JP2003239372A - Drainage pump operation support device and drainage pump control device - Google Patents
Drainage pump operation support device and drainage pump control deviceInfo
- Publication number
- JP2003239372A JP2003239372A JP2002041967A JP2002041967A JP2003239372A JP 2003239372 A JP2003239372 A JP 2003239372A JP 2002041967 A JP2002041967 A JP 2002041967A JP 2002041967 A JP2002041967 A JP 2002041967A JP 2003239372 A JP2003239372 A JP 2003239372A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- drainage pump
- drainage
- water level
- amount
- support device
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
- Y02A20/00—Water conservation; Efficient water supply; Efficient water use
- Y02A20/20—Controlling water pollution; Waste water treatment
Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、下水道システムに
おける雨水排水設備の制御、ならびにその支援を行なう
装置に係り、特に合流式下水道からの雨天時越流水を低
減するための排水ポンプ運転支援装置および制御装置に
関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a device for controlling and supporting rainwater drainage equipment in a sewer system, and more particularly to a drainage pump operation assisting device for reducing stormwater overflow from a combined sewer system. The present invention relates to a control device.
【０００２】[0002]
【従来の技術】一般に、汚水と雨水を同一の管渠で流下
させる合流式下水道システムでは、雨天時に越流堰を越
えて排水機場のポンプ井に流れ込んだ下水を、河川に直
接放流するようにしている。2. Description of the Related Art Generally, in a combined sewer system in which sewage and rainwater flow down in the same pipe, the sewage flowing over the overflow weir into the pump well of the drainage pump station is discharged directly to the river when it rains. ing.
【０００３】従来の下水道システムにおける雨水排水
は、対象とする集水区の浸水を確実かつ迅速に防止する
ことを目的として行なわれてきており、雨天時における
排水施設の排水ポンプの運転には、流入水を一刻も早く
排水することが主に求められている。Rainwater drainage in a conventional sewer system has been carried out for the purpose of reliably and promptly preventing inundation of a target catchment area, and a drainage pump of a drainage facility is operated during rainy weather. It is mainly required to drain the inflow water as soon as possible.
【０００４】従って、雨天時には、未処理の下水が河川
に大量に流れ込むこととなり、水環境の悪化が指摘され
ている。Therefore, it has been pointed out that a large amount of untreated sewage flows into a river in case of rain, which deteriorates the water environment.
【０００５】これは、一般に、合流式下水道越流水（Ｃ
ｏｍｂｉｎｅｄ Ｓｅｗｅｒ Ｏｖｅｒｆｌｏｗ：ＣＳ
Ｏ）問題と呼ばれている。This is generally due to the combined sewer overflow (C
combined Sewer Overflow: CS
O) It is called a problem.
【０００６】このような問題の対策の１つとして、従来
から、下水管渠自体の貯留能力を利用して、未処理の下
水を一時下水管渠内に貯留するという方法が提案されて
きている。As one of the measures against such a problem, conventionally, a method has been proposed in which the untreated sewage is temporarily stored in the sewer pipe by utilizing the storage capacity of the sewer pipe itself. .
【０００７】そのためには、下水道システム全体を監視
しながら、その時々の流域の状況に合わせて、排水ポン
プや可動ゲート等の雨水排水設備を、適切かつ実時間で
制御することが必要となる。For that purpose, it is necessary to monitor rainwater drainage facilities such as drainage pumps and movable gates in an appropriate and real-time manner while monitoring the entire sewer system according to the situation of the basin at each time.
【０００８】これは、雨水排水設備のリアルタイムコン
トロール（Ｒｅａｌ Ｔｉｍｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ：ＲＴ
Ｃ）と呼ばれている。This is a real time control (RT) of rainwater drainage equipment.
It is called C).
【０００９】そして、このＲＴＣを行なうためには、地
表面の雨水流出現象や下水管内の流下現象等を、再現あ
るいは予測するためのモデルが必要である。In order to carry out this RTC, a model for reproducing or predicting the rainwater outflow phenomenon on the ground surface, the flow-down phenomenon in the sewer pipe, etc. is required.
【００１０】そのために、現在では、様々なモデルが提
案、開発されてきており、例えば、施設計画の際のシナ
リオシミュレーションや、排水機場や下水処理場への流
入量予測、あるいは下水管渠やポンプ井の水位予測に用
いられてきている。For this reason, various models have been proposed and developed at the present time. For example, scenario simulations at the time of facility planning, prediction of inflow to drainage pump stations and sewage treatment plants, and sewer pipes and pumps. It has been used to predict well water levels.
【００１１】そして、例えば“特願平１１−１３７６１
３号”のように、流入量予測を利用したポンプ運転の予
測制御手法が提案されてきている。Then, for example, "Japanese Patent Application No. 11-13761"
No. 3 ", a predictive control method for pump operation using inflow prediction has been proposed.
【００１２】[0012]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、下水管
渠内貯留を行なうことによって生じる特徴的な現象とし
て、下水管渠やポンプ井の水位が高くなり、下水管渠か
らの溢水の危険が高くなる。However, as a characteristic phenomenon caused by the storage in the sewer pipe, the water level in the sewer pipe or the pump well becomes high, and the risk of overflow from the sewer pipe becomes high. .
【００１３】従って、ＲＴＣには、下水管渠内およびポ
ンプ井の水位が、安全を保ちながらも高水位となるよう
に、排水ポンプの運転を行なうことが要求される。Therefore, the RTC is required to operate the drainage pump so that the water levels in the sewer pipe and the pump well become high while maintaining safety.
【００１４】一方、排水ポンプによる排水の効果が、下
水管渠上流に現われるまでには、ある程度時間を要する
ことから、高水位運転による溢水の危険を回避するため
には、下水管渠内の水位をあらかじめ予測して、早期か
ら排水ポンプの運転に反映させることがポイントとな
る。On the other hand, it takes some time for the effect of drainage by the drainage pump to appear upstream of the sewer pipe. Therefore, in order to avoid the risk of flooding due to high water level operation, the water level in the sewer pipe should be The point is to predict in advance and reflect it in the operation of the drainage pump from an early stage.
【００１５】この排水ポンプによる排水は、特に排水機
場近くの下水管渠内貯留状態に影響を及ぼし、水位の増
減を生じさせる。The drainage by the drainage pump particularly affects the storage state in the sewer pipe near the drainage pump station, and causes the water level to increase or decrease.
【００１６】従って、精度のよい水位予測を行なうため
には、排水ポンプ運転の状態を常に予測してフィードバ
ックすることが必要である。Therefore, in order to accurately predict the water level, it is necessary to constantly predict and feed back the state of the drainage pump operation.
【００１７】しかしながら、従来の手法では、雨水流出
解析・流入量予測とポンプ運転制御とが、モデル上分離
されていることから、現時点から予測時間内のポンプ運
転台数等の変更が、水位予測に十分に反映されず、予測
値の精度が劣化する場合がある。However, in the conventional method, since the rainwater outflow analysis / inflow prediction and the pump operation control are separated from each other in the model, the change in the number of pumps in operation within the prediction time from the present time is used for the water level prediction. It may not be reflected sufficiently and the accuracy of the predicted value may deteriorate.
【００１８】また、雨水流出解析・流入量予測とポンプ
運転制御とを組合せた演算には、相当な演算時間を要す
ることになる。Further, a considerable calculation time is required for the calculation which combines the rainwater outflow analysis / inflow amount prediction and the pump operation control.
【００１９】本発明の目的は、溢水の危険性を排除しつ
つＣＳＯ問題を緩和するように、雨天時越流量に対する
河川放流量の削減と雨水排水の安全性を確保することを
同時に実現する排水ポンプ運転を運転員が実際に行なう
際の信頼性の高い支援情報をオンラインで提供すること
が可能な排水ポンプ運転支援装置および排水ポンプ制御
装置を提供することにある。An object of the present invention is to provide drainage which simultaneously realizes reduction of river discharge against rainwater overflow and safety of rainwater drainage so as to mitigate CSO problems while eliminating the risk of flooding. It is an object of the present invention to provide a drainage pump operation support device and a drainage pump control device capable of providing highly reliable support information online when an operator actually performs pump operation.
【００２０】[0020]
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、請求項１に対応する発明では、下水管渠を流下し
てくる雨水を貯める排水機場のポンプ井と、当該ポンプ
井および下水管渠内の水位を測定する水位測定手段と、
ポンプ井内の雨水を排水する複数台の排水ポンプとを備
えて構成される雨水排水システムにおける、排水ポンプ
の運転を支援する排水ポンプ運転支援装置において、下
水管渠内の何箇所かの水位、および前記排水機場への流
入量を予測する水位・流量予測手段と、水位・流量予測手
段を内部演算手段として用い、制約条件として下水管渠
内の所定箇所における水位の実測値および予測値が規定
値を超えないという条件の下で、最小化すべき評価関数
の中に現時点から所定時間先までの排水ポンプ総吐出量
が含まれる最適化問題を解くことにより、現時点から所
定時間先までの排水ポンプの運転台数および排水ポンプ
吐出量等の排水ポンプ制御量を演算する制御量最適化手
段とを備えている。In order to achieve the above object, in the invention corresponding to claim 1, a pump well of a drainage pump station for storing rainwater flowing down a sewer, and the pump well and the lower well. Water level measuring means for measuring the water level in the water pipe,
In a rainwater drainage system configured to include a plurality of drainage pumps for draining rainwater in a pump well, in a drainage pump operation support device that supports the operation of the drainage pump, a water level at several points in the sewer pipe, and Using the water level / flow rate predicting means for predicting the inflow amount to the drainage pump station and the water level / flow rate predicting means as internal calculation means, the measured value and the predicted value of the water level at a predetermined location in the sewer as a constraint condition are specified values. By solving the optimization problem in which the total discharge amount of the drainage pump from the present time to the specified time is included in the evaluation function to be minimized, the drainage pump from the present time to the specified time A control amount optimization means for calculating the drain pump control amount such as the number of operating units and the discharge amount of the drain pump is provided.
【００２１】従って、請求項１に対応する発明の排水ポ
ンプ運転支援装置においては、下水管渠内の水位の実測
値および予測値が規定値を超えないという条件の下で、
越流量を最小化するような排水ポンプの運転台数パター
ンを求めるという数理最適化問題を解くことにより、雨
天時に溢水の危険性を排除しつつ、放流汚濁負荷を低減
することができる。また、排水ポンプの運転台数等の制
御量を、制約条件や評価関数の計算という形で、予測演
算にフィードバックすることにより、双方の精度を向上
させることができる。Therefore, in the drainage pump operation support device of the invention according to claim 1, under the condition that the measured value and the predicted value of the water level in the sewer pipe do not exceed the specified value,
By solving the mathematical optimization problem of finding the number of operating drainage pumps that minimizes the overflow, it is possible to reduce the discharge pollution load while eliminating the risk of flooding in rainy weather. Further, by feeding back the control amount such as the number of operating drainage pumps to the prediction calculation in the form of constraint conditions or calculation of the evaluation function, the accuracy of both can be improved.
【００２２】また、請求項２に対応する発明では、上記
請求項１に対応する発明の排水ポンプ運転支援装置にお
いて、水位・流量予測手段による予測結果あるいは降雨
量予測値、またはこれらの実測値が、あらかじめ設定さ
れた閾値を超えるか否かにより、制御量最適化手段にお
ける最適化問題を解くか否かを判定する判定手段を付加
している。Further, in the invention according to claim 2, in the drainage pump operation support device of the invention according to claim 1, the prediction result by the water level / flow rate predicting means, the rainfall prediction value, or the actual measurement value thereof is Further, a judging means for judging whether or not to solve the optimization problem in the control amount optimizing means is added depending on whether or not a preset threshold value is exceeded.
【００２３】従って、請求項２に対応する発明の排水ポ
ンプ運転支援装置においては、下水管渠および排水機場
のポンプ井の水位、排水機場への流入量の計測値および
予測値によって、最適化問題を解くか否かを判定する、
すなわち管渠内貯留と迅速な雨水排水とに運転目的を切
換えることにより、豪雨時の溢水に対する安全性を確保
することができる。Therefore, in the drainage pump operation support device of the invention according to claim 2, the optimization problem is determined by the water level of the pump well of the sewer and the drainage pump station, and the measured and predicted values of the inflow amount to the drainage pump station. Determine whether to solve
That is, by switching the operation purpose between storage in a pipe and rapid drainage of rainwater, it is possible to ensure safety against flooding during heavy rain.
【００２４】さらに、請求項３に対応する発明では、上
記請求項１または請求項２に対応する発明の排水ポンプ
運転支援装置において、制御量最適化手段における最適
化問題を解くアルゴリズムとして、遺伝的アルゴリズム
を用いている。Further, in the invention corresponding to claim 3, in the drainage pump operation support device of the invention corresponding to claim 1 or 2, the genetic amount is used as an algorithm for solving the optimization problem in the control amount optimizing means. It uses an algorithm.
【００２５】従って、請求項３に対応する発明の排水ポ
ンプ運転支援装置においては、最適化アルゴリズムとし
て、比較的高速な遺伝的アルゴリズムを用いることによ
り、オンライン性を確保することができる。Therefore, in the drainage pump operation support device of the invention according to claim 3, the relatively high speed genetic algorithm is used as the optimization algorithm, whereby the onlineness can be secured.
【００２６】一方、請求項４に対応する発明では、上記
請求項１乃至請求項３のいずれか１項に対応する発明の
排水ポンプ運転支援装置において、水位・流量予測手段
として、拡張ＲＲＬ法を用いている。On the other hand, in the invention corresponding to claim 4, in the drainage pump operation support device of the invention corresponding to any one of claims 1 to 3, the extended RRL method is used as the water level / flow rate predicting means. I am using.
【００２７】従って、請求項４に対応する発明の排水ポ
ンプ運転支援装置においては、下水管渠内の水位、およ
び排水機場への流入量の予測に、拡張ＲＲＬ法を用いる
ことにより、予測精度を向上することができる。Therefore, in the drainage pump operation support device of the invention according to claim 4, the prediction accuracy is improved by using the extended RRL method to predict the water level in the sewer pipe and the inflow amount to the drainage pumping station. Can be improved.
【００２８】また、請求項５に対応する発明では、上記
請求項１乃至請求項３のいずれか１項に対応する発明の
排水ポンプ運転支援装置において、水位・流量予測手段
として、システム同定手法を用いている。Further, in the invention corresponding to claim 5, in the drainage pump operation support device of the invention corresponding to any one of claims 1 to 3, the system identification method is used as the water level / flow rate predicting means. I am using.
【００２９】従って、請求項５に対応する発明の排水ポ
ンプ運転支援装置においては、下水管渠内の水位、およ
び排水機場への流入量の予測に、システム同定手法を用
いることにより、水位・流量等の予測値を演算する際
に、単純な代数演算のみしか使用しないため、計算負荷
を低減することができる。また、過去のデータから得ら
れる情報量を有効利用することによって、水理学・水分
学に基づく予測モデルを一から構築する場合に比して、
工程を大幅に削減することができる。さらに、流域の土
地利用状況の変化や下水管渠の土木構造の変化に対して
も、データを用いて再同定することで対応できるため、
予測モデルを一から再構築する場合に比して、工程を大
幅に削減することができる。Therefore, in the drainage pump operation support device of the invention according to claim 5, by using the system identification method to predict the water level in the sewer pipe and the inflow amount to the drainage pumping station, the water level / flow rate can be estimated. Since only a simple algebraic calculation is used when calculating the predicted values such as, the calculation load can be reduced. In addition, by effectively utilizing the amount of information obtained from past data, compared to the case of constructing a prediction model based on hydraulics / hydrology from scratch,
The number of steps can be significantly reduced. Furthermore, since changes in land use conditions in the basin and changes in the civil engineering structure of the sewer can be dealt with by re-identifying using data,
Compared to the case where the prediction model is rebuilt from scratch, the number of steps can be significantly reduced.
【００３０】さらに、請求項６に対応する発明では、上
記請求項５に対応する発明の排水ポンプ運転支援装置に
おいて、システム同定手法における同定する予測モデル
として、Ｈａｍｍｅｒｓｔｅｉｎモデルを用いている。Furthermore, in the invention corresponding to claim 6, the Hammerstein model is used as the predictive model to be identified in the system identification method in the drainage pump operation support device of the invention according to claim 5.
【００３１】従って、請求項６に対応する発明の排水ポ
ンプ運転支援装置においては、同定するモデルとして、
Ｈａｍｍｅｒｓｔｅｉｎモデルを用いることにより、予
測精度を向上させることができる。Therefore, in the drainage pump operation support device of the invention according to claim 6, as a model to be identified,
The prediction accuracy can be improved by using the Hammerstein model.
【００３２】また、請求項７に対応する発明では、上記
請求項１乃至請求項５のいずれか１項に対応する発明の
排水ポンプ運転支援装置において、レーダ雨量計等の降
雨量計測装置から得られた降雨量データを入力として、
降雨移動予測を行ない、当該予測結果に基づいて現時点
から所定時間先までの降雨量を予測する降雨量予測手段
と、制御量最適化手段により演算された現時点から所定
時間先までの排水ポンプ制御量、ならびに下水管渠内の
所定箇所における水位の実測値および予測予測値を運転
員に対して表示出力する表示手段とを付加している。Further, in the invention corresponding to claim 7, in the drainage pump operation support device of the invention according to any one of claims 1 to 5, the device is obtained from a rainfall measuring device such as a radar rain gauge. Input the rainfall data obtained,
A rainfall amount predicting unit that predicts a rainfall movement and predicts a rainfall amount from the present time to a predetermined time ahead based on the prediction result, and a drainage pump control amount from the present time to a predetermined time ahead calculated by the control amount optimizing unit. , And display means for displaying and outputting the measured value and predicted predicted value of the water level at a predetermined location in the sewer pipe to the operator.
【００３３】従って、請求項７に対応する発明の排水ポ
ンプ運転支援装置においては、現時点から所定時間先ま
での排水ポンプ制御量、ならびに下水管渠内の水位の実
測値および予測予測値を運転員に対して表示することに
より、雨天時越流量に対する河川放流量の削減と雨水排
水の安全性を確保することを同時に実現する信頼性の高
い排水ポンプ運転の支援情報をオンラインで提供するこ
とができる。Therefore, in the drainage pump operation support device of the invention according to claim 7, the drainage pump control amount from the present time point to the predetermined time point, and the actually measured value and predicted prediction value of the water level in the sewer pipe are set by the operator. By displaying for, it is possible to provide online reliable reliable drainage pump operation support information that simultaneously realizes reduction of river discharge against rain overflow and ensuring safety of rainwater drainage. .
【００３４】さらに、請求項８に対応する発明では、上
記請求項１乃至請求項５のいずれか１項に対応する発明
の排水ポンプ運転支援装置において、レーダ雨量計等の
降雨量計測装置から得られた降雨量データを入力とし
て、降雨移動予測を行ない、当該予測結果に基づいて現
時点から所定時間先までの降雨量を予測する降雨量予測
手段と、制御量最適化手段により演算された現時点から
所定時間先までの排水ポンプ制御量を、制御信号として
排水ポンプに対して出力するプロセスコントローラとを
付加している。Further, in the invention corresponding to claim 8, in the drainage pump operation support device of the invention according to any one of claims 1 to 5, the invention is obtained from a rainfall measuring device such as a radar rain gauge. From the present time calculated by the control amount optimizing means and the rainfall amount predicting means for predicting the rainfall amount from the present time to the predetermined time based on the prediction result by inputting the obtained rainfall data A process controller that outputs the drainage pump control amount up to a predetermined time ahead to the drainage pump as a control signal is added.
【００３５】従って、請求項８に対応する発明の排水ポ
ンプ制御装置においては、現時点から所定時間先までの
排水ポンプ制御量を、制御信号として排水ポンプに対し
て出力することにより、雨天時越流量に対する河川放流
量の削減と雨水排水の安全性を確保することを同時に実
現する信頼性の高い排水ポンプ運転を行なうことができ
る。Therefore, in the drainage pump control device of the invention according to claim 8, by outputting the drainage pump control amount from the present time to a predetermined time ahead to the drainage pump as a control signal, the overflow rate in rainy weather. It is possible to operate a highly reliable drainage pump that simultaneously realizes reduction of river discharge and safety of rainwater drainage.
【００３６】[0036]
【発明の実施の形態】本発明では、下水管渠、排水機場
のポンプ井、排水ポンプ設備からなる雨水排水システム
において、下水管渠内貯留により越流量を低減するため
の排水ポンプ運転制御方法を決めることを、下水管渠内
の水位の実測値および予測値が規定値を超えないという
条件の下で、越流量を最小化するような排水ポンプの運
転台数あるいは制御量等を現時点から所定時間先まで求
めるという数理最適化問題に定式化する。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION In the present invention, in a rainwater drainage system consisting of a sewer pipe, a pump well of a drainage pumping station, and a drainage pump facility, a drainage pump operation control method for reducing the overflow rate by storing in the sewer pipe is provided. Under the condition that the actual and predicted values of the water level in the sewer pipe do not exceed the specified value, the number of drainage pumps operating or the control amount, etc. that minimizes the overflow is determined from the current time We formulate it into a mathematical optimization problem that we will find earlier.
【００３７】そして、解に対する制約条件、および評価
関数の計算過程で、排水ポンプの運転台数あるいは制御
量を、下水管渠内の水位予測にフィードバックし、さら
に高速な解法の適用により、オンライン性を確保するも
のである。Then, in the process of calculating the constraint condition and the evaluation function for the solution, the number of operating drainage pumps or the control amount is fed back to the water level prediction in the sewer pipe, and the online method is applied by applying a faster solution method. To secure.
【００３８】以下、上記のような考え方に基づく本発明
の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明す
る。Hereinafter, embodiments of the present invention based on the above concept will be described in detail with reference to the drawings.
【００３９】（第１の実施の形態）図１は、本発明の対
象となる雨水排水システムの概略構成の一例を示す図で
ある。(First Embodiment) FIG. 1 is a diagram showing an example of a schematic configuration of a rainwater drainage system to which the present invention is applied.
【００４０】図１に示すように、下水管渠２を流下して
くる雨水を貯める排水機場のポンプ井１と、ポンプ井１
および下水管渠２内の水位を測定する水位測定手段であ
る水位計３と、ポンプ井１内の雨水を排水する複数台の
排水ポンプ４からなるポンプ施設とから構成されてい
る。As shown in FIG. 1, a pump well 1 and a pump well 1 of a drainage pump station for storing rainwater flowing down a sewer 2
And a water level gauge 3, which is a water level measuring means for measuring the water level in the sewer 2, and a pump facility including a plurality of drainage pumps 4 for draining rainwater in the pump well 1.
【００４１】図２は、本実施の形態による排水ポンプ運
転支援装置、および排水ポンプ制御装置の構成例を示す
ブロック図である。FIG. 2 is a block diagram showing a configuration example of the drainage pump operation support device and the drainage pump control device according to the present embodiment.
【００４２】すなわち、図２に示すように、本実施の形
態の排水ポンプ運転支援装置、および排水ポンプ制御装
置は、降雨量計測装置７と、降雨量予測装置９と、排水
ポンプ予測制御装置１３と、プロセスコントローラ１４
と、表示装置１５とから構成している。That is, as shown in FIG. 2, the drainage pump operation support device and the drainage pump control device of the present embodiment are provided with a rainfall amount measuring device 7, a rainfall amount prediction device 9, and a drainage pump prediction control device 13. And the process controller 14
And a display device 15.
【００４３】降雨量計測装置７は、レーダ雨量計５や地
上雨量計６を用いて、降雨量を計測する。The rainfall measuring device 7 measures the amount of rainfall using the radar rain gauge 5 and the ground rain gauge 6.
【００４４】降雨量予測装置９は、降雨量計測装置７か
ら得られた降雨量データを入力として、降雨移動予測手
段８等を用いて降雨移動予測を行ない、当該予測結果に
基づいて現時点から所定時間先までの降雨量を予測す
る。The rainfall amount predicting device 9 receives the rainfall amount data obtained from the rainfall amount measuring device 7 and uses the rainfall movement predicting means 8 or the like to make a rainfall movement prediction. Based on the prediction result, a predetermined amount is determined from the present time. Predict the rainfall up to the time ahead.
【００４５】排水ポンプ予測制御装置１３は、上記各水
位計３により計測された水位や、各排水ポンプ４の吐出
量を、プロセスコントローラ１４を介して入力するもの
であり、水位・流量予測手段１０と、判定手段１１と、
制御量最適化手段１２とからなる。The drainage pump predictive control device 13 inputs the water level measured by each water level gauge 3 and the discharge amount of each drainage pump 4 through the process controller 14, and the water level / flow rate predicting means 10 And the determination means 11,
The control amount optimizing means 12 is provided.
【００４６】水位・流量予測手段１０は、ポンプ井１や
下水管渠２内の何箇所かの水位、および排水機場への流
入量を予測計算する。The water level / flow rate predicting means 10 predicts and calculates the water levels at several points in the pump well 1 and the sewer pipe 2 and the inflow amount into the drainage pump station.
【００４７】判定手段１１は、水位・流量予測手段１０
による予測結果あるいは降雨量予測値、またはこれらの
実測値が、あらかじめ設定された閾値を超えるか否かに
より、制御量最適化手段１２における最適化問題を解く
か否か（下水管渠２内貯留を行なうかどうか）を判定す
る。The judging means 11 is the water level / flow rate predicting means 10.
Whether to solve the optimization problem in the control amount optimizing means 12 depending on whether the prediction result or the rainfall prediction value or the actual measurement value thereof exceeds a preset threshold value (storage in the sewer pipe 2 Or not).
【００４８】制御量最適化手段１２は、判定手段１１に
より最適化問題を解くと判定された条件の下で、評価関
数の中に現時点から所定時間先までの排水ポンプ総吐出
量が含まれる最適化問題を解くことにより、現時点から
所定時間先までの排水ポンプ４の運転台数および排水ポ
ンプ吐出量等の排水ポンプ制御量を演算する。The control amount optimizing means 12 is an optimum one in which the drainage pump total discharge amount from the present time to a predetermined time is included in the evaluation function under the condition judged by the judging means 11 to solve the optimization problem. By solving the optimization problem, the number of operating drainage pumps 4 and the drainage pump control amount such as the drainage pump discharge amount from the present time to a predetermined time ahead are calculated.
【００４９】プロセスコントローラ１４は、排水ポンプ
予測制御装置１３の制御量最適化手段１２により演算さ
れた現時点から所定時間先までの排水ポンプ制御量を、
適切な制御信号として排水ポンプ４に対して出力する。The process controller 14 calculates the drainage pump control amount from the present time to a predetermined time ahead, which is calculated by the control amount optimization means 12 of the drainage pump prediction controller 13.
It outputs to the drainage pump 4 as an appropriate control signal.
【００５０】表示装置１５は、排水ポンプ予測制御装置
１３の制御量最適化手段１２により演算された現時点か
ら所定時間先までの排水ポンプ４の運転台数、ならびに
下水管渠２内の所定箇所における水位の実測値および予
測値を運転員に対して表示出力する。The display device 15 indicates the number of operating drainage pumps 4 calculated from the control amount optimizing means 12 of the drainage pump predictive control device 12 from the present time to a predetermined time ahead, and the water level at a predetermined location in the sewer pipe 2. The measured value and predicted value of are displayed and output to the operator.
【００５１】次に、以上のように構成した本実施の形態
による排水ポンプ運転支援装置および排水ポンプ制御装
置の作用について、図３に示すフローチャートにしたが
って説明する。Next, the operation of the drainage pump operation support device and the drainage pump control device according to the present embodiment configured as described above will be described with reference to the flowchart shown in FIG.
【００５２】ステップＳ１においては、レーダ雨量計５
等を用いて、降雨量予測装置９により例えば降雨移動予
測８を行なう。In step S1, the radar rain gauge 5
For example, a rainfall movement prediction 8 is performed by the rainfall prediction device 9 using the above.
【００５３】そして、この予測結果に基づいて、現時点
から数十分（例えば３０分）先までの降雨量を予測計算
する。Then, based on this prediction result, the amount of rainfall from the present time to several tens of minutes (for example, 30 minutes) ahead is predicted and calculated.
【００５４】次に、ステップＳ２においては、予測され
た降雨量等を入力値として、水位・流量予測手段１０に
よりポンプ井１および下水管渠２内の水位、および排水
機場への流入量を予測計算する。Next, in step S2, the water level in the pump well 1 and the sewer pipe 2 and the inflow amount to the drainage pump station are predicted by the water level / flow rate prediction means 10 using the predicted rainfall amount and the like as input values. calculate.
【００５５】この時、例えば公知の拡張ＲＲＬ法を用い
て、雨水流入量および下水管渠２内水位を予測する。At this time, the rainwater inflow and the water level in the sewer 2 are predicted by using, for example, the well-known extended RRL method.
【００５６】なお、流出量予測（修正ＲＲＬ法）１６、
汚水量予測１７、および流下量予測１８を組合せた拡張
ＲＲＬ法は、例えば“特願平９-１９４２８４号”によ
り提案されている。The outflow rate prediction (modified RRL method) 16,
The extended RRL method combining the wastewater amount prediction 17 and the downflow amount prediction 18 is proposed, for example, in Japanese Patent Application No. 9-194284.
【００５７】次に、ステップＳ３においては、予測およ
び計測された下水管渠２内水位、流入量、降雨量等を基
に、排水ポンプ４の運転モードを決定する。Next, in step S3, the operation mode of the drainage pump 4 is determined based on the predicted and measured water level in the sewer 2, the inflow rate, the rainfall rate, and the like.
【００５８】この時、所定個所の水位、流入量、降雨量
の予測値または計測値のいずれかが、あらかじめ設定さ
れた閾値を超えるかどうかを一つの目安とする。At this time, whether or not any of the predicted value or measured value of the water level, the inflow amount, and the rainfall amount at a predetermined location exceeds a preset threshold value is one guideline.
【００５９】そして、いずれの閾値も超えない場合に
は、以下に示すような放流量の抑制を目的とした、管渠
内貯留モードで運転を行なう。If none of the thresholds is exceeded, operation is performed in the storage mode in the conduit for the purpose of suppressing the discharge rate as described below.
【００６０】また、いずれかの閾値を超えた場合には、
ステップＳ５では、迅速な雨水排水を目的とした運転に
移行する。If any of the thresholds is exceeded,
In step S5, the operation shifts to the purpose of rapid rainwater drainage.
【００６１】この時には、例えば“特願平１１-１３７
６１３号”により開示されている流入量予測を基にした
運転方法等がある。At this time, for example, "Japanese Patent Application No. 11-137"
No. 613 ”, there is an operation method based on the inflow prediction.
【００６２】一方、管渠内貯留モードで運転を行なうな
らば、ステップＳ４では、降雨量および予測降雨量、管
渠内水位、雨水排水ポンプ施設への流入量やポンプ井水
位、排水ポンプ吐出量等の現在時刻における計測値を入
力として、水位・流量予測手段１０、および制御量最適
化手段１２により、現在時刻から数十分（例えば３０
分）先までの適切なポンプ運転台数および制御量を予測
計算する。On the other hand, if the operation is performed in the storage mode in the conduit, in step S4, the rainfall amount and the predicted rainfall amount, the water level in the conduit, the inflow amount into the rainwater drainage pump facility, the pump well water level, and the drainage pump discharge amount. The measured value at the current time, such as, is input to the water level / flow rate predicting means 10 and the control amount optimizing means 12 for several tens of minutes (for example, 30
Min) Predictively calculate the appropriate number of pumps to be operated and the controlled variable.
【００６３】このステップＳ４については、後に詳述す
る。This step S4 will be described later in detail.
【００６４】以上のＳ２乃至Ｓ４までの各ステップの処
理を、排水ポンプ予測制御装置１３により行なう。The drainage pump predictive control device 13 performs the processing in each of the above steps S2 to S4.
【００６５】次に、ステップＳ６においては、表示装置
１５により、現在時点から所定時間先まで求めたポンプ
運転台数や制御量を、各所水位や流量等の計測値および
予測値と共に表示する。Next, in step S6, the display device 15 displays the number of pumps operating and the control amount obtained from the present time point to a predetermined time ahead, together with measured values and predicted values such as water levels and flow rates at various places.
【００６６】次に、ステップＳ７においては、ステップ
Ｓ５までの処理で求めたポンプ運転台数や制御量を、プ
ロセスコントローラ１４より制御信号として排水ポンプ
４に対して逐次出力する。Next, in step S7, the process controller 14 sequentially outputs the pump operating number and the control amount obtained in the processing up to step S5 to the drainage pump 4 as a control signal.
【００６７】なお、上述したフローチャートにおける処
理は、所定の時間（例えば５分）毎に繰り返し行なわれ
る。The processing in the above-mentioned flowchart is repeated every predetermined time (for example, 5 minutes).
【００６８】ここで、上記ステップＳ４の処理について
詳述する。Now, the process of step S4 will be described in detail.
【００６９】ポンプ予測制御装置１３中で用いられてい
る制御量最適化手段１２は、以下の最適化問題を解くこ
とによって、現在時刻から数十分先までのポンプ運転台
数あるいは制御量を最適化する。The control amount optimizing means 12 used in the pump predictive control device 13 optimizes the number of pumps operating from the present time to several tens of minutes or the control amount by solving the following optimization problem. To do.
【００７０】最小化すべき評価関数は、前述したＣＳＯ
問題の改善を目的とする以上、ポンプ吐出量の合計を含
むようにする。The evaluation function to be minimized is the above-mentioned CSO.
For the purpose of improving the problem, the total pump discharge amount should be included.
【００７１】評価関数をＪで表わすものとし、式（１）
に示す。Assume that the evaluation function is represented by J, and equation (1)
Shown in.
【００７２】ここで、Ｑi（ｔ）は、排水ポンプｉ＝
{１，…，Ｎ}の時刻ｔにおける吐出量である。Here, Qi (t) is the drainage pump i =
The discharge amount is {1, ..., N} at time t.
【００７３】予測時間は、現在時刻ｔから、Ｔタイムス
テップ先の時刻（ｔ＋Ｔ）までである。The estimated time is from the present time t to the time (t + T) T time steps ahead.
【００７４】ここでは、それぞれの時刻は離散値とし、
タイムステップ幅は、例えば５分とする。Here, each time is a discrete value,
The time step width is, for example, 5 minutes.
【００７５】また、付加すべき制約条件には、その間監
視水位が規定値を超えないことと、個々の排水ポンプの
起動・停止に関するポンプ井水位の上下限値、ポンプ起
動についての優先順位が含まれる。Further, the constraint conditions to be added include that the monitored water level does not exceed the specified value during that time, the upper and lower limit values of the pump well water level for starting / stopping individual drainage pumps, and the priority order for pump starting. Be done.
【００７６】[0076]
【数１】 [Equation 1]
【００７７】この最適化問題の解は、例えばポンプ停止
状態と起動状態を表わす変数Ｘi（ｔ＋τ）＝{０，１}
で表現する。The solution to this optimization problem is, for example, a variable Xi (t + τ) = {0, 1} which represents the pump stop state and the pump start state.
Express with.
【００７８】この最適化問題は、０−１整数計画問題で
あり、一般に最適解を求めるのが時間的に困難な問題で
ある。This optimization problem is a 0-1 integer programming problem, and it is generally difficult in time to find an optimal solution.
【００７９】本実施の形態では、この最適化問題を解く
アルゴリズムとして、遺伝的アルゴリズムを採用してい
る。In this embodiment, a genetic algorithm is adopted as an algorithm for solving this optimization problem.
【００８０】遺伝的アルゴリズムは、比較的高速に最適
解に近い、準最適解を求めることができる手法である。The genetic algorithm is a method capable of finding a suboptimal solution that is close to the optimal solution relatively quickly.
【００８１】以下では、この最適化問題を解くためのア
ルゴリズムについて、図４に示すフローチャートを用い
て説明する。An algorithm for solving this optimization problem will be described below with reference to the flowchart shown in FIG.
【００８２】ステップＳ８においては、染色体を模擬し
て、図５に示すようにコーディングされた解［Ｘ1
（１）,…，Ｘ1（Ｔ），…ＸN（１），…，ＸN（Ｔ）]
が複数生成され、解集合を形成する。At step S8, the solution coded as shown in FIG.
(1), ..., X1 (T), ... XN (1), ..., XN (T)]
Are generated to form a solution set.
【００８３】次に、ステップＳ９においては、前ステッ
プで生成されたそれぞれの解に対応する排水ポンプの起
動・停止パターンについて、図２の水位・流量予測手段
１０により、下水管渠２やポンプ井１の水位予測値等を
求める。Next, in step S9, the drainage pump starting / stopping pattern corresponding to each solution generated in the previous step is determined by the water level / flow rate predicting means 10 in FIG. Calculate the water level prediction value of 1.
【００８４】次に、ステップＳ１０、およびステップＳ
１１においては、ステップＳ９の結果に基づき、それぞ
れの解に対して、制約条件の検証、および評価関数の計
算を行なう。Next, step S10 and step S
In step 11, based on the result of step S9, the constraint condition is verified and the evaluation function is calculated for each solution.
【００８５】次に、ステップＳ８に戻り、染色体の交叉
や、突然変異等を模擬したランダムな修正を、解集合の
一部に対して行ない、ステップＳ１０およびステップＳ
１１において計算する制約条件や、評価関数の値を加味
して、新しい解集合を生成する。Next, returning to step S8, a random correction simulating a crossover or mutation of chromosomes is performed on a part of the solution set, and steps S10 and S are performed.
A new solution set is generated by adding the constraint condition calculated in 11 and the value of the evaluation function.
【００８６】以下、これらのステップの処理を繰返して
行ない、最終的に、評価関数の値が最も小さな解を選
ぶ。Thereafter, the processes of these steps are repeated to finally select the solution having the smallest evaluation function value.
【００８７】もし、制約条件を満たす解が探索できない
時には、管渠内貯留運転は不可能であるとみなして、緊
急排水モードであるステップＳ５に移行する。If a solution satisfying the constraint conditions cannot be found, it is considered that the storage operation in the conduit is impossible, and the process proceeds to step S5 which is the emergency drainage mode.
【００８８】なお、上述した遺伝的アルゴリズムについ
ては、例えば“Ｃ．Ｒ．Ｒｅｅｖｅｓ ｅｔ． ａｌ，
「モダンヒューリスティックス−組み合わせ最適化の先
端手法」，日刊工業新聞社，１９９７”等により詳しく
開示されている。Regarding the above-mentioned genetic algorithm, for example, “CR Reeves et. Al,
"Modern heuristics-advanced method of combinatorial optimization", Nikkan Kogyo Shimbun, 1997 "and the like.
【００８９】上述したように、本実施の形態による排水
ポンプ運転支援装置および排水ポンプ制御装置では、以
下のような種々の効果を得ることができる。As described above, in the drainage pump operation support device and the drainage pump control device according to the present embodiment, the following various effects can be obtained.
【００９０】（ａ）下水管渠２内の水位の実測値および
予測値が規定値を超えないという条件の下で、越流量を
最小化するような排水ポンプ４の運転台数パターンを求
めるという数理最適化問題を解くようにしているので、
雨天時に溢水の危険性を排除しつつ、放流汚濁負荷を低
減することが可能となる。(A) Under the condition that the actually measured value and the predicted value of the water level in the sewer pipe 2 do not exceed the specified value, the mathematical formula for obtaining the operation number pattern of the drainage pumps 4 that minimizes the overflow rate Since I am trying to solve the optimization problem,
It is possible to reduce the discharge pollution load while eliminating the risk of flooding in case of rain.
【００９１】（ｂ）排水ポンプ４の運転台数等の制御量
を、制約条件や評価関数の計算という形で、予測演算に
フィードバックするようにしているので、双方の精度を
向上させることが可能となる。(B) Since the control quantities such as the number of operating drainage pumps 4 are fed back to the prediction calculation in the form of constraint conditions and calculation of evaluation functions, it is possible to improve the accuracy of both. Become.
【００９２】（ｃ）下水管渠２および排水機場ポンプ井
１の水位、排水機場への流入量の計測値および予測値に
よって、下水管渠２内貯留と迅速な雨水排水とに運転目
的を切換えるようにしているので、豪雨時の溢水に対す
る安全性を確保することが可能となる。(C) The purpose of operation is switched between storage in the sewer 2 and rapid rainwater drainage, depending on the measured and predicted values of the water level of the sewer 2 and the pump well 1 of the drainage pump, and the inflow to the drainage pump. As a result, it is possible to secure safety against flooding during heavy rain.
【００９３】（ｄ）最適化アルゴリズムとして、比較的
高速な遺伝的アルゴリズムを用いるようにしているの
で、オンライン性を確保することが可能となる。(D) Since a relatively high-speed genetic algorithm is used as the optimization algorithm, it is possible to secure onlineness.
【００９４】（第２の実施の形態）図６は、本実施の形
態による排水ポンプ運転支援装置、および排水ポンプ制
御装置の構成例を示すブロック図であり、図２と同一部
分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異
なる部分についてのみ述べる。(Second Embodiment) FIG. 6 is a block diagram showing a configuration example of a drainage pump operation support device and a drainage pump control device according to this embodiment, and the same parts as those in FIG. Will be omitted and the description will be omitted, and only different parts will be described here.
【００９５】すなわち、本実施の形態による排水ポンプ
運転支援装置、および排水ポンプ制御装置は、図６に示
すように、前記図２に示すポンプ予測制御装置１３にお
ける水位・流量予測手段１０として、拡張ＲＲＬ法に代
えて、システム同定手法１９を採用した構成としてい
る。That is, as shown in FIG. 6, the drainage pump operation support device and the drainage pump control device according to the present embodiment are expanded as the water level / flow rate prediction means 10 in the pump prediction control device 13 shown in FIG. The system identification method 19 is adopted instead of the RRL method.
【００９６】システム同定手法１９とは、データベース
２０等に蓄積された過去の降雨量や水位・流入量等の時
系列データを利用してあらかじめ構築した、ブラックボ
ックス的な予測モデルを用いる手法である。The system identification method 19 is a method using a black box-like prediction model which is constructed in advance using time series data such as past rainfall amount, water level and inflow amount accumulated in the database 20 and the like. .
【００９７】そして、この構築した予測モデルに対し
て、実際に計測した降雨量あるいは予測降雨量を入力す
ることにより、水位、流入量の予測値を演算する。Then, by inputting the actually measured rainfall amount or the predicted rainfall amount to the constructed prediction model, the predicted values of the water level and the inflow amount are calculated.
【００９８】次に、以上のように構成した本実施の形態
による排水ポンプ運転支援装置および排水ポンプ制御装
置の作用について説明する。Next, the operation of the drainage pump operation support device and the drainage pump control device according to the present embodiment configured as described above will be described.
【００９９】なお、図２と同一部分の作用についてはそ
の説明を省略し、ここでは異なる部分の作用についての
み述べる。The description of the operation of the same parts as in FIG. 2 will be omitted, and only the operation of the different parts will be described here.
【０１００】すなわち、前記図３に示すステップＳ２お
よびステップＳ４において、ポンプ予測制御装置１３の
水位・流量予測手段１０により水位・流量の予測を行な
う場合に、前記図２に示す拡張ＲＲＬ法から、図６に示
すシステム同定手法１９を採用している点以外の作用に
ついては、前述した第１の実施の形態の作用と同様であ
る。That is, in step S2 and step S4 shown in FIG. 3, when the water level / flow rate predicting means 10 of the pump predictive control device 13 predicts the water level / flow rate, from the extended RRL method shown in FIG. The operation other than that the system identification method 19 shown in FIG. 6 is adopted is the same as the operation of the first embodiment described above.
【０１０１】水位・流量予測手段１０では、データベー
ス２０等に蓄積された過去の降雨量や水位・流入量等の
時系列データを利用して構築した予測モデルに対して、
実際に計測した降雨量あるいは予測降雨量を入力するこ
とにより、水位、流入量の予測値を演算する。In the water level / flow rate predicting means 10, a prediction model constructed using time series data such as past rainfall amount, water level / inflow amount, etc. accumulated in the database 20,
The predicted values of water level and inflow are calculated by inputting the actually measured rainfall or predicted rainfall.
【０１０２】ここで、本実施の形態における予測モデル
としては、降雨現象と下水管渠２への雨水の流出現象と
の間の非線形性を考慮して、静的な非線形関数と動的な
伝達関数とを結合させるＨａｍｍｅｒｓｔｅｉｎモデル
を用いる。Here, as the prediction model in this embodiment, a static nonlinear function and a dynamic transfer are considered in consideration of the nonlinearity between the rainfall phenomenon and the outflow phenomenon of rainwater to the sewer 2. A Hammerstein model that combines a function and is used.
【０１０３】例えば、時刻ｔにおけるｐ地点の水位pＨ
（ｔ）は、下記の（２）式、（３）式、（４）に示すよ
うに表わすことができる。For example, the water level pH at point p at time t
(T) can be expressed as shown in the following equations (2), (3), and (4).
【０１０４】[0104]
【数２】 [Equation 2]
【０１０５】すなわち、pＨ（ｔ）は、ｎステップ過去
までの同一地点の水位の線形結合に、無駄時間をｌとし
て、時刻ｔ−ｌからｍステップ過去までの降雨量それぞ
れに対してｋ次までのべき級数を全て結合させたもので
ある。[0105] That is, p H (t) is the linear combination of the water level in the same point to n steps past the dead time as l, k order against rainfall each from time t-l to m step past It is a combination of all power series up to.
【０１０６】ここで、ｐ地点の水位に影響を与える降雨
量は、時刻をｔとしてpＲ（ｔ）とする。Here, the amount of rainfall affecting the water level at point p is p R (t), where t is the time.
【０１０７】また、Ｔは行列の転置を表わす符号であ
る。Further, T is a code representing the transpose of the matrix.
【０１０８】上記（４）式のpθは、ｎ＋ｋ×ｍ個のパ
ラメータを並べた行列である。In the above equation (4), p θ is a matrix in which n + k × m parameters are arranged.
【０１０９】最後に、ｅ（ｔ）は、白色雑音である。Finally, e (t) is white noise.
【０１１０】パラメータの同定は、例えば最小二乗法等
を用いて、オフラインで行なうことができる。The parameters can be identified off-line by using, for example, the least square method.
【０１１１】Ｈａｍｍｅｒｓｔｅｉｎモデルを、下水道
の雨水流入量予測に用いた例として、例えば“山中 ｅ
ｔ． ａｌ，「Ｈａｍｍｅｒｓｔｅｉｎ型非線形モデル
を用いたシステム同定手法による下水道雨水流入量予
測」，Ｔ．ＩＥＥ Ｊａｐａｎ， Ｖｏｌ．１２０−
Ｄ， Ｎｏ．４， ２０００．”等がある。As an example in which the Hammerstein model is used to predict the inflow of rainwater into the sewer system, for example, "Yamanaka e
t. al., "Prediction of Sewer Rainwater Inflow by System Identification Method Using Hammerstein Type Nonlinear Model", T.A. IEEE Japan, Vol. 120-
D, No. 4, 2000. There is "etc.
【０１１２】上述したように、本実施の形態による排水
ポンプ運転支援装置および排水ポンプ制御装置では、前
述した第１の実施の形態の効果に加えて、以下のような
種々の効果を得ることができる。As described above, in the drainage pump operation support device and the drainage pump control device according to this embodiment, the following various effects can be obtained in addition to the effects of the first embodiment described above. it can.
【０１１３】（ａ）下水管渠２内の水位、および排水機
場への流入量の予測に、システム同定手法を用いるよう
にしているので、予測モデルとそのパラメータをオフラ
インで一度同定した後は、降雨量の実測値および予測
値、排水ポンプ４の起動・停止パターン等を入力として
水位・流量等の予測値を演算する際に、単純な代数演算
のみしか使用しないため、計算負荷を低減することが可
能となる。また、過去のデータから得られる情報量を有
効利用することで、水理学・水分学に基づく予測モデル
を一から構築する場合に比して、工程を大幅に削減する
ことが可能となる。さらに、流域の土地利用状況の変化
や下水管渠の土木構造の変化に対しても、データを用い
て再同定することで対応できるので、予測モデルを一か
ら再構築する場合に比して、工程を大幅に削減すること
が可能となる。(A) Since the system identification method is used to predict the water level in the sewer pipe 2 and the inflow amount to the drainage pump station, after the prediction model and its parameters are once identified off-line, The calculation load should be reduced because only the simple algebraic calculations are used when calculating the predicted values such as water level and flow rate by inputting the measured and predicted values of rainfall and the start / stop patterns of the drainage pump 4. Is possible. In addition, by effectively using the amount of information obtained from past data, it is possible to significantly reduce the number of steps compared with the case where a prediction model based on hydraulics / hydrology is constructed from scratch. Furthermore, changes in land use conditions in the basin and changes in the civil engineering structure of the sewer can be dealt with by re-identifying using data, so compared to the case of rebuilding the prediction model from scratch, It is possible to significantly reduce the number of steps.
【０１１４】（ｂ）同定するモデルとして、Ｈａｍｍｅ
ｒｓｔｅｉｎモデルを用いるようにしているので、予測
精度を向上させることが可能となる。(B) As a model for identification, Hamme
Since the rstein model is used, the prediction accuracy can be improved.
【０１１５】（その他の実施の形態）尚、本発明は、上
記各実施の形態に限定されるものではなく、実施段階で
はその要旨を逸脱しない範囲で、種々に変形して実施す
ることが可能である。
また、各実施の形態は可能な限り適宜組合わせて実施し
てもよく、その場合には組合わせた作用効果を得ること
ができる。
さらに、上記各実施の形態には種々の段階の発明が含ま
れており、開示される複数の構成要件における適宜な組
合わせにより、種々の発明を抽出することができる。
例えば、実施の形態に示される全構成要件から幾つかの
構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題
の欄で述べた課題（の少なくとも一つ）が解決でき、発
明の効果の欄で述べられている効果（の少なくとも一
つ）が得られる場合には、この構成要件が削除された構
成を発明として抽出することができる。(Other Embodiments) The present invention is not limited to the above-described embodiments, and can be variously modified and implemented at the stage of implementation without departing from the spirit thereof. Is. In addition, the respective embodiments may be implemented in combination as appropriate as possible, and in that case, combined operation effects can be obtained. Further, the above-described embodiments include inventions at various stages, and various inventions can be extracted by appropriately combining a plurality of disclosed constituent features. For example, even if some constituent elements are deleted from all the constituent elements shown in the embodiment, the problem (at least one) described in the section of the problem to be solved by the invention can be solved, and When the effect (at least one) described in the section can be obtained, a structure in which this constituent element is deleted can be extracted as an invention.
【０１１６】[0116]
【発明の効果】以上説明したように、本発明の排水ポン
プ運転支援装置および排水ポンプ制御装置によれば、制
約条件として下水管渠内の所定箇所における水位の実測
値および予測値が規定値を超えないという条件の下で、
評価関数の中に現時点から所定時間先までの排水ポンプ
総吐出量が含まれる最適化問題を解くことにより、現時
点から所定時間先までの排水ポンプの運転台数および排
水ポンプ吐出量等の排水ポンプ制御量を演算し、さらに
排水ポンプを制御するようにしているので、溢水の危険
性を排除しつつＣＳＯ問題を緩和するように、雨天時越
流量に対する河川放流量の削減と雨水排水の安全性を確
保することを同時に実現する排水ポンプ運転を運転員が
実際に行なう際の信頼性の高い支援情報をオンラインで
提供することが可能となる。As described above, according to the drainage pump operation support device and the drainage pump control device of the present invention, the actual measurement value and predicted value of the water level at a predetermined location in the sewer pipe have a specified value as a constraint condition. Under the condition of not exceeding,
By solving the optimization problem in which the evaluation function includes the total discharge amount of the drainage pump from the present time to the specified time ahead, the drainage pump control such as the number of operated drainage pumps from the present time to the specified time ahead and the discharge pump discharge amount Since the volume is calculated and the drainage pump is controlled, the reduction of river discharge against rainwater overflow and the safety of rainwater drainage are carried out so as to mitigate the CSO problem while eliminating the risk of flooding. It becomes possible to provide online reliable reliable support information when the operator actually performs the operation of the drainage pump that realizes the securing.
【図１】本発明の対象となる雨水排水システムの概略構
成の一例を示す図。FIG. 1 is a diagram showing an example of a schematic configuration of a rainwater drainage system which is a target of the present invention.
【図２】本発明による排水ポンプ運転支援装置および排
水ポンプ制御装置の第１の実施の形態を示すブロック
図。FIG. 2 is a block diagram showing a first embodiment of a drainage pump operation support device and a drainage pump control device according to the present invention.
【図３】同第１の実施の形態による排水ポンプ運転支援
装置および排水ポンプ制御装置における作用を説明する
ためのフローチャート。FIG. 3 is a flowchart for explaining the operation of the drainage pump operation support device and the drainage pump control device according to the first embodiment.
【図４】同第１の実施の形態による排水ポンプ運転支援
装置および排水ポンプ制御装置における制御量最適化手
段を説明するためのフローチャート。FIG. 4 is a flowchart for explaining control amount optimizing means in the drainage pump operation support device and the drainage pump control device according to the first embodiment.
【図５】同第１の実施の形態による排水ポンプ運転支援
装置および排水ポンプ制御装置における遺伝的アルゴリ
ズムにおける解の形状の一例を示す模式図。FIG. 5 is a schematic diagram showing an example of the shape of a solution in a genetic algorithm in the drainage pump operation support device and the drainage pump control device according to the first embodiment.
【図６】本発明による排水ポンプ運転支援装置および排
水ポンプ制御装置の第２の実施の形態を示すブロック
図。FIG. 6 is a block diagram showing a second embodiment of a drainage pump operation support device and a drainage pump control device according to the present invention.
１…ポンプ井 ２…下水管渠 ３…水位計 ４…排水ポンプ ５…レーダ雨量計 ６…地上雨量計 ７…降雨量計測装置 ８…降雨移動予測手段 ９…降雨量予測装置 １０…水位・流量予測手段 １１…判定手段 １２…制御量最適化手段 １３…排水ポンプ予測制御装置 １４…プロセスコントローラ １５…表示装置 １６…流出量予測（修正ＲＲＬ法） １７…汚水量予測 １８…流下量予測 １９…システム同定手法 ２０…データベース。 1 ... Pump well 2 ... Sewer pipe 3 ... Water gauge 4 ... Drainage pump 5 ... Radar rain gauge 6 ... Surface rain gauge 7 ... Rainfall measurement device 8 ... Means for predicting rainfall movement 9 ... Rainfall prediction device 10 ... Water level / flow rate prediction means 11 ... Judgment means 12 ... Control amount optimization means 13 ... Drainage pump predictive control device 14 ... Process controller 15 ... Display device 16 ... Outflow rate prediction (modified RRL method) 17 ... Dirty water amount prediction 18 ... Flow rate prediction 19 ... System identification method 20 ... Database.
フロントページの続き (72)発明者 山中 理 東京都府中市東芝町１番地 株式会社東芝 府中事業所内 (72)発明者 今井 紀夫 東京都港区芝浦一丁目１番１号 株式会社 東芝本社事務所内 Ｆターム(参考） 2D063 AA09 DC06 3H020 AA03 AA07 BA01 BA07 BA08 BA11 BA21 CA00 CA04 CA07 DA01 DA22 EA01 EA04 EA07 EA09 EA10 3H045 AA06 AA14 AA23 BA01 BA02 BA19 BA31 BA41 CA06 CA14 DA00 EA04 EA14 EA15 EA26 EA34 EA42 Continued front page (72) Inventor Osamu Yamanaka No. 1 Toshiba-cho, Fuchu-shi, Tokyo Toshiba Corporation Fuchu Office (72) Inventor Norio Imai 1-1 Shibaura, Minato-ku, Tokyo Co., Ltd. Toshiba headquarters office F-term (reference) 2D063 AA09 DC06 3H020 AA03 AA07 BA01 BA07 BA08 BA11 BA21 CA00 CA04 CA07 DA01 DA22 EA01 EA04 EA07 EA09 EA10 3H045 AA06 AA14 AA23 BA01 BA02 BA19 BA31 BA41 CA06 CA14 DA00 EA04 EA14 EA15 EA26 EA34 EA42
Claims (8)
水機場のポンプ井と、当該ポンプ井および前記下水管渠
内の水位を測定する水位測定手段と、前記ポンプ井内の
雨水を排水する複数台の排水ポンプとを備えて構成され
る雨水排水システムにおける、前記排水ポンプの運転を
支援する排水ポンプ運転支援装置において、 前記下水管渠内の何箇所かの水位、および前記排水機場
への流入量を予測する水位・流量予測手段と、 前記水位・流量予測手段を内部演算手段として用い、制
約条件として前記下水管渠内の所定箇所における水位の
実測値および予測値が規定値を超えないという条件の下
で、最小化すべき評価関数の中に現時点から所定時間先
までの排水ポンプ総吐出量が含まれる最適化問題を解く
ことにより、前記現時点から所定時間先までの前記排水
ポンプの運転台数および排水ポンプ吐出量等の排水ポン
プ制御量を演算する制御量最適化手段と、 を備えて成ることを特徴とする排水ポンプ運転支援装
置。1. A pump well of a drainage pump station for storing rainwater flowing down a sewer, water level measuring means for measuring the water level in the pump well and the sewer, and draining rainwater in the pump well. In a rainwater drainage system configured to include a plurality of drainage pumps, in a drainage pump operation support device that supports the operation of the drainage pump, the water level at some locations in the sewer pipe, and to the drainage pump station The water level / flow rate prediction means for predicting the inflow and the water level / flow rate prediction means are used as internal calculation means, and as a constraint condition, the actually measured value and the predicted value of the water level at the predetermined location in the sewer pipe do not exceed the specified value. Under the condition that the evaluation function to be minimized contains the total discharge amount of the drainage pump from the present time to the predetermined time ahead, by solving the optimization problem, The drainage pump of the number of operating units and drainage pump discharge amount of the drain pump control amount and the control amount optimizing means for calculating a drainage pump driving support apparatus characterized in that it comprises an up.
援装置において、 前記水位・流量予測手段による予測結果あるいは降雨量
予測値、またはこれらの実測値が、あらかじめ設定され
た閾値を超えるか否かにより、前記制御量最適化手段に
おける最適化問題を解くか否かを判定する判定手段を付
加したことを特徴とする排水ポンプ運転支援装置。2. The drainage pump operation support device according to claim 1, wherein a prediction result by the water level / flow rate predicting unit, a rainfall prediction value, or an actual measurement value thereof exceeds a preset threshold value. The drainage pump operation support device is characterized in that a determination means for determining whether or not to solve the optimization problem in the control amount optimization means is added.
水ポンプ運転支援装置において、 前記制御量最適化手段における最適化問題を解くアルゴ
リズムとして、遺伝的アルゴリズムを用いたことを特徴
とする排水ポンプ運転支援装置。3. The drainage pump operation support device according to claim 1 or 2, wherein a genetic algorithm is used as an algorithm for solving the optimization problem in the control amount optimization means. Pump operation support device.
項に記載の排水ポンプ運転支援装置において、 前記水位・流量予測手段として、拡張ＲＲＬ法を用いた
ことを特徴とする排水ポンプ運転支援装置。4. The method according to any one of claims 1 to 3.
Item 3. The drainage pump operation support device according to item 4, wherein an extended RRL method is used as the water level / flow rate prediction means.
項に記載の排水ポンプ運転支援装置において、 前記水位・流量予測手段として、システム同定手法を用
いたことを特徴とする排水ポンプ運転支援装置。5. The method according to any one of claims 1 to 3.
In the drainage pump operation support device described in the paragraph (3), a system identification method is used as the water level / flow rate prediction means.
援装置において、 前記システム同定手法における同定する予測モデルとし
て、Ｈａｍｍｅｒｓｔｅｉｎモデルを用いたことを特徴
とする排水ポンプ運転支援装置。6. The drainage pump operation support device according to claim 5, wherein a Hammerstein model is used as a predictive model to be identified in the system identification method.
項に記載の排水ポンプ運転支援装置において、 レーダ雨量計等の降雨量計測装置から得られた降雨量デ
ータを入力として、降雨移動予測を行ない、当該予測結
果に基づいて前記現時点から所定時間先までの降雨量を
予測する降雨量予測手段と、 前記降雨量予測手段により演算された降雨量予測値と降
雨量実測値とを前記制御量最適化手段により演算し、現
時点から所定時間先までの排水ポンプ制御量、ならびに
前記下水管渠内の所定箇所における水位の実測値および
予測値を運転員に対して表示出力する表示手段と、 を付加したことを特徴とする排水ポンプ運転支援装置。7. The method according to any one of claims 1 to 6.
In the drainage pump operation support device described in the paragraph, the rainfall data obtained from the rainfall amount measurement device such as a radar rain gauge is input, and the rainfall movement prediction is performed, based on the prediction result, from the present time to a predetermined time ahead. Of the rainfall amount predicting means for predicting the rainfall amount, and the rainfall amount predicted value and the measured rainfall amount calculated by the rainfall amount predicting means are calculated by the control amount optimizing means, and drainage from the present time to a predetermined time ahead A drainage pump operation assisting device, further comprising: a display unit for displaying and outputting a pump control amount and a measured value and a predicted value of a water level at a predetermined location in the sewer pipe to an operator.
項に記載の排水ポンプ運転支援装置において、 前記制御量最適化手段により演算された現時点から所定
時間先までの排水ポンプ制御量を、制御信号として前記
排水ポンプに対して出力するプロセスコントローラを付
加したことを特徴とする排水ポンプ制御装置。8. The method according to any one of claims 1 to 7.
In the drainage pump operation support device according to the item, a process controller that outputs the drainage pump control amount from the present time calculated by the control amount optimization means to a predetermined time ahead to the drainage pump as a control signal is added. A drainage pump control device characterized by the above.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002041967A JP3906096B2 (en) | 2002-02-19 | 2002-02-19 | Drain pump operation support device and drain pump control device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002041967A JP3906096B2 (en) | 2002-02-19 | 2002-02-19 | Drain pump operation support device and drain pump control device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003239372A true JP2003239372A (en) | 2003-08-27 |
| JP3906096B2 JP3906096B2 (en) | 2007-04-18 |
Family
ID=27782225
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002041967A Expired - Fee Related JP3906096B2 (en) | 2002-02-19 | 2002-02-19 | Drain pump operation support device and drain pump control device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3906096B2 (en) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2009144466A1 (en) * | 2008-05-30 | 2009-12-03 | Pulsar Process Measurement Limited | Sump monitoring method and apparatus |
| CN101387128B (en) * | 2004-12-14 | 2010-11-03 | 株式会社东芝 | Rainwater drain support system and method |
| WO2013032026A1 (en) * | 2011-08-30 | 2013-03-07 | 日本電気株式会社 | Control method for system and system |
| CN107035673A (en) * | 2017-04-28 | 2017-08-11 | 广州杰赛科技股份有限公司 | The intelligent control device of drainage system |
| JP2019200500A (en) * | 2018-05-15 | 2019-11-21 | 株式会社日立製作所 | Monitoring control system and pump operation control method |
| JP2021055373A (en) * | 2019-09-30 | 2021-04-08 | 株式会社東芝 | Rainwater pump control device, rainwater pump control method, computer program and rainwater wastewater treatment system |
| JP7297656B2 (en) | 2019-12-16 | 2023-06-26 | 株式会社東芝 | Rainwater inflow prediction device, rainwater inflow prediction method, computer program, rainwater pump control system, and rainwater pumping station system |
-
2002
- 2002-02-19 JP JP2002041967A patent/JP3906096B2/en not_active Expired - Fee Related
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101387128B (en) * | 2004-12-14 | 2010-11-03 | 株式会社东芝 | Rainwater drain support system and method |
| WO2009144466A1 (en) * | 2008-05-30 | 2009-12-03 | Pulsar Process Measurement Limited | Sump monitoring method and apparatus |
| WO2013032026A1 (en) * | 2011-08-30 | 2013-03-07 | 日本電気株式会社 | Control method for system and system |
| JPWO2013032026A1 (en) * | 2011-08-30 | 2015-03-23 | 日本電気株式会社 | System control method and system |
| US9904307B2 (en) | 2011-08-30 | 2018-02-27 | Nec Corporation | Control method for distributed autonomous system and distributed autonomous system |
| CN107035673A (en) * | 2017-04-28 | 2017-08-11 | 广州杰赛科技股份有限公司 | The intelligent control device of drainage system |
| JP2019200500A (en) * | 2018-05-15 | 2019-11-21 | 株式会社日立製作所 | Monitoring control system and pump operation control method |
| JP7062511B2 (en) | 2018-05-15 | 2022-05-06 | 株式会社日立製作所 | Monitoring control system and pump operation control method |
| JP2021055373A (en) * | 2019-09-30 | 2021-04-08 | 株式会社東芝 | Rainwater pump control device, rainwater pump control method, computer program and rainwater wastewater treatment system |
| JP7297656B2 (en) | 2019-12-16 | 2023-06-26 | 株式会社東芝 | Rainwater inflow prediction device, rainwater inflow prediction method, computer program, rainwater pump control system, and rainwater pumping station system |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3906096B2 (en) | 2007-04-18 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Alamdari et al. | A multiobjective simulation-optimization tool for assisting in urban watershed restoration planning | |
| JP4481920B2 (en) | Rainwater drainage support system, rainwater drainage support method, and rainwater drainage control system | |
| CN111210152B (en) | Method and device for scheduling drainage system | |
| Abou Rjeily et al. | Model predictive control for optimising the operation of urban drainage systems | |
| CN109858681B (en) | Traffic short-time passenger flow prediction method and related device based on IC card | |
| JP7379261B2 (en) | River flooding prediction method and river flooding prediction device during heavy rain | |
| JP2003239372A (en) | Drainage pump operation support device and drainage pump control device | |
| JP4488970B2 (en) | Operation management system for combined sewage systems | |
| CN114897272A (en) | Liquid level prediction method and device for sewage inspection well, electronic equipment and storage medium | |
| JP2001200645A (en) | Maintenance and management device for concrete structure | |
| JP3839361B2 (en) | Rainwater runoff coefficient prediction method, rainwater inflow prediction method, rainwater runoff coefficient prediction program, and rainwater inflow forecast program | |
| JP2005222444A (en) | Method and device for calculating statistical prediction value | |
| JPH05346807A (en) | Pump plant operation control device | |
| JP2007144277A (en) | System for controlling aeration | |
| JPH05134715A (en) | Neural network applicated device for predicting rail flow-in quantity | |
| JP3279703B2 (en) | Inflow water prediction method and inflow water prediction device | |
| JPH06102911A (en) | Method and device for predicting inflow water rate in drainage pump place | |
| JP2006187682A (en) | Method for estimating quality of inflow sewage water and support system for discharging rain water | |
| JPH0626093A (en) | Rain water pump operation supporting system | |
| JP4182460B2 (en) | Inflow sewage prediction device | |
| WO2022264422A1 (en) | Rainy weather water infiltration rate estimation device, rainy weather water infiltration rate estimation method, and program | |
| JP6503745B2 (en) | Method, program and apparatus for determining sensing location of sewer network | |
| JP2000276235A (en) | Wide area rainwater drainage system supporting device | |
| JP2864818B2 (en) | Operation support equipment for rainwater discharge facilities | |
| Breinholt et al. | Evaluation framework for control of integrated urban drainage systems |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20040528 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20060228 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20060905 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20061106 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20070109 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20070115 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110119 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120119 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130119 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130119 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140119 Year of fee payment: 7 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |