JP2003293344A - River water level predicting apparatus - Google Patents

River water level predicting apparatus

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JP2003293344A JP2002205386A JP2002205386A JP2003293344A JP 2003293344 A JP2003293344 A JP 2003293344A JP 2002205386 A JP2002205386 A JP 2002205386A JP 2002205386 A JP2002205386 A JP 2002205386A JP 2003293344 A JP2003293344 A JP 2003293344A
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岩 明 弘 長
Shunsuke Iwasaki
崎 俊 介 岩
Masaki Kunimi
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a river water level predicting apparatus which predicts the water level of a river with accuracy. <P>SOLUTION: The river water level predicting apparatus 11 comprises a water level measuring section 5 for measuring the water level of the river 4 and storing therein a measured value, rainfall measuring sections 7, 8 for measuring rainfall quantities of a river 2 and the river 4 and storing therein the quantities, and a water level predicting model 20 for predicting the water level of the river, based on the measured values. The water level predicting model 20 has an autoregressive portion and an FIR model portion, and the model 20 is identified by a model identifying section 21. The model identifying section separately calculates a parameter for the autoregressive section and a parameter for the FIR model section, based on the measured values. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

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、河川の水位を予測
する水位予測装置に係り、とりわけ河川の水位を精度良
く予測できる河川の水位予測装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a water level predicting apparatus for predicting a river water level, and more particularly to a river water level predicting apparatus capable of accurately predicting a river water level.

【0002】[0002]

【従来の技術】一般に、分水路が本流河川に合流する地
点には排水機場が設置されている。また排水機場には、
排水ポンプ場と本流河川に合流する分水路がある。通常
時は、分水路の水は自然流下で本流河川に合流している
が、大雨により本流河川側の水位が高くなった場合は、
本流河川から分水路側に逆流が起こり、分水路において
河川の氾濫が生じる恐れがある。このため大雨時には、
分水路と本流河川が合流する付近に設けられた水門を閉
鎖して、本流河川から分水路への逆流を防止した上で、
さらに排水ポンプにより分水路の水を本流河川へ放流し
ている。この際、排水ポンプの起動および起動させるポ
ンプ台数の増減のタイミングが重要であるが、適切なタ
イミングを把握するために河川の水位を精度良く予測
し、その河川水位予測結果に基づいて排水ポンプの運転
支援を行うことが望まれる。
2. Description of the Related Art Generally, a drainage pump station is installed at a point where a diversion channel joins a mainstream river. In addition, at the drainage pump station,
There is a drainage pump station and a diversion channel that joins the mainstream river. Normally, the water in the diversion channel merges into the main river under natural flow, but if the water level on the main river side increases due to heavy rain,
There is a risk of backflow from the mainstream river to the side of the diversion channel, resulting in flooding of the river in the diversion channel. Therefore, during heavy rain,
After closing the sluice provided near the confluence of the diversion channel and the main river, preventing backflow from the main river to the diversion channel,
In addition, the drainage pump discharges the water from the diversion channel to the main river. At this time, the timing of starting the drainage pumps and the increase / decrease of the number of pumps to start are important, but in order to grasp the appropriate timing, the water level of the river is accurately predicted, and the drainage pumps are predicted based on the river water level prediction results. It is desirable to provide driving assistance.

【0003】この排水ポンプの運転の支援および排水ポ
ンプの制御を目的とした河川水位予測においては、長期
の水位予測より1時間以内の短期の水位予測が重要であ
る。特に水位変化が急激に生じる状況における高精度な
水位予測を達成することが重要となる。この重要となる
理由として、一般に水門操作(全開⇔全閉)および排水
ポンプの起動に10分程度の時間がかかるため、一連の
操作に数十分程度の時間を必要とされる。この数十分程
度の時間の間に、水位変化の状況に応じて、求められる
要求(排水ポンプ運転台数および水門開度等)が変化す
る。従って、これら排水ポンプおよび水門等の操作の適
切なタイミングを決定することが、排水機場の運転にお
いて最も重要なポイントとなり、これを実現するために
1時間以内の高精度な水位予測がキーポイントとなる。
In the river water level prediction for the purpose of supporting the operation of the drainage pump and controlling the drainage pump, it is more important to predict the water level in a short period within one hour than to predict the water level in the long term. In particular, it is important to achieve highly accurate water level prediction in situations where water level changes occur rapidly. The reason for this importance is that it generally takes about 10 minutes to operate the water gate (fully open ⇔ fully closed) and to activate the drainage pump, and therefore a series of operations requires several tens of minutes. In the time of about several tens of minutes, the required requirements (the number of operating drainage pumps, the gate opening, etc.) change according to the state of water level change. Therefore, deciding the proper timing for the operation of these drainage pumps and sluices is the most important point in the operation of drainage pump stations, and in order to realize this, highly accurate water level prediction within one hour is a key point. Become.

【0004】河川水位予測を行うためには、予測のため
のモデルを構築する必要があり、この予測モデル構築の
手段の1つとして、実際に収集された水位および降雨量
等の時系列データに基づいてモデルを構築する方法が存
在する。この方法は、短時間かつ精度の高い予測を行う
場合に、最適である。
In order to predict the river water level, it is necessary to construct a model for the prediction. As one of the means for constructing this prediction model, the time series data such as the water level and the rainfall amount actually collected are used. There are ways to build a model based on. This method is optimal when making a prediction with high accuracy in a short time.

【0005】一般に時系列データに基づいてモデリング
を行う方法としては、多変量解析(重回帰分析等)、ニ
ューラルネットワークおよびシステム同定手法等が良く
知られており、広く産業分野で用いられている。これら
の手法は、相互に関連があり独立したものではないが、
このうちシステム同定手法は(時間的な)予測および制
御を目的としたモデル構築法として極めて有効である。
システム同定手法の最大の特徴は、モデリングに際し、
プロセスの時間的(または空間的)なダイナミクスを強
く意識してモデル構造およびパラメータ同定アルゴリズ
ムが考えられている点である。
Generally, as a method of modeling based on time series data, multivariate analysis (multiple regression analysis etc.), neural network and system identification method are well known and widely used in industrial fields. Although these techniques are interrelated and not independent,
Of these, the system identification method is extremely effective as a model construction method for the purpose of (temporal) prediction and control.
The greatest feature of the system identification method is
This is the point that model structure and parameter identification algorithms are being considered with a strong awareness of the temporal (or spatial) dynamics of the process.

【0006】またダイナミクスシステムとしての観点か
らの様々な解析(これに基づくモデル構築)が可能とな
る。例えば、プロセスに混入する外乱雑音の(通常フィ
ルターとして表現される)ダイナミックな特性の考慮、
周波数領域でのプロセス特性解析および極と零点の解析
を通じたプロセスの特性把握とプロセスモデルの低次元
化を行うことができる。これらのダイナミクスシステム
としての解析(とこれに基づくモデル構築)を行うこと
によって、予測精度の大幅な向上を図ることができる。
Further, various analyzes (model construction based on this) are possible from the viewpoint of a dynamics system. For example, taking into account the dynamic characteristics (usually expressed as a filter) of the disturbance noise that gets into the process,
Through process characteristic analysis in the frequency domain and analysis of poles and zeros, process characteristics can be grasped and the process model can be reduced in dimension. By performing analysis (and model building based on it) as a dynamics system, it is possible to significantly improve the prediction accuracy.

【0007】特に河川水位変動の様に、(1)様々な自
然現象(および人為的な操作)が相互に干渉し、このよ
うな複合要因の結果として水位変動が生じ、かつ(2)
河川水位の変動を生じさせる要因の多くは自然現象であ
り、人為的に操作することができない場合、すなわち上
述の(1)および(2)の特徴をもつ開放系の水位予測
を行う場合には、プロセスの外乱特性を適切な形で考慮
して水位予測モデルを構築することが、予測精度を向上
させる上で非常に重要なポイントとなる。
In particular, like river water level fluctuations, (1) various natural phenomena (and artificial operations) interfere with each other, and water level fluctuations occur as a result of such complex factors, and (2)
Many of the factors that cause fluctuations in river water level are natural phenomena and cannot be manipulated artificially, that is, when the open system water level prediction with the characteristics of (1) and (2) above is performed. , It is very important to construct a water level prediction model by considering the disturbance characteristics of the process in an appropriate manner in order to improve the prediction accuracy.

【0008】開放系の水位予測において、プロセス外乱
特性を適切に考慮することが重要となる理由は次の通り
である。開放系においては、予測モデルの入力となる要
因の多くは人為的に操作できないため、モデルを構築す
る際に得られる時系列データの数と質が限られる。これ
らの限られたデータから予測モデルを構築する際には、
考えられる要因をすべて予測モデルの入力として採用す
るよりも、予測に大きな影響を与えるいくつかの相互に
独立した要因を入力として採用した方が良いことが知ら
れている。しかしながら、これらの予測に大きな影響を
与える要因を用いて予測モデルを構築する際、考慮しな
かった残りの要因は外乱として水位予測に影響する。こ
のため、予測モデル構築において外乱特性を適切に考慮
することは、予測精度向上のために非常に重要となる。
The reason why it is important to properly consider the process disturbance characteristics in predicting the water level in an open system is as follows. In the open system, many of the factors that are input to the prediction model cannot be manipulated artificially, so the number and quality of time series data obtained when building the model are limited. When building a predictive model from these limited data,
It is known that it is better to adopt some mutually independent factors that have a large influence on prediction as inputs, than adopt all possible factors as inputs to the prediction model. However, when constructing a prediction model using the factors that have a great influence on these forecasts, the remaining factors that are not taken into consideration affect the water level forecast as disturbances. For this reason, it is very important to properly consider the disturbance characteristics in constructing the prediction model in order to improve the prediction accuracy.

【0009】河川水位予測において、複数箇所に設置さ
れた降雨量計データによる雨量データおよび上流側にあ
るポンプ所の吐出量は水位変動に影響を与えるが、これ
らのデータは相互に強い相関を有している(多変量解析
の分野において、「多重共線性」と呼ぶ)。
[0009] In river water level prediction, rainfall data from rainfall gauge data installed at a plurality of locations and discharge rate at an upstream pump station have an effect on water level fluctuations, but these data have a strong correlation with each other. (In the field of multivariate analysis, it is called "multicollinearity").

【0010】雨量データ同士が強い相関を有するのは自
然現象として当然であり、また雨量データとポンプ吐出
量が相関を持つのは、雨量が多ければ吐出量もそれに応
じて多くなるからである。そのため、どの雨量データあ
るいはポンプ吐出量データが各々どれ位、水位変動に影
響を与えたかを時系列データから区別するのは困難であ
る。従って、これらの雨量データと吐出量データの中か
ら、いくつかの主要な要因と思われるものを選択し、選
択された主要な要因を入力として用い、予測モデルを構
築することになる(これは、予測モデルのパラメータを
同定する際に、数値的安定性の観点からも必要とな
る)。
It is natural that the rainfall data have a strong correlation with each other as a natural phenomenon, and the reason that the rainfall data and the pump discharge amount have a correlation is that if the rainfall amount is large, the discharge amount also increases accordingly. Therefore, it is difficult to distinguish from the time-series data how much rainfall data or pump discharge data affected the water level fluctuation. Therefore, from these rainfall and discharge data, we will select some of the possible major factors and use the selected major factors as inputs to build a predictive model. , It is also necessary from the viewpoint of numerical stability when identifying the parameters of the prediction model).

【0011】ここで、例えば降雨量を入力とした場合
に、上流側にあるポンプ所の吐出量が何らかの理由で降
雨と相関を持たない様な形で変動し、予測対象である河
川水位に影響した場合には、この吐出量は外乱として河
川水位に作用する。すなわち、外乱の作用が適切に予測
モデルに取り込まれていなければ予測精度が劣化してし
まうため、この外乱特性を適切に考慮して予測モデルを
構築する必要がある。
[0011] Here, for example, when rainfall is input, the discharge rate of the pump station on the upstream side fluctuates for some reason so as not to correlate with rainfall, and affects the river water level to be predicted. In this case, this discharge amount acts on the river water level as a disturbance. That is, since the accuracy of prediction deteriorates unless the effect of disturbance is properly incorporated into the prediction model, it is necessary to construct the prediction model by appropriately considering this disturbance characteristic.

【0012】ところでシステム同定法において、適用さ
れるモデルの中で外乱特性を記述する様々な方法があ
る。このような外乱特性を記述する方法として大きく分
けると、ARX(Autoregressive mo
del with exogenous input
;ARX)モデルに代表される式誤差モデルと、FI
R(Finite Impulse Respons
e)モデルに代表される出力誤差モデルとがある(厳密
にはFIRモデルは、出力誤差モデルであると同時に式
誤差モデルでもあるが、予測の観点からは出力誤差モデ
ルと考える方がよい)。この外乱特性の記述法の違い
は、結果的に予測方法の違いとなって現われ、さらにこ
の予測方法の違いが予測精度に影響を与える。
By the way, in the system identification method, there are various methods for describing the disturbance characteristic in the model to be applied. The method for describing such disturbance characteristics is roughly divided into ARX (Autogressive mo
del with exogenous input
An error model represented by the ARX model and FI
R (Finite Impulse Responses)
e) There is an output error model represented by a model (strictly speaking, the FIR model is both an output error model and an expression error model, but it is better to consider it as an output error model from the viewpoint of prediction). The difference in the description method of the disturbance characteristic appears as a difference in the prediction method, and the difference in the prediction method affects the prediction accuracy.

【0013】ARXモデル(式誤差モデル)において
は、河川水位変化の間接要因である過去の水位変化の自
己回帰部分による予測と、河川水位変化の直接要因であ
る降雨量およびポンプ吐出量等の外部入力部分による予
側と、によって河川水位予測が行われる。一方、FIR
モデル(出力誤差モデル)おいては、直接要因である外
部入力による予測によってのみ河川水位予測が行われ
る。ここで過去の河川水位を間接要因としたのは、直接
要因である降雨量や上流側ポンプ吐出量の変化の結果と
して過去の水位が変化し、その過去の水位が未来の水位
に変化を与えているからである。すなわち、過去の水位
は未来の水位を変化させるための「本当の要因」ではな
いからである。
In the ARX model (formula error model), the prediction of the past water level change which is an indirect factor of the river water level change by the autoregressive part, and the external factors such as rainfall and pump discharge which are the direct factors of the river water level change The river water level is predicted by the input side and the prediction side. On the other hand, FIR
In the model (output error model), the river water level is predicted only by the prediction by external input which is a direct factor. Here, the past river water level is taken as an indirect factor because the past water level changes as a result of changes in rainfall and upstream pump discharge, which are direct factors, and the past water level changes the future water level. Because it is. That is, the past water level is not the "real factor" for changing the future water level.

【0014】上述の2つの予測モデルによる予測方法は
各々以下の様な特徴を有している。
The prediction methods based on the above two prediction models have the following features.

【0015】(1)予測モデルがARXモデルの場合、
例えば上述の上流側ポンプ吐出量のような外乱による水
位変動がある場合においても、予測モデルは自己回帰部
分で実測水位を予測に取り込んでいる。このため予測モ
デルは、外乱に対してある程度頑強に対処することがで
き、予測を修正することができる。一方で、予測モデル
において、前述の様に限られたデータによってしか同定
を行うことができないため、降雨などの直接要因を正し
く同定できない。これにより、間接要因である自己回帰
部分が相対的に予測に大きく影響を与える様に、予測モ
デルのパラメータが同定されてしまう場合が多い。さら
に、直接要因である降雨量およびポンプ吐出量等の外部
入力が急激に変化しても、予測モデルは間接要因である
過去の河川水位を考慮してから、この外部入力の急激な
変化を予測に反映する。すなわち、予測が後追いになっ
てしまい、特に急激な水位変化時において予測精度が劣
化する。
(1) When the prediction model is the ARX model,
For example, even when there is a water level fluctuation due to a disturbance such as the above-described upstream pump discharge amount, the prediction model incorporates the actually measured water level in the prediction in the autoregressive part. Therefore, the prediction model can deal with the disturbance to some extent robustly and can correct the prediction. On the other hand, in the prediction model, since the identification can be performed only by the limited data as described above, the direct factors such as rainfall cannot be identified correctly. As a result, the parameters of the prediction model are often identified such that the autoregressive part, which is an indirect factor, has a large influence on the prediction. Furthermore, even if external inputs such as rainfall and pump discharge, which are direct factors, change rapidly, the prediction model considers past river water levels, which are indirect factors, and then predicts this rapid change in external inputs. Reflect on. That is, the prediction is behind, and the prediction accuracy deteriorates especially when the water level changes abruptly.

【0016】(2)予測モデルがFIRモデルの場合、
予測モデルは直接要因である外部入力の項のみを有して
いる。それにより、パラメータの同定のために用いるこ
とのできるデータの数および質が限られることから、間
接要因にパラメータの同定結果が左右されることは無
い。したがって急激な水位変化時に予測が後追いになる
という問題は無く、また予測モデルは予測精度が悪い場
合に、どの要因が主たる原因なのかを比較的容易に判断
できる。しかしながら、その一方で予測モデルは入力と
して採用しなかった何らかの要因によって水位が変動す
る場合に対処できず、予期しない水位変化が起こった場
合の予測の修正ができない。
(2) When the prediction model is the FIR model,
The predictive model has only external input terms that are direct factors. As a result, the number and quality of data that can be used for parameter identification are limited, so that the indirect factor does not influence the parameter identification result. Therefore, there is no problem that the prediction is behind when there is a sudden change in water level, and the prediction model can relatively easily determine which factor is the main cause when the prediction accuracy is poor. On the other hand, however, the prediction model cannot deal with the case where the water level fluctuates due to some factor that is not adopted as an input, and cannot correct the prediction when an unexpected water level change occurs.

【0017】[0017]

【発明が解決しようとする課題】上述したように、河川
水位予測の様な開放系の予測に対して、単純にARXモ
デルまたはFIRモデルを適用して予測を行うと、
(3)(特に急激な水位変化時における)予測精度の劣
化(予測の後追い)(4)考慮していない要因の影響に
よる水位の予測精度の劣化、という2つの問題が生じ、
この両方を同時に解決することは困難である。
As described above, if an ARX model or an FIR model is simply applied to the prediction of an open system such as a river water level prediction,
(3) Deterioration of prediction accuracy (especially when the water level suddenly changes) (following prediction) (4) Deterioration of water level prediction accuracy due to the influence of factors not taken into consideration
It is difficult to solve both of them at the same time.

【0018】本発明は、このような点を考慮してなされ
たものであり、上記(3)および(4)の両方に対処で
きるような予測モデルを構築し、精度良く水位を予測す
ることができる河川の水位予測装置を提供することを目
的とする。
The present invention has been made in consideration of such a point, and it is possible to construct a prediction model capable of coping with both the above (3) and (4) and accurately predict the water level. The object is to provide a water level prediction device for a river that can be used.

【0019】[0019]

【課題を解決するための手段】本発明は、河川の水位変
動要因を計測する河川水位変動要因計測部と、河川水位
変動要因計測部からの情報に基づいて河川の水位を予測
するとともに、過去から現在までの水位に基づいて水位
を予測する第1予測モデル部分、および過去から現在ま
での河川水位変動要因計測部からの情報に基づいて水位
を予測する第2予測モデル部分を、有する水位予測モデ
ルと、水位予測モデルの同定を行うモデル同定部とを備
え、モデル同定部は水位予測モデルの第1予測モデル部
分のパラメータと第2予測モデル部分のパラメータのう
ち少なくとも一方を河川水位変動要因計測部からの情報
に基づいて求めることを特徴とする河川の水位予測装置
である。
[Means for Solving the Problems] The present invention predicts the river water level based on the information from the river water level fluctuation factor measuring unit for measuring the river water level fluctuation factor and the river water level fluctuation factor measuring unit. Water level prediction that has a first prediction model part that predicts the water level based on the water level from the present to the present, and a second prediction model part that predicts the water level based on the information from the river water level fluctuation factor measurement unit from the past to the present A model and a model identification unit that identifies the water level prediction model are provided. The model identification unit measures at least one of the parameters of the first prediction model part and the parameters of the second prediction model part of the water level prediction model for measuring river water level fluctuation factors. This is a river water level prediction device characterized by being obtained based on information from the department.

【0020】本発明は、水位予測モデルは、その雑音部
分に予めフィルタを通したノイズ部をもち、第1予測モ
デル部分のパラメータはフィルタを設計することにより
特定され、モデル同定部は、第2予測モデル部分のパラ
メータのみを求めることを特徴とする河川の水位予測装
置である。
According to the present invention, the water level prediction model has a noise part obtained by filtering the noise part in advance, the parameters of the first prediction model part are specified by designing the filter, and the model identification part is the second part. This is a river water level prediction device characterized by obtaining only parameters of a prediction model part.

【0021】本発明は、河川変動要因は複数設定され、
モデル同定部は、河川変動要因のうち特定の河川水位変
動要因に基づいて水位予測モデルの第1予測モデル部分
のパラメータと当該河川水位変動要因に対応する第2予
測モデル部分のパラメータを求め、求められた第1予測
モデル部分のパラメータと当該河川水位変動要因に対応
する第2予測モデル部分のパラメータに基づいて、他の
河川水位変動要因に対応する第2予測モデル部分のパラ
メータを求めることを特徴とする河川の水位予測装置で
ある。
In the present invention, a plurality of river variation factors are set,
The model identification unit obtains and obtains the parameters of the first prediction model part of the water level prediction model and the parameters of the second prediction model part corresponding to the river water level fluctuation factor based on the specific river water level fluctuation factor among the river fluctuation factors. A parameter of the second prediction model part corresponding to another river water level fluctuation factor is obtained based on the parameter of the first prediction model part and the parameter of the second prediction model part corresponding to the river water level fluctuation factor. This is a river water level prediction device.

【0022】本発明は、モデル同定部は水位予測モデル
の第1予測モデル部分のパラメータと第2予測モデル部
分のパラメータを河川水位変動要因計測部からの情報に
基づいて各々独立して求め、さらに第1予測モデル部分
のパラメータと第2予測モデル部分のパラメータに対し
て水位予測モデルのパラメータとして適合させるよう予
め設定された変換を行うことを特徴とする河川の水位予
測装置である。
According to the present invention, the model identification section independently obtains the parameters of the first prediction model part and the parameters of the second prediction model part of the water level prediction model, based on the information from the river water level fluctuation factor measurement section, respectively. A water level prediction device for a river, characterized by performing a preset conversion so as to match the parameters of the first prediction model part and the parameters of the second prediction model part as parameters of the water level prediction model.

【0023】本発明は、水位予測モデルのノイズ部は、
所望の周波数帯域において重み付けされていることを特
徴とする河川の水位予測装置である。
According to the present invention, the noise part of the water level prediction model is
A water level predicting apparatus for a river characterized by being weighted in a desired frequency band.

【0024】本発明は第1予測モデル部分のパラメータ
と特定の河川水位変動要因に対応する第2予測モデル部
分のパラメータに基づいて、他の河川水位変動要因に対
応する第2予測モデル部分のパラメータを求める際、第
1予測モデル部分の周波数特性に適合した計算式を用い
ることを特徴とする河川の水位予測装置である。
The present invention is based on the parameters of the first prediction model part and the parameters of the second prediction model part corresponding to a specific river water level fluctuation factor, and the parameters of the second prediction model part corresponding to other river water level fluctuation factors. The water level predicting apparatus for a river is characterized by using a calculation formula adapted to the frequency characteristic of the first predictive model portion when calculating.

【0025】本発明は、第1予測モデル部分のパラメー
タと第2予測モデル部分のパラメータに対して水位予測
モデルのパラメータとして適合させるよう変換する際、
可観測正準形を用いて変換することを特徴とする河川の
水位予測装置である。
According to the present invention, when the parameters of the first prediction model part and the parameters of the second prediction model part are converted so as to be adapted as the parameters of the water level prediction model,
This is a river water level prediction device characterized by conversion using an observable canonical form.

【0026】本発明によれば、急激な水位変化時におけ
る水位予測精度の劣化および考慮していない要因の影響
による水位の予測精度の劣化を防止して、精度良く水位
を予測することができる。
According to the present invention, it is possible to accurately predict the water level by preventing the deterioration of the water level prediction accuracy when the water level changes abruptly and the deterioration of the water level prediction accuracy due to the influence of factors not taken into consideration.

【0027】[0027]

【発明の実施の形態】第1の実施の形態 以下、図1、図2および図4を参照して本発明による河
川の水位予測装置の第1の実施の形態について説明す
る。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION First Embodiment A first embodiment of a river water level prediction device according to the present invention will be described below with reference to FIGS. 1, 2 and 4.

【0028】第1の実施の形態は、河川の水位予測装置
で用いる水位予測モデルの同定にあたって、水位予測モ
デルのうち自己回帰部分のパラメータをフィルタ設計時
に特定するとともに、FIRモデル部分のパラメータの
みをモデル固定部により求めるものである。
In the first embodiment, when identifying the water level prediction model used in the river water level prediction device, the parameters of the autoregressive part of the water level prediction model are specified at the time of filter design, and only the parameters of the FIR model part are specified. It is obtained by the model fixing unit.

【0029】図2に示すように、分水路4が本流河川2
に合流する地点に排水機場1が設置され、分水路4と合
流した本流河川2は、海10に連なっている。また分水
路4と本流河川2が合流する付近には、本流河川2から
分水路4への逆流を防止する水門3と、水門3により本
流河川2から分水路4への逆流を防止し、分水路4の水
を本流河川2へ放流するポンプ(排水ポンプ)9が設け
られている。
As shown in FIG. 2, the diversion channel 4 is the main river 2.
A drainage pump station 1 is installed at a point where the main stream river 2 that joins the diversion channel 4 is connected to the sea 10. In the vicinity where the watershed 4 and the main river 2 merge, a sluice 3 for preventing backflow from the mainstream river 2 to the watershed 4 and a sluice 3 for preventing backflow from the mainstream river 2 to the watershed 4 are provided. A pump (drainage pump) 9 for discharging the water in the waterway 4 to the mainstream river 2 is provided.

【0030】図1は、本発明による河川の水位予測装置
の第1の実施の形態を示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing a first embodiment of a water level predicting apparatus for a river according to the present invention.

【0031】図1に示すように、本発明による河川の水
位予測装置11は、分水路4に設けられ、過去から現在
までの分水路(河川)4の水位を計測する水位計測部5
と、本流河川2および分水路4に各々一つずつ設けら
れ、過去から現在までの河川2、4流域の降雨量を計測
する降雨量計測部7、8とを備えている。
As shown in FIG. 1, a river water level predicting apparatus 11 according to the present invention is provided in a water diversion channel 4, and a water level measuring unit 5 for measuring the water level of the water diversion channel (river) 4 from the past to the present.
And the rainfall measuring units 7 and 8 provided in the main river 2 and the diversion channel 4, respectively, for measuring rainfall in the rivers 2 and 4 from the past to the present.

【0032】また海10には、過去から現在までの海1
0の潮位を計測する潮位計測部6が設置されている。さ
らにポンプ9には、過去から現在までのポンプ9の吐出
量(ポンプの運転状況)を計測する吐出量計測部16が
設置され、水門3には、過去から現在までの水門3の開
閉度(水門運用状況)を計測する開閉度計測部15が設
置されている。そしてこれら水位計測部5,潮位計測部
6、降雨量計測部7,8、吐出量計測部16、および開
閉度計測部15は、入出力データ保存手段30を介して
モデル同定部21により同定される水位予測モデル20
に接続されている。
The sea 10 is the sea 1 from the past to the present.
A tide level measuring unit 6 for measuring a tide level of 0 is installed. Further, the pump 9 is provided with a discharge amount measuring unit 16 for measuring the discharge amount (pump operating condition) of the pump 9 from the past to the present, and the floodgate 3 has an opening / closing degree of the floodgate 3 from the past to the present ( An opening / closing degree measuring unit 15 for measuring the sluice operation status) is installed. The water level measuring unit 5, the tide level measuring unit 6, the rainfall amount measuring units 7 and 8, the discharge amount measuring unit 16, and the opening / closing degree measuring unit 15 are identified by the model identifying unit 21 via the input / output data storage unit 30. Water level prediction model 20
It is connected to the.

【0033】モデル同定部21は、自己回帰パラメータ
22と、吐出量パラメータ23と、開閉度パラメータ2
4と、降雨量パラメータ25と、水位パラメータ26
と、潮位パラメータ27とを有する水位予測モデル20
の同定を行なうものである。すなわちモデル同定部21
は吐出量計測部16からの吐出量と、開閉度計測部15
からの開閉度と、水位計測部5からの水位と、各降雨量
計測部7、8からの降雨量と、潮位計測部6からの潮位
に基づいて、各パラメータの次数および各パラメータの
係数を決定し、確定された水位予測モデル20を構築す
る。
The model identification unit 21 includes an autoregressive parameter 22, a discharge amount parameter 23, and an opening / closing degree parameter 2.
4, the rainfall parameter 25, and the water level parameter 26
And a water level prediction model 20 having a tide level parameter 27
Is to be identified. That is, the model identification unit 21
Is the discharge amount from the discharge amount measuring unit 16 and the opening / closing degree measuring unit 15
The degree of each parameter and the coefficient of each parameter are calculated based on the degree of opening and closing from the water level, the water level from the water level measuring unit 5, the rainfall amount from each of the rainfall amount measuring units 7 and 8, and the tide level from the tide level measuring unit 6. The water level prediction model 20 that has been determined and confirmed is constructed.

【0034】次にこのような構成からなる実施の形態の
作用について説明する。
Next, the operation of the embodiment having such a configuration will be described.

【0035】潮位計測部6は、海10の潮位を計測し、
各降雨量計測部7、8は、本流河川2流域および分水路
4流域の降雨量を計測する。また水位計測部5は、分水
路4の水位を計測し、吐出量計測部16は、ポンプ9の
吐出量を計測し、開閉度計測部15は、水門3の開閉度
を計測する。
The tide level measuring unit 6 measures the tide level of the sea 10,
The rainfall measuring units 7 and 8 measure the rainfall in the two main river basins and the four watersheds. Further, the water level measuring unit 5 measures the water level of the diversion channel 4, the discharge amount measuring unit 16 measures the discharge amount of the pump 9, and the opening / closing degree measuring unit 15 measures the opening degree of the sluice 3.

【0036】このうち潮位計測部6、降雨量計測部7,
8、開閉度計測部15、および吐出量計測部16は、河
川の水位変動要因である潮位、降雨量、開閉度を計測す
る変動要因計測部となる。
Of these, the tide level measuring unit 6, the rainfall amount measuring unit 7,
The opening / closing degree measuring unit 15 and the discharge amount measuring unit 16 serve as a changing factor measuring unit for measuring the tide level, the rainfall amount, and the opening / closing degree, which are the factors of water level variation in the river.

【0037】潮位計測部6、各降雨量計測部7、8、水
位計測部5、吐出量計測部16および開閉度計測部15
は、計測された潮位、降雨量、水位、吐出量および開閉
度を入出力データ保存手段30に送って保存する。入出
力データ保存手段30は過去から現在までの計測値を時
系列に保存した後、モデル同定部21および水位予測モ
デル20へ送る。モデル同定部21は、送信された潮
位、降雨量、水位、吐出量および開閉度に基づいて、水
位予測モデル20について同定を行い、水位予測モデル
の各パラメータの次数および各パラメータの係数を決定
し、確定した水位予測モデル20を構築する。
The tide level measuring unit 6, the rainfall amount measuring units 7 and 8, the water level measuring unit 5, the discharge amount measuring unit 16 and the opening / closing degree measuring unit 15
Sends the measured tide level, rainfall amount, water level, discharge amount and opening / closing degree to the input / output data storage means 30 for storage. The input / output data storage means 30 stores the measured values from the past to the present in time series, and then sends them to the model identification unit 21 and the water level prediction model 20. The model identification unit 21 identifies the water level prediction model 20 based on the transmitted tide level, rainfall amount, water level, discharge rate, and opening / closing degree, and determines the order of each parameter of the water level prediction model and the coefficient of each parameter. , And establishes the fixed water level prediction model 20.

【0038】次に、確定した水位予測モデル20によ
り、潮位計測部6、降雨量計測部7,8、吐出量計測部
16および開閉度計測部15から送られる潮位、降雨
量、吐出量および開閉度に基づいて、河川2の水位が予
測される。
Next, by the determined water level prediction model 20, the tide level, the rainfall amount, the discharge amount and the opening / closing amount sent from the tide level measuring unit 6, the rainfall amount measuring units 7 and 8, the discharge amount measuring unit 16 and the opening / closing degree measuring unit 15. Based on the degree, the water level of the river 2 is predicted.

【0039】水位予測モデル20により河川2の水位が
予測されると、予測水位は表示装置31により表示され
るとともに、運転支援手段32へ送られる。
When the water level of the river 2 is predicted by the water level prediction model 20, the predicted water level is displayed on the display device 31 and sent to the driving support means 32.

【0040】次に、上述の水位予測モデルについて同定
を行って、水位予測モデルの各パラメータの次数および
各パラメータの係数を決定する方法について、図4によ
り詳細に説明する。
Next, a method of identifying the above water level prediction model and determining the order of each parameter and the coefficient of each parameter of the water level prediction model will be described in detail with reference to FIG.

【0041】水位予測モデル20は下記の(1式)に示
すARXモデルを含んでいる。
The water level prediction model 20 includes an ARX model shown in the following (1 expression).

【0042】[0042]

【数1】 ここで、上記(1式)の各パラメータは以下を示してい
る。
[Equation 1] Here, each parameter of the above (equation 1) shows the following.

【0043】 u (k) :潮位計測部からの潮位(入力) u (k) :降雨量計測部からの降雨量(入力) u (k) :吐出量計測部からの吐出量(入力) y(k) :河川の水位(出力) e(k) :ノイズ部 A(z) :自己回帰パラメータ(自己回帰部分)22 B(z) :潮位パラメータ(潮位(入力)に対する
FIRモデル部分)27 B(z) :降雨量パラメータ(降雨量(入力)に対
するFIRモデル部分)25 B(z) :吐出量パラメータ(吐出量(入力)に対
するFIRモデル部分)23 z :シフトオペレータ 上記パラメータのうち自己回帰部分22は過去から現在
までの河川の水位に基づいて水位を予測する第1予測モ
デル部分となり、FIRモデル部分23,24,25,
27は過去から現在までの河川の水位変動要因計測部
6,7,8,15,16からの情報に基づいて水位を予
測する第2予測モデル部分となる。
U 1 * (k): tide level (input) from the tide level measurement unit u 2 * (k): rainfall amount (input) from the rainfall amount measurement unit u 3 * (k): discharge amount from the discharge amount measurement unit Discharge rate (input) y * (k): River water level (output) e (k): Noise part A (z): Autoregressive parameter (autoregressive part) 22 B 1 (z): Tide level parameter (tide level (input ) 27 B 2 (z): Rainfall parameter (FIR model part for rainfall (input)) 25 B 3 (z): Discharge amount parameter (FIR model part for discharge (input)) 23 z : Shift operator Among the above parameters, the auto-regression part 22 becomes the first prediction model part that predicts the water level based on the water level of the river from the past to the present, and the FIR model parts 23, 24, 25,
Reference numeral 27 is a second prediction model part for predicting the water level based on the information from the river water level fluctuation factor measurement units 6, 7, 8, 15, 16 from the past to the present.

【0044】まず、モデル同定部21が入力として潮位
(k)のみを考慮した下記(2式)を用いて、潮位
(k)のB(z)(潮位パラメータ)27の同
定を行う方法について説明する。
First, the model identifying unit 21 uses the following (equation 2) in which only the tide level u 1 (k) is considered as an input, and the B 1 (z) (tide level parameter) 27 of the tide level u 1 * (k) is calculated. A method for performing identification will be described.

【0045】モデル同定部21は、上記(1式)より、
入力として潮位u (k)のみを考慮した下記(2
式)を求める。
From the above (1), the model identifying unit 21
Considering only tide level u 1 * (k) as input, the following (2
Formula).

【0046】[0046]

【数2】 モデル同定部21は、フィルタを含むノイズ部により、
水位予測モデルの変換を水位予測モデルに対して行う。
すなわちモデル同定部21は、上記(2式)をARXモ
デルの雑音部分に予めフィルタL(z)を通したノイズ
モデルを持つように変換し、下記の(3式)を求める。
[Equation 2] The model identification unit 21 uses the noise unit including the filter to
Convert the water level prediction model to the water level prediction model.
That is, the model identifying unit 21 transforms the above-described (2) so that the noise part of the ARX model has a noise model that has passed through the filter L (z) in advance, and obtains the following (3).

【0047】[0047]

【数3】 すなわち上記(4式)および(5式)において、予め入
力データおよび出力データから差分をとることになる。
これは従来のシステム同定手法では対処できないオフセ
ットについて効果的に対処できることを意味し、同定精
度の向上を図ることができる。一般的に上記(4式)お
よび(5式)のように差分をとったデータは、オフセッ
トを除去する効果があり、低周波数帯域において0に近
いゲインを持つハイパスフィルタにも同様の機能があ
る。すなわちハイパスフィルタに予めデータをフィルタ
リングすることにより、オフセットを除去することが可
能となる。また、このハイパスフィルタは同定する対象
ではなく、設計の対象であることから目的に応じて、こ
のハイパスフィルタを設計することができるという特徴
がある。
[Equation 3] That is, in the above equations (4) and (5), the difference is calculated in advance from the input data and the output data.
This means that an offset that cannot be dealt with by the conventional system identification method can be effectively dealt with, and the identification accuracy can be improved. Generally, the data obtained by taking the difference as in the above equations (4) and (5) has an effect of removing an offset, and a high pass filter having a gain close to 0 in a low frequency band also has a similar function. . That is, it is possible to remove the offset by filtering the data in advance with the high-pass filter. Further, since this high-pass filter is not an identification target but a design target, the high-pass filter can be designed according to the purpose.

【0048】モデル同定部21は、上記(3式)におい
て自己回帰パラメータA(z)=1を代入し、下記の
(6式)を求める。すなわちモデル同定部21は、潮位
パラメータ(FIRモデル部分)B(z)27のみに
ついて同定を行い、潮位パラメータ(FIRモデル部
分)B(z)27の次数および係数を決定する。
The model identification unit 21 substitutes the autoregressive parameter A (z) = 1 in the above (Equation 3) to obtain the following (Equation 6). That model identification section 21 performs the tide level parameter (FIR model portion) B 1 (z) 27 only for the identification, to determine the order and coefficients of tidal parameters (FIR model portion) B 1 (z) 27.

【0049】ここで、B(z)=
−1−2+・・・+−mとする。
[0049] Here, B 1 (z) = 1 b 0 + 1 b 1 z
And -1 + 1 b 2 z -2 + ··· + 1 b m z -m.

【0050】[0050]

【数4】 上述したようにモデル同定部21は、水位計測部5から
の水位と、潮位計測部6からの潮位に基づいて、最小二
乗法を用いて上記(式7)の潮位パラメータB (z)
27の同定を行い、潮位パラメータ(FIR部分)B
(z)27の次数および係数を決定する。ここで、モデ
ル同定部21は、最小二乗法を用いてパラメータの同定
を行っているが、他の方法を用いて同定を行っても良い
(以下、パラメータの同定において、同様とする)。
[Equation 4] As described above, the model identification unit 21 is
Based on the water level of the
Using the multiplication method, the tide level parameter B in (Equation 7) above 1(Z)
27 are identified and the tide level parameter (FIR part) B1
(Z) Determine the order and coefficient of 27. Where the model
The parameter identification unit 21 identifies parameters using the least squares method.
However, identification may be performed using other methods.
(Hereinafter, the same shall apply to identification of parameters).

【0051】なおモデル同定部21は、他の入力である
降雨量u (k)のB(z)(降雨量パラメータ)
25に関してもB(z)と同様に、B(z)(降雨
量パラメータ)25の次数および係数を決定し、吐出量
(k)のB(z)(吐出量パラメータ)23に
関してもB(z)と同様に、B(z)(吐出量パラ
メータ)23の次数および係数を決定する。
The model identification unit 21 uses B 2 (z) (rainfall amount parameter) of the other input amount of rainfall u 2 * (k).
For 25, the order and coefficient of B 2 (z) (rainfall amount parameter) 25 are determined similarly to B 1 (z), and B 3 (z) (discharge amount parameter) of discharge amount u 3 * (k) is determined. Regarding 23 as well, similarly to B 1 (z), the order and coefficient of B 3 (z) (ejection amount parameter) 23 are determined.

【0052】なお上式(式7)において、L(z)は設
計パラメータであることから、モデル同定部21は(式
7)のFIRモデル部分(B(z))28のみについ
て同定を行う。しかしながら、モデル同定部21が(式
7)のFIRモデル部分(B (z))28のみについ
て同定したとしても、(式7)において自己回帰部分
(1−L(z))22が含まれていることから、予測水
位を求める過程において、自己回帰部分(1−L
(z))22が考慮されることになる。
In the above equation (Equation 7), L (z) is a setting
Since it is a total parameter, the model identification unit 21
7) FIR model part (B1(Z)) Only for 28
Identify. However, the model identification unit 21
7) FIR model part (B 1(Z)) Only for 28
Auto-regressive part in (Equation 7)
Since (1-L (z)) 22 is included, the predicted water
In the process of finding the rank, the autoregressive part (1-L
(Z)) 22 will be considered.

【0053】以上説明したように本実施の形態によれ
ば、予測水位を求める過程において自己回帰部分(1−
L(z))22が考慮されることにより、出力である水
位y(k)の過去を考慮することができ、未知の外乱に
対しても頑強な予測結果が期待できる。その一方で、モ
デル同定部21は、FIRモデル部分(B(z))2
8のみについて同定を行っているので、自己回帰部分2
2の影響を減少させ、急激な水位変化に対して予測が後
追いになってしまう現象を避けることができる。
As described above, according to the present embodiment, the autoregressive part (1-
By considering L (z) 22, the past of the water level y (k) which is an output can be considered, and a robust prediction result can be expected even for an unknown disturbance. On the other hand, the model identifying unit 21 uses the FIR model portion (B 1 (z)) 2
Since only 8 are identified, the autoregressive part 2
It is possible to reduce the effect of 2 and avoid the phenomenon that the prediction is behind the sudden water level change.

【0054】ここでL(z)(設計パラメータ)として
は、非常に変化の早い外部入力の予測精度を高めるた
め、上述した差分フィルタ(ハイパスフィルタ)が設計
されているが、一定の速さ以上の変化を外乱と見なした
い場合は、一定の帯域幅(一般に高域側)を持つよう重
み付けされたバンドパスフィルタを設計してもよい。す
なわちL(z)(設計パラメータ)おいて、予測精度を
高めたい周波数帯域を設計者が選択することができる。
As L (z) (design parameter), the above-described differential filter (high-pass filter) is designed in order to improve the prediction accuracy of the external input that changes very rapidly. When it is desired to regard the change of as a disturbance, a weighted bandpass filter may be designed so as to have a constant bandwidth (generally on the high frequency side). That is, the designer can select the frequency band for which the prediction accuracy is desired to be increased in L (z) (design parameter).

【0055】例えば10分先から30分先までの水位予
測が必要な場合においては、その予測時間に対応する
0.007rad/sから0.01rad/sまでの周
波数帯域を選択するようにする。
For example, when it is necessary to predict the water level from 10 minutes to 30 minutes ahead, the frequency band from 0.007 rad / s to 0.01 rad / s corresponding to the prediction time is selected.

【0056】なおモデル同定部21は、(6式)におい
てL(z)=1として、自己回帰部分(1−L(z))
22を考慮せずにFIRモデル部分28のみを同定する
だけで水位予測モデルを構築することが可能となる。外
乱の影響が無視できるようなケースにおいて、FIRモ
デル部分28のみを同定する手法は、入力の出力に対す
る影響を考慮しながら同定を行うことができるため、十
分な数と、十分な質の入力が得られている場合、自然現
象に対する同定において有効な手段となる。
The model identification unit 21 sets L (z) = 1 in (Equation 6) and sets the autoregressive portion (1-L (z)).
It is possible to construct the water level prediction model by only identifying the FIR model portion 28 without considering 22. In the case where the influence of the disturbance can be ignored, the method of identifying only the FIR model portion 28 can perform the identification while considering the influence of the input on the output, so that a sufficient number and sufficient quality of the input can be obtained. If obtained, it will be an effective means for identification against natural phenomena.

【0057】次に本発明の変形例について説明する。Next, a modification of the present invention will be described.

【0058】本発明は、河川4の水位予測プロセスを対
象としているが、これに限らず、雨水ポンプ場への雨水
流入量予測プロセス、下水道管渠内幹線流量および水位
予測プロセス、上下水処理プロセス等の自然現象を同定
対象とする開放系プロセスを対象としてもよい。
The present invention is intended for the water level prediction process of the river 4, but not limited to this, the rainwater inflow amount prediction process to the rainwater pumping station, the sewer trunk trunk flow rate and water level prediction process, and the water treatment process. It is also possible to target an open process whose target is a natural phenomenon such as.

【0059】第2の実施の形態 次に図1および図5により本発明の第2の実施の同定に
ついて説明する。
Second Embodiment Next, the identification of the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 5.

【0060】図1は、本発明による河川の水位予測装置
の第2の実施の形態を示している。
FIG. 1 shows a second embodiment of the river water level prediction apparatus according to the present invention.

【0061】第2の実施の形態は、水位予測モデルの同
定にあたって、まず、晴天時における河川水位変動要因
に基づいて自己回帰部分のパラメータとFIRモデル部
分のパラメータを求め、その後雨天時および大雨時にお
ける他の河川水位変動要因に基づいて他のFIRモデル
部分のパラメータを順次求めるものである。
In the second embodiment, in identifying the water level prediction model, first, the parameters of the auto-regression part and the parameters of the FIR model part are obtained based on the river water level fluctuation factors in fine weather, and then in rainy weather and heavy rain. The parameters of other FIR model parts are sequentially obtained on the basis of the other river water level fluctuation factors in.

【0062】第2実施の形態において、水位予測モデル
の各パラメータの次数および各パラメータの係数の決定
方法が異なるのみであり、他は第1の実施の形態と略同
一である。第2の実施の形態において、第1の実施の形
態と同一部分ついては詳細な説明は省略する。
The second embodiment is substantially the same as the first embodiment except for the method of determining the order of each parameter and the coefficient of each parameter of the water level prediction model. In the second embodiment, detailed description of the same parts as those in the first embodiment will be omitted.

【0063】モデル同定部21は、水位計測部5からの
水位と、降雨量計測部7、8からの降雨量とに基づい
て、潮位パラメータ27または降雨量パラメータ25の
うちいずれか一方に関するパラメータの次数およびパラ
メータの係数と、自己回帰パラメータ22に関するパラ
メータの次数およびパラメータの係数を決定し(ARX
モデルの同定)、決定された潮位パラメータ27または
降雨量パラメータ25の一方と、自己回帰パラメータ2
2と、水位計測部5からの水位と、潮位計測部6からの
潮位と、降雨量計測部7、8からの降雨量とに基づい
て、潮位パラメータ27または降雨量パラメータ25の
うち他方に関するパラメータの次数およびパラメータの
係数を決定する(FIRモデル部分の同定)。
The model identifying unit 21 determines the parameter related to either the tide level parameter 27 or the rainfall amount parameter 25 based on the water level from the water level measuring unit 5 and the rainfall amount from the rainfall amount measuring units 7 and 8. Determining the order and parameter coefficients and the parameter order and parameter coefficients for the autoregressive parameter 22 (ARX
Model identification), one of the determined tide level parameter 27 or rainfall parameter 25, and the autoregressive parameter 2
2, the water level from the water level measurement unit 5, the tide level from the tide level measurement unit 6, and the rainfall amount from the rainfall amount measurement units 7 and 8, based on the tide level parameter 27 or the rainfall amount parameter 25 Determine the order and the coefficient of the parameter (identification of the FIR model part).

【0064】すなわちモデル同定部21は、以下の3つ
の(Step)により確定した水位予測モデルを構築す
る。ここでモデル同定部21は、(1式)の自己回帰パ
ラメータA(z)、潮位パラメータB(z)、降雨量
パラメータB(z)および吐出量パラメータB
(z)の次数および係数を決定し、確定した水位予測
モデルを構築する。
That is, the model identifying unit 21 constructs a water level prediction model determined by the following three (Step). Here, the model identification unit 21 uses the autoregressive parameter A (z) of Equation (1), the tide level parameter B 1 (z), the rainfall amount parameter B 2 (z), and the discharge amount parameter B.
The order and coefficient of 3 (z) are determined, and a fixed water level prediction model is constructed.

【0065】(Step1)図5に示すように、モデル
同定部21は、晴天時において、(1式)を用いて、潮
位計測部6からの潮位と、水位計測部5からの水位とに
基づいて、最小二乗法を用いて(8式)を同定し、(8
式)の自己回帰パラメータA(z)の係数および次数と
潮位パラメータ(FIR部分)B(z)の次数および
係数を決定する。
(Step 1) As shown in FIG. 5, the model identifying section 21 uses the equation (1) based on the tide level from the tide level measuring section 6 and the water level from the water level measuring section 5 in fine weather. (8) is identified using the least squares method, and (8
The coefficient and order of the autoregressive parameter A (z) and the order and coefficient of the tide level parameter (FIR part) B 1 (z) are determined.

【0066】ここで、B(z)=
−1−2+・・・+−m、A(z)
=a+a−1+a−2+・・・+a−m
とする。
[0066] Here, B 1 (z) = 1 b 0 + 1 b 1 z
-1 + 1 b 2 z -2 + ··· + 1 b m z -m, A (z)
= A 0 + a 1 z -1 + a 2 z -2 + ··· + a m z -m
And

【0067】[0067]

【数5】 これは、晴天時の同定であり、これにより自己回帰パラ
メータA(z)の次数および係数と潮位パラメータB
(z)の次数および係数が決定される。
[Equation 5] This is the identification at the time of fine weather, and by this, the order and coefficient of the autoregressive parameter A (z) and the tide level parameter B 1
The order and coefficients of (z) are determined.

【0068】なお、モデル同定部21は、(8式)にお
いて自己回帰パラメータA(z)と潮位パラメータ(F
IRモデル部分)B(z)の両方を同定している。得
られるデータの大部分が晴天時のデータであるため、自
己回帰パラメータA(z)が晴天時のデータに大きく依
存していると考えられることから、モデル同定部21
は、全ての入力部に共通である自己回帰パラメータA
(z)を潮位パラメータB (z)とともに同定してい
る(ARXモデルの同定)。
The model identification unit 21 uses the equation (8).
The autoregressive parameter A (z) and the tide level parameter (F
IR model part) B1Both (z) are identified. Profit
Since most of the data that is collected is in clear weather,
The autoregressive parameter A (z) largely depends on the data in fine weather.
Since it is considered that the model identification unit 21
Is an autoregressive parameter A that is common to all input parts.
(Z) is the tide level parameter B 1Identified with (z)
(Identification of ARX model).

【0069】(Step2)次に雨天時おいてポンプ9
が運転されていない場合(小雨時)を考える。
(Step 2) Next, in rainy weather, the pump 9 is used.
Consider when the car is not driving (light rain).

【0070】モデル同定部21は、潮位計測部6からの
潮位に基づいて、同定された(8式)により、晴天時の
水位出力y(k)を算出する。さらに、モデル同定部
21は、y(k)と、算出されたy(k)とに基づい
て、(y(k)=y(k)−y(k))の演算を行
い、雨天時においてポンプ9が運転していない場合の水
位出力y(k)を算出する。
The model identifying section 21 calculates the water level output y c (k) in fine weather by the identified (Equation 8) based on the tide level from the tide level measuring section 6. Further, the model identifying unit 21 performs an operation of (y r (k) = y (k) −y c (k)) based on y (k) and the calculated y c (k), The water level output y r (k) when the pump 9 is not operating in rainy weather is calculated.

【0071】またモデル同定部21は、同定されたA
(z)と降雨量計測部7、8からの降雨量(u
(k))に基づいて、(u2r(k)=(1/A
(z))u(k))の演算を行い、u2r(k)を算
出する。
The model identifying section 21 also identifies the identified A
(Z) and the rainfall amount (u
2 (k)), based on (u 2r (k) = (1 / A
(Z)) u 2 (k)) is calculated to calculate u 2r (k).

【0072】さらにモデル同定部21は、上記算出され
たy(k)と、u2r(k)と、同定されたA(z)
とに基づいて、最小二乗法を用いて下記の(9式)の同
定を行い、(9式)の降雨量パラメータB(z)の次
数および係数を決定する。
Further, the model identification unit 21 calculates y r (k) calculated above, u 2r (k), and the identified A (z).
Based on and, the following (formula 9) is identified using the least squares method, and the order and coefficient of the rainfall parameter B 2 (z) of (formula 9) are determined.

【0073】ここで、B(z)=
−1−2+・・・+−nとする。
[0073] Here, B 2 (z) = 2 b 0 + 2 b 1 z
And -1 + 2 b 2 z -2 + ··· + 2 b n z -n.

【0074】[0074]

【数6】 なお、モデル同定部21は上記(9式)において、FI
Rモデルの同定(B(z)のみについて同定)を行っ
ている。
[Equation 6] It should be noted that the model identification unit 21 uses the FI
The R model is identified (identified only for B 2 (z)).

【0075】また(9式)において1/A(z)が、ロ
ーパス特性を有している場合(A(z)がハイパス特性
を有している場合)、モデル同定部21は、A(z)y
(k)の演算結果と、降雨量計測部7、8からの降雨
量とに基づいて、下記(10式)の同定を行い、降雨量
パラメータB(z)の次数および係数を決定してもよ
い。
In addition, when 1 / A (z) has a low-pass characteristic (equation (9)) (when A (z) has a high-pass characteristic), the model identifying unit 21 determines that A (z ) Y
Based on the calculation result of r (k) and the rainfall amount from the rainfall amount measuring units 7 and 8, the following (formula 10) is identified, and the order and coefficient of the rainfall parameter B 2 (z) are determined. May be.

【0076】[0076]

【数7】 上記同定により、ハイパス特性の性質から同定信号が持
続的励振条件を満たす効果があり、同定精度の向上が期
待できる。
[Equation 7] By the above identification, the identification signal has the effect of satisfying the continuous excitation condition due to the nature of the high-pass characteristic, and improvement in identification accuracy can be expected.

【0077】また上記(9式)において、自己回帰パラ
メータA(z)がハイパス特性とローパス特性の両特性
を持つ場合、ハイパス特性をもつ部分をA(z)と
し、ローパス特性をもつ部分をA(z)と定義でき
る。このように定義した場合、自己回帰パラメータA
(z)はA(z)=A(z)A(z)と表現するこ
とができる。
In the above equation (9), when the autoregressive parameter A (z) has both high-pass characteristics and low-pass characteristics, the portion having the high-pass characteristics is A h (z) and the portion having the low-pass characteristics is It can be defined as A 1 (z). When defined in this way, the autoregressive parameter A
(Z) can be expressed as A (z) = A h (z) A l (z).

【0078】自己回帰パラメータA(z)がハイパス特
性とローパス特性の両特性を持つ場合、モデル同定部2
1は、A(z)=A(z)A(z)を(9式)に代
入し、下記の(11式)を求め、この求められた(11
式)を同定してもよい。
When the autoregressive parameter A (z) has both high-pass characteristics and low-pass characteristics, the model identification unit 2
1 was obtained by substituting A (z) = A h (z) A l (z) into (Equation 9) and obtaining the following (Equation 11).
Formula) may be identified.

【0079】[0079]

【数8】 モデル同定部21は、上記(11式)を同定することに
より、出力である水位y(k)と、入力である降雨量
(t)の両方において、持続的励振条件を考慮する
ことができる。
[Equation 8] The model identifying unit 21 considers the continuous excitation condition in both the output water level y r (k) and the input rainfall amount u 2 (t) by identifying (Equation 11). You can

【0080】(Step3)次に雨天時でポンプ9が運
転している場合大雨時すなわち(水防時)を考える。
(Step 3) Next, when the pump 9 is operating in rainy weather, consider heavy rain, that is, (water protection).

【0081】モデル同定部21は、降雨量計測部7、8
からの降雨量に基づいて、同定された(9式)により、
水防時の出力(yrr(k))を算出する。次にモデル
同定部21は、y(k)と、求められたyrr(k)と
に基づいて、(yrp(k)=y(k)−y
rr(k))の演算を行い、雨天時でポンプ9が運転し
ていない場合の出力yrp(k)を算出する。その後モ
デル同定部21は、(9式)において同定された自己回
帰パラメータA(z)と、吐出量計測部16からの吐出
量u(k)とに基づいて、u3r(k)=(1/A
(z))u(k)の演算を行い、u3r(k)を算出
する。
The model identifying section 21 includes the rainfall measuring sections 7 and 8
Based on the amount of rainfall from
The output (y rr (k)) at the time of flood control is calculated. Next, the model identifying unit 21 calculates (y rp (k) = y (k) −y) based on y (k) and the obtained y rr (k).
rr (k)) is calculated to calculate the output y rp (k) when the pump 9 is not operating in rainy weather. Thereafter, the model identifying unit 21 determines u 3r (k) = (based on the autoregressive parameter A (z) identified in (Equation 9) and the discharge amount u 3 (k) from the discharge amount measuring unit 16. 1 / A
(Z)) U 3 (k) is calculated to calculate u 3r (k).

【0082】モデル同定部21は、算出されたy
rp(k)と、u3r(k)と、同定された自己回帰パ
ラメータA(z)とに基づいて、最小二乗法を用いて下
記(12式)を同定し、吐出量パラメータB(z)の
次数および係数を決定する。
The model identification unit 21 calculates the calculated y
Based on rp (k), u 3r (k), and the identified autoregressive parameter A (z), the following (Equation 12) is identified using the least square method, and the discharge amount parameter B 3 (z ) Determines the order and coefficient.

【0083】ここで、B(z)=
−1−2+・・・+−lとする。
[0083] Here, B 3 (z) = 3 b 0 + 3 b 1 z
And -1 + 3 b 2 z -2 + ··· + 3 b l z -l.

【0084】[0084]

【数9】 上記と同様にして、モデル同定部21は、開閉度パラメ
ータB(z)の次数および係数を決定する。
[Equation 9] Similarly to the above, the model identifying unit 21 determines the order and coefficient of the opening / closing degree parameter B 4 (z).

【0085】ここで、B(z)=
−1−2+・・・+−kとする。
[0085] Here, B 4 (z) = 4 b 0 + 4 b 1 z
And -1 + 4 b 2 z -2 + ··· + 4 b k z -k.

【0086】なお、(12式)の同定は、FIRモデル
部分の同定となる(B(z)のみについて同定す
る)。
The identification of (Equation 12) is the identification of the FIR model part (identification is made only for B 3 (z)).

【0087】モデル同定部21は、(Step2)と同
様に自己回帰パラメータA(z)のハイパス特性を考慮
して、A(z)yrp(k)の演算結果と、吐出量計測
部16からの吐出量に基づいて、最小二乗法を用いて下
記の(式13)を同定し、B (z)の次数および係数
を決定してもよい。
The model identification unit 21 is the same as (Step 2).
Consider the high-pass characteristics of autoregressive parameter A (z)
And then A (z) yrpCalculation result of (k) and discharge amount measurement
Based on the discharge amount from the part 16,
(Formula 13) is identified, and B Three(Z) degree and coefficient
May be determined.

【0088】[0088]

【数10】 また、(Step2)と同様に自己回帰パラメータA
(z)がハイパス特性A (z)とローパス特性A
(z)の両方の特性を有している場合、モデル同定部
21はA(z)=A(z)A(z)を下記(14
式)に代入し、この(14式)に対し同定を行ってい
る。
[Equation 10] In addition, the autoregressive parameter A as in (Step 2)
(Z) is high-pass characteristic A h(Z) and low-pass characteristic A
lIf both characteristics of (z) are present, the model identification unit
21 is A (z) = Ah(Z) Al(Z) below (14
(Equation 14) to identify this (Equation 14)
It

【0089】[0089]

【数11】 モデル同定部21は、上記(14式)を同定することに
より、出力である水位yrp(k)と、入力であるポン
プ吐出量u(t)の両方において、持続的励振条件を
考慮することができる。
[Equation 11] The model identifying unit 21 considers the continuous excitation condition in both the water level y rp (k) that is the output and the pump discharge amount u 3 (t) that is the input by identifying (Equation 14). be able to.

【0090】一般にFIRモデルを同定する場合にはパ
ラメータが多くなり、十分な数と十分な質のデータが得
られていない場合、ARXモデルに比べて同定精度が劣
化する。
Generally, when identifying an FIR model, the number of parameters is large, and if sufficient number and sufficient quality of data are not obtained, the identification accuracy is deteriorated as compared with the ARX model.

【0091】以上説明したように本実施の形態によれ
ば、ARXモデルの同定を行ってから、FIRモデル部
分の同定を行うので、パラメータの数を抑えることがで
き、同定精度の向上を図ることができる。
As described above, according to the present embodiment, since the FIR model part is identified after the ARX model is identified, the number of parameters can be suppressed and the identification accuracy can be improved. You can

【0092】また通常は十分な数のデータを揃えること
ができる晴天時のモデルに対してARXモデルを適用す
るため、晴天時のモデルの信頼性を保持することができ
る。また、同時に水位の急激な変化が起こると考えられ
る雨天時の直接要因である降雨量およびポンプ吐出量を
FIRモデル部分を考慮し、そのFIRモデル部分を同
定しているため、予測が後追いになることを避けること
ができる。
Further, since the ARX model is usually applied to a model in fine weather in which a sufficient number of data can be prepared, the reliability of the model in fine weather can be maintained. In addition, since the FIR model part is taken into consideration and the FIR model part is identified with regard to the rainfall amount and the pump discharge amount, which are the direct factors at the time of rain when it is considered that the rapid change of the water level occurs at the same time, the prediction becomes a follow-up. You can avoid that.

【0093】第3の実施の形態 次に図1および図6により本発明の第3の実施の形態に
ついて説明する。
Third Embodiment Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 6.

【0094】第3の実施の形態は、水位予測モデルの同
定にあたって、自己回帰部分のパラメータとFIRモデ
ル部分のパラメータ河川水位変動要因計測部からの情報
に基づいて各々独立して求め、さらに自己回帰部分のパ
ラメータとFIR部分のパラメータに対して、水位予測
モデルパラメータとして適合するよう予め設定された変
換を行うものである。
In the third embodiment, in identifying the water level prediction model, the parameters of the auto-regression part and the parameters of the FIR model part are independently obtained based on the information from the river water level fluctuation factor measurement part, and further the auto-regression is performed. The conversion is performed in advance so that the parameters of the part and the parameters of the FIR part are adapted as water level prediction model parameters.

【0095】図1は、本発明による河川の水位予測装置
の第3の実施の形態を示している。
FIG. 1 shows a third embodiment of the river water level predicting apparatus according to the present invention.

【0096】第3実施の形態において、水位予測モデル
の各パラメータの次数および各パラメータの係数の決定
方法が異なるのみであり、他は第1の実施の形態と略同
一である。第3の実施の形態において、第1の実施の形
態と同一部分ついて、詳細な説明は省略する。
The third embodiment is substantially the same as the first embodiment except that the order of each parameter of the water level prediction model and the method of determining the coefficient of each parameter are different. In the third embodiment, detailed description of the same parts as those in the first embodiment will be omitted.

【0097】図6に示すようにモデル同定部21は、水
位計測部5からの水位に基づいて、自己回帰パラメータ
22に関するパラメータの次数およびパラメータの係数
を決定し、この決定と独立して、水位計測部5からの水
位と、潮位計測部6からの潮位と、降雨量計測部7、8
からの降雨量とに基づいて、降雨量パラメータ25およ
び潮位パラメータ(FIRモデル部分)27に関するパ
ラメータの次数およびパラメータの係数を決定し、この
決定された降雨量パラメータ25と、潮位パラメータ2
7とに対し、予め設定された変換を行う。
As shown in FIG. 6, the model identifying unit 21 determines the order of the parameter and the coefficient of the parameter regarding the autoregressive parameter 22 based on the water level from the water level measuring unit 5, and independently of this determination, the water level. The water level from the measuring unit 5, the tide level from the tide measuring unit 6, and the rainfall measuring units 7 and 8
And the coefficient of the parameter relating to the rainfall parameter 25 and the tide level parameter (FIR model part) 27 are determined based on the rainfall amount and the tide level parameter 2
7 and 7 are subjected to preset conversion.

【0098】具体的には、モデル同定部21は、水位計
測部5からの水位に基づいて、最小二乗法を用いてA
(z)y(k)=e(k)(自己回帰部分)に対し同定
を行い、自己回帰パラメータA(z)の次数および係数
を決定している。またモデル同定部21は、潮位計測部
6からの潮位u(k)と、水位計測部5からの水位y
(k)とに基づいて、最小二乗法を用いてy(k)=B
10(z)u(k)+e(k)(FIRモデル部分)
に対し同定を行い、潮位パラメータB10(z)の次数
および係数を決定する。
Specifically, the model identifying section 21 uses the least squares method to calculate A based on the water level from the water level measuring section 5.
(Z) y (k) = e (k) (autoregressive part) is identified, and the order and coefficient of the autoregressive parameter A (z) are determined. In addition, the model identifying unit 21 uses the tide level u 1 (k) from the tide level measuring unit 6 and the water level y from the water level measuring unit 5.
(K) and y (k) = B using the method of least squares
10 (z) u 1 (k) + e (k) (FIR model part)
To identify the order and coefficient of the tide level parameter B 10 (z).

【0099】モデル同定部21は、下記(15式)の水
位予測モデル(ARXモデル)を同定し、確定された水
位予測モデルを構築する。
The model identification unit 21 identifies the water level prediction model (ARX model) of the following (Equation 15) and constructs a confirmed water level prediction model.

【0100】[0100]

【数12】 ここでモデル同定部21は、B10(z)に対し、以下
に述べる予め設定された変換を施し、その結果得られる
潮位u(k)のFIRモデル部分を求め、そのFIR
モデル部分を上記(15式)のB(z)とする。ま
た、C[zI−A]−1BはB(z)/A(z)の最
小実現であり任意の実現であるが、モデル同定部21
は、以下のように可制御正準形になるようにA、Bおよ
びCを設定する。
[Equation 12] Here, the model identification unit 21 performs preset conversion described below on B 10 (z), obtains an FIR model part of the tide level u 1 (k) obtained as a result, and calculates the FIR
Let the model part be B 1 (z) in the above (Equation 15). Further, C [zI-A] -1 B is the minimum realization of B 1 (z) / A (z) and is arbitrary realization.
Sets A, B and C so that they are in the controllable canonical form as follows.

【0101】[0101]

【数13】 モデル同定部21は、上記(20式)を(15式)に代
入する。このようにして、(15式)のB(z)のパラ
メータがCとして与えられる。
[Equation 13] The model identification unit 21 substitutes the above (20) into (15). In this way, the parameter of B (z) in (Equation 15) is given as C.

【0102】モデル同定部21は、上記(20式)を
(15式)代入し、代入された(15式)より潮位u
(k)のFIRモデル部分を求め、そのFIRモデル部
分を(15式)のB(z)とする。
The model identifying unit 21 substitutes the above equation (20) into equation (15), and the tide level u 1 is calculated from the substituted equation (15).
The FIR model portion of (k) is obtained, and the FIR model portion is defined as B 1 (z) in (Equation 15).

【0103】なお、モデル同定部21は、他の外部パラ
メータ(降雨量パラメータB(z)25、吐出量パラ
メータB(z)23および開閉度パラメータB
(z)24)に関しても、潮位パラメータB(z)
と同様にして、各パラメータの次数および係数を決定す
る。
The model identification unit 21 uses other external parameters (rainfall amount parameter B 2 (z) 25, discharge amount parameter B 3 (z) 23, and opening / closing degree parameter B).
4 (z) 24), the tide level parameter B 1 (z)
Similarly, determine the order and coefficient of each parameter.

【0104】上述の変換を施すことにより、自己回帰パ
ラメータ22とFIRモデル部分28のパラメータをA
RXモデルのパラメータとして用いることができる。
By applying the above conversion, the autoregressive parameter 22 and the parameter of the FIR model part 28 are set to A
It can be used as a parameter of the RX model.

【0105】この方法の特徴は、入力と出力の因果関係
をみながら同定を行うことができ、実際の現象を考慮し
て同定をすることができる。
The feature of this method is that the identification can be performed while checking the causal relationship between the input and the output, and the identification can be performed in consideration of the actual phenomenon.

【0106】モデル同定部21は外部入力が潮位1つで
ある場合(14式)で表される可制御正準形を用いて変
換が行う。
The model identifying unit 21 performs conversion using the controllable canonical form represented by (Equation 14) when the external input is one tide level.

【0107】一般に、河川水位予測を行う場合、複数の
外部入力になることが多いが、可制御正準形を用いた変
換では複数の入力を持つ場合を表現できない。そこで、
モデル同定部21は、複数の入力を持つ場合、(16
式)の代わりに(22式)の可観測正準形を用いる。
In general, when the river water level is predicted, a plurality of external inputs are often used, but the conversion using the controllable canonical form cannot represent the case of having a plurality of inputs. Therefore,
When the model identification unit 21 has a plurality of inputs, (16
The observable canonical form of (Equation 22) is used instead of (Equation).

【0108】ここでモデル同定部21は、下記(21
式)で表される水位予測モデル(ARXモデル)用い
て、確定した水位予測モデルを構築するが、同様にし
て、上記(1式)で表される水位予測モデル(ARXモ
デル)を用いて、確定した水位予測モデルを構築しても
よい。
Here, the model identifying section 21 determines the following (21
The determined water level prediction model is constructed using the water level prediction model (ARX model) represented by the formula), and similarly, the water level prediction model (ARX model) represented by the above (1 formula) is used, A fixed water level prediction model may be constructed.

【0109】[0109]

【数14】 なお上記(21式)において、各記号は下記を示してい
る。
[Equation 14] In addition, in said (21 type | formula), each symbol has shown the following.

【0110】 u(k):潮位計測部からの潮位(入力) u(k):降雨量計測部からの降雨量(入力) y(k):河川の水位(出力) e(k):ノイズ部 A(z):自己回帰パラメータ B(z) :潮位パラメータ(潮位(入力)に対する
FIRモデル部分)27 B(z) :降雨量パラメータ(降雨量(入力)に対
するFIR部分モデル)25 モデル同定部21は、上記(21式)の潮位パラメータ
(z)と降雨量パラメータB(z)とを別々に同
定する。具体的には、モデル同定部21は、水位計測部
5からの水位に基づいて、最小二乗法を用いてA(z)
y(k)=0(自己回帰モデル)を同定し、自己回帰パ
ラメータA(z)の次数および係数を決定する。またモ
デル同定部21は、潮位計測部6からの潮位u(k)
と水位計測部5からの水位に基づいて、最小二乗法を用
いてy(k)=B10(z)u(k)(FIRモデル
部分)を同定し、潮位パラメータB10(z)の次数お
よび係数を決定する。さらにモデル同定部21は、降雨
量計測部7、8からの降雨量u(t)と水位計測部5
からの水位に基づいて、最小二乗法を用いてy(k)=
20(z)u(k)(FIRモデル部分)を同定
し、降雨量パラメータB20(z)の次数と係数を決定
する。
U 1 (k): tide level (input) from the tide level measurement unit u 2 (k): rainfall amount (input) from the rainfall amount measurement unit y (k): river water level (output) e (k) : Noise part A (z): Autoregressive parameter B 1 (z): Tide level parameter (FIR model part for tide level (input)) 27 B 2 (z): Rainfall parameter (FIR partial model for rainfall amount (input)) 25 The model identification unit 21 separately identifies the tide level parameter B 1 (z) and the rainfall amount parameter B 2 (z) of the above (21 expression). Specifically, the model identifying unit 21 uses A (z) based on the water level from the water level measuring unit 5 using the least squares method.
Identify y (k) = 0 (autoregressive model) and determine the order and coefficients of the autoregressive parameter A (z). In addition, the model identifying unit 21 uses the tide level u 1 (k) from the tide level measuring unit 6.
And y (k) = B 10 (z) u 1 (k) (FIR model part) are identified using the least squares method based on the water level from the water level measurement unit 5 and the tide level parameter B 10 (z) Determine the order and coefficient. Further, the model identifying unit 21 is configured to measure the rainfall amount u 2 (t) from the rainfall amount measuring units 7 and 8 and the water level measuring unit 5.
Based on the water level from y (k) =
B 20 (z) u 2 (k) (FIR model part) is identified, and the order and coefficient of the rainfall parameter B 20 (z) are determined.

【0111】ここでモデル同定部21は、B10(z)
を以下に述べる予め設定された変換を施し、その結果得
られるu(k)のFIRモデル部分28を求め、この
FIRモデル部分28をB(z)とする。また同様に
して、モデル同定部21は、B20(z)を以下で示す
予め設定された変換を施し、その結果得られるu
(k)のFIRモデル部分28を求め、そのFIR部
分28をB(z)とする。
Here, the model identifying unit 21 determines B 10 (z)
Is subjected to preset conversion described below, the FIR model portion 28 of u 1 (k) obtained as a result is obtained, and this FIR model portion 28 is referred to as B 1 (z). Similarly, the model identification unit 21 performs a preset conversion shown below on B 20 (z), and the resulting u is obtained.
The FIR model portion 28 of 2 (k) is obtained, and the FIR portion 28 is designated as B 2 (z).

【0112】なおモデル同定部21は、上述した変換と
同様にB(z)/A(z)の最小実現であるC[zI
−A]−1を用いて、B10(z)をB(z)に
変換する。また同様にモデル同定部21は、B(z)
/A(z)の最小実現であるC[zI−A]−1
用いて、B20(z)をB(z)に変換する。ここ
で、モデル同定部21は、A、B、BおよびCを以
下のように可観測正準形になるように設定する。
The model identifying unit 21 is C [zI which is the minimum realization of B 1 (z) / A (z) as in the above-mentioned conversion.
-A] -1 B 1 is used to convert B 10 (z) into B 1 (z). Similarly, the model identification unit 21 determines that B 2 (z)
/ A with minimal realization is C [zI-A] -1 B 2 of (z), converts B 20 a (z) B to 2 (z). Here, the model identifying unit 21 sets A, B 1 , B 2 and C so as to be in the observable canonical form as follows.

【0113】[0113]

【数15】 一方、B10(z)、B20(z)に関しては、y
(k)=B10(z)u(k)、y(k)=B
20(z)u(k)、B10(z)=b101−1
+b102−2+・・・+b10m−m、B
20(z)=b201−1+b 202−2+・・・
+b20n−nであることから、
[Equation 15] On the other hand, B10(Z), B20For (z), y
(K) = B10(Z) u1(K), y (k) = B
20(Z) uTwo(K), B10(Z) = b101z-1
+ B102z-2+ ... + b10mz-M, B
20(Z) = b201z-1+ B 202z-2+ ...
+ B20nz-NSince,

【数16】 モデル同定部21は、上記(29式)より、Bを求
め、(21式)におけるB(z)の次数および係数を
決定する。またモデル同定部は、上記(30式)よりB
を求め、(21式)におけるB(z)の次数および
係数を決定する。
[Equation 16] The model identifying unit 21 obtains B 1 from the above (Equation 29), and determines the order and coefficient of B 1 (z) in (Equation 21). In addition, the model identification unit is
2 is determined, and the order and coefficient of B 2 (z) in (21) are determined.

【0114】同様にして、モデル同定部21は、吐出量
パラメータB(z)および開閉度パラメータB
(z)の次数および係数を決定する。
Similarly, the model identifying unit 21 determines that the discharge amount parameter B 3 (z) and the opening / closing degree parameter B
4. Determine the orders and coefficients of 4 (z).

【0115】以上説明したように本実施の形態によれ
ば、水位に直接影響を与える外部入力と出力である河川
水位の直接的な因果関係をみながら同定を行うことがで
き、実際の現象を考慮しながら同定を行うことが可能と
なる。そのため、仮に満足できるパラメータの同定結果
が得られなかった場合等に、直接的な因果関係を考慮し
て水位予測モデルの予測精度を向上させるように、容易
に修正をかけることができる。
As described above, according to the present embodiment, the identification can be performed while looking at the direct causal relationship between the external input directly affecting the water level and the river water level which is the output. It becomes possible to perform identification while considering. Therefore, if a satisfactory parameter identification result is not obtained, it is possible to easily make a correction so as to improve the prediction accuracy of the water level prediction model in consideration of the direct causal relationship.

【0116】すなわち図3に示すように、本発明によれ
ば水位予測モデル20は、自己回帰部分とFIRモデル
部分とを有するARXモデルを含み、これら自己回帰部
分のパラメータとFIRモデル部分のパラメータはモデ
ル同定部21により別々のアルコリズムで独立して決定
される。次にモデル同定部21により求められた自己回
帰部分のパラメータとFIRモデル部分のパラメータが
変換され、水位予測モデル20が確立される。
That is, as shown in FIG. 3, according to the present invention, the water level prediction model 20 includes an ARX model having an autoregressive part and an FIR model part, and the parameters of these autoregressive part and the FIR model part are The model identification unit 21 independently determines the different algorithms. Next, the parameters of the auto-regression part and the parameters of the FIR model part obtained by the model identification unit 21 are converted, and the water level prediction model 20 is established.

【0117】次にこのようにして確立された水位予測モ
デル20を用いて、河川変動要因であるポンプ吐出量、
降雨量、水位、潮位等に関する過去から現在までの計測
値あるいは演算値に基づいて、河川の水位を精度良く予
測することができる。
Next, using the water level prediction model 20 established in this way, the pump discharge amount, which is a river variation factor,
It is possible to accurately predict the water level of a river based on past or present measured or calculated values of rainfall, water level, tide level, and the like.

【0118】これに対して、例えば自己回帰部分のパラ
メータとFIRモデル部分のパラメータを限られた情報
で最小二乗法等を用いてすべて一括して同時に求める場
合、自己回帰部分が相対的に予測に大きく影響を与える
ようパラメータが同定される。このため外部入力となる
FIRモデル部分が急激に変化した場合、この外部入力
の変動を十分に対応することができず、河川の水位予測
が後追いとなることがある。
On the other hand, for example, when the parameters of the auto-regressive part and the parameters of the FIR model part are all simultaneously obtained by using the least square method with limited information, the auto-regressive part is relatively predictive. Parameters are identified to have a large impact. For this reason, when the FIR model portion that is an external input changes abruptly, the fluctuation of the external input cannot be sufficiently dealt with, and the water level prediction of the river may be behind.

【0119】[0119]

【発明の効果】本発明によれば、外乱の対して河川水位
予測の精度が劣化しない頑強性を持ち、かつ急激な水位
変動に対しても精度の高い河川の水位予測を行うことが
できる。また、予測された河川水位情報に基づいて有効
な排水機場の運転支援情報を運転員に提供することが可
能となる。
According to the present invention, the river water level can be predicted with respect to disturbances with high robustness such that the accuracy of river water level prediction does not deteriorate, and with high accuracy even with rapid water level fluctuations. Further, it becomes possible to provide the operator with effective driving support information for the drainage pump station based on the predicted river water level information.

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

【図1】本発明による河川の水位予測装置の実施の形態
を示す全体構成図。
FIG. 1 is an overall configuration diagram showing an embodiment of a river water level prediction device according to the present invention.

【図2】河川の水位予測装置と排水機場を示す図。FIG. 2 is a diagram showing a river water level prediction device and a drainage pump station.

【図3】水位予測モデルを同定する手法を比較例と共に
示す図。
FIG. 3 is a diagram showing a method of identifying a water level prediction model together with a comparative example.

【図4】本発明の第1の実施の形態における水位予測モ
デルの同定手法を示す図。
FIG. 4 is a diagram showing an identification method of a water level prediction model according to the first embodiment of the present invention.

【図5】本発明の第2の実施の形態における水位予測モ
デルの同定手法を示す図。
FIG. 5 is a diagram showing an identification method of a water level prediction model according to the second embodiment of the present invention.

【図6】本発明の第3の実施の形態における水位予測モ
デルの同定手法を示す図。
FIG. 6 is a diagram showing an identification method of a water level prediction model according to the third embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

2 河川 4 分水路 5 水位計測部 6 潮位計測部 7 降雨量計測部 8 降雨量計測部 11 河川の水位予測装置 15 開閉度計測部 16 吐出量計測部 20 水位予測モデル 21 モデル同定部 22 自己回帰部分 23 吐出量パラメータ 24 開閉度パラメータ 25 降雨量パラメータ 26 水位パラメータ 27 潮位パラメータ 2 rivers 4 waterways 5 Water level measurement unit 6 tide level measurement section 7 Rainfall measurement section 8 Rainfall measurement part 11 River water level prediction device 15 Opening / closing degree measurement unit 16 Discharge rate measurement unit 20 Water level prediction model 21 Model Identification Section 22 Autoregressive part 23 Discharge rate parameter 24 Open / close degree parameter 25 rainfall parameters 26 Water level parameters 27 tide level parameters

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 長 岩 明 弘 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 岩 崎 俊 介 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 國 見 正 樹 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) 5H004 GA01 GA28 GB08 HA02 HA05 HB02 HB05 JA01 KA72 KC24 KC26 KC27 5H223 AA15 BB05 CC08 DD07 FF05   ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    (72) Inventor Akihiro Iwa             No. 1 Toshiba-cho, Fuchu-shi, Tokyo Toshiba Corporation             Fuchu Office (72) Inventor Shunsuke Iwasaki             No. 1 Toshiba-cho, Fuchu-shi, Tokyo Toshiba Corporation             Fuchu Office (72) Inventor Masaki Kunimi             1-1 Shibaura, Minato-ku, Tokyo Co., Ltd.             Toshiba headquarters office F-term (reference) 5H004 GA01 GA28 GB08 HA02 HA05                       HB02 HB05 JA01 KA72 KC24                       KC26 KC27                 5H223 AA15 BB05 CC08 DD07 FF05

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】河川の水位変動要因を計測する河川水位変
動要因計測部と、 河川水位変動要因計測部からの情報に基づいて河川の水
位を予測するとともに、過去から現在までの水位に基づ
いて水位を予測する第1予測モデル部分、および過去か
ら現在までの河川水位変動要因計測部からの情報に基づ
いて水位を予測する第2予測モデル部分を有する水位予
測モデルと、 水位予測モデルの同定を行うモデル同定部とを備え、 モデル同定部は水位予測モデルの第1予測モデル部分の
パラメータと第2予測モデル部分のパラメータのうち少
なくとも一方を河川水位変動要因計測部からの情報に基
づいて求めることを特徴とする河川の水位予測装置。
[Claim 1] A river water level fluctuation factor measuring unit for measuring a river water level fluctuation factor, and a river water level is predicted based on information from the river water level fluctuation factor measuring unit, and based on the past to present water levels. Identify the water level prediction model, which has a first prediction model part that predicts the water level and a second prediction model part that predicts the water level based on information from the river water level fluctuation factor measurement part from the past to the present. And a model identification unit for performing, and the model identification unit obtains at least one of the parameters of the first prediction model portion and the second prediction model portion of the water level prediction model based on the information from the river water level fluctuation factor measurement unit. A water level prediction device for rivers.
【請求項2】水位予測モデルは、その雑音部分に予めフ
ィルタを通したノイズ部をもち、 第1予測モデル部分のパラメータはフィルタを設計する
ことにより特定され、 モデル同定部は、第2予測モデル部分のパラメータのみ
を求めることを特徴とする請求項1記載の河川の水位予
測装置。
2. A water level prediction model has a noise part obtained by filtering a noise part in advance, parameters of a first prediction model part are specified by designing a filter, and a model identification part is a second prediction model. The water level predicting apparatus for a river according to claim 1, wherein only the partial parameters are obtained.
【請求項3】河川変動要因は複数設定され、 モデル同定部は、河川変動要因のうち特定の河川水位変
動要因に基づいて水位予測モデルの第1予測モデル部分
のパラメータと当該河川水位変動要因に対応する第2予
測モデル部分のパラメータを求め、求められた第1予測
モデル部分のパラメータと当該河川水位変動要因に対応
する第2予測モデル部分のパラメータに基づいて、他の
河川水位変動要因に対応する第2予測モデル部分のパラ
メータを求めることを特徴とする請求項1記載の河川の
水位予測装置。
3. A plurality of river fluctuation factors are set, and the model identification unit determines the parameters of the first prediction model part of the water level prediction model and the relevant river water level fluctuation factors based on a specific river water level fluctuation factor among the river fluctuation factors. Corresponding to other river water level fluctuation factors based on the obtained parameters of the first prediction model part and the parameters of the second prediction model part corresponding to the relevant river water level fluctuation factors. The water level predicting apparatus for a river according to claim 1, wherein the parameter of the second predictive model portion is calculated.
【請求項4】モデル同定部は水位予測モデルの第1予測
モデル部分のパラメータと第2予測モデル部分のパラメ
ータを河川水位変動要因計測部からの情報に基づいて各
々独立して求め、さらに第1予測モデル部分のパラメー
タと第2予測モデル部分のパラメータに対して水位予測
モデルのパラメータとして適合させるよう予め設定され
た変換を行うことを特徴とする請求項1記載の河川の水
位予測装置。
4. The model identification section independently obtains the parameters of the first prediction model part and the parameters of the second prediction model part of the water level prediction model based on the information from the river water level fluctuation factor measurement section, and further, the first 2. The river water level prediction device according to claim 1, wherein the parameters of the prediction model part and the parameters of the second prediction model part are subjected to preset conversion so as to be adapted as parameters of the water level prediction model.
【請求項5】水位予測モデルのノイズ部は、所望の周波
数帯域において重み付けされていることを特徴とする請
求項2記載の河川の水位予測装置。
5. The river water level prediction apparatus according to claim 2, wherein the noise part of the water level prediction model is weighted in a desired frequency band.
【請求項6】第1予測モデル部分のパラメータと特定の
河川水位変動要因に対応する第2予測モデル部分のパラ
メータに基づいて、他の河川水位変動要因に対応する第
2予測モデル部分のパラメータを求める際、第1予測モ
デル部分の周波数特性に適合した計算式を用いることを
特徴とする請求項3記載の河川の水位予測装置。
6. Based on the parameters of the first prediction model part and the parameters of the second prediction model part corresponding to specific river water level fluctuation factors, the parameters of the second prediction model part corresponding to other river water level fluctuation factors are set. 4. The water level predicting apparatus for a river according to claim 3, wherein a calculation formula adapted to the frequency characteristic of the first predictive model portion is used when obtaining.
【請求項7】第1予測モデル部分のパラメータと第2予
測モデル部分のパラメータに対して水位予測モデルのパ
ラメータとして適合させるよう変換する際、可観測正準
形を用いて変換することを特徴とする請求項4記載の河
川の水位予測装置。
7. The observable canonical form is used for conversion so that the parameters of the first prediction model part and the parameters of the second prediction model part are adapted as parameters of the water level prediction model. The river water level prediction device according to claim 4.
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