雨水排水设施中设置在支持信息预测单元与数据中心的预测精度诊断单元之间进行信号收发的数据收发单元。

本发明是雨水排水支持控制装置，设置在对于数据中心、以及与数据中心连接的多个雨水排水设施，其中，包含设置在各雨水排水设施、并具有进行该雨水排水设施的运转预测的、包含各种参数的预测模型的支持信息预测单元；以及设置在数据中心的、调整各雨水排水设施设置的支持信息预测单元的预测模型的参数的参数调整单元，在各雨水排水设施中设置在支持信息预测单元与数据中心的参数调整单元之间进行信号收发的数据收发单元。

本发明是雨水排水支持控制装置，设置在对于数据中心、以及与数据中心数据的多个雨水排水设施，其中，包含设置在数据中心的、具有进行事雨水排水设施的运转预测的包含各种参数的预测模型的支持信息预测单元；设置在数据中心的、调整支持信息预测单元的预测模型的参数的参数调整单元；以及设置在各雨水排水设施一侧、由支持信息预测单元送来预测的运转状态的便携式终端，在数据中心设置在与支持信息预测单元及与便携式终端之间进行信号收发的数据收发单元。

本发明如上所述，设置汇总管理多台雨水排水设备的数据中心，从该数据中心向各雨水排水设备提供各雨水排水设备运转所必需的支持信息，通过这样有效地而且高效率地进行大范围的雨水排水控制。

附图说明

图1所示为本发明有关的设置雨水排水支持控制装置的数据中心及雨水排水处理设施的示意图。

图2所示为雨水排水支持控制装置的第1实施形态的简要构成图。

图3所示为本发明有关的雨水排水支持控制装置的第1实施形态的构成方框图。

图4所示为本发明有关的雨水流入量预测单元的构成方框图。

图5所示为图4的降雨量测量器的配置举例示意图。

图6所示为图4所示的有效降雨量运算单元所用的流入有效函数举例的示意图。

图7所示为图4所示的非线性预测模型的简要示意图。

图8所示为数据中心的结构图。

图9(a)及(b)所示为图3的数据中心设置的预测精度诊断功能有关的显示单元的画面显示内容说明图。

图10(a)及(b)所示为本发明的实施例中采用的具有精度诊断功能的显示单元的显示画面说明图。

图11所示为本发明有关的雨水排水支持控制装置的第2实施形态的构成方框图。

图12所示为数据中心的处理内容的流程图。

图13所示为根据降雨量与降雨强度的关系进行雨量数据分类的示意图。

图14所示为本发明有关的雨水排水支持控制装置的第3实施形态的构成方框图。

图15所示为图14的设置在数据中心的与气象信息有关的显示单元的画面显示内容说明图。

图16所示为本发明有关的雨水排水支持控制装置的第4实施形态的简要构成图。

图17所示为本发明有关的雨水排水支持控制装置的方框图。

图18所示为雨水排水支持控制装置作用的流程图。

具体实施方式

首先，参照图1说明本发明有关的大范围的雨水排水支持控制的简要构成。由下水处理站A或雨水泵站B等组成多个雨水排水设施50，通过传输路径与对各雨水排水设备应用支持信息的数据中心30连接。在图1中，雨水排水设备虽然图示了两处，但是当然也可以是三处或三处以上。

雨水排水设施50由下水处理站A或雨水泵站B组成，都具有泵井5a、设置在泵井5a内的雨水泵5、以及设置在雨水泵5的出口侧的排出阀6。在各泵井5a的入口，设置流入闸门4，在流入闸门4的入口侧及出口侧，分别设置流入渠水位计13及水位计9。

另外，在下水处理站A中，来自水位计13及9的信号输入到控制运算单元20，利用控制运算单元20来控制雨水泵5、流入闸门4及排出阀6。

另外，在雨水泵站B中，来自水位计13及9的信号输入到控制运算单元20，利用该控制运算单元20来控制雨水泵5、流入闸门4及排出阀6。

另外，在下水处理站A中，流入雨水经过流入干线1及流入渠2流入到泵井5a内。另外，在雨水泵站B中，流入雨水流入到泵井5a内。

再有，在下水处理站A及雨水泵站B中流入泵井5a内的雨水，利用雨水泵5向河川进行排水。

另外，控制运算单元20如上所述，是控制流入闸门4、雨水泵5及排出阀6的单元，从地面雨量计11向控制运算单元20输入降雨量信号。另外，数据采集装置10(在图1中作为代表例子图示了雨量雷达数据处理装置12a)与控制运算单元20连接。

其中，雨量雷达12与雨量雷达数据处理装置12a连接。在图1中，雨量雷达数据处理装置12a及雨量雷达12与下水处理站A的控制运算单元20连接，也可以同样与泵站B的控制运算单元20连接。

<第1实施形态>

以下，参照图2至图12说明本发明有关的雨水排水设施用的雨水排水支持控制装置的第1实施形态。本实施形态是用数据中心进行各雨水排水设施中的雨水流入量预测功能有关的精度诊断的形态。

图2所示为本实施形态的雨水排水支持控制装置的简要构成图。如图2所示，雨水排水支持控制装置的数据中心30与多个雨水排水处理设施50(下水处理站及雨水泵站等)连接由地面雨量计11、雷达雨量计12、流入渠水位计13及流出量计14组成的数据采集装置10与雨水排水处理设施50连接。

数据中心30设置控制单元30b、与控制单元30b连接的显示单元30a及输入单元30c、以及数据收发单元30d。

另外，各雨水排水处理设施50具有控制泵及闸门设备等控制对象的控制器单元28、以及根据来自控制器单元28的控制信号进行规定的控制运算的控制运算单元20。在这里，控制运算单元20设置具有预测流入雨水排水处理设施50的雨水流入量的预测模型的支持信息预测单元(流入量预测单元)23、以及在与数据中心30之间进行信号收发的数据收发单元26。

图3所示为雨水排水支持控制装置的具体构成图，表示数据采集装置10及控制运算单元20、与数据中心30的关系。

数据采集装置10采集地面流量、雷达流量、流入渠水位及流出量的数据。数据采集装置10具有沿下水流入路径配置的四种测量装置即地面雨量计11、雷达雨量计12、流入渠水位计13及流出量计14，得到来自这些检测装置的检测数据，送往控制运算单元20。

控制运算单元20根据这些检测数据，预测流入量，将预测结果供给其它环节，或控制排水机站的泵的运转。为此，具有数据采集单元21、数据存储单元22、支持信息预测单元(流入量预测单元)23、运算单元24、数据收发单元26、以及气象数据单元27。

数据采集单元10从地面雨量计11、雷达雨量计12、流水渠水位计13及流出量计14采集各数据，存入数据存储单元22。数据存储单元22从存入的数据中对流入量预测单元23供给预测所需要的数据。流入量预测单元23对流入量进行预测，预测的流入量预测结果供给运算单元24，进行必要的单位换算等运算处理之后，供给运转支持单元25及通信单元26。

运转支持单元25利用预测装置20的预测结果，通过控制器单元28，闸门设备的排出阀V以及泵P等控制对象的运转，根据下水流入量，相应控制来自流入渠的流出量。

另外，数据收发单元26是与数据中心30进行信号收发的单元，不仅将来自运算单元24的预测结果，还包含来自数据采集单元21的数据，都通过各种通信线路(各种线路及网络)送往数据中心30，另外，还从它们那里进行向控制运算单元20的数据取入。

在这里，控制运算单元20的各环节21至28的动作是一面同时发生与监视控制单元29之间的信号及数据的收发，一面受到控制进行。然后，信号及数据和控制内容在显示单元29a显示，另外监视控制单元29的动作是根据输入单元29b的输入来决定。

在这里，是这样使用过程流程画面的部件进行显示，从而像以往技术那样不要新生成画面，能够进行流入预测的显示。

另外，将与流入预测功能有关的输入输出项目例如泵排出量、流入渠水位等固定化，不要每次生成模型，从而能够力图减少设计时间、调试时间及成本。

下面，图4为从各雨水排水设施50的各构成功能方面进行说明用的方框图。另外，在该图中，基本上是与图3相对应的。

如图4所示，设置测量到现在为止的降雨量的降雨量测量单元1A、以及测量流入对象设施的到现在为止的雨水流入量的流入量测量单元3A，降雨量预测单元2A与降雨量测量单元1A连接，该降雨量预测单元2A根据降雨量测量单元1A测量的到现在为止的降雨量，利用例如线性预测法等，预测将来的降雨量。

另外，降雨量测量单元1A及流入量测量单元3A与模型辨识单元4A连接。

预测单元5A与模型辨识单元4A连接，该预测单元5A按照模型辨识单元4A决定的非线性预测模型，根据降雨量预测单元2A预测的将来的降雨量，预测流入对象设施的将来的雨水流入量。

另外，在图4中，由降雨量预测单元2A、模型辨识单元4A、以及预测单元5A构成流入量预测单元23，另外在图4中，为了说明流入量预测单元23的作用，为方便起见图示了流入量测量单元3A及降雨量测量单元1A。其中，流入量数据存储单元3m及降雨量数据存储单元1m与数据存储单元22相对应，流入量测量器3s及降雨量测量器1s与数据采集装置10相对应。

如图4所示，降雨量测量单元1A具有设置在对象设施对应的区域内的多个降雨量测量器1s、将各降雨量测量器1s测量的物理量数据变换为降雨量数据的降雨量运算单元1p、从降雨量运算单元1p运算的降雨量数据中除去噪声成分的噪声降低单元1r、以及存储除去了噪声成分的降雨量数据的降雨量数据存储单元1m。

各降雨量测量器1s一般用地面雨量计或激光雨量计构成，例如如图5所示，设置在将对象区域(对应设施所对应的区域)内实质上均匀分割的部分区域的实质上中心A、B、C处。作为降雨量测量器1s，也可以使用地面雨量计11及雷达雨量计12。

降雨量运算单元1p通过遥测装置等收发器，与各降雨量测量器1s电连接。

噪声降低单元1r作为数字低通滤波器的构成为：根据数字截止频率ωa＝tan(ωdT)，设计与ωa相关的模拟滤波器H(s)，对它进行双线性变换s＝(z-1)/(z+1)，设计用下式所示的数字滤波器。

[公式1]

$\mathrm{Hd}\left(z\right)=H\left(s\right)S=\frac{z-1}{z+1}$

或者也可以利用移动平均或中值处理等数学处理方法。

另外，流入量测量单元3A如图4所示，具有设置在作为对象区域的泵站的入口或蓄水管的入口附近的流入量测量器3s、将流入量测量器3s测量的物理量数据变换为流入量数据的流入量运算单元3p、从流入量运算单元3p运算的流入量数据除去噪声成分的噪声降低单元3r、以及存储除去了噪声成分的流入量数据的流入量数据存储单元3m。

流入量测量器3s例如用流量计或水位计构成。作为流入量测量器3s，也可以使用流入渠水位计13。流入量运算单元3p根据需要，通过遥测装置等收发器，与流入量测量器3s电连接。另外，噪声降低单元3r与噪声降低单元1r实质上同样构成。

模型辨别单元4A具有根据降雨量求出雨水流入量用的非线性预测模型4m、根据降雨量测量单元1A测量的到现在为止的降雨量和流入量测量单元3A测量的流入对象设施的到现在为止的雨水流入量来决定非线性预测模型4m的次数及系数参数的变量决定单元4d、以及在各降雨测量单元1测量的雨水的到现在为止的降雨量数据中根据对象时刻前规定的先行降雨考虑时间段的先行降雨来计算各流入有效降雨量的有效降雨量运算单元4c。

具体来说，有效降雨量运算单元4c对于对象时刻前规定的先行降雨考虑时间段的先行降雨，乘以图6(a)或图6(b)所示的流入有效函数，通过这样求出更重视与对象时间接近的先行降雨的流入有效降雨量。

然后，变量决定单元4d根据有效降雨量运算单元4c计算的多个流入有效降雨量、以及流入量测量单元3测量的流入对象设施的到现在为止的雨水流入量，决定非线性预测模型4m的次数及系数参数。

非线性预测模型4m是作为多输入的Block-oriented模型而构成的，具体来说是图7所示的模型。Block-oriented模型是将线性传递函数与非线性要素以任意的个数而且任意的配置组合而成的。在图7所示的情况下，具有在模型的输入侧用多项式表示的非线性要求。在图7中，n、m、l、p为次数，ai、bi、ci、di为参数。

另外，降雨量预测单元2A根据各降雨量测量单元1A测量的降雨量数据，预测与各降雨量测量单元1A相对应的多个将来的预测降雨量数据。再有，降雨量预测单元2A具有有效降雨量推定单元2c，根据多个将来的预测降雨量数据，推定多个将来的流入有效降雨量。利用有效降雨量推定单元2c进行的运算与用图6(a)及图6(b)说明的利用有效降雨量运算单元4c进行的运算实质上相同。

然后，流入量预测单元5A按照模型辨识单元4A决定的多输入Block-oriented模型，根据多个将来的流入有效降雨量(基于预测降雨量数据)，预测流入对象设施的将来的雨水流入量。

图8所示为数据中心30的外形图，数据中心30以控制单元30b为中心，与显示单元30a、键盘等输入单元30c、数据收发单元30d、以及存储单元30e连接。

图9(a)所示为数据中心30设置的显示单元30a的画面显示内容。图9(a)为工艺流程画面，在该图9(a)的左侧图示了排水机站的排水路径及泵，同时显示每1分钟的流入量为“1200.0m³/min”。另外在中间及右侧用图形显示现在、5分钟后及10分钟后的三个时刻的流入量。

在这里，这样使用过程流程画面的部件进行显示，从而像以往技术那样不要新生成画面，能够进行流入预测的显示。

另外，将与流入量预测功能有关的输入输出项目例如泵排出量、流入渠水位等固定化，不要每次生成模型，从而能够力图减少设计时间、调试时间及成本。

然后，图9(b)所示的显示单元30a的另一个画面显示内容，通过将流入量预测数据与实际数据重叠显示，更明确两者间的差异。

下面，说明以上那样构成的本实施形态的作用。

首先，各降雨量测量单元1A的降雨量测量器1s测量降雨量，雨水排水处理设施50内的降雨量运算单元1p将各降雨量测量器1s测量的物理量数据变换为降雨量数据，噪声降低单元1r作为低通滤波器，从降雨量运算单元1p计算的降雨量数据中除去噪声成分，降雨量数据存储单元1m存储除去了噪声成分的降雨量数据。另外，与此同时，通过数据收发单元26，还向数据中心30发送降雨量数据。在数据中心30中，将接收的降雨量数据存入数据中心30的存储单元30e。

另一方面，各流入量测量单元3的流入量测量器3s测量流入量，雨水排水处理设施50内的流入量运算单元3p将流入量测量器3s测量的物理量数据变换为流入量数据，噪声降低单元3r作为低通滤波器，从流入量运算单元3p计算的流入量数据中除去噪声成分，流入量数据存储单元3m存储除去了噪声成分的流入量数据。另外，与此同时，通过数据收发单元26，还向数据中心30发送流入量数据。在数据中心30中，将接收的流入量数据存入数据中心30的存储单元30e。

接着，雨水排水处理设施50内的模型辨识单元4A的有效降雨量运算单元4c根据各降雨量数据，对于对象时刻前规定的先行降雨考虑时间段的先行降雨，乘以图6(a)或图6(b)所示的流入有效函数，分别求出更重视与对象时间接近的先行降雨的流入有效降雨量。

然后，变量决定单元4d根据有效降雨量运算单元4c计算的多个流入有效降雨量、以及流入量测量单元3测量的流入对象设施的到现在为止的雨水流入量，决定多输入Block-oriented模拟4m的次数及系数参数。

具体来说，首先根据例如AIC标准(赤池信息量标准)等求出Block-oriented模型4m的传递函数的次数n、m、l。接着，考虑到非线性的强度及推定参数的数量，决定非线性次数p。然后，推定传递函数的系数及表示非线性项的多项式的系数ai、bi、ci、di(i与参数的数量相对应)，使得最接近从预测对象时刻起来看的过去的流入有效降雨量与流入量数据的关系。作为推定方法，例如可以采用最小二乘法。这样，来决定Block-oriented模型4m的次数及系数参数，确定并决定预测模型。

另一方面，降雨量预测单元2A根据各降雨测量单元1A测量的降雨量数据，预测与各降雨量测量单元1A相对应的多个将来的预测降雨量数据。这里，降雨量预测量单元2A的有效降雨量推定单元2c与有效降雨量运算单元4c实质上相同，根据多个将来的预测降雨量数据来指定多个将来的流入有效降雨量。

然后，流入量预测单元5A按照模拟辨识单元4A决定的多输入预测模型(Block-oriented模拟)，根据多个将来的流入有效降雨量，计算并预测流入对象设施的将来的雨水流入量。

根据该结果，通过控制器28，控制雨水泵5、排水阀6及流入闸门4等，进行运转。

以下，说明关于预测精度诊断的具体步骤。

在这样的状态下，雨水排水设施50的操作者在想进行支持信息预测单元23的预测精度诊断时，从输入单元29b指定想要接受预测精度诊断的期间(日期及时间等)，进行委托预测精度诊断的输入。

接受该输入后，监视控制单元29从支持信息预测单元23读出与指定的期间相对应的预测值，附加确定委托源的雨水处理站的信号，生成预测精度诊断委托信号，通过数据收发单元26向数据中心30发送。

在数据中心30中，若接受该预测精度诊断委托信号，则确认委托源的处理站，从数据中心30内的存储单元读出指定期间的实测值。然后，比较从存储单元读出的数据、与从精度诊断委托源发送来的预测数据。

利用图10(a)及(b)，表示与精度诊断功能40f有关的数据中心30的显示单元30a的显示画面。图10(a)以图形显示流入量的预测数据及实际数据的随时间的变体形态，图10(b)以数据表显示它们相互间的误差。例如在10∶00，预测数据为10cm³，实际数据为100m³，误差为1m³。同样，在10∶05及10∶10，不断比较预测与实际的各数据，从而能够进行精度诊断。

另外，根据这些精度诊断结果，算出流入量预测度与流入量实际值的一致成不一致、以及数据的分散性等，将其结果作为预测精度诊断极差，向委托源的雨水排水处理设施50发送。

在雨水排水处理设施50中，因为保存在数据记录单元22中，所以在雨水排水设备的操作者想看时，在显示单元29a显示数值(数据值或变化趋势曲线)，通过这样雨水排水处理设施50的操作者能够明确识别预测精度。

另外，在上述实施形态中，是在数据中心30具有预测精度诊断功能等，但不限于此。例如在地方自治团体等的下水道有关设施设置数据中心30时，也可以将其功能的一部分由该系统的交付方的制造厂家等运营的运营中心等来分担，与前述数据中心30连接，来实现分担功能。

<第2实施形态>

下面，说明本发明有关的雨水排水设施用的雨水排水支持控制装置的第2实施形态。本实施形态是在第1实施形态中对数据中心追加流入量预测所必需的参数调整的实施形态。

图11所示为本实施形态的构成。基本构成与第1实施形态的构成即图3相比，其不同点在于对数据中心30的控制单元30b追加参数调整功能30g。

以下，说明参数调整处理的步骤。

在上述实施形态中说明的精度诊断功能得到的精度恶化时，在能存储很多过去的数据的情况下，就改变利用流入量系统辨识导出的参数。在系统辨识中，根据降雨数据及流入量数据的结果求出参数。在选择该数据时，将降雨的强度进行分类，分类为小雨、通常降雨、大雨、长时间降雨、短时间降雨等，需要取入各种各样的成分。另外，由于需要使用仅仅降雨发生前后的数据，因此将其进行抽取等，求出参数。

图12是以流程图来表示调整控制运算单元20的支持信息预测单元23的预测模型参数的处理内容。该参数的调整处理是在数据中心30的参数调整功能30g中进行。

首先，雨水排水设施50的操作者在想要进行支持信息预测单元23的预测精度诊断时，在接受前述实施形态说明的预测精度诊断的结果判断为预测精度不好的情况下，从输入单元29b进行委托参数调整的输入。

接受该输入后，监视控制单元29读出支持信息预测单元23设定的参数信息，附加确定委托源的雨水处理站的信号，生成参数调整委托信号，通过数据收发单元26向数据中心30发送。

接着，利用数据中心30的参数调整功能30g，判定流入量预测值与实际流入量之间的流入量误差是否大(步骤S1)。另外，实际的流入量根据流入渠水位计13的测量水位的变化求出，向数据采集单元21输入。

现在，在流入量预测值与利用数据采集单元21采集的实际流入量的误差大时，转移到步骤S2，为了从控制运算单元20的数据存储单元22求出系统辨识数据的参数，根据过去的数据采集过去的流入量数据及过去的雨量数据，送往数据中心30的参数调整功能30g。

然后，转移到步骤S3，参数调整功能30g从采集的数据中，除了降雨没有在规定量或以上的天以外，抽取有规定量降雨的天、即雨量测日。

若能检索到雨量测量日，则在参数调整功能30g中通过步骤S4抽取雨量测量日的雨量测量时间。

首先，根据数据存储单元22中存储的数据，查找雨量开始测量的时刻，查找雨量开始测量时刻的规定时间(例如30分钟)之前到规定时间(例如2小时)之后的数据(步骤S4)。

然后，将该期间(2小时30分)作为抽取时间(步骤S5)，提取与该抽取时间相当的雨量测量数据(步骤S6)。

对于该提取的数据，在数据中心30的参数调整功能30g中，通过步骤S7进行流出系数运算，该流出系数是根据其土地的利用状况相应决定的、对于降雨而流入排水设施的系数。然后，通过步骤S8进行单位区域面积的降雨量与计划流出系数的比较，若该比较结果是单位区域面积的降雨量比计划流出系数要好(例如计划流出系数为0.6，0.1或0.2等的数字除外)(步骤S9)，则进行雨量数据的分类。若不好，则返回步骤S7，重新进行流出系数的运算，重复步骤S8及S9的处理。

关于雨量数据的分类，是将降雨强度及降雨量的测量数据标在二维平面上，根据降雨强度与降雨量的关系，分为阵雨、小雨、通常、台风、连雨天等五类(步骤S10)，对每个这些分类项目至少选择一个数据。备齐各种降雨状态的数据是提高预测精度所不可缺少的。

另外，选择除此以外其它的另一个验证数据。然后，转移到步骤S11，在数据中心30的参数调整功能30g中进行系统辨识，算出新的参数。

另外，通过将本操作形成宏功能而编成软件，从而提高作业效率。

另外，在上述实施形态中也与第1实施形态相同，是在数据中心30具有预测精度诊断功能30f及参数调整功能30g等，但不限于此。例如在地方自治团体等的下水道有关设施设置数据中心30时，也可以将其功能的一部分由该系统的交付方的制造厂家等运营的运营中心等来分担，与前述数据中心30连接，来实现分担功能。

<第3实施形态>

下面，说明本发明有关的雨水排水设施用的雨水排水支持控制装置的第3实施形态。本实施形态是对数据中心30追加气象信息传送功能的实施形态。

图14所示为本实施形态的构成。基本构成的特征为：在第2实施形态的构成即图11中，与数据中心30连接传送气象数据等的服务中心40，再对数据中心30的控制单元30b追加气象信息传送功能40h，使其根据气象信息服务得到的预报来算出雨量，进行长期流入预测(未来1小时至未来48小时左右)以改造前述下水流入预测装置。

另外，关于第1实施形态及第2实施形态中说明的预测精度诊断功能30f及参数调整功能30g。在本实施形态中不一定需要，也可以省略。

这里，作为服务中心40传送的气象信息，虽然也可以是由气象厅传送的雨量雷达等，但为了进行更高精度的流入量预测，若采用例如使用精确气象模型的气象信息(特开2003-344556)等，则更有效果。

图15为与气象信息有关的显示例子，在日本地图上用浓的明暗区域表示作为上述预测装置20进行流量预测的对象地区。另外，同时或者切换显示流入预测的画面显示图9(a)或图9(b)与气象信息服务的画面图15。另外，在该画面中也可以同时或单独气象现状或天气预报的气象信息服务。

根据基于气象信息服务得到的预报的长期流入预测，能够用于支持下水处理站或泵站的人员配备计划、支持下水处理站或泵站的根据采用气象信息的降雨预测来计算管渠内储留量的合流改善、以及支持下水处理站或泵站的流入渠水位、泵井水位和对送水目的地处理站的送水计划等。

另外，在上述实施形态中也与第1实施形态相同，是在数据中心30具有预测精度诊断功能30f、参数调整功能30g及气象信息传送功能30h等，但不限于此。例如在地方自治团体等的下水道有关设施设置数据中心30时，也可以将其功能的一部分由该系统的交付方的制造厂家等运营的运营中心等来分担，与前述数据中心30连接，来实现分担功能。

<第4实施形态>

下面，参照图16至图18说明本发明有关的雨水排水设施用的雨水排水支持控制装置的第4实施形态。

如图16所示，对于数据中心30、以及与数据中心30连接的多个雨水排水处理设施50设置雨水排水支持控制装置，其中雨水排水处理设施50由下水处理站A及雨水泵站B组成，在单一的数据中心30的周围配置多个。在这种情况下，雨水排水处理设施50具有与前述第1至第3实施形态的雨水排水处理设施50实质上相同的构成。

数据中心30具有支持信息预测单元(支持信息运算单元)202、参数调整单元30b、显示单元30a及输入单元30c。另外，在数据中心30设置在支持信息预测单元202、与雨水排水处理设施50及设置在雨水排水处理设施50一侧的多个便携式终端206之间进行信号收发的数据收发单元30d。

各雨水排水处理设施50具有控制运算单元20，该控制运算单元20具有控制泵及闸门设备等控制对象的控制器单元28、以及数据收发单元26。

另外，各雨水排水处理设施50中设置由地面雨量计11、雷达雨量计12、流入渠水位计13及流量出计14组成的数据采集装置10，来自数据采集装置10的各种检测装置的检测数据送往控制运算单元20。

下面，利用图17说明预测装置121。预测装置121设置在数据中心30内，预测装置121具有在数据中心30内，预测装置121具有支持信息运算单元202、以及在支持信息运算单元202与各便携式终端206之间进行信号收发的数据收发单元30d，该支持信息运算单元202具有预测对雨水排水处理设施50的雨水流入量的流入预测单元202a、以及根据流入预测单元202a预测的雨水流入量求出雨水排水处理设施50中设置的雨水泵5及流入闸门4(参照图1)的运转状态的运转预测单元202b。

其中，各便携式终端206设置在雨水排水处理设施50一侧，具体来说是由下水处理站A或雨水泵站B的操作人员携带。

另外，检测便携式终端206的位置的位置信息检测单元207与预测装置121的数据收发单元30d连接，再有，在预测装置121中设置根据位置信息检测单元207的信号判定便携式终端的位置是否在预定范围之外的位置信号判定单元203。

另外，在数据收发单元30d与便携式终端206之间、以及在数据收发单元30d与下水处理站A的控制运算单元20之间，利用ADSL、IP-VPN等专用线路进行连接，另外在下水处理站A的控制运算单元20与雨水泵站B的控制运算单元20之间，利用光纤等网络进行连接。

这里，下水处理站A的控制运算单元20及雨水泵站B的控制运算单元20都具有控制器单元28、以及在与外部之间进行信号收发的数据收发单元26。

再有，参数调整单元30b与支持信息运算单元202连接，显示单元30a及输入单元30c分别与参数调整单元30b连接。

支持信息运算单元202的流入预测单元202a及运转预测单元202b，具有包含各参数的流入预测模型及运转预则模型，这些流入预测模型及运转预测模型的参数利用参数调整单元230b进行调整。另外，参数调整是根据来自输入单元30c的输入信号进行的，支持信息运算单元202的控制内容在显示单元30a显示。

下面，利用图18说明这样构成的本实施形态的作用。

另外，这里所述的作用是在下水处理站A及雨水泵站B的雨水泵5根据数据中心30内的预测装置121运转时的作用。

如图17及图18所示，首先在数据中心30的支持信息运算单元202的流入预测单元202a中，构筑流入量预测模型，根据该流入量预测模型，计算流入量预测值。这里，流入量预测模型是根据来自地面雨量计11的降雨量信号、寸水泵5的运转状况、来自水位计13的流入渠水位、来自水位计9的泵井水位、以及流入闸门4的运转状态等各信号，利用参数调整单元30b离线预先决定(参照图1)。或者，也可以在流入预测单元202a中设置一种机构，该机构通过参数调整单元30b在线逐次更新预测模型。通过这样在线逐次更新预测模型，能够跟随区域的变化而更新模型，抑制预测精度的恶化。

作为该在线逐次更新模型的方法的代表性的方法，已经知道有系统辨识方法中的逐次最小二乘法。虽然该逐次最小二乘法的优点是，计算量少，即使是较小规模的计算机也能安装，同时能够随着工艺的变动而更新模型参数，但在雨水排水的领域中还没有实用例子。但是，像雨水排水过程那样，过程的变动表现为是自然现象综合因素的结果，对于容易产生变动的系统，预先设置模型更新手段是非常有效的，因此在线逐次更新预测模型那样的机构是有效的。

接着，根据流入预测单元202a求出的流入量预测结果，用支持信息运算单元202的运转预测单元202b进行泵的运转预测。关于运转预测方法，可以根据流入量预测值，直接判定泵运转台数，另外也可以另外构筑将流入预测值作为输入、将泵井水位预测值作为输出的泵井水位预测的模型，并根据泵井水位预测值，判定泵运转台数。

另外，也可以对于以往进行的采用固定的泵井水位设定值的设定水位自动控制，根据流入量预测值，计算设定水位修正量，并根据该值来改变设定水位，通过这样进行改变泵的起停时间的泵运转预测。另外，在通用流出分析软件的情况下，采用该软件本身具有的泵控制功能。另外，各种设定水位及泵台数控制用的运转顺序是由过程控制装置11给出。

接着，从支持信息运算单元202的运转预测单元202b输出的与泵启动有关的预测值，从数据收发单元30d对便携式终端206传送。接受传送结果后，操作人员进行判断，是直接到机站进行手动操作，还是从便携式终端206直接进行雨水泵5或闸门4的操作(参照图1及图17)。

例如，设降雨时预测几分钟后雨水流入无人的雨水泵站B，该支持信息已向雨水泵站B的操作人员所持有的便携式终端206传送。该支持信息是根据地面雨量计11在未来10分钟至未来30分钟左右的未来较短时间的预测信息，在雨水流入时刻之前操作人员难以到达雨水泵站B的情况下，就通过便携式终端206发出雨水泵站B的雨水泵5的启动指令。通过这样，能够在更早的时刻加以应对，能够保护雨水泵站B以避免浸水受灾的危险。另外，在支持信息是根据雷达雨量计12求出的未来1小时以上的预测信息时，能够有充裕的时间到雨水泵站B，能够期望对于要来到的雨水流入安心地加以应对。

另外，作为从数据收发单元30d向便携式终端206发送的支持信息的内容，可以仅仅是几分钟后的雨水流入量、泵井的预测值、或雨水泵运转预测时刻的预测数据，支持信息也可以是除了这些数据以外，再加上将推荐的操作和判断以消息的形式，而且在便携式终端的画面上选择该支持项目，仅仅通过这样能够执行操作。另外，在进行便携式终端206的操作时，为了防止误操作，在操作选择后而执行前加入确认操作。

另外，在从数据收发单元30d通过专用线路向便携式终端206发送支持信息时，有时接收者即操作人员位于较远的地方，难以立即到需要操作的雨水泵站B，或者难以从便携式终端206对该雨水泵站B的机器进行操作。在这种情况下，就利用GPS(全球定位系统)等位置信息检测单元207来检测便携式终端206的位置，根据该位置信息，利用位置信息判定单元204判定操作人员的地方是否在较远的地方，对该操作人员设置限制，使得仅提供支持信息显示，而不能通过便携式终端进行操作。

另外，在从便携式终端206进行操作时，有可能由多名操作人员重复进行操作，或者某操作人员的适当操作因别的操作人员的误操作而改变。为了防止这种情况，设置操作信息判定单元207，作为进行操作的操作人员的优先级设宅及推荐的操作信息的支持信息向便携式终端206传送。另外，在操作人员通过便携式终端206进行操作时，该操作信息从数据收发单元30d向接收支持信息传送的全体操作人员的便携式终端206传送。这样，能够掌握现在的操作状态。从而能够构筑不导致多名操作人员产生的操作混乱及误操作的系统。

这里，支持信息运算单元202也可以不是仅安装一个，而是安装多个。通过安装多个支持信息运算单元202及202A，在安装的不同的多个支持信息运算单元202与202A之间，在采用某支持信息运算单元202的运算结果进行雨水排水支持控制时，即使该支持信息运算单元202不正常工作时，也能够通过自动切换至其它的支持信息运算单元202A，继续进行雨水排水支持控制。

另外，也可以考虑以预先规定的方法或周期利用性能判定单元202c来判定这些多个支持信息运算单元202及202A的性能，对每个预先规定的周期采用具有最佳性能的支持信息运算单元202，来进行雨水排水支持控制。

关于不同的多个支持控制输出的判定，是在性能判定单元202c中以预先规定的周期(例如控制周期。周期能够按照运转情况重新设定)，利用将操作量、泵运转时间及泵运转成本等作为指标的最优控制，来判定多个支持信息运算单元202及202A的性能。然后，对每个预先规定的(按照运转情况)周期选择具有最佳控制性能的支持控制模型，将该支持信息运算单元202的输出向控制器单元28输入，或者通过数据收发单元30d向便携式终端206进行传送，进行适当的雨水排水支持控制。

另外，在判定为某支持信息运算单元202因传感器值异常等异常诊断结果而不正常工作时，设置立即自动切换为其它的支持信息运算单元202A、使该支持信息运算单元202A动作的机构。

由于在性能判定单元202C中，通过求解上述的最优控制问题，能够定量评价雨水排水过程的控制问题，因此能够提供使泵运转时间均衡、减少运转切换次数的雨水排水支持控制方法及装置。通过上述那样在性能判定单元202c中进行控制性能判定(基于异常诊断的判定及基于评价函数值的判定)，能够提高雨水排水支持控制的可靠性，进行稳定的雨水排水支持控制运转。

在性能判定单元202C中构成最优控制系统时，例如采用作为模型预测控制的基本概念所已经知道的Receding Horizon控制。所谓该Receding Horizon控制，是一面每隔采样周期使求解最优问题的区间位移、一面反复在线最优的控制，能够以显式的形式处理限制条件。即具有的优点是，能够使控制算法直接反映对控制输入及过程输出所加的限制条件。在这种情况下，作为限制条件考虑采用泵井水位的上下限。根据上述，能够将提出的两水排水支持控制问题归结为包含限制条件的最优问题。

作为在性能判定单元202c中求解最优控制问题的方法，可以考虑采用分支限定法或遗传算法等。分支限定法的优点在于，通过对解空间上的部分空间一起进行检查，并在事先验证在该空间内是否能够存在候选解，就能够预先排除不必要的检查手续，虽然花费运算时间，但能够搜索最优解。遗传算法的优点在于，虽然只能检索次优解，而不是最优解，但不容易陷入局部的极小解，并能期望进行高速运算。

根据上述，由于通过对雨水排水支持控制问题采用模型预测控制即Receding horizon控制，能够在体系上处理控制系统，同时能够用始终具有最优控制性能的控制装置来进行雨水排水控制，因此能够期望确定一种雨水排水支持控制系统，该系统能够使泵运转时间均衡，减少运转切换次数，解决运转操作人员介入手动操作的问题。

另外，到上述为止的方法是假设使用地面雨量计11，来预测雨水泵站B的流入量、泵井流入量及泵井水位。若仅仅是地面雨量计11，由于不能进行高精度的降雨预测，因此认为预测的界限是未来10分钟到15分钟。通过对预测装置121取入根据雷达雨量计12的信息的降雨量及降雨强度的预测值，还能够提供取入未来30分钟至几小时的预测信息的雨水排水支持控制装置。

利用雷达雨量计12观测的数据通过雨量雷达数据处理装置12a进行各种数据处理，能够预测未来一定时间之前的降雨状态(参照图1)。另外，从气象业务中心等传送降雨状态预测还包含的各种气象数据。将来自雨量雷数据处理装置12a的信息通过传送路径向数据中心30的预测装置121发送，根据该降雨量及降雨强度的预测值，进行流入量预测，通过这样能够进行未来30分钟至几小时的流入量预测，结果能够提高预测装置121的可靠性。

另外，也可以考虑采用上述的降雨预测或气象信息、流入量预测、水位预测等各种预测信息、以及它们的现在值，判定天气模式，并根据该模式来进行雨水排水控制。

具体来说，在根据各种信息判定为小雨模式时，不立即进行雨水排水，而是控制闸门4，将开始降雨时的雨水取入预先设置的增补干线或储留管。通过这样，能够用以抑制污浊浓度高的开始的雨水(最初的泻水)流入下水处理站A或雨水泵站B。另外，在不是小雨模式时，在泵井5a的水位达到规定值或以上的情况下，立即进行雨水排水控制。通过这样采用上述的各种预测信息来切换模式，进行雨水排水支持控制，也能够解决近年来正在重视的合流改善问题。

另外，在上述实施形态中也与第1实施形态相同，是在数据中心30具有支持信息运算功能及参数调整功能，但不限于此。例如在地方自治团体等的下水道有关设施设置数据中心30时，也可以将其功能的一部分由该系统的交付方的制造厂家等运营的运营中心等来分担，与前述数据中心30连接，来实现分担功能。

在上述实施形态中，作为具体的过程是以采用预测运算处理的雨水排水泵站的雨水排水过程为对象的，但本实施例的考虑方法对于其它的过程也可以适用。例如，对于排水机站的采用河川水位预测的向河川的雨水排水过程等、采用泵控制的过程特别有效果。

Claims (19)

1.一种雨水排水支持控制装置，设置在对于数据中心、以及与数据中心连接的多个雨水排水设施，其特征在于，包含

设置在各雨水排水设施、并具有进行该雨水排水设施的运转预测的、包含各种参数的预测模型的支持信息预测单元；以及

设置在数据中心的、诊断各雨水排水设施设置的支持信息预测单元的预测精度的预测精度诊断单元，

在各雨水排水设施中设置在支持信息预测单元与数据中心的预测精度诊断单元之间进行信号收发的数据收发单元。

2.一种雨水排水支持控制装置，设置在对于数据中心、以及与数据中心连接的多个雨水排水设施，其特征在于，包含

设置在各雨水排水设施、并具有进行该雨水排水设施的运转预测的、包含各种参数的预测模型的支持信息预测单元；以及

设置在数据中心的、调整各雨水排水设施设置的支持信息预测单元的预测模型的参数的参数调整单元，

在各雨水排水设施设置在支持信息预测单元与数据中心的参数调整单元之间进行信号收发的数据收发单元。

3.如权利要求2所述的雨水排水支持控制装置，其特征在于，

在各雨水排水设施设置采集地面雨量计及雷达雨量计的降雨数据、以及所述雨水排水设施的运转数据的数据采集单元；

存储利用所述数据采集单元采集的数据的数据存储单元；以及

进行包含将所述支持信息预测单元的预测结果向其它环节传递用的换算的运算的运算单元，

在数据中心设置对参数调整单元给出指令输入的输入单元。

4.如权利要求3所述的雨水排水支持控制装置，其特征在于，

所述参数调整单元比较所述支持信息预测单元运算的预测值与数据采集单元采集的实际值，算出误差，并验证精度。

5.如权利要求4所述的雨水排水支持控制装置，其特征在于，

所述参数调整单元具有根据得到的精度、再计算所述支持信息预测单元使用的自回归等的参数的功能。

6.如权利要求3所述的雨水排水支持控制装置，其特征在于，

所述参数调整单元具有根据生成所述支持信息预测单元使用的参数所述必需的降雨数据及流入量数据算出流出系数、并在该流出系数为正时提取从降雨的一定时间之前到降雨的一定时间之后的数据的功能。

7.如权利要求3所述的雨水排水支持控制装置，其特征在于，

所述参数调整单元根据所述降雨数据，将降雨的种类分为小雨、通常降雨、大雨、长时间平衡降雨、短时间暴雨等，作为模型辩识的参数给出。

8.如权利要求3所述的雨水排水支持控制装置，其特征在于，

所述数据发收单元将所述数据采集单元采集的数据对外部进行收发。

9.如权利要求2所述的雨水排水支持控制装置，其特征在于，

所述数据收发单元具有在通信中断时、进行重发及重收的功能。

10.如权利要求2所述的雨水排水支持控制装置，其特征在于，

所述数据收发单元具有将从数据中心送来的气象信息服务进行收发的功能。

11.如权利要求2所述的雨水排水支持控制装置，其特征在于，

所述数据收发单元具有在与数据中心或服务中心之间通过使用通信的内容服务进行收费的ASP。

12.一种雨水排水支持控制装置，设置在对于数据中心、以及与数据中心数据的多个雨水排水设施，其特征在于，包含

设置在数据中心的、具有进行事雨水排水设施的运转预测的包含各种参数的预测模型的支持信息预测单元；

设置在数据中心的、调整支持信息预测单元的预测模型的参数的参数调整单元；以及

配置在各雨水排水设施一侧、由支持信息预测单元送来预测的运转状态的便携式终端，

在数据中心设置在与支持信息预测单元及与便携式终端之间进行信号收发的数据收发单元。

13.如权利要求12所述的雨水排水支持控制装置，其特征在于，

在数据中心设置

检测便携式终端的位置的位置信息检测单元；以及

根据来自位置信息检测单元的信号、判定便携式终端的位置是否在预先规定的范围内的位置信息判定单元，

基于收发单元根据来自位置信息判定单元的信号，在便携式终端的位置位于预先规定的范围外时，将便携式终端位于预先规定的范围外的情况通知便携式终端。

14.如权利要求12所述的雨水排水支持控制装置，其特征在于，

设置多个支持信息预测单元，并使用正常的而且是最佳的支持信息预测单元。

15.如权利要求14所述的雨水排水支持控制装置，其特征在于，

在数据中心设置根据规定周期判定各支持信息预测单元的性能的性能判定单元，

使用由性能判定单元确认为正常而且是最佳的支持信息预测单元。

16.如权利要求15所述的雨水排水支持控制装置，其特征在于，

性能判定单元将雨水排水设施的雨水泵的操作量、泵运转时间及泵运转成本作为指标，判定各支持信息预测单元的性能。

17.如权利要求15所述的雨水排水支持控制装置，其特征在于，

性能判定单元利用将雨水流入量及泵井水位的上下限作为限制条件的Receding horizon控制，判定各支持信息预测单元的性能。

18.如权利要求12所述的雨水排水支持控制装置，其特征在于，

支持信息预测单元，内装能够在线更新的预测模型。

19.如权利要求12所述的雨水排水支持控制装置，其特征在于，

设置多个便携式终端，同时各便携式终端具有至少操作雨水排水设施的雨水泵或流入闸门的功能，

在数据中心设置将各便携式终端的操作优先级向各便携式终端发送的操作信息判定单元。

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