JP2005292041A - 化学物質排出量予測計算システムおよび方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明の課題は、大気中の化学物質測定濃度が異常高濃度を示した場合、大気中の化学物質が放出される排出源からの化学物質排出量の予測計算を行い、大気中化学物質の異常高濃度の原因となる排出源を特定する化学物質排出量予測計算システムを提供することにある。
【解決手段】本発明は、大気観測局において前もって測定された大気中の化学物質濃度が異常高濃度を示さない期間に、排出源から放出される平常時排出量を入力する入力部と、大気中の化学物質濃度が異常高濃度を示した期間に排出源から放出された化学物質の異常時排出量を出力する出力部とを具備し、排出源の（平常時排出量−異常時排出量）の２乗の和が最小となる解を求めることにより、大気中の化学物質の異常高濃度の原因となる排出源を特定することを特徴とするものである。
【選択図】 図１

Description

本発明は、大気観測局においてある期間に測定された大気中の化学物質濃度が定められた基準値以上の異常高濃度を示した場合の化学物質排出量予測計算システムおよび方法に関し、例えば大気シミュレーション、大気中の化学物質濃度計算、環境リスクアセスメント、市民の健康管理の分野で応用されるものである。

大気観測局において法律で定められた基準値より高濃度（異常高濃度）の化学物質が検出された場合、排出源の排出量を予測計算する手段は従来技術では存在しない。現状では、原因となる排出源を特定するために、すべての排出源から放出される化学物質の排出量を調査するか、過去の経験をもとに、原因となる排出源を特定する方法を用いてきた。

図５は従来の大気中の化学物質濃度が異常高濃度の場合に行われてきた排出源を特定する手順を示すフローチャートである。

すなわち、すべての処理はステップＭ００よりスタートする。ステップＭ００の起動時刻は一定時間毎でも任意の時刻でもなんでもよい。ステップＭ０１以降の処理は、全ての大気観測局の大気中の化学物質濃度を調べる処理である。ステップＭ０１において観測点の指標となる変数ｎ_ｒＭに１を代入する。ステップＭ０２において変数ｎ_ｒＭが大気観測局数Ｎ_ｒ以下であるか否かを判断する。大気観測局数Ｎ_ｒ以下であれば処理をステップＭ０３に移す。大気観測局数Ｎ_ｒ以下でなければ全ての観測局の調査が完了したので、処理をステップＭ１０へ移し、メインルーチンを終了する。ステップＭ０３において大気観測局数Ｎ_ｒＭでの測定濃度Ｃ_ｒ（ｎ_ｒＭ）が基準値Ｃ_ｔより大か否かを判断する。大であれば大気中の化学物質濃度が異常高濃度であるのでステップＭ０４においてアラームを出し、ステップＭ０５に移す。大でなければ大気中の化学物質濃度が正常値なので処理をステップＭ０６へ移す。ステップＭ０５では排出源を人手により調査し特定する。排出源の調査が終了したら処理をステップＭ０６へ移す。ステップＭ０６では大気観測局数ｎ_ｒＭを１増加させる。

このため、排出源の特定に大量の時間を要し、場合によっては、特定できない場合が生じており、大気中への化学物質の排出濃度削減の迅速な指導・命令の実現に支障をきたしてきた。

大気観測局における大気中の化学物質の測定濃度より、その化学物質の排出源からの排出量を予測計算することは、従来は実現できなかった。

図６は従来システムの入出力関係を示す構成説明図である。従来技術では、大気中の化学物質の測定濃度、大気観測局の位置座標、化学物質が大気中に放出される排出源の煙突高度と煙の拡散幅、排出源の位置座標、前記時刻における排出源の風速、風向のみを入力とした。

これらの入力値を用いて、大気中に化学物質を放出する排出源からの化学物質からの排出量と大気中の化学物質濃度の関係を近似式により表し連立方程式を作ると、変数である排出量の数よりも連立方程式の数が少ないという問題が生じる。化学物質の大気中濃度の観測点数Ｎ_ｒが、化学物質の排出源数Ｎ_ｓよりも少ない（Ｎ_ｒ＜Ｎ_ｓ）からである。以下に例を挙げて説明する。

排出源からの排出量と観測点における化学物質の濃度値は、下記のようなパフモデル（線形の近似式）で表現される。

ここで、Ｑ_ｓ（ｎ_ｓ）は排出源ｎ_ｓの排出濃度、ｃｏｅｆｆ（ｎ_ｓ，ｎ_ｒ）は排出源ｎ_ｓの風速、風向、有効煙突高度、観測点との相対座標、拡散幅と大気観測局ｎ_ｒの高度にする定数である。現状では、地方公共団体に設置されている大気中の化学物質濃度の観測点数Ｎ_ｒが、化学物質の排出源数Ｎ_ｓよりも少ない（Ｎ_ｒ＜Ｎ_ｓ）。制約式である連立方程式の数がＮ_ｒ、変数である化学物質濃度の数がＮ_ｓであるので、連立方程式の数が変数の数より少ない。

図７は従来の大気観測局の数が排出源の数より少ない場合の例を示す説明図である。すなわち、大気観測局の数Ｎ_ｒ＝２が排出源の数Ｎ_ｓ＝５より少なく、連立方程式の個数（Ｎ_ｒ）よりも、変数の個数（Ｎ_ｓ）が多いため、変数の値を決定することができない。

排出源からの排出量と観測点における化学物質の濃度値を（式１）のような線形の近似式で表現せず、非線形の式で表現した場合には、大気中の化学物質の測定濃度、大気観測局の位置座標、化学物質が大気中に放出される排出源の煙突高度と煙の拡散幅、排出源の位置座標、前記時刻における排出源の風速、風向のみを入力としている限りにおいては、さらに問題は複雑となり排出源から発生する化学物質濃度の解を求めることはできない。
横山長之 編著 「大気環境シミュレーション」 株式会社 白亜書房 平成４年９月２５日発行 ｐ．３１−３３ 今野浩 他著 「非線形計画法」 株式会社 日科技連出版社 １９８７年１月３０日発行 ｐ．１−７

本発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、排出濃度削減の迅速な指導・命令の実現のため、大気中の化学物質測定濃度が異常高濃度を示した場合、大気中の化学物質が放出される排出源からの化学物質排出量の予測計算を行い、大気中化学物質の異常高濃度の原因となる排出源を特定する化学物質排出量予測計算システムおよび方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明は、大気観測局においてある期間に測定された大気中の化学物質濃度が定められた基準値以上の異常高濃度を示した場合の化学物質排出量予測計算システムであって、大気中の化学物質の測定濃度、大気観測局の位置座標、化学物質が大気中に放出される排出源の煙突高度と煙の拡散幅、排出源の位置座標、排出源の風速、風向と、大気観測局において前もって測定された大気中の化学物質濃度が異常高濃度を示さない期間に、排出源から放出される平常時排出量を入力する入力手段と、大気中の化学物質濃度が異常高濃度を示した期間に排出源から放出された化学物質の異常時排出量を出力する出力手段とを具備し、排出源の（平常時排出量−異常時排出量）の２乗の和が最小となる解を求めることにより、大気中の化学物質の異常高濃度の原因となる排出源を特定することを特徴とするものである。

また本発明は、前記化学物質排出量予測計算システムにおいて、入力する化学物質の平常時排出量データとして、法律・規制により届出された化学物質の排出源の平均排出量データを用いることを特徴とするものである。

また本発明は、前記化学物質排出量予測計算システムにおいて、入力する化学物質の平常時排出量データとして、排出源の化学物質排出量の実測値に統計処理を施して得られた平均排出量データを用いることを特徴とするものである。

また本発明は、大気観測局においてある期間に測定された大気中の化学物質濃度が定められた基準値以上の異常高濃度を示した場合の化学物質排出量予測計算方法であって、大気中の化学物質の測定濃度、大気観測局の位置座標、化学物質が大気中に放出される排出源の煙突高度と煙の拡散幅、排出源の位置座標、排出源の風速、風向と、大気観測局において前もって測定された大気中の化学物質濃度が異常高濃度を示さない期間に、排出源から放出される平常時排出量を入力とし、大気中の化学物質濃度が異常高濃度を示した期間に排出源から放出された化学物質の異常時排出量を出力し、排出源の（平常時排出量−異常時排出量）の２乗の和が最小となる解を求めることにより、大気中の化学物質の異常高濃度の原因となる排出源を特定することを特徴とする。

また本発明は、前記化学物質排出量予測計算方法において、入力する化学物質の平常時排出量データとして、法律・規制により届出された化学物質の排出源の平均排出量データを用いることを特徴とする。

また本発明は、前記化学物質排出量予測計算方法において、入力する化学物質の平常時排出量データとして、排出源の化学物質排出量の実測値に統計処理を施して得られた平均排出量データを用いることを特徴とする。

本発明の化学物質排出量予測計算システムおよび方法は、大気中の化学物質の平常時濃度を入力して、排出源からの排出濃度を予測計算することができ、排出源の特定にかかる時間を現状より削減できるため、排出濃度削減の迅速な指導・命令の実現が可能となる。

以下図面を参照して本発明の実施の形態例を詳細に説明する。

図１は本発明の実施形態例に係る化学物質排出量予測計算システムを示す構成説明図である。すなわち、化学物質排出量予測計算システム１１は、大気観測局においてある期間に測定された大気中の化学物質濃度が定められた基準値以上の異常高濃度を示した場合の化学物質排出量予測計算システムであって、大気中の化学物質の測定濃度、大気観測局の位置座標、化学物質が大気中に放出される排出源の煙突高度と煙の拡散幅、排出源の位置座標、排出源の風速、風向と、大気観測局において前もって測定された大気中の化学物質濃度が異常高濃度を示さない期間に、排出源から放出される平常時排出量を入力データ１２として入力する入力部と、大気中の化学物質濃度が異常高濃度を示した期間に排出源から放出された化学物質の異常時排出量を出力データ１３として出力する出力部とを具備し、排出源の（平常時排出量−異常時排出量）の２乗の和が最小となる解を求めることにより、大気中の化学物質の異常高濃度の原因となる排出源を特定することを特徴とするものである。ここで、異常時排出量、平常時排出量とは、環境基準

に定められる数値を境に、大気観測局の測定値が基準を満たしていないときが異常時、満たしているときが平常時とする。

前記入力データの化学物質の平常時排出量データとして、法律・規制により届出された化学物質の排出源の平均排出量データを用いることができる。また、前記入力データの化学物質の平常時排出量データとして、排出源の化学物質排出量の実測値に統計処理を施して得られた平均排出量データを用いることができる。

大気観測局において前もって測定された大気中の化学物質濃度が異常高濃度を示さない期間（平常時）に、排出源から放出される化学物質排出量に統計処理を施した平常時排出量を入力として用いることを特徴とする。これとともに従来用いてきた、気中の化学物質の測定濃度、大気観測局の位置座標、化学物質が大気中に放出される排出源の煙突高度と煙の拡散幅、排出源の位置座標、前記時刻における排出源の風速、風向を入力とし、排出源から放出される化学物質の異常時排出量を予測計算して出力する。

本実施形態例では数学的最適化手法を用いて、全ての排出源における平常時排出量との差が最も小さい異常時排出量を求める。化学物質の平常時排出量としては、排出源についてのＰＲＴＲデータ、地方公共団体に届出されている年間や月間の平均排出量、各排出源（工場）独自に測定した排出量をもとに統計的操作（平均計算）を施して求める。

大気中の化学物質濃度の測定値より、排出源より放出される化学物質の排出量を求める問題は非線形問題に帰着する。まず一般的な非線形問題とは以下により定義される。

一般的な非線形問題（nonlinear programming）：
f:Rⁿ→R¹,g_i:Rⁿ→R¹,i=1,…,m;h_j:Rⁿ→R¹,j=1,…,lが与えられたとき、制約条件gi(x)≦0,i=1,…,m;hj(x)=0,j=1,…,lの下でf(x)を最小化する問題。これを本文中では以下のように略記する。

上記においてfを目的関数、gi(x)≦0,i=1,…,m;hj(x)=0,j=1,…,lを制約関数と呼ぶ。

特にm=0，1＞0の場合に問題１は以下のように書き表される。

問題１′に対しては、古くからラグランジェの未定係数法（method of indeterminate coefficient）により解が得られることが知られている。いま適当な１個の変数、例えばx₁，…，x_lを選んだとき、方程式hj(x)=0,j=1,…,lが
xt=φt(x_l+1,…,x_n),t=1,…,l
のように解けるものと仮定すると、f(x₁,…,x_n)をx_l+1,…,x_nのみの関数として表現できるから（問題１′）はx_l+1,…,x_nの制約なし最適化問題に変換することが可能である。この考え方を精密化したものがラグランジェの未定係数法であり、小規模な問題に対しては、（問題１′）を解く方法として昔からよく用いられてきた。

大気中の化学物質濃度の観測値を入力とし、全ての排出源における平常時排出量との差が最も小さい異常時排出量を計算する問題は（問題１′）に帰着することができる。はじめにラグランジェ法を用いた問題の解法について説明し、次にこれを用いたシステムについて説明する。

まず、ラグランジェ法を用いた解法について説明する。制約関数について説明する。制約関数は以下のように表すことができる。

ここでＱ_ｓ（ｎ_ｓ）は排出源ｎ_ｓの異常時排出量である。ｎ_ｒは観測点を表す指標であり、１≦ｎ_ｒ≦Ｎ_ｒを満たす。Ｎ_ｒは観測点の数を表す。制約関数はＮ_ｒ個存在する。

coeff(ｎ_ｓ,ｎ_ｒ)は、プルームモデルを用いた場合に以下で表される。

ここでｕ_ｓ（ｎ_ｓ）は排出源ｎ_ｓの煙突高風速、σ_ｓｙ（ｎ_ｓ）は排出源ｎ_ｓのｙ軸方向の拡散幅、σ_ｓｚ（ｎ_ｓ）は排出源ｎ_ｓのｚ軸方向の拡散幅、Ｙ_ｓ（ｎ_ｓ）は排出源ｎ_ｓのＹ軸座標、ｈ_ｓｅ（ｎ_ｓ）は排出源ｎ_ｓの有効煙突高度、ｚ_ｒ（ｎ_ｒ）は観測点ｎ_ｒの高さを表す。

次に目的関数について説明する。平常時排出量に最も近い値の排出量Ｑ_ｓ（ｎ_ｓ）を求めようとしているので、目的関数は以下で表すことができる。

式はＱ_ｓ（ｎ_ｓ）に関する自乗関数であるため、最小値をもつことは保証される。ここで、Ｑ_{ｓ aver}（ｎ_ｓ）は平常時排出量を表す。

大気中の化学物質濃度の観測値を入力とし、全ての排出源における平常時排出量との差が最も小さい異常時排出量を計算する問題は、（式２）の目的関数を（式１）の制約条件下で満足する解Ｑ_ｓ（ｎ_ｓ）を得ることである。問題を解決するためにラグランジェの未定係数法を用いる。

ラグランジェの未定係数法について説明する。まずラグランジェ関数について説明する。ラグランジェ関数は以下のようになる。

ここで、２λｎ_ｒはラグランジェ未定乗数である。目的関数（式２）は先に述べたとおり最小値を持つことは保証されるので、ラグランジェ関数（式３）のＱ_ｓ（ｎ_ｓ）、λｎ_ｒについての一階の偏微分関数をもとめ、これらの導関数がゼロに等しくなるようにλｎ_ｒを設定すれば、そのときのＱ_ｓ（ｎ_ｓ）は（式２）を最小にする。

（式３）のＱ_ｓ（ｎ_ｓ）についての一階の偏微分関数がゼロに等しいと置いた式は以下である。

（式４）を解くと、異常時排出量は以下のように表すことができる。

（式３）のλｎ_ｒについての一階の偏微分関数がゼロに等しいと置いた式は以下である。

（式６）を解くと、下記式を得ることができる。

（式７）の異常時排出量の項Ｑ_ｓ（ｎ_ｓ）に（式４）を代入すると、下記式が得られる。

（式９）をすべての観測局における式に変換すると連立方程式（式１０）になる。

（式１０）は変数λｎ_ｒの個数がＮ_ｒ個、連立方程式の数がＮ_ｒ個であるから、変数λｎ_ｒの値を決定することができる。（式１０）により決定したλｎ_ｒを（式５）に代入すれば異常時排出量Ｑ_ｓ（ｎ_ｓ）を得ることができる。

次にシステムについて説明する。本実施形態例のシステムは、以下の３部により構成される。

（１）観測点異常高濃度検出ルーチン（図２）
（２）排出量算出ルーチン（図３）
（３）制約なし最適化問題への帰着（図４）
（１）は大気観測局において、測定された大気中の化学物質濃度が基準値よりも高いか低いかを判断するルーチンである。基準値よりも高い化学物質濃度が観測された場合には（２）の排出量算出ルーチンへ処理を移行する。

図２はメインルーチンであり、すべての処理はＭ０００よりスタートする。Ｍ０００の起動時刻は一定時間毎でも任意の時刻でもよい。Ｍ０１０以降の処理は、全ての大気観測局の大気中の化学物質濃度を調べる処理である。Ｍ０１０において観測点の指標となる変数ｎ_ｒＭに１を代入する。Ｍ０２０においてｎ_ｒＭが大気観測局数Ｎ_ｒＭ以下であるか否かを判断する。Ｎ_ｒＭ以下であれば処理をＭ０３０に移す。Ｎ_ｒＭ以下でなければ全ての観測局の調査が完了したので、処理をＭ１００へ移し、メインルーチンを終了する。Ｍ０３０において大気観測局ｎ_ｒＭでの測定濃度Ｃ_ｒ（ｎ_ｒＭ）が基準値Ｃ_ｔより大か否かを判断する。測定濃度Ｃ_ｒ（ｎ_ｒＭ）が基準値Ｃ_ｔより大であれば大気中の化学物質濃度が異常高濃度処理をＭ０４０に移す。測定濃度Ｃ_ｒ（ｎ_ｒＭ）が基準値Ｃ_ｔより大でなければ大気中の化学物質濃度が正常値なので処理をＭ０５０へ移す。Ｍ０４０では排出源から放出される化学物質の異常時排出量を予測計算する。排出量が予測計算し終わったら処理をＭ０５０へ移す。Ｍ０５０ではＮ_ｒＭを１増加させる。

図３は異常時の排出量予測算出ルーチンである。図３中、ｎ_ｒは大気観測局の指標、Ｎ_ｒは大気観測局の総数、Ｃ_ｒ（ｎ_ｒ）は大気観測局ｎ_ｒでの測定濃度、Ｚ_ｒ（ｎ_ｒ）は大気観測局の高さ、ｎ_ｓは排出源の指標、Ｎ_ｓは排出源の総数、ｕ_ｓ（ｎ_ｓ）は排出源ｎ_ｓでの煙突高風速、φ_ｓ（ｎ_ｓ）は排出源ｎ_ｓでの排出源風向、ｕ_ｒ（ｎ_ｒ）は大気観測局ｎ_ｒでの大気観測局風速、φ_ｒ（ｎ_ｒ）は大気観測局ｎ_ｒでの大気観測局風向、Ｎ_ｒ（ｎ_ｒ）は大気観測局ｎ_ｒでの大気観測局数、Ｑ_ｓ（ｎ_ｓ）は排出源ｎ_ｓの異常時排出量、Ｑ_{ｓ aver}（ｎ_ｓ）は排出源ｎ_ｓの平常時排出量、（Ｘ_ｓ（ｎ_ｓ），Ｙ_ｓ（ｎ_ｓ））は排出源ｎ_ｓの座標、ｈ_ｓｅ（ｎ_ｓ）は排出源ｎ_ｓの有効煙突高度、ｕ_ｓ（ｎ_ｓ）は排出源ｎ_ｓの煙突高風速、（ｘ_ｒ（ｎ_ｒ），ｙ_ｒ（ｎ_ｒ））は大気観測局ｎ_ｒの座標、ｚ_ｒ（ｎ_ｒ）は大気観測局ｎ_ｒの高さ、σ_ｓｙ（ｎ_ｓ），σ_ｓｚ（ｎ_ｓ）は排出源ｎ_ｓの拡散幅（Ｘ_ｓ（ｎ_ｓ）の関数）、Ｃ_ｒ（ｎ_ｒ）は大気観測局ｎ_ｒの濃度である。

メインルーチンＭ０４０より移行した処理はＳＡ０００よりスタートする。スタート後、処理はＳＡ０１０へ移行する。ＳＡ０１０では変数ｎ_ｒに１を代入する。次にＳＡ０２０へ処理を移す。ＳＡ０２０においてｎ_ｒが大気観測局数Ｎ_ｒ以下であるか否かを判断する。Ｎ_ｒ以下であれば処理をＳＡ０３０に移す。Ｎ_ｒ以下でなければ全ての観測局の調査が完了したので、処理をＳＡ１５０へ移す。ＳＡ０３０において大気観測局の高さｚ_ｒ（ｎ_ｒ）を取得する。次に処理をＳＡ０４０へ移す。ＳＡ０４０において変数ｎ_ｓに１を代入する。処理をＳＡ０５０へ移す。ＳＡ０５０においてｎ_ｓが大気中へ化学物質を放出する排出源の数Ｎ_ｓ以下であるか否かを判断する。Ｎ_ｓ以下であれば処理をＳＡ０６０に移す。Ｎ_ｓ以下でなければ全ての発生源の調査が完了したので、処理をＳＡ１４０へ移す。

ＳＡ０６０において、大気観測局において前もって測定された大気中の化学物質濃度が異常高濃度を示さない期間に、排出源から放出される化学物質排出量に統計処理を施した平常時排出量Ｑ_{ｓ aver}（ｎ_ｓ）を取得する。次にＳＡ０７０で排出源ｎ_ｓの風速ｕ_ｓ（ｎ_ｓ）を取得する。次にＳＡ０８０で排出源ｎ_ｓのφ（ｎ_ｓ）を取得する。次にＳＡ０９０で排出源ｎ_ｓの有効煙突高度ｈ_ｓｅ（ｎ_ｓ）を取得する。次にＳＡ１００で排出源座標（Ｘ_ｓ（ｎ_ｓ），Ｙ_ｓ（ｎ_ｓ））を取得する。次にＳＡ１１０で排出源ｎ_ｓのｙ軸方向の拡散幅σ_ｓｙ（ｎ_ｓ）、排出源ｎ_ｓのｚ軸方向の拡散幅σ_ｓｚ（ｎ_ｓ）を取得する。次にＳＡ２１０でcoeff(ｎ_ｓ,ｎ_ｒ)を計算する。coeff(ｎ_ｓ,ｎ_ｒ)は、プルームモデルを用いた場合に以下で表される。

次にＳＡ１３０でｎ_ｓを１インクリメントして、処理をＳＡ１５０へ移す。ＳＡ１５０の判断でＳＡ１４０へ処理が移った場合、ｎ_ｒを１インクリメントして、処理をＳＡ０２０へ移す。

ＳＡ０２０の判断でＳＡ１５０へ処理が移った場合、ＳＡ１５０で変数ｎ_ｒに１を代入する。次にＳＡ１６０へ処理を移す。ＳＡ１６０においてｎ_ｒが大気観測局数Ｎ_ｒ以下であるか否かを判断する。Ｎ_ｒ以下であれば処理をＳＡ１７０に移す。Ｎ_ｒ以下でなければ全ての観測局の調査が完了したので、処理をＳＡ１９０へ移す。ＳＡ１７０において制約式を生成する。制約式は以下の式で表される。

次にＳＡ１８０においてｎ_ｒを１インクリメントして、処理をＳＡ１６０へ移す。ＳＡ１６０からＳＡ１９０へ処理が移った場合にＮ_ｓ＞Ｎ_ｒが成立するか否かを判断する。現状では地方公共団体に設置されている大気観測局の数の方が排出源の数よりも少ないのでＳＡ１９０の条件式は成立し、ＳＡ２００へ処理を移す。ＳＡ２００においてラグランジェの未定係数法を利用する。この結果ＳＡ２２０において異常時排出量Ｑ_ｓ（ｎ_ｓ）を決定することができる。ＳＡ１９０からＳＡ２１０へのパスは処理手順を完璧にするために示したものである。ＳＡ１９０の条件式が成立しない手順をあえて示すが、現状の地方公共団体ではＳＡ２１０へ処理が移ることはない。ＳＡ２１０の処理はＮ_ｓ＜Ｎ_ｒの場合に、Ｎ_ｒ個の連立一次方程式よりＮ_ｓ個の変数の値を決定する問題なのでＳＡ２２０への解法は周知である。ＳＡ２２０の後処理を終了し、メインルーチン図２のＭ０４０へ処理を移す。

図４は制約なし最適化問題への帰着（ラグランジェの未定定数法）するルーチンである。図３の異常時排出量予測計算システムの処理ＳＡ２００より処理は移行される。処理はＳＢ０００よりスタートする。

次に処理はＳＢ０１０へ移り、目的関数が生成される。ＳＢ０１０で生成される目的関数は以下で表すことができる。

次に処理はＳＢ０２０へ移りラグランジェ関数が生成される。ＳＢ０２０で生成されるラグランジェ関数は以下で表すことができる。

次にＳＢ０３０において、ＳＢ０２０で生成したラグランジェ関数のＱ_ｓ（ｎ_ｓ）についての一回の偏微分関数がゼロに等しいと置く。式は以下で表される。

次にＳＢ０４０で、ＳＢ０３０で生成した式を異常時排出量について表せば、式は以下のように表すことができる。

次にＳＢ０５０において、ＳＢ０２０で生成したラグランジェ関数のλｎ_ｒｘについての一回の偏微分関数がゼロに等しいと置いた式は以下である。

次にＳＢ０６０において、ＳＢ０５０で生成した式をＣ_ｒ（ｎ_ｒｘ）について解くと、下記式を得ることができる。

次に、ＳＢ０７０において、ＳＢ０６０の異常時排出量の項Ｑ_ｓ（ｎ_ｓ）にＳＢ０４０を代入すると、下記式が得られる。

ＳＢ０７０をすべての観測局における式に変換すると連立方程式ＳＢ０８０になる。

ＳＢ０８０は変数λｎ_ｒの個数がＮ_ｒ個、連立方程式の数がＮ_ｒ個であるから、ＳＢ０９０において変数λｎ_ｒの値を決定することができる。

次にＳＢ１１０において、ＳＢ０９０で求められたλｎ_ｒの値をＳＢ０４０へ代入すれば異常時排出量Ｑ_ｓ（ｎ_ｓ）を得ることができる。

以上のように、原因となる排出源を特定する方法には、他に例えば、排出源の排出量の値を、異常時観測量に近づけるように少しずつ変化させて求めていく方法（最急降下法）もあるが、本発明の実施形態例は、以下のような効果がある。

（１）本発明の実施形態例は、繰り返し計算がないため、計算時間が少ない。

（２）精度の良い解が得られる。すなわち、大気濃度が環境基準を満たさない状況は突発的な事故が原因である排出量の超過により引き起こされる。よって同時に多数の事業所（工場）が届出排出量を超過する事象が起こる可能性は極めて低い。つまり少数の事業所の届出排出量からの超過が異常の原因であり、その他の事業所は届出排出量遵守（平常時排出量のまま）だから、Ｎｓ個の事業所Ｎｓの排出量をＮｓ次元の座標として表せば、異常時排出量座標は平常時排出量座標の近傍にあることが予想されるためである。

なお、本発明は、上記実施形態例そのまま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構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態例に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態例に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。

本発明の実施形態例に係る化学物質排出量予測計算システムを示す構成説明図である。 本発明の実施形態例に係る観測点異常高濃度検出ルーチンを示すフローチャートである。 本発明の実施形態例に係る排出量算出ルーチンを示すフローチャートである。 本発明の実施形態例に係る制約なし最適化問題への帰着を示すフローチャートである。 従来行われてきた排出源を特定する手順を示すフローチャートである。 従来の化学物質排出量予測計算システムを示す構成説明図である。 従来の連立方程式の数が変数の数より少ない例を示す説明図である。

符号の説明

１１ 化学物質排出量予測計算システム
１２ 入力データ
１３ 出力データ

Claims (6)

1. 大気観測局においてある期間に測定された大気中の化学物質濃度が定められた基準値以上の異常高濃度を示した場合の化学物質排出量予測計算システムであって、
   大気中の化学物質の測定濃度、大気観測局の位置座標、化学物質が大気中に放出される排出源の煙突高度と煙の拡散幅、排出源の位置座標、排出源の風速、風向と、
   大気観測局において前もって測定された大気中の化学物質濃度が異常高濃度を示さない期間に、排出源から放出される平常時排出量を入力する入力手段と、
   大気中の化学物質濃度が異常高濃度を示した期間に排出源から放出された化学物質の異常時排出量を出力する出力手段とを具備し、
   排出源の（平常時排出量−異常時排出量）の２乗の和が最小となる解を求めることにより、大気中の化学物質の異常高濃度の原因となる排出源を特定することを特徴とする化学物質排出量予測計算システム。
2. 請求項１記載の化学物質排出量予測計算システムにおいて、
   入力する化学物質の平常時排出量データとして、
   法律・規制により届出された化学物質の排出源の平均排出量データを用いることを特徴とする化学物質排出量予測計算システム。
3. 請求項１記載の化学物質排出量予測計算システムにおいて、
   入力する化学物質の平常時排出量データとして、
   排出源の化学物質排出量の実測値に統計処理を施して得られた平均排出量データを用いることを特徴とする化学物質排出量予測計算システム。
4. 大気観測局においてある期間に測定された大気中の化学物質濃度が定められた基準値以上の異常高濃度を示した場合の化学物質排出量予測計算方法であって、
   大気中の化学物質の測定濃度、大気観測局の位置座標、化学物質が大気中に放出される排出源の煙突高度と煙の拡散幅、排出源の位置座標、排出源の風速、風向と、
   大気観測局において前もって測定された大気中の化学物質濃度が異常高濃度を示さない期間に、排出源から放出される平常時排出量を入力とし、
   大気中の化学物質濃度が異常高濃度を示した期間に排出源から放出された化学物質の異常時排出量を出力し、
   排出源の（平常時排出量−異常時排出量）の２乗の和が最小となる解を求めることにより、大気中の化学物質の異常高濃度の原因となる排出源を特定することを特徴とする化学物質排出量予測計算方法。
5. 請求項４記載の化学物質排出量予測計算方法において、
   入力する化学物質の平常時排出量データとして、
   法律・規制により届出された化学物質の排出源の平均排出量データを用いることを特徴とする化学物質排出量予測計算方法。
6. 請求項４記載の化学物質排出量予測計算方法において、
   入力する化学物質の平常時排出量データとして、
   排出源の化学物質排出量の実測値に統計処理を施して得られた平均排出量データを用いることを特徴とする化学物質排出量予測計算方法。

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