JP2002119956A - Turbidity predicting system, turbidity controlling system and turbidity managing system - Google Patents

Turbidity predicting system, turbidity controlling system and turbidity managing system

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JP2002119956A JP2000316733A JP2000316733A JP2002119956A JP 2002119956 A JP2002119956 A JP 2002119956A JP 2000316733 A JP2000316733 A JP 2000316733A JP 2000316733 A JP2000316733 A JP 2000316733A JP 2002119956 A JP2002119956 A JP 2002119956A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To predict with sufficient reliability turbidity of treated water obtained after a specified time, to determine feed rate of a coagulant by taking retardation time into consideration without using a complicated model and to automatically follow sudden change in quality of original water. SOLUTION: In a turbidity predicting system 20, from predicting variable data 41 among measured data 40 obtained from a water purification plant 50, by using an example base estimation model, the turbidity of the treated water formed in the water purification plant 50 after a specified time is estimated as an estimated turbidity 11. In a turbidity controlling system 30, from control variable data 43 among the measured data 40 obtained from the water purification plant 50 and the predicted turbidity 11 estimated by the turbidity predicting system 20, by using the example base estimation model, the feed rate of the coagulant to be fed in the water purification plant 50 is estimated.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、濁度予測システ
ム、濁度制御システムおよび濁度管理システムに関し、
特に浄水場での数時間後の処理水濁度を予測し、原水の
濁度・水質変動に対応して凝集剤投入率を決定し、処理
水濁度を所望範囲内に制御する濁度予測システム、濁度
制御システムおよび濁度管理システムに関するものであ
る。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a turbidity prediction system, a turbidity control system, and a turbidity management system.
In particular, turbidity prediction that predicts treated water turbidity after several hours at a water purification plant, determines the coagulant injection rate in response to turbidity and water quality fluctuations of raw water, and controls treated water turbidity within a desired range The present invention relates to a system, a turbidity control system, and a turbidity management system.

【0002】[0002]

【従来の技術】一般的な浄水場では、河川などから得た
原水に対して凝集剤を投入することにより不純物を粒子
(フロック)化し、さらに沈殿およびろ過を行うという
一連の浄化処理が行われる。この浄化処理では、凝集剤
の投入率によってフロックの形成状態が異なる。例え
ば、凝集剤が少なすぎる場合は、不純物を凝集できなか
ったり、不純物の凝集が不十分で沈殿せず、その後段の
ろ過工程に悪影響を及ぼす恐れがある。また、凝集剤が
多すぎる場合は、凝集剤の余分な投入による処理コスト
が増加してしまう。
2. Description of the Related Art In a general water purification plant, a series of purification treatments is performed in which impurities are formed into particles (floc) by adding a coagulant to raw water obtained from a river or the like, and further, sedimentation and filtration are performed. . In this purification process, the state of floc formation differs depending on the coagulant charging rate. For example, when the amount of the coagulant is too small, the impurities cannot be coagulated, or the coagulation of the impurities is insufficient to precipitate, which may adversely affect the subsequent filtration step. When the amount of the coagulant is too large, the processing cost due to the excessive addition of the coagulant increases.

【0003】従来の浄水場では、係員が原水を用いたビ
ーカーテストを行うことにより凝集剤の投入率を決定し
ていた。凝集剤の効果は、原水のpHやアルカリ度に影
響を受けるため、原水を殺菌するために投入される塩素
も考慮して、pH調整剤が投入される。したがって、ビ
ーカーテストでは、原水を試料として凝集剤の投入率と
pH調整剤の投入率の組み合わせを段階的に変えてフロ
ック形成試験を行い、フロックが良好に形成されるよう
に凝集剤の投入率を選択していた。
[0003] In a conventional water purification plant, an attendant performs a beaker test using raw water to determine the input rate of the flocculant. Since the effect of the flocculant is affected by the pH and alkalinity of the raw water, the pH adjuster is supplied in consideration of chlorine supplied for sterilizing the raw water. Therefore, in the beaker test, the floc formation test was conducted by changing the combination of the input rate of the coagulant and the input rate of the pH adjuster stepwise using raw water as a sample. Was selected.

【0004】また、このような凝集剤投入率の決定を自
動化する方法として、インパルス応答を用いた伝達関数
を定義した重回帰モデルを使う方法が提案されている。
この他、急速混和池で形成される微小フロックの粒径と
フロック形成状態とに相関関係があることに着目し、こ
の微小フロックの粒径の計測値をフィードバックさせ
て、その粒径が所望の設定値となるような凝集剤投入率
をPI制御で自動的に決定するようにしたものが提案さ
れている(例えば、特願平7−112103号公報など
参照)。
As a method for automating the determination of the coagulant introduction rate, a method using a multiple regression model defining a transfer function using an impulse response has been proposed.
In addition, focusing on the fact that there is a correlation between the particle size of the fine floc formed in the rapid mixing pond and the state of floc formation, the measured value of the particle size of the fine floc is fed back to obtain the desired particle size. There has been proposed a method in which a coagulant dosing ratio that becomes a set value is automatically determined by PI control (for example, see Japanese Patent Application No. 7-112103).

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
ビーカーテストを行う方法では、凝集剤投入率の決定ま
でに時間を要するため、降雨時のように原水濁度が急激
に変化するような場合には迅速に対応できず、また手作
業が必要なことから自動化が難しいという問題点があっ
た。また、重回帰モデルを用いる方法については、一般
的に、凝集剤投入率、原水水質および水温が非線形の関
係にあるため、これら変数の変化範囲を広くカバーする
単一内部モデルを生成できない。そのため、各変数の変
化範囲を区分して複数の内部モデルを生成する必要があ
り、モデル生成のために膨大な作業や時間を要するとい
う問題点があった。さらに、これら複数の内部モデルを
切り替えて用いるため制御が不連続となる可能性もあ
る。
However, in the conventional method of performing a beaker test, it takes a long time to determine the coagulant introduction rate. Therefore, when the raw water turbidity suddenly changes as in the case of rainfall. Cannot respond quickly and is difficult to automate due to the need for manual work. In addition, in the method using the multiple regression model, since a coagulant introduction rate, raw water quality and water temperature are in a non-linear relationship, a single internal model covering a wide range of change of these variables cannot be generated. For this reason, it is necessary to generate a plurality of internal models by dividing the range of change of each variable, and there has been a problem that a huge amount of work and time are required for model generation. Further, since the plurality of internal models are switched and used, the control may be discontinuous.

【0006】また、微小フロックの粒径を計測してPI
制御する方法では、微小フロックの粒径に基づきフロッ
ク形成状態を予測していることになるが、他の要因を考
慮していないため高い予測精度を得ることが難しく、ま
た微小フロックであってもその形成に時間がかかるた
め、フィードバックに無視できない誤差や時間遅れが発
生し、結果としてPI制御が安定しないという問題点が
あった。本発明はこのような課題を解決するためのもの
であり、所定時間後に得られる処理水の濁度を十分な信
頼性を持って予測できる濁度予測システムを提供するこ
とを目的とし、また複雑なモデルを用いることなく遅れ
時間を考慮して凝集剤投入率を決定できる濁度制御シス
テムを提供することを目的とし、さらに原水水質の急変
にも自動的に追従できる濁度管理システムを提供するこ
とを目的としている。
[0006] Further, the particle size of the minute flocs is measured to determine the PI.
In the method of controlling, the state of floc formation is predicted based on the particle size of the minute flocs, but it is difficult to obtain high prediction accuracy because other factors are not taken into consideration, and even if the flocs are fine, Since it takes a long time to form the feedback, a non-negligible error or time delay occurs in the feedback, and as a result, the PI control is not stable. The present invention has been made to solve such a problem, and an object of the present invention is to provide a turbidity prediction system capable of predicting turbidity of treated water obtained after a predetermined time with sufficient reliability. The purpose of the present invention is to provide a turbidity control system capable of determining a coagulant introduction rate in consideration of a delay time without using a simple model, and to further provide a turbidity control system capable of automatically following a sudden change in raw water quality. It is intended to be.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために、本発明にかかる濁度予測システムは、浄水場
の振る舞いを示す複数の入力変数ごとに得られた予測変
数データの組を所定の推論モデルを用いて演算処理する
ことにより、その予測変数データの組に応じて浄水場で
所定時間後に生成される処理水の処理水濁度を推定して
出力する濁度予測システムであって、推定に必要な複数
の入力変数ごとに得られた予測変数データの組とその予
測変数データを入力条件として浄水場から得られた実際
の処理水濁度とからなる履歴データを複数取り込み、所
望の出力許容誤差に応じて事例ベースの入力空間を量子
化して複数の単位入力空間を形成するとともに対応する
単位入力空間内に各履歴データを配置し、1つ以上の履
歴データを有する単位入力空間ごとにその単位入力空間
の履歴データを代表する事例を作成することにより生成
された事例ベースと、この事例ベースを検索することに
より、新たな予測変数データの組に対応する単位入力空
間に最も位相距離が近くて事例を有する1つ以上の単位
入力空間からそれぞれ事例を取得する事例検索部と、新
たな予測変数データの組に対応する処理水濁度を算出し
て出力する出力推定部とを備え、出力推定部において、
事例検索部により検索された事例の処理水濁度から新た
な予測変数データの組に対応する処理水濁度を算出して
出力するようにしたものである。
In order to achieve the above object, a turbidity prediction system according to the present invention uses a set of predictor variable data obtained for each of a plurality of input variables indicating the behavior of a water treatment plant. A turbidity prediction system that performs an arithmetic process using a predetermined inference model to estimate and output a treated water turbidity of treated water generated after a predetermined time in a water purification plant according to a set of the predictive variable data. A plurality of historical data consisting of a set of predictor variable data obtained for each of a plurality of input variables necessary for the estimation and the actual treated water turbidity obtained from the water treatment plant using the predictor variable data as an input condition, The case-based input space is quantized according to a desired output tolerance to form a plurality of unit input spaces and each history data is arranged in the corresponding unit input space, and has one or more history data. A case base generated by creating a case representing history data of the unit input space for each position input space, and a unit input space corresponding to a new set of predictor variable data by searching the case base. A case retrieval unit for acquiring a case from one or more unit input spaces each having a case closest to the phase distance, and an output estimating unit for calculating and outputting a treatment water turbidity corresponding to a new set of predictor variable data And an output estimating unit.
The processing water turbidity corresponding to a new set of predictive variable data is calculated from the processing water turbidity of the case searched by the case search unit, and is output.

【0008】濁度予測システムの予測変数データとし
て、少なくとも原水濁度、原水流量、凝集剤投入率、気
温および処理水濁度を用いてもよく、さらに予測変数デ
ータとして、少なくとも原水pH、前塩素投入率および
処理水pHを用いてもよい。
[0008] At least raw water turbidity, raw water flow rate, coagulant charging rate, temperature and treated water turbidity may be used as predictor variable data for the turbidity predicting system. The input rate and the pH of the treated water may be used.

【0009】本発明にかかる濁度制御システムは、浄水
場の振る舞いを示す複数の入力変数ごとに得られた制御
変数データの組を所定の推論モデルを用いて演算処理す
ることにより、その制御変数データの組に応じて浄水場
で投入すべき凝集剤の投入率を推定して出力する濁度制
御システムであって、推定に必要な複数の入力変数ごと
に得られた制御変数データの組とその制御変数データを
入力条件として浄水場で実際に投入された凝集剤の投入
率とからなる履歴データを複数取り込み、所望の出力許
容誤差に応じて事例ベースの入力空間を量子化して複数
の単位入力空間を形成するとともに対応する単位入力空
間内に各履歴データを配置し、1つ以上の履歴データを
有する単位入力空間ごとにその単位入力空間の履歴デー
タを代表する事例を作成することにより生成された事例
ベースと、この事例ベースを検索することにより、新た
な予測変数データの組に対応する単位入力空間に最も位
相距離が近くて事例を有する1つ以上の単位入力空間か
らそれぞれ事例を取得する事例検索部と、新たな予測変
数データの組に対応する凝集剤投入率を算出して出力す
る出力推定部とを備え、出力推定部において、事例検索
部により検索された事例の凝集剤投入率から新たな予測
変数データの組に対応する凝集剤投入率を算出して出力
するようにしたものである。
[0009] The turbidity control system according to the present invention performs an arithmetic process on a set of control variable data obtained for each of a plurality of input variables indicating the behavior of the water purification plant using a predetermined inference model, thereby controlling the control variable. A turbidity control system for estimating and outputting an input rate of a flocculant to be charged in a water treatment plant according to a set of data, wherein a set of control variable data obtained for each of a plurality of input variables required for the estimation is provided. Using the control variable data as input conditions, a plurality of historical data consisting of the input rate of the coagulant actually injected at the water purification plant is fetched, and the case-based input space is quantized according to the desired output tolerance to generate multiple units. An example in which an input space is formed and each piece of history data is arranged in a corresponding unit input space, and each unit input space having one or more pieces of history data represents the history data of the unit input space. The case base generated by the creation and the case base are searched to obtain one or more unit input spaces having cases whose phases are closest to the unit input space corresponding to the new set of predictor variable data. A case search unit that obtains a case from each of the above, and an output estimating unit that calculates and outputs a coagulant dosing rate corresponding to the new set of predictor variable data, and the output estimating unit searches for the case. A coagulant input ratio corresponding to a new set of predictor variable data is calculated and output from the coagulant input ratio of the case.

【0010】濁度制御システムの予測変数データとし
て、少なくとも所定時間後の処理水濁度を示す予測濁
度、原水濁度、原水流量、気温および処理水濁度を用い
るようにしてもよく、さらに予測変数データとして、原
水pH、前塩素投入率および処理水pHを用いるように
してもよい。
[0010] As predicted variable data of the turbidity control system, a predicted turbidity, a raw water turbidity, a raw water flow rate, a temperature, and a treated water turbidity indicating the treated water turbidity after at least a predetermined time may be used. Raw water pH, pre-chlorine input rate, and treated water pH may be used as the prediction variable data.

【0011】本発明にかかる濁度管理システムは、浄水
場の振る舞いを示す複数の入力変数ごとに得られたデー
タに基づき、浄水場で投入すべき凝集剤の投入率を決定
することにより、浄水場で生成される処理水の濁度を管
理する濁度管理システムであって、浄水場の振る舞いを
示す所定の入力変数ごとに得られた予測変数データに基
づき、所定時間後の処理水濁度を推定し予測濁度として
出力する濁度予測システムと、浄水場の振る舞いを示す
所定の入力変数ごとに得られた制御変数データと濁度予
測システムで得られた予測濁度とに基づき、浄水場で投
入すべき凝集剤の投入率を推定出力する濁度制御システ
ムとを備えるものである。
[0011] The turbidity management system according to the present invention determines the charging rate of the coagulant to be charged in the water purification plant based on data obtained for each of a plurality of input variables indicating the behavior of the water purification plant. A turbidity management system that manages the turbidity of treated water generated at a treatment plant, wherein the treated water turbidity after a prescribed time is determined based on predicted variable data obtained for each prescribed input variable indicating the behavior of the water purification plant. A turbidity prediction system that estimates and outputs the predicted turbidity, and control variable data obtained for each predetermined input variable indicating the behavior of the water purification plant and the predicted turbidity obtained by the turbidity prediction system. And a turbidity control system for estimating and outputting the charging rate of the flocculant to be charged at the site.

【0012】濁度管理システムの濁度予測システムとし
て、上記した本発明にかかる濁度予測システムを用いて
もよく、濁度制御システムとして、上記した本発明にか
かる濁度制御システムを用いてもよい。
As the turbidity prediction system of the turbidity management system, the turbidity prediction system according to the present invention described above may be used, and as the turbidity control system, the turbidity control system according to the present invention described above may be used. Good.

【0013】[0013]

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。図1は本発明の一実施の形
態である濁度管理システムを示す構成図である。以下で
は、河川から取水した原水を浄化処理して配水する浄水
場を例として説明する。まず、浄水場50での浄水処理
について説明する。ポンプ51で河川などから取水した
原水が着水井52へ導入され、続く混和池53で凝集剤
が投入されて不純物が粒子(フロック)化される。この
とき殺菌のための塩素(以下、前塩素という)も投入さ
れる。
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a configuration diagram showing a turbidity management system according to one embodiment of the present invention. Hereinafter, a water purification plant that purifies raw water taken from a river and distributes the water will be described as an example. First, the water purification process in the water purification plant 50 will be described. Raw water taken from a river or the like by a pump 51 is introduced into a landing well 52, and a coagulant is injected in a mixing pond 53 to convert impurities into particles (flock). At this time, chlorine for sterilization (hereinafter referred to as pre-chlorine) is also supplied.

【0014】その後、フロック形成池54では、時間を
かけて凝集剤が反応してフロックが形成され、沈殿池5
5でそのフロックが沈殿する。沈殿池55の上層から得
られた処理水は、ろ過池56で砂などを用いたフィルタ
でろ過され、ポンプ井57へ貯水される。そして、需要
に応じてポンプ井57から汲み出され、配水池(図示せ
ず)を経て水需要家へ配水される。水処理制御装置58
では、濁度管理システム10から指示された凝集剤投入
率12に基づき混和池53で原水へ投入する凝集剤の投
入率を調節している。これにより、浄水場50で生成さ
れる処理水の濁度が所定範囲内に管理される。
Thereafter, in the floc forming pond 54, the flocculant reacts over time to form flocs, and the sedimentation pond 5
At 5 the floc precipitates. The treated water obtained from the upper layer of the sedimentation basin 55 is filtered by a filter using sand or the like in the filtration basin 56 and stored in the pump well 57. Then, the water is pumped out from the pump well 57 according to the demand, and is distributed to a water consumer via a reservoir (not shown). Water treatment control device 58
In, the mixing rate of the coagulant to be charged into the raw water in the mixing basin 53 is adjusted based on the coagulant charging rate 12 instructed by the turbidity management system 10. Thereby, the turbidity of the treated water generated in the water purification plant 50 is managed within a predetermined range.

【0015】次に、濁度管理システム10について説明
する。この濁度管理システム10は、浄水場50で計測
された各種の計測データ40に基づき、所定時間後の処
理水濁度を予測し、得られた予測濁度と各種の計測デー
タ40に基づき、凝集剤の投入率を逐次自動的に決定す
るシステムである。濁度管理システム10には、計測デ
ータ40のうちの予測変数データ41から事例ベース推
論モデルを用いて所定時間後に得られる処理水濁度を予
測濁度11として推定出力する濁度予測システム20、
および予測濁度11と計測データ40のうちの制御変数
データ43とから事例ベース推論モデルを用いて凝集剤
投入率12を決定する濁度制御システム30から構成さ
れている。
Next, the turbidity management system 10 will be described. This turbidity management system 10 predicts treated water turbidity after a predetermined time based on various measurement data 40 measured at the water purification plant 50, and based on the obtained predicted turbidity and various measurement data 40, This is a system that automatically and automatically determines the input rate of the coagulant. The turbidity management system 10 includes a turbidity prediction system 20 that estimates and outputs a treated water turbidity obtained after a predetermined time from the predicted variable data 41 of the measurement data 40 using the case-based inference model as a predicted turbidity 11,
And a turbidity control system 30 for determining the coagulant introduction rate 12 from the predicted turbidity 11 and the control variable data 43 of the measurement data 40 using a case-based inference model.

【0016】まず、濁度予測システム20について説明
する。図2に濁度予測システムの構成例を示す。この濁
度予測システム20には、履歴データ21、事例ベース
生成部22、事例ベース23、事例検索部24、出力推
定部25および適応学習部26が設けられている。濁度
予測システム20の具体的構成としては、全体としてパ
ソコンなどの情報処理装置から構成されており、事例ベ
ース生成部22、事例検索部24、出力推定部25およ
び適応学習部26は、情報処理装置で実行されるソフト
ウェア(アプリケーション)で実現されている。また履
歴データ21や事例ベース23は、ハードディスクやメ
モリなどの情報記憶装置に格納されたデータからなり、
必要に応じて読み出され、また更新される。
First, the turbidity prediction system 20 will be described. FIG. 2 shows a configuration example of the turbidity prediction system. The turbidity prediction system 20 includes history data 21, a case base generation unit 22, a case base 23, a case search unit 24, an output estimation unit 25, and an adaptive learning unit 26. The specific configuration of the turbidity prediction system 20 includes an information processing apparatus such as a personal computer as a whole, and the case base generation unit 22, the case search unit 24, the output estimation unit 25, and the adaptive learning unit 26 It is realized by software (application) executed on the device. The history data 21 and the case base 23 include data stored in an information storage device such as a hard disk or a memory.
Read and updated as needed.

【0017】この濁度予測システム20では、事例ベー
ス推論モデルを用いて予測変数データ41から、浄水処
理に要する所定時間だけ経過した後、例えば1〜6時間
後に沈殿池55から出力される処理水の濁度を予測して
いる。履歴データ21は、計測データ40のうち濁度の
予測に用いる予測変数データ41と、その予測データ4
1が得られた場合に浄水場50で実際に処理され生成さ
れる処理水の濁度すなわち処理水濁度(実績)との組み
合わせからなるデータであり、ここでは浄水場50から
過去に計測して得られた多数のデータが用いられる。
The turbidity prediction system 20 uses the case-based inference model to calculate the treated water output from the sedimentation basin 55 after a lapse of a predetermined time required for water purification processing, for example, 1 to 6 hours, from the predicted variable data 41. Predict the turbidity of The history data 21 includes prediction variable data 41 used for prediction of turbidity in the measurement data 40 and the prediction data 4
1 is data that is a combination of the turbidity of treated water actually treated and generated in the water treatment plant 50, that is, the treated water turbidity (actual), and is measured in the past from the water treatment plant 50 in this case. A large number of data obtained by using is used.

【0018】事例ベース生成部22では、このような履
歴データ21のうち、予測変数データ41を入力変数と
するとともに処理水濁度(実績)を出力値とし、各入力
変数の入力空間を所望の予測精度で量子化して事例化す
ることにより事例ベース23を生成する。事例検索部2
4では、浄水場50から得られた新たな予測変数データ
41に対応する1つ以上の事例を事例ベース23から検
索する。出力推定部25では、事例検索部24で検索さ
れた1つ以上の事例から、新たな予測変数データ41に
対応する出力値すなわち予測濁度11を導出する。
The case base generation unit 22 uses the predicted variable data 41 as an input variable and the treated water turbidity (actual) as an output value, and sets the input space of each input variable to a desired value. The case base 23 is generated by quantizing with the prediction accuracy and forming a case. Case search section 2
In 4, one or more cases corresponding to the new predicted variable data 41 obtained from the water purification plant 50 are searched from the case base 23. The output estimating unit 25 derives an output value, that is, a predicted turbidity 11 corresponding to the new predicted variable data 41 from one or more cases searched by the case searching unit 24.

【0019】予測変数データ41としては、浄水場50
のポンプ51で取水した原水の濁度、原水流量(あるい
はろ過流量でもよい)、凝集剤投入率、フロック形成池
54や沈殿池55周辺の気温、沈殿池55から出力され
た処理水の濁度が用いられる。また、pH値の違いによ
る凝集剤の反応効果を考慮する場合は、上記の変数に加
えて、原水のpH値、前塩素投入率、沈殿池55から出
力された処理水のpH値を用いてもよい。この予測変数
データ41は、予測対象となる原水(処理水)に関する
データが用いられるため、実際には予測時点のデータだ
けでなく過去に計測されたデータからなる時系列データ
も用いられる。
The predictive variable data 41 includes a water purification plant 50
Turbidity of raw water taken by the pump 51, raw water flow rate (or filtration flow rate), coagulant charging rate, air temperature around the floc formation pond 54 and sedimentation pond 55, turbidity of treated water output from the sedimentation pond 55 Is used. When considering the reaction effect of the flocculant due to the difference in pH value, in addition to the above variables, the pH value of raw water, the pre-chlorine input rate, and the pH value of treated water output from the sedimentation tank 55 are used. Is also good. As the prediction variable data 41, data relating to raw water (processed water) to be predicted is used, so that not only data at the time of prediction but also time-series data composed of data measured in the past are actually used.

【0020】適応学習部26では、新たな予測変数デー
タ41とその場合に浄水場50で実際に処理され生成さ
れた水の処理水濁度(実績)との組み合わせ、すなわち
予測実績データ42に基づき、事例ベース23の対応す
る事例を逐次更新する。なお、履歴データ21や事例ベ
ース生成部22については、濁度予測システム20に常
時必要なものではなく、事例ベース生成部22の機能を
有する別個の演算処理装置で履歴データ21から事例ベ
ース23を生成し、濁度予測システム20へ組み込むよ
うにしてもよい。また、適応学習部26も必須の構成で
はなく、浄水場50の振る舞いの変動に応じて適応学習
部26の要否を判断すればよい。
In the adaptive learning unit 26, based on a combination of the new predicted variable data 41 and the treated water turbidity (actual) of the water actually processed and generated in the water purification plant 50, that is, the predicted actual data 42. , The corresponding cases in the case base 23 are sequentially updated. Note that the history data 21 and the case base generation unit 22 are not always necessary for the turbidity prediction system 20, and a separate arithmetic processing unit having the function of the case base generation unit 22 converts the case data 23 from the history data 21. It may be generated and incorporated into the turbidity prediction system 20. In addition, the adaptive learning unit 26 is not an essential component, and the necessity of the adaptive learning unit 26 may be determined according to a change in the behavior of the water purification plant 50.

【0021】次に、濁度制御システム30について説明
する。図3に濁度制御システムの構成例を示す。この濁
度制御システム30には、履歴データ31、事例ベース
生成部32、事例ベース33、事例検索部34、出力推
定部35および適応学習部36が設けられている。濁度
制御システム30の具体的構成としては、全体としてパ
ソコンなどの情報処理装置から構成されており、事例ベ
ース生成部32、事例検索部34、出力推定部35およ
び適応学習部36は、情報処理装置で実行されるソフト
ウェア(アプリケーション)で実現されている。また履
歴データ31や事例ベース33は、ハードディスクやメ
モリなどの情報記憶装置に格納されたデータからなり、
必要に応じて読み出され、また更新される。
Next, the turbidity control system 30 will be described. FIG. 3 shows a configuration example of the turbidity control system. The turbidity control system 30 includes history data 31, a case base generation unit 32, a case base 33, a case search unit 34, an output estimation unit 35, and an adaptive learning unit 36. As a specific configuration of the turbidity control system 30, it is composed of an information processing device such as a personal computer as a whole, and the case base generation unit 32, the case search unit 34, the output estimation unit 35 and the adaptive learning unit 36 It is realized by software (application) executed on the device. The history data 31 and the case base 33 are composed of data stored in an information storage device such as a hard disk or a memory.
Read and updated as needed.

【0022】この濁度制御システム30では、事例ベー
ス推論モデルを用いて制御変数データ43から、浄水処
理に要する所定時間だけ経過した後、例えば1〜6時間
後に浄水場50で生成される処理水の濁度を所望の範囲
内に制御するのに必要な凝集剤の投入率を推定してい
る。履歴データ31は、計測データ40のうち凝集剤投
入率の推定に用いる制御変数データ43と、実際に浄水
場50で投入された凝集剤投入率(実績)との組み合わ
せからなるデータであり、ここでは浄水場50から過去
に得られた多数のデータが用いられる。
The turbidity control system 30 uses the case-based inference model to calculate the treated water generated in the water treatment plant 50 after a lapse of a predetermined time required for the water purification process from the control variable data 43, for example, 1 to 6 hours. Of the coagulant required to control the turbidity of the water in the desired range. The history data 31 is data composed of a combination of the control variable data 43 used for estimating the coagulant input rate in the measurement data 40 and the coagulant input rate (actual) actually input in the water purification plant 50. A large number of data obtained in the past from the water purification plant 50 are used.

【0023】事例ベース生成部32では、このような履
歴データ31のうち、制御変数データ43を入力変数と
するとともに凝集剤投入率(実績)を出力値とし、各入
力変数の入力空間を所望の予測精度で量子化して事例化
することにより事例ベース33を生成する。事例検索部
34では、浄水場50から得られた新たな制御変数デー
タ43に対応する1つ以上の事例を事例ベース33から
検索する。出力推定部35では、事例検索部34で検索
された1つ以上の事例から、新たな制御変数データ43
に対応する出力値すなわち凝集剤投入率12を導出す
る。
In the case base generation unit 32, the control variable data 43 of the history data 31 is used as an input variable, the coagulant introduction rate (actual) is used as an output value, and the input space of each input variable is set to a desired value. The case base 33 is generated by quantizing with the prediction accuracy to form a case. The case search unit 34 searches the case base 33 for one or more cases corresponding to the new control variable data 43 obtained from the water purification plant 50. The output estimating unit 35 generates new control variable data 43 from one or more cases searched by the case searching unit 34.
Is derived, that is, the coagulant introduction rate 12 is derived.

【0024】制御変数データ43としては、上記した所
定時間後の予測濁度のほか、浄水場50のポンプ51で
取水した原水の濁度、原水流量(あるいはろ過流量でも
よい)、フロック形成池54や沈殿池55周辺の気温、
沈殿池55から出力された処理水の濁度が用いられる。
また、pH値の違いによる凝集剤の反応効果を考慮する
場合は、上記の変数に加えて、原水のpH値、前塩素投
入率、沈殿池55から出力された処理水のpH値を用い
てもよい。この制御変数データ43は、予測対象となる
原水(処理水)に関するデータが用いられるため、実際
には予測時点のデータだけでなく過去に計測されたデー
タからなる時系列データも用いられる。
As the control variable data 43, in addition to the predicted turbidity after the above-mentioned predetermined time, the turbidity of the raw water taken by the pump 51 of the water purification plant 50, the raw water flow rate (or the filtration flow rate), the floc formation pond 54 And the temperature around the sedimentation basin 55,
The turbidity of the treated water output from the sedimentation basin 55 is used.
When considering the reaction effect of the flocculant due to the difference in pH value, in addition to the above variables, the pH value of raw water, the pre-chlorine input rate, and the pH value of treated water output from the sedimentation tank 55 are used. Is also good. As the control variable data 43, data on raw water (processed water) to be predicted is used, so that not only data at the time of prediction but also time-series data composed of data measured in the past is used.

【0025】適応学習部36では、新たな制御変数デー
タ43とその場合に浄水場50で実際に投入された凝集
剤の投入率(実績)との組み合わせ、すなわち制御実績
データ44に基づき、事例ベース33の対応する事例を
逐次更新する。なお、履歴データ31や事例ベース生成
部32については、濁度制御システム30に常時必要な
ものではなく、事例ベース生成部32の機能を有する別
個の演算処理装置で履歴データ31から事例ベース33
を生成し、濁度制御システム30へ組み込むようにして
もよい。また、適応学習部36も必須の構成ではなく、
浄水場50の振る舞いの変動に応じて適応学習部36の
要否を判断すればよい。
In the adaptive learning unit 36, based on a combination of the new control variable data 43 and the input rate (actual) of the coagulant actually input in the water purification plant 50 in that case, that is, the control actual data 44, The 33 corresponding cases are updated sequentially. Note that the history data 31 and the case base generation unit 32 are not always necessary for the turbidity control system 30. The history data 31 and the case base 33 are separated by a separate processing unit having the function of the case base generation unit 32.
May be generated and incorporated into the turbidity control system 30. Also, the adaptive learning unit 36 is not an essential component,
The necessity of the adaptive learning unit 36 may be determined according to the change in the behavior of the water purification plant 50.

【0026】このように、本発明は実際的な運用性を有
しており、上記の濁度予測システム20によれば、浄水
処理の所要時間を見越して将来生成される処理水の濁度
を十分な信頼性を持って予測できる。また、上記の濁度
制御システムによれば、浄水処理の所要時間を見越して
将来生成される処理水の濁度を所望の範囲に制御するた
めに必要な凝集剤投入率を十分な信頼性を持って予測で
きる。したがって、濁度管理システム10において、濁
度予測システム20で予測された予測濁度11を用い
て、濁度制御システム30で凝集剤投入率12を決定す
ることにより、浄水処理にある程度時間を要する場合で
も、係員の手作業を要することなく迅速かつ自動的に予
測濁度11および凝集剤投入率12を導出でき、投入す
る凝集剤に過不足のない安定した濁度管理を実施でき
る。
As described above, the present invention has practical operability, and according to the turbidity prediction system 20 described above, the turbidity of the treated water generated in the future in anticipation of the required time of the water purification treatment is determined. Can be predicted with sufficient reliability. Further, according to the turbidity control system described above, the coagulant introduction rate necessary for controlling the turbidity of the treated water generated in the future to a desired range in anticipation of the required time of the water purification treatment is sufficiently reliable. You can predict it. Therefore, in the turbidity management system 10, the turbidity control system 30 determines the coagulant introduction rate 12 using the predicted turbidity 11 predicted by the turbidity prediction system 20, and thus the water purification process requires some time. Even in this case, it is possible to quickly and automatically derive the predicted turbidity 11 and the coagulant charging rate 12 without the need for a manual operation by the attendant, and to carry out stable turbidity management without excess or deficiency in the coagulant to be charged.

【0027】また、濁度予測システム20や濁度制御シ
ステム30では、浄水場50の振る舞いを実際に計測し
た計測データを用いて事例ベース23,33を構成して
いるため、事例ベース23,33自体が浄水場50の濁
度予測や濁度制御に関する制御系が持つ入出力関係を内
包している。したがって、従来のような入出力関係を表
すための重回帰モデルなど特殊な内部モデルを必要とせ
ず、予測や制御の連続性が得られるとともに、降雨など
による原水水質の急激な変化にも迅速に対応できる。
In the turbidity prediction system 20 and the turbidity control system 30, the case bases 23 and 33 are configured using measurement data obtained by actually measuring the behavior of the water purification plant 50. The input / output relationship of the control system relating to turbidity prediction and turbidity control of the water purification plant 50 itself is included. This eliminates the need for a special internal model such as the multiple regression model used to represent the input-output relationship as in the past, provides continuity of prediction and control, and allows rapid changes in raw water quality due to rainfall and other factors. Can respond.

【0028】さらに、濁度予測システム20や濁度制御
システム30では、新たな予測変数データや制御変数デ
ータと類似した予測変数データや制御変数データを持つ
既存の事例を事例ベースから検索している。このとき、
後述のように、入力量子化数をパラメータとして入力空
間を量子化して事例ベースと類似度を定義し、評価指標
値を算出して量子化数を決定している。このため収束計
算を必要とせず、さらにこの評価指標値から事例ベース
生成時に直ちにモデルの完成度を評価でき、別途テスト
データを用いてモデル評価を行う必要がない。
Further, in the turbidity prediction system 20 and the turbidity control system 30, existing cases having predicted variable data and control variable data similar to new predicted variable data and control variable data are searched from the case base. . At this time,
As described later, the input space is quantized using the input quantization number as a parameter to define the case base and the similarity, and the evaluation index value is calculated to determine the quantization number. For this reason, no convergence calculation is required, and furthermore, the perfection of the model can be evaluated immediately from the evaluation index value when the case base is generated, and there is no need to perform a model evaluation using separate test data.

【0029】また、濁度予測システム20や濁度制御シ
ステム30での濁度予測や濁度制御に必要な変数とし
て、濁度、流量、投入率、気温、さらにはpHという、
比較的数が少なく計測しやすい変数で精度よく濁度を予
測できる。これにより、多種にわたる多数の変数を用い
る場合と比較して、変数が少ない分だけ演算処理速度も
向上しシステム全体のリアルタイム性も高まるととも
に、これら変数を検出するためのセンサ類を多数設置す
る必要がなく設備コストを削減できる。
The variables necessary for turbidity prediction and turbidity control in the turbidity prediction system 20 and the turbidity control system 30 include turbidity, flow rate, charging rate, temperature, and pH.
Turbidity can be accurately predicted with relatively few variables that are easy to measure. As a result, compared with the case of using a large number of various variables, the processing speed is improved by the small number of variables, the real-time performance of the entire system is improved, and it is necessary to install a large number of sensors for detecting these variables. And equipment costs can be reduced.

【0030】以上で説明した濁度予測システム20と濁
度制御システム30とでは、扱うデータ、すなわち履歴
データ21,31、事例ベース23,33の内容や入力
・出力変数が異なるものの、その構成についてはほぼ同
様である。したがって、事例ベース生成部22,32、
事例検索部24,34、出力推定部25,35および適
応学習部26,36を実現するソフトウェア(アプリケ
ーション)については、同じものを利用でき、パソコン
などの情報処理装置でこれらソフトウェアを並列的に実
行すればよい。
In the turbidity prediction system 20 and the turbidity control system 30 described above, although the data to be handled, that is, the contents of the history data 21 and 31 and the case bases 23 and 33 and the input / output variables are different, the configuration thereof is not limited. Is almost the same. Therefore, the case base generation units 22, 32,
The same software (application) that realizes the case search units 24 and 34, the output estimating units 25 and 35, and the adaptive learning units 26 and 36 can be used, and the software is executed in parallel by an information processing device such as a personal computer. do it.

【0031】また、これら濁度予測システム20および
濁度制御システム30については、双方とも上記のよう
な事例ベース推論モデルを用いる必要はない。例えば、
他の方法で予測濁度11から凝集剤投入率12を決定で
きるのであれば、濁度予測システム20のみを適用すれ
ばよく、また他の方法で予測濁度11を予測できるので
あれば、濁度制御システム30のみを用いてもよく、い
ずれの場合も上記した濁度予測システム20または濁度
制御システム30の作用効果が得られる。
Further, for the turbidity prediction system 20 and the turbidity control system 30, it is not necessary to use the case-based reasoning model as described above. For example,
If the coagulant feeding rate 12 can be determined from the predicted turbidity 11 by another method, only the turbidity prediction system 20 needs to be applied, and if the predicted turbidity 11 can be predicted by another method, Only the degree control system 30 may be used, and in any case, the operation and effect of the turbidity prediction system 20 or the turbidity control system 30 described above can be obtained.

【0032】次に、本実施の形態で用いる事例ベース推
論の動作について説明する。以下では濁度予測システム
20の事例ベース推論モデルを例として説明するが、こ
れは濁度予測システム20だけではなく、濁度制御シス
テム30にも同様にして適用される。まず、図4〜6を
参照して、濁度予測システム20の事例ベース生成部2
2の動作について説明する。図4は本実施の形態にかか
る事例ベース推論モデルで用いる位相の概念を示す説明
図、図5は入力空間の量子化処理を示す説明図、図6は
事例ベース生成処理を示すフローチャートである。
Next, the operation of case-based reasoning used in the present embodiment will be described. Hereinafter, a case-based inference model of the turbidity prediction system 20 will be described as an example. However, this is applied not only to the turbidity prediction system 20 but also to the turbidity control system 30 in a similar manner. First, referring to FIGS. 4 to 6, the case base generation unit 2 of the turbidity prediction system 20
Operation 2 will be described. FIG. 4 is an explanatory diagram showing the concept of the phase used in the case-based inference model according to the present embodiment, FIG. 5 is an explanatory diagram showing the quantization process of the input space, and FIG. 6 is a flowchart showing the case-base generation process.

【0033】事例ベース23は、位相(Topology)の概
念を導入して作成された事例ベースであり、所望の出力
許容誤差(要求精度)に応じて入力空間が量子化されて
おり、それぞれ量子化されてできた単位入力空間(以
下、メッシュという)ごとに、入出力間の関係が定義さ
れている。事例検索部24では、この事例ベース23を
参照することにより、新たな予測変数データ41に対応
するメッシュを選択し、そのメッシュあるいはその近傍
メッシュからそれぞれのメッシュを代表する事例を検索
する。この予測変数データ41は、事例ベース23の生
成に用いる履歴データ21と同じ入力変数データから構
成されている。
The case base 23 is a case base created by introducing the concept of topology (Topology), and the input space is quantized according to a desired output tolerance (required accuracy). The relationship between input and output is defined for each unit input space (hereinafter referred to as a mesh). The case search unit 24 selects a mesh corresponding to the new predictor variable data 41 by referring to the case base 23, and searches a case representing the respective meshes from the mesh or its neighboring meshes. The prediction variable data 41 is composed of the same input variable data as the history data 21 used for generating the case base 23.

【0034】出力推定部25では、事例検索部24で検
索された1つ以上の事例の出力データから、新たな予測
変数データ41に対応する推定出力データ、ここでは予
測濁度11を算出して出力する。適応学習部26では、
対象の振る舞いから実際に得られた新規な予測実績デー
タ42に基づき、事例ベース23の学習を適応的に行
う。新規予測実績データ42は、事例ベース23の生成
に用いる履歴データ21と同じ構成ではあるが、履歴デ
ータ21として使用されていない別個のデータからなっ
ており、例えば濁度予測動作の開始後に対象ここでは浄
水場50から実際の計測で得られた新たなデータなどが
用いられる。
The output estimating unit 25 calculates estimated output data corresponding to the new predicted variable data 41, here, the predicted turbidity 11, from the output data of one or more cases searched by the case searching unit 24. Output. In the adaptive learning unit 26,
The learning of the case base 23 is adaptively performed based on the new predicted performance data 42 actually obtained from the target behavior. The new predicted performance data 42 has the same configuration as the history data 21 used for generating the case base 23, but is composed of separate data that is not used as the history data 21. In this case, new data or the like obtained by actual measurement from the water purification plant 50 is used.

【0035】本実施の形態で用いる事例ベース推論モデ
ルでは、数学の位相論における連続写像の概念に基づ
き、入力空間を量子化し位相空間とすることにより、要
求精度である出力誤差の許容幅ε(出力許容誤差)に応
じた事例ベースと類似度の一般的な定義を行っている。
位相論における連続写像の概念とは、例えば空間X,Y
において、写像f:X→Yが連続であるための必要十分
条件が、Yにおける開集合(出力近傍)O逆写像f
-1(O)がXの開集合(入力近傍)に相当することであ
る、という考え方である。この連続写像の概念を用い
て、入力空間から出力空間への写像fが連続することを
前提とし、図4に示すように、出力空間において出力誤
差の許容幅を用いて出力近傍を定めることにより、これ
ら出力近傍とその出力誤差の許容幅を満足する入力近傍
とを対応付けることができ、入力空間を量子化し位相空
間として捉えることができる。
In the case-based reasoning model used in the present embodiment, the input space is quantized into a phase space based on the concept of continuous mapping in mathematics topology theory, so that an allowable width ε ( A general definition of the case base and similarity according to the output tolerance) is made.
The concept of continuous mapping in topological theory is, for example, the space X, Y
, The necessary and sufficient condition for the mapping f: X → Y to be continuous is an open set (near the output) O inverse mapping f in Y
-1 (O) is equivalent to an open set of X (near the input). By using the concept of the continuous mapping, assuming that the mapping f from the input space to the output space is continuous, as shown in FIG. 4, the output neighborhood is determined by using the allowable width of the output error in the output space. The output neighborhood can be associated with the input neighborhood that satisfies the allowable range of the output error, and the input space can be quantized and regarded as a phase space.

【0036】入力空間の量子化処理は、図6に示すよう
な手順で行われる。履歴データ21は、過去に得られた
入力データと出力データとの組からなり、図5では入力
1,x2と出力yとから構成されている。これら履歴デ
ータは入力空間x1−x2において、図5右上のように分
布している。これを図5右下のように、x1,x2方向に
それぞれ所定幅を有する等間隔のメッシュで量子化する
場合、図5左下に示すように出力誤差の許容幅εを考慮
して、メッシュの大きさすなわち入力量子化数を決定し
ている。
The quantization process of the input space is performed according to a procedure as shown in FIG. The history data 21 is composed of a set of input data and output data obtained in the past, and in FIG. 5, is composed of inputs x 1 and x 2 and an output y. These history data are distributed in the input space x 1 -x 2 as shown in the upper right of FIG. When this is quantized by equally-spaced meshes having predetermined widths in the x 1 and x 2 directions as shown in the lower right of FIG. 5, the allowable width ε of the output error is considered as shown in the lower left of FIG. The size of the mesh, that is, the input quantization number is determined.

【0037】出力誤差の許容幅εとは、推定により得ら
れる出力と新規入力データに対する未知の真値との誤差
をどの程度まで許容するかを示す値であり、モデリング
条件として予め設定される。したがって、この許容幅ε
を用いてメッシュの大きさを決定することにより、出力
近傍の大きさに対応する入力近傍すなわち事例を定義で
き、その事例に属する全ての入力データから推定される
出力データの誤差が、出力誤差の許容幅εを満足するこ
とになる。
The allowable range ε of the output error is a value indicating to what extent an error between the output obtained by the estimation and the unknown unknown value with respect to the new input data is allowed, and is set in advance as a modeling condition. Therefore, this allowable width ε
Is used to determine the size of the mesh, the input neighborhood corresponding to the size of the output neighborhood, that is, a case can be defined, and the error of the output data estimated from all the input data belonging to the case is the output error of the output error. This satisfies the allowable width ε.

【0038】事例ベース生成部22では、このような入
力空間の量子化処理を用いて、事例ベース23を生成し
ている。図6において、まず、履歴データ21を読み込
むとともに(ステップ100)、出力誤差の許容幅εな
どのモデリング条件を設定し(ステップ101)、この
許容幅εに基づき各種評価指標を算出し、その評価指標
に基づいて各入力変数ごとに入力量子化数を選択する
(ステップ102)。そして、各メッシュに配分された
履歴データ21から事例ベース23を構成する各事例を
生成する(ステップ103)。
The case base generation unit 22 generates the case base 23 by using such a quantization process of the input space. In FIG. 6, first, the history data 21 is read (step 100), modeling conditions such as an allowable range ε of the output error are set (step 101), and various evaluation indices are calculated based on the allowable range ε. An input quantization number is selected for each input variable based on the index (step 102). Then, each case constituting the case base 23 is generated from the history data 21 allocated to each mesh (step 103).

【0039】ここで、図7〜10を参照して、評価指標
を用いた入力量子化数の決定処理について説明する。図
7は入力量子化数の決定処理を示すフローチャート、図
8は評価指標の1つである出力分布条件を示す説明図、
図9は評価指標の1つである連続性条件を示す説明図、
図10は各評価指標の充足率と入力量子化数との関係を
示す説明図である。
Here, the process of determining the number of input quantizations using the evaluation index will be described with reference to FIGS. FIG. 7 is a flowchart showing a process of determining the number of input quantizations, FIG. 8 is an explanatory diagram showing an output distribution condition which is one of the evaluation indexes,
FIG. 9 is an explanatory diagram showing a continuity condition which is one of the evaluation indices;
FIG. 10 is an explanatory diagram showing the relationship between the satisfaction rate of each evaluation index and the input quantization number.

【0040】出力分布条件とは、図8に示すように、選
択した入力量子化数で入力空間を量子化して得られた任
意のメッシュについて、そのメッシュ内に属する履歴デ
ータの出力yの出力分布幅が出力誤差の許容幅εより小
さい、という条件である。これにより1つのメッシュす
なわち入力近傍が、これに対応する出力近傍に定めた条
件すなわち出力誤差の許容幅εを満足するかどうか検査
される。連続性条件とは、図9に示すように、選択した
入力量子化数で入力空間を量子化して得られた任意のメ
ッシュについて、そのメッシュで生成された事例の出力
値yと、その事例と類似度rの周囲に存在する周囲事例
の平均出力値y’との差が、出力誤差の許容幅ε(r+
1)より小さい、という条件である。
The output distribution condition is, as shown in FIG. 8, the output distribution of the output y of the history data belonging to the arbitrary mesh obtained by quantizing the input space with the selected input quantization number. The condition is that the width is smaller than the allowable width ε of the output error. Thus, it is checked whether one mesh, that is, the input neighborhood, satisfies the condition defined for the corresponding output neighborhood, that is, the allowable range of output error ε. As shown in FIG. 9, the continuity condition is, for an arbitrary mesh obtained by quantizing an input space with a selected input quantization number, an output value y of a case generated by the mesh, and the case The difference between the average output value y ′ of the surrounding cases existing around the similarity r is the allowable width ε (r +
1) The condition is smaller.

【0041】これにより、各事例間すなわち入力近傍間
での出力値の差が、これらに対応する出力近傍間に定め
た条件すなわち出力誤差の許容幅εを満足するかどうか
検査される。この連続性条件を満たすことにより、各事
例が連続的に所望の精度を満たすように、入力空間をカ
バーしていると判断できる。この連続性条件を検査する
場合、検査対象メッシュの事例と周囲事例との距離すな
わち後述する類似度rを考慮する必要がある。これは先
に述べた位相論における連続写像の概念を正しく反映さ
せるためである。ここで、メッシュ内の出力誤差許容幅
がε以内であることから、2つの事例間の類似度がrの
場合、その出力誤差許容幅はε(r+1)以内となる。
したがって、上記の連続性条件は、任意のメッシュで生
成された事例の出力値yと、その事例と類似度rの周囲
事例の平均出力値y’との差が、出力誤差の許容幅ε
(r+1)より小さい、という条件となる。
Thus, it is checked whether or not the difference between the output values between the cases, that is, between the input neighborhoods, satisfies the condition defined between the corresponding output neighborhoods, that is, the allowable width ε of the output error. By satisfying this continuity condition, it can be determined that each case continuously covers the input space so as to satisfy the desired accuracy. When inspecting this continuity condition, it is necessary to consider the distance between the case of the inspection target mesh and the surrounding cases, that is, the similarity r described later. This is to correctly reflect the concept of continuous mapping in the above-described topology. Here, since the output error allowable width in the mesh is within ε, when the similarity between the two cases is r, the output error allowable width is within ε (r + 1).
Therefore, the continuity condition is that the difference between the output value y of a case generated by an arbitrary mesh and the average output value y ′ of the case and surrounding cases of similarity r is the allowable range ε of the output error.
The condition is smaller than (r + 1).

【0042】入力量子化数の決定処理では、図7に示す
ように、まず評価指標の良否を判定するための基準とし
て評価基準(しきい値)を設定する(ステップ11
0)。そして、各入力量子化数ごとに各評価指標を算出
し(ステップ111)、得られた評価指標と評価基準と
を比較して、評価基準を満足する評価指標が得られた入
力量子化数を選択する(ステップ112)。評価基準と
しては、出力分布条件および連続性条件をともに満たす
事例が90%以上となる入力量子化数を選択するのが望
ましく、システムでは90%もしくは95%の分割数が
表示されるようになっている。この90%や95%とい
う値は、統計的に考えて適切な値と考えられるからであ
る。
In the process of determining the input quantization number, as shown in FIG. 7, first, an evaluation criterion (threshold) is set as a criterion for judging the quality of the evaluation index (step 11).
0). Then, each evaluation index is calculated for each input quantization number (step 111), the obtained evaluation index is compared with the evaluation criterion, and the input quantization number for which an evaluation index satisfying the evaluation criterion is obtained is calculated. Select (step 112). As an evaluation criterion, it is desirable to select an input quantization number at which 90% or more cases satisfy both the output distribution condition and the continuity condition, and the system displays a 90% or 95% division number. ing. This is because the values of 90% and 95% are considered to be statistically appropriate values.

【0043】この入力量子化数は、各入力変数ごとに順
に決定される。例えば、入力変数がx1,x2,‥,xn
の場合、x1からxnまで順に入力量子化数を決定してい
く。ここで、評価指標を算出する際、すべての入力変数
に入力量子化数を割り当てる必要がある。したがって、
iに関する評価指標を求める際、x1〜xi-1について
は、その時点ですでに決定されている入力量子化数を用
い、xi以降のxi+1,‥,xnについては、xiと同じ入
力量子化数を用いる。
This input quantization number is determined in order for each input variable. For example, the input variables x 1, x 2, ‥, x n
Cases, will determine the number of input quantization in order from x 1 to x n. Here, when calculating the evaluation index, it is necessary to assign the input quantization numbers to all the input variables. Therefore,
when obtaining an evaluation index related to x i, for x 1 ~x i-1, using the already number of input quantization is determined at that time, x i + 1 of the subsequent x i, ‥, for x n is , X i are used.

【0044】前述した各条件のうち、出力分布条件と連
続性条件については、評価指標として、その条件を満足
する事例の全事例に対する割合すなわち評価指標充足率
が用いられる。例えば、xiに関する入力量子化数mの
評価指標値は、x1,x2,‥,xnの入力レンジ幅をそ
れぞれの入力量子化数で量子化し、量子化により生成さ
れた全事例における、その評価指標条件を満たす事例の
割合、すなわち出力分布条件充足率と連続性条件充足率
とで求められる。そして、その入力変数xiについて、
これら全ての評価指標値が評価基準をクリアした入力量
子化数からいずれかを選択し、その入力変数xiの入力
量子化数として決定する。
Among the above-mentioned conditions, for the output distribution condition and the continuity condition, the ratio of cases satisfying the condition to all cases, that is, the evaluation index satisfaction rate is used as the evaluation index. For example, the evaluation index value of the input quantization number m with respect to x i is obtained by quantizing the input range widths of x 1 , x 2 , ‥, and x n with the respective input quantization numbers, and in all cases generated by quantization. , The ratio of cases satisfying the evaluation index condition, that is, the output distribution condition satisfaction rate and the continuity condition satisfaction rate. Then, for the input variable x i ,
All evaluation index value they select one from the input quantization number who meet criteria is determined as an input the quantization number of the input variables x i.

【0045】このとき、出力分布条件充足率SDと連続
性条件充足率SCの各評価指標は、入力量子化数mの増
加に応じて単調に増加するのではなく、図10に示すよ
うに、ある程度の上下幅を伴って放物線状に変化するた
め、ある入力量子化数mについては評価基準を再度下回
った後、m2のように評価基準を満足するケースもあ
る。これについては、予め設定される検査入力量子化数
の最大値mmaxまでのうち、出力分布条件充足率SDと連
続性条件充足率SCの各評価指標が評価基準を満足する
最も小さい入力量子化数m1を選択することにより、最
大値mmaxに依存することなく最適な入力量子化数を選
択できるとともに、メッシュ数を最小限に抑制でき、事
例ベースのサイズを小さくできる。
[0045] At this time, the evaluation index of the continuity condition satisfaction index S C output distribution condition satisfaction index S D, rather than increases monotonically with an increase in the input quantization number m, as shown in FIG. 10 Since the input quantization number m falls below the evaluation criterion again for some input quantization number m, the evaluation criterion is satisfied as m 2 in some cases because the input quantization number m is parabolic. For this, among the maximum value m max of the test input quantization number that is set in advance, the smallest input each evaluation index continuity condition satisfaction index S C output distribution condition satisfaction index S D satisfies the evaluation criteria By selecting the quantization number m 1 , the optimal input quantization number can be selected without depending on the maximum value m max , the number of meshes can be suppressed to a minimum, and the size of the case base can be reduced.

【0046】事例ベース生成部22では、以上のように
して入力量子化数が選択され、その入力量子化数で量子
化された入力空間ここでは各メッシュに各履歴データが
配分されて、事例が生成される。図11は事例生成処理
を示す説明図、図12は事例生成処理を示すフローチャ
ートである。
In the case base generation unit 22, the input quantization number is selected as described above, the input space quantized by the input quantization number, each history data is allocated to each mesh here, and the case is generated. Generated. FIG. 11 is an explanatory diagram showing the case generation processing, and FIG. 12 is a flowchart showing the case generation processing.

【0047】まず、選択された入力量子化数に基づき各
入力変数を量子化(分割)し、メッシュを生成する(ス
テップ120)。図11では、入力変数x1が10分割
されるとともに入力変数x2が6分割されている。そし
て、各履歴データが各メッシュに振り分けられて(ステ
ップ121)、履歴データが存在するメッシュが事例と
して選択され、その入出値および出力値が算出される
(ステップ122)。図11右上に示すように、同一メ
ッシュに3つの履歴データが振り分けられた場合、図1
1右下に示すように、これらが1つ事例として統合され
る。このとき、事例を代表する出力値として3つの履歴
データの出力yの平均値が用いられ、事例を代表する入
力値としてそのメッシュの中央値が用いられる。
First, each input variable is quantized (divided) based on the selected input quantization number, and a mesh is generated (step 120). In Figure 11, the input variable x 2 is divided into six along with input variable x 1 is 10 divided. Then, each piece of history data is allocated to each mesh (step 121), a mesh in which the history data exists is selected as a case, and its input / output values and output values are calculated (step 122). As shown in the upper right of FIG. 11, when three pieces of history data are allocated to the same mesh, FIG.
1 As shown in the lower right, these are integrated as one case. At this time, the average value of the outputs y of the three pieces of history data is used as the output value representing the case, and the median value of the mesh is used as the input value representing the case.

【0048】図2の濁度予測システムでは、このように
して生成された事例ベース23を用いて、新規に入力さ
れた予測変数データ41から予測濁度11を推定する。
まず、事例検索部24では、予測変数データ41の各入
力変数の値と類似度とを用いて事例ベース23から類似
事例を検索する。図13は類似度の定義を示す説明図、
図14は事例検索部24における類似事例検索処理を示
すフローチャートである。類似度とは、事例ベース23
が持つ入力空間に設けられた各メッシュのうち、各事例
が新規入力データに対応するメッシュとどの程度の類似
性を有しているか示す尺度である。
In the turbidity prediction system of FIG. 2, the predicted turbidity 11 is estimated from the newly input predicted variable data 41 using the case base 23 generated in this manner.
First, the case search unit 24 searches for a similar case from the case base 23 using the value of each input variable of the predictive variable data 41 and the degree of similarity. FIG. 13 is an explanatory diagram showing the definition of similarity,
FIG. 14 is a flowchart showing a similar case search process in the case search unit 24. The similarity is the case base 23
Is a scale indicating the degree of similarity of each case to the mesh corresponding to the new input data among the meshes provided in the input space possessed by.

【0049】図13では、入力データここでは予測変数
データ41に対応する中央メッシュに事例が存在すれ
ば、その事例と入力データとは「類似度r=0」である
と定義されている。また、中央メッシュの1つ隣に存在
する事例とは「類似度r=1」となり、以降、中央メッ
シュから1メッシュずつ離れていくごとに類似度が1ず
つ増加していく。したがって、推定を行う場合、類似度
rの事例による推定値は、(r+1)×出力誤差許容幅
ε以内の精度を持つことになる。このとき、推定を行う
入力値に対してうまく両側の事例が使用された場合は、
(r+1)×εよりも良い精度の出力値である場合が予
想される。また、推定を行う値に対して片側の事例のみ
が使用された場合は、(r+1)×ε程度の精度である
ことが、入出力の連続性のもとに予想される。
In FIG. 13, if a case exists in the central mesh corresponding to the input data, here, the predictor variable data 41, the case and the input data are defined as "similarity r = 0". In addition, the similarity to the case existing immediately next to the central mesh is “similarity r = 1”, and thereafter, the similarity increases by one each time the central mesh is separated by one mesh. Therefore, when the estimation is performed, the estimated value of the similarity r in the case has an accuracy within (r + 1) × the output error allowable width ε. At this time, if both cases are successfully used for the input value to be estimated,
It is expected that the output value is better than (r + 1) × ε. When only one case is used for the value to be estimated, it is expected that the accuracy is about (r + 1) × ε based on the continuity of input and output.

【0050】事例検索部24では、図14に示すよう
に、まず、入力データを取り込み(ステップ130)、
事例ベース23が持つ入力空間から、その入力データに
対応するメッシュを選択するとともに(ステップ13
1)、事例検索範囲として用いる類似度を0に初期化し
(ステップ132)、その類似度が示す事例検索範囲か
ら類似事例を検索する(ステップ133)。ここで、入
力データに対応するメッシュに事例が存在した場合は
(ステップ134:YES)、その事例を類似事例とし
て出力する(ステップ136)。一方、ステップ134
において、入力データに対応するメッシュに事例が存在
しなかった場合は(ステップ134:NO)、類似度を
1だけ増やして事例検索範囲を拡げ(ステップ13
5)、ステップ133へ戻って、再度、類似事例を検索
する。
As shown in FIG. 14, the case search section 24 first takes in input data (step 130).
A mesh corresponding to the input data is selected from the input space of the case base 23 (step 13).
1) The similarity used as the case search range is initialized to 0 (step 132), and similar cases are searched from the case search range indicated by the similarity (step 133). If a case exists in the mesh corresponding to the input data (step 134: YES), the case is output as a similar case (step 136). On the other hand, step 134
In the case where there is no case in the mesh corresponding to the input data (step 134: NO), the similarity is increased by 1 to expand the case search range (step 13).
5) Return to step 133 and search for a similar case again.

【0051】このようにして、事例検索部24におい
て、新規入力データに対応する類似事例が事例ベース2
3から検索され、出力推定部25で、これら類似事例に
基づき、新規の入力データAに対応する出力データYが
推定される。例えば、図15に示すように、入力データ
A(22.1,58.4)に対応するメッシュ150に
事例が存在した場合、その事例の出力値y=70.2が
推定出力データとして選択される。また、図16に示す
ように、入力データA(23.8,62.3)に対応す
るメッシュ151に事例が存在しなかった場合、事例検
索部24では検索範囲152を拡大して類似事例を検索
する。そして、検索された事例から出力推定部25で推
定出力データを算出する。このとき、複数の事例が検索
された場合は、それら各事例の出力値の平均値が推定出
力データとして用いられる。このようにして、出力推定
部25では、新規入力データAに対応する推定出力デー
タYが推定されて出力される。
As described above, in the case search unit 24, the similar case corresponding to the newly input data is stored in the case base 2
3, the output estimating unit 25 estimates output data Y corresponding to the new input data A based on these similar cases. For example, as shown in FIG. 15, when a case exists in the mesh 150 corresponding to the input data A (22.1, 58.4), the output value y = 70.2 of the case is selected as the estimated output data. You. As shown in FIG. 16, when no case exists in the mesh 151 corresponding to the input data A (23.8, 62.3), the case search unit 24 expands the search range 152 to search for similar cases. Search for. Then, the output estimating unit 25 calculates estimated output data from the searched cases. At this time, when a plurality of cases are searched, the average value of the output values of each case is used as the estimated output data. In this way, the output estimating unit 25 estimates and outputs the estimated output data Y corresponding to the new input data A.

【0052】次に、図17,18を参照して、適応学習
部の動作について説明する。図2に示すように、適応学
習部26では、対象すなわち浄水場50から実測して得
られた新規の予測実績データ42に基づき事例ベース2
3を更新する。このとき、新規予測実績データ42を例
えば1時間ごとに自動的に得るようにしてもよく、これ
により適応学習の自動化が可能となる。まず、事例ベー
ス23が持つ入力空間から新規データに対応する事例が
検索される。ここで、その新規データに対応する事例が
存在した場合は、その事例のみを改訂する。
Next, the operation of the adaptive learning unit will be described with reference to FIGS. As illustrated in FIG. 2, the adaptive learning unit 26 uses the case base 2 based on the new predicted performance data 42 obtained by actually measuring the target, that is, the water purification plant 50.
Update 3 At this time, the new predicted performance data 42 may be automatically obtained, for example, every hour, so that the adaptive learning can be automated. First, a case corresponding to new data is searched from the input space of the case base 23. Here, if there is a case corresponding to the new data, only the case is revised.

【0053】図17は、対応する事例が存在する場合の
適応学習動作を示す説明図である。ここでは、新規デー
タB(23.9,66.8,48.2)に対応する事例
160が存在するため、新規データBの出力値y=4
8.2と改訂前の事例160の出力値49.7とから、
その事例の新たな出力値y=49.0を算出している。
出力改訂演算式としては、忘却係数CForgetを設け、こ
の忘却係数が示す比率で改訂前出力値Yoldと新規デー
タBの出力値Yとを加算し、その事例の改訂後の出力値
としている。
FIG. 17 is an explanatory diagram showing an adaptive learning operation when a corresponding case exists. Here, since there is a case 160 corresponding to the new data B (23.9, 66.8, 48.2), the output value y of the new data B = 4
From 8.2 and the output value 49.7 of Case 160 before revision,
A new output value y = 49.0 of the case is calculated.
As the output revision calculation formula, a forgetting factor C Forget is provided, and the output value Y old before revision and the output value Y of the new data B are added at the ratio indicated by the forgetting factor to obtain the output value after revision of the case. .

【0054】一方、新規データに対応する事例が存在し
ない場合は、その新規データに基づき新たな事例を生成
する。図18は、対応する事例が存在しない場合の適応
学習動作を示す説明図である。ここでは、新規データB
(23.7,62.3,43.8)に対応するメッシュ
161に事例が存在しないため、その新規データBに対
応するメッシュの中央値を入力値とし、新規データBの
出力値yを代表の出力値とする新規事例162を新たな
生成して、事例ベース23に追加している。
On the other hand, if there is no case corresponding to the new data, a new case is generated based on the new data. FIG. 18 is an explanatory diagram showing an adaptive learning operation when there is no corresponding case. Here, new data B
Since there is no case in the mesh 161 corresponding to (23.7, 62.3, 43.8), the median value of the mesh corresponding to the new data B is set as the input value, and the output value y of the new data B is represented as the representative value. Is newly generated and added to the case base 23.

【0055】以上説明したように、本実施の形態にかか
る推論モデルは、事例ベース推論の枠組みをモデリング
に適用したもので、位相(Topology)の概念に基づき、
システムの入出力関係の連続性が成り立つ一般的な対象
に適用可能なモデリング技術といえる。したがって、デ
ータは同定された入力空間に事例として蓄えられ、出力
推定時には入力と予め蓄積されている入力事例との位相
距離(類似度)により推定出力データの信頼性が示せる
という特徴を持つ。本実施の形態では、このようなモデ
ルを用いて出力データを推定するようにしたので、ニュ
ーラルネットワークや重回帰モデルなどの従来の推論モ
デルと比較して、次のような作用効果が得られる。
As described above, the inference model according to the present embodiment is obtained by applying the case-based inference framework to the modeling, and based on the concept of Topology.
It can be said that this is a modeling technique applicable to general objects where the continuity of the input / output relationship of the system is satisfied. Therefore, the data is stored as a case in the identified input space, and at the time of output estimation, the reliability of the estimated output data can be indicated by the phase distance (similarity) between the input and the previously stored input case. In the present embodiment, the output data is estimated using such a model. Therefore, the following operational effects can be obtained as compared with a conventional inference model such as a neural network or a multiple regression model.

【0056】従来の推論モデルでは、 1)入出力全域の関係を規定するために特殊なモデル構
造を用いているため、システムに最適な構造を見つける
ためには多くの手間を必要とする。 2)履歴データの学習を行う場合、モデル構造の持つ複
数のパラメータを同定するための収束計算を行う必要が
あり、この処理に膨大な時間がかかる。 3)新たなデータに基づきモデルを更新する場合にもパ
ラメータの同定を行う必要があり、実際には適応学習が
困難である。 4)推定を行う入力値に対してモデル出力値がどの程度
信頼できるかどうかを把握するのが困難である。
In the conventional inference model, 1) Since a special model structure is used to define the relationship between the entire input and output areas, much effort is required to find an optimum structure for the system. 2) When learning the history data, it is necessary to perform a convergence calculation for identifying a plurality of parameters of the model structure, and this process takes an enormous amount of time. 3) Even when updating the model based on new data, it is necessary to identify parameters, and it is actually difficult to perform adaptive learning. 4) It is difficult to grasp how reliable the model output value is with respect to the input value to be estimated.

【0057】これに対して、本実施の形態によれば、 1)過去に経験した事例(問題と解答)を事例ベースと
して蓄積し、システムの入出力関係を内包する入出力事
例を用いているため、入出力関係を表すための特殊なモ
デルを必要としない。 2)事例ベースを生成する場合は、入力量子化数をパラ
メータとして入力空間を量子化して事例ベースと類似度
を定義し、評価指標値を算出して量子化数を決定してい
る。このため収束計算を必要とせず、さらにこの評価指
標値からモデルの完成度を評価でき、従来のように別途
テストデータを用いてモデル評価を行う必要がない。
On the other hand, according to the present embodiment, 1) Cases (questions and answers) experienced in the past are accumulated as a case base, and input / output cases including the input / output relation of the system are used. Therefore, a special model for expressing the input / output relationship is not required. 2) When generating the case base, the input space is quantized using the input quantization number as a parameter to define the similarity with the case base, and the evaluation index value is calculated to determine the quantization number. Therefore, no convergence calculation is required, and the degree of completion of the model can be evaluated from the evaluation index value. Thus, there is no need to perform model evaluation using separate test data as in the related art.

【0058】また、本実施の形態によれば、 3)新たに入力された問題に対する解答は、類似事例を
検索することにより得ている。したがって、問題に対し
て検索された事例の類似の程度が判定できるため、この
類似度を解答の信頼性評価に利用できる。 4)事例ベースが個々の事例から構成されているため、
新たなデータに基づき事例ベースを部分改訂でき、従来
のようにパラメータの同定を行う必要がなく、容易に適
応学習できる。
According to the present embodiment, 3) the answer to the newly input question is obtained by searching for similar cases. Therefore, the degree of similarity of the case searched for the question can be determined, and this similarity can be used for evaluating the reliability of the answer. 4) Since the case base is composed of individual cases,
The case base can be partially revised based on new data, and it is not necessary to identify parameters as in the conventional case, so that adaptive learning can be easily performed.

【0059】なお、従来のモデルにおける学習と収束計
算の問題については、事例ベース推論(Case-Based Rea
soning:CBR)において事例ベース構造と類似度の定
義という問題となる。これは、従来の事例ベース推論に
おいて、対象の十分な知見がなければ定義できないとい
う、工学上の大きな問題となっている。本実施の形態に
かかる事例ベース推論モデルでは、数学の位相論におけ
る連続写像の概念に基づき、出力許容誤差すなわち要求
精度に応じた事例ベースと類似度との一義的な定義を、
入力空間を量子化し位相空間とすることで行っている。
したがって、対象の十分な知見すなわち入出力構造の同
定を必要とすることなく、入出力モデルを定めることが
できる。
As for the problem of learning and convergence calculation in the conventional model, a case-based reasoning (Case-Based Rea
soning: CBR), there is a problem of defining the case base structure and the similarity. This is a major engineering problem that conventional case-based reasoning cannot be defined without sufficient knowledge of the object. In the case-based reasoning model according to the present embodiment, based on the concept of continuous mapping in mathematics topology theory, a unique definition of a case base and similarity according to output tolerance, that is, required accuracy,
This is done by quantizing the input space to a phase space.
Therefore, the input / output model can be determined without requiring sufficient knowledge of the target, that is, identification of the input / output structure.

【0060】[0060]

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、濁度予
測システムとして、浄水場から得られた計測データのう
ちの予測変数データから、事例ベース推論モデルを用い
て、所定時間後に浄水場で生成される処理水の濁度を予
測濁度として推定するようにしたので、浄水処理の所要
時間を見越して将来生成される処理水の濁度を十分な信
頼性を持って予測できる。また、濁度制御システムとし
て、浄水場から得られた計測データのうちの制御変数デ
ータと所定時間後に生成される処理水の予測濁度とか
ら、事例ベース推論モデルを用いて、浄水場で投入すべ
き凝集剤の投入率を推定するようにしたので、浄水処理
の所要時間を見越して将来生成される処理水の濁度を所
望の範囲に制御するために必要な凝集剤投入率を十分な
信頼性を持って予測できる。
As described above, according to the present invention, as a turbidity prediction system, a water purification plant is used after a predetermined time by using a case-based inference model from prediction variable data of measurement data obtained from a water purification plant. Since the turbidity of the treated water generated in (1) is estimated as the predicted turbidity, the turbidity of the treated water to be generated in the future can be predicted with sufficient reliability in anticipation of the required time of the water purification treatment. In addition, as a turbidity control system, the control variable data of the measurement data obtained from the water treatment plant and the predicted turbidity of the treated water generated after a predetermined time are used at the water treatment plant using a case-based inference model. Since the input rate of the coagulant to be added is estimated, the coagulant input rate necessary to control the turbidity of the treated water generated in the future to a desired range in anticipation of the required time of the water purification treatment is sufficient. Predictable with reliability.

【0061】さらに、濁度管理システムとして、濁度予
測システムで予測された予測濁度を用いて、濁度制御シ
ステムで凝集剤投入率を決定するようにしたので、浄水
処理にある程度時間を要する場合でも、係員の手作業を
要することなく迅速かつ自動的に予測濁度および凝集剤
投入率を導出でき、投入する凝集剤に過不足のない安定
した濁度管理を実施できる。また、従来のような入出力
関係を表すための重回帰モデルなど特殊な内部モデルを
必要とせず、予測や制御の連続性が得られるとともに、
降雨などによる原水水質の急激な変化にも迅速に対応で
きる。
Furthermore, as the turbidity management system, the predictive turbidity predicted by the turbidity predicting system is used to determine the coagulant feeding rate by the turbidity control system, so that it takes some time for the water purification treatment. Even in this case, it is possible to quickly and automatically derive the predicted turbidity and the coagulant charging rate without the need for a manual operation by a staff member, and to carry out stable turbidity management without excess or deficiency of the coagulant to be charged. In addition, there is no need for a special internal model such as a multiple regression model to represent the input-output relationship as in the past, and continuity of prediction and control is obtained.
It can respond quickly to sudden changes in raw water quality due to rainfall.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 本発明の一実施の形態による濁度管理システ
ムを示す構成図である。
FIG. 1 is a configuration diagram showing a turbidity management system according to an embodiment of the present invention.

【図2】 濁度予測システムの構成例である。FIG. 2 is a configuration example of a turbidity prediction system.

【図3】 濁度制御システムの構成例である。FIG. 3 is a configuration example of a turbidity control system.

【図4】 事例ベース推論モデルで用いる位相の概念を
示す説明図である。
FIG. 4 is an explanatory diagram showing a concept of a phase used in a case-based inference model.

【図5】 入力空間の量子化処理を示す説明図である。FIG. 5 is an explanatory diagram showing quantization processing of an input space.

【図6】 事例ベース生成処理を示すフローチャートで
ある。
FIG. 6 is a flowchart showing a case base generation process.

【図7】 入力量子化数の決定処理を示すフローチャー
トである。
FIG. 7 is a flowchart illustrating a process of determining an input quantization number.

【図8】 出力分布条件を示す説明図である。FIG. 8 is an explanatory diagram showing an output distribution condition.

【図9】 連続性条件を示す説明図である。FIG. 9 is an explanatory diagram showing continuity conditions.

【図10】 各評価指標の充足率と入力量子化数との関
係を示す説明図である。
FIG. 10 is an explanatory diagram showing a relationship between a satisfaction rate of each evaluation index and an input quantization number.

【図11】 事例生成処理を示す説明図である。FIG. 11 is an explanatory diagram showing a case generation process.

【図12】 事例生成処理を示すフローチャートであ
る。
FIG. 12 is a flowchart illustrating a case generation process.

【図13】 類似度の定義を示す説明図である。FIG. 13 is an explanatory diagram showing a definition of similarity.

【図14】 類似事例検索処理を示すフローチャートで
ある。
FIG. 14 is a flowchart illustrating a similar case search process.

【図15】 出力推定動作(類似事例が存在する場合)
を示す説明図である。
FIG. 15: Output estimation operation (when a similar case exists)
FIG.

【図16】 出力推定動作(類似事例が存在しない場
合)を示す説明図である。
FIG. 16 is an explanatory diagram showing an output estimation operation (when no similar case exists).

【図17】 適応学習動作(対応事例が存在する場合)
を示す説明図である。
FIG. 17: Adaptive learning operation (when a corresponding case exists)
FIG.

【図18】 適応学習動作(対応事例が存在しない場
合)を示す説明図である。
FIG. 18 is an explanatory diagram showing an adaptive learning operation (when no corresponding case exists).

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10…濁度管理システム、11…予測濁度、12…凝集
剤投入率、20…濁度予測システム、21…履歴デー
タ、22…事例ベース生成部、23…事例ベース、24
…事例検索部、25…出力推定部、26…適応学習部、
30…濁度制御システム、31…履歴データ、32…事
例ベース生成部、33…事例ベース、34…事例検索
部、35…出力推定部、36…適応学習部、40…計測
データ、41…予測変数データ、42…予測実績デー
タ、43…制御変数データ、44…制御実績データ、5
0…浄水場、51…ポンプ、52…着水井、53…混和
池、54…フロック形成池、55…沈殿池、56…ろ過
池、57…ポンプ井、58…水処理制御装置。
Reference Signs List 10: turbidity management system, 11: predicted turbidity, 12: coagulant charging rate, 20: turbidity prediction system, 21: history data, 22: case base generation unit, 23: case base, 24
... Case search unit, 25 ... Output estimation unit, 26 ... Adaptive learning unit,
30 turbidity control system, 31 history data, 32 case base generation unit, 33 case base, 34 case search unit, 35 output estimation unit, 36 adaptive learning unit, 40 measurement data, 41 prediction Variable data, 42: predicted result data, 43: control variable data, 44: control result data, 5
0: water purification plant, 51: pump, 52: landing well, 53: mixing pond, 54: floc formation pond, 55: sedimentation pond, 56: filtration pond, 57: pump well, 58: water treatment control device.

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Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 浄水場の振る舞いを示す複数の入力変数
ごとに得られた予測変数データの組を所定の推論モデル
を用いて演算処理することにより、その予測変数データ
の組に応じて前記浄水場で所定時間後に生成される処理
水の処理水濁度を推定して出力する濁度予測システムで
あって、 推定に必要な複数の入力変数ごとに得られた予測変数デ
ータの組とその予測変数データを入力条件として浄水場
から得られた実際の処理水濁度とからなる履歴データを
複数取り込み、所望の出力許容誤差に応じて事例ベース
の入力空間を量子化して複数の単位入力空間を形成する
とともに対応する単位入力空間内に前記各履歴データを
配置し、1つ以上の履歴データを有する単位入力空間ご
とにその単位入力空間の履歴データを代表する事例を作
成することにより生成された事例ベースと、 この事例ベースを検索することにより、新たな予測変数
データの組に対応する単位入力空間に最も位相距離が近
くて事例を有する1つ以上の単位入力空間からそれぞれ
事例を取得する事例検索部と、 この事例検索部により検索された前記事例の処理水濁度
から前記新たな予測変数データの組に対応する処理水濁
度を算出して出力する出力推定部とを備えることを特徴
とする濁度予測システム。
1. A set of predictive variable data obtained for each of a plurality of input variables indicating the behavior of a water purification plant is subjected to arithmetic processing using a predetermined inference model, whereby the water purification is performed in accordance with the set of predictive variable data. A turbidity prediction system for estimating and outputting treated water turbidity generated after a predetermined time at a site, comprising a set of predictor variable data obtained for each of a plurality of input variables required for the estimation and its prediction Plural historical data consisting of actual treated water turbidity obtained from a water treatment plant with variable data as input conditions are fetched, and the case-based input space is quantized according to the desired output tolerance to form multiple unit input spaces. Forming and arranging each of the history data in the corresponding unit input space, and creating a case representative of the history data of the unit input space for each unit input space having one or more history data. By searching the case base generated by the above, the case base is retrieved from one or more unit input spaces each having a case whose phase distance is closest to the unit input space corresponding to the new set of predictor variable data. And an output estimating unit that calculates and outputs a treated water turbidity corresponding to the new set of predictive variable data from the treated water turbidity of the case searched by the case searched unit. A turbidity prediction system comprising:
【請求項2】 請求項1記載の濁度予測システムにおい
て、 前記予測変数データとして、少なくとも原水濁度、原水
流量、凝集剤投入率、気温および処理水濁度を用いるこ
とを特徴とする濁度予測システム。
2. The turbidity prediction system according to claim 1, wherein at least raw water turbidity, raw water flow rate, coagulant charging rate, temperature, and treated water turbidity are used as the predictive variable data. Forecasting system.
【請求項3】 請求項2記載の濁度予測システムにおい
て、 前記予測変数データとして、少なくとも原水pH、前塩
素投入率および処理水pHをさらに用いることを特徴と
する濁度予測システム。
3. The turbidity prediction system according to claim 2, wherein at least raw water pH, pre-chlorine input rate, and treated water pH are further used as the prediction variable data.
【請求項4】 浄水場の振る舞いを示す複数の入力変数
ごとに得られた制御変数データの組を所定の推論モデル
を用いて演算処理することにより、その制御変数データ
の組に応じて前記浄水場で投入すべき凝集剤の投入率を
推定して出力する濁度制御システムであって、 推定に必要な複数の入力変数ごとに得られた制御変数デ
ータの組とその制御変数データを入力条件として浄水場
で実際に投入された凝集剤の投入率とからなる履歴デー
タを複数取り込み、所望の出力許容誤差に応じて事例ベ
ースの入力空間を量子化して複数の単位入力空間を形成
するとともに対応する単位入力空間内に前記各履歴デー
タを配置し、1つ以上の履歴データを有する単位入力空
間ごとにその単位入力空間の履歴データを代表する事例
を作成することにより生成された事例ベースと、 この事例ベースを検索することにより、新たな予測変数
データの組に対応する単位入力空間に最も位相距離が近
くて事例を有する1つ以上の単位入力空間からそれぞれ
事例を取得する事例検索部と、 この事例検索部により検索された前記事例の凝集剤投入
率から前記新たな予測変数データの組に対応する凝集剤
投入率を算出して出力する出力推定部とを備えることを
特徴とする濁度制御システム。
4. A set of control variable data obtained for each of a plurality of input variables indicating the behavior of the water purification plant is subjected to arithmetic processing using a predetermined inference model, whereby the water purification is performed in accordance with the set of control variable data. This is a turbidity control system that estimates and outputs the input rate of coagulant to be charged at the site, and sets a set of control variable data obtained for each of a plurality of input variables required for estimation and the control variable data as input conditions. Multiple pieces of historical data consisting of the input rate of the coagulant actually injected at the water purification plant are captured, and the case-based input space is quantized according to the desired output tolerance to form multiple unit input spaces and respond By arranging each of the history data in a unit input space, and creating a case representing the history data of the unit input space for each unit input space having one or more history data. By searching the selected case base and this case base, cases are obtained from one or more unit input spaces each having a case with the closest phase distance to the unit input space corresponding to the new set of predictor variable data. And an output estimating unit that calculates and outputs a coagulant dosing rate corresponding to the new set of predictive variable data from the coagulant dosing rate of the case searched by the case searching unit. A turbidity control system.
【請求項5】 請求項4記載の濁度制御システムにおい
て、 前記予測変数データとして、少なくとも所定時間後の処
理水濁度を示す予測濁度、原水濁度、原水流量、気温お
よび処理水濁度を用いることを特徴とする濁度制御シス
テム。
5. The turbidity control system according to claim 4, wherein, as the predictive variable data, a predicted turbidity, a raw water turbidity, a raw water flow rate, a temperature, and a treated water turbidity indicating a treated water turbidity after at least a predetermined time. A turbidity control system characterized by using:
【請求項6】 請求項5記載の濁度制御システムにおい
て、 前記予測変数データとして、少なくとも原水pH、前塩
素投入率および処理水pHをさらに用いることを特徴と
する濁度制御システム。
6. The turbidity control system according to claim 5, wherein at least raw water pH, pre-chlorine charging rate, and treated water pH are further used as the prediction variable data.
【請求項7】 浄水場の振る舞いを示す複数の入力変数
ごとに得られたデータに基づき、前記浄水場で投入すべ
き凝集剤の投入率を決定することにより、前記浄水場で
生成される処理水の濁度を管理する濁度管理システムで
あって、 前記浄水場の振る舞いを示す所定の入力変数ごとに得ら
れた予測変数データに基づき、所定時間後の処理水濁度
を推定し予測濁度として出力する濁度予測システムと、 前記浄水場の振る舞いを示す所定の入力変数ごとに得ら
れた制御変数データと前記濁度予測システムで得られた
予測濁度とに基づき、前記浄水場で投入すべき凝集剤の
投入率を推定出力する濁度制御システムとを備えること
を特徴とする濁度管理システム。
7. A process generated in the water purification plant by determining an input rate of a coagulant to be injected in the water purification plant based on data obtained for each of a plurality of input variables indicating the behavior of the water purification plant. A turbidity management system for managing turbidity of water, comprising: estimating treated water turbidity after a predetermined time based on predicted variable data obtained for each predetermined input variable indicating the behavior of the water purification plant; Turbidity prediction system to output as a degree, Based on control variable data obtained for each predetermined input variable indicating the behavior of the water purification plant and the predicted turbidity obtained by the turbidity prediction system, in the water purification plant A turbidity control system for estimating and outputting a charging rate of a flocculant to be charged.
【請求項8】 請求項7記載の濁度管理システムにおい
て、 前記濁度予測システムとして、請求項1〜3記載の濁度
予測システムを用いることを特徴とする濁度管理システ
ム。
8. The turbidity management system according to claim 7, wherein the turbidity prediction system according to claim 1 is used as the turbidity prediction system.
【請求項9】 請求項7記載の濁度管理システムにおい
て、 前記濁度制御システムとして、請求項4〜6記載の濁度
制御システムを用いることを特徴とする濁度管理システ
ム。
9. The turbidity management system according to claim 7, wherein the turbidity control system according to claim 4 is used as the turbidity control system.
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