JP2015094322A - Rainwater drainage pump control device, rainwater drainage system and rainwater drainage pump control program - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の実施形態は、雨水排水ポンプ制御装置、雨水排水システム、および雨水排水ポンプ制御プログラムに関する。 Embodiments described herein relate generally to a rainwater drainage pump control device, a rainwater drainage system, and a rainwater drainage pump control program.
近年、局地的かつ短時間に降る大雨(局所豪雨)が多発している。局地的豪雨による典型的な被害として、都市の内部で水が溢れる内水氾濫が発生している。洪水を未然に防ぐための取り組みとしては、築堤、河道掘削、護岸整備やダム建設など、主に大規模河川の増水や決壊による洪水を想定した対策が講じられてきた。河川の氾濫は外水氾濫と呼ばれ、従来は外水氾濫に対する対策が重点的に行われてきたが、今後は、内水氾濫も考慮した対策が重要になってくると考えられる。実際、比較的堤防の整備が進んだ都市部では、内水氾濫の被害の方が多い傾向にあり、内水氾濫の防止が新たな課題となっている。 In recent years, heavy rains (local heavy rains) have occurred frequently and locally. As a typical damage caused by local heavy rain, inundation flooding has occurred. As measures to prevent flooding, measures have been taken mainly for flooding due to flooding or rupture of large rivers, such as embankment, river channel excavation, revetment improvement and dam construction. River inundation is called outside water inundation. Conventionally, countermeasures against outside water inundation have been focused on, but in the future, it will be important to take into account inland water inundation. In fact, in urban areas where the development of dykes is relatively advanced, inundation floods tend to be more damaged, and prevention of inundation is a new issue.
内水氾濫の対策の一つとして、雨水排水施設の制御が挙げられる。雨水排水施設では、雨水排水ポンプによって流入した雨水を河川等に排出することが行われている。こうした雨水排水施設では、雨水が貯留される雨水ポンプ井水位に対して基準水位を設定しておき、雨水ポンプ井水位と基準水位の比較に基づいて雨水排水ポンプの起動または停止を行うという制御が行われることが多い。これに関連し、その基準水位を可変にする技術が開示されている(例えば、特許文献1、2参照)。
One countermeasure against inundation is the control of rainwater drainage facilities. In rainwater drainage facilities, rainwater that has flowed in by a rainwater drainage pump is discharged into a river or the like. In such rainwater drainage facilities, control is performed such that a reference water level is set for the rainwater pump well level where rainwater is stored, and the rainwater drainage pump is started or stopped based on a comparison between the rainwater pump well level and the reference water level. Often done. In relation to this, a technique for changing the reference water level is disclosed (for example, see
従来の技術では、雨水排水ポンプを好適に制御することができない場合があった。
本発明が解決しようとする課題は、雨水排水ポンプを好適に制御することが可能な雨水排水ポンプ制御装置、雨水排水システム、および雨水排水ポンプ制御プログラムを提供することである。
In the prior art, the rainwater drainage pump may not be suitably controlled.
The problem to be solved by the present invention is to provide a rainwater drainage pump control device, a rainwater drainage system, and a rainwater drainage pump control program capable of suitably controlling a rainwater drainage pump.
一実施形態の雨水排水ポンプ制御装置は、起動順序が設定されている複数の雨水排水ポンプを制御する。雨水排水ポンプ制御装置は、ポンプ制御部と、水位設定部とを備える。ポンプ制御部は、雨水が流入する貯留部の水位が、前記複数の雨水排水ポンプのそれぞれについて設定される起動水位以上となったときに、対応する雨水排水ポンプを起動する。水位設定部は、前記複数の雨水排水ポンプのうち少なくとも1つの雨水排水ポンプについて、前記貯留部への雨水の流入量の予測値と、起動水位の設定対象である雨水排水ポンプよりも起動順序が上位の雨水排水ポンプの吐出量の合計値との差分、第1の想定時間、および第1の所定水位に基づいて、前記起動水位を設定する。 The rainwater drainage pump control device of one embodiment controls a plurality of rainwater drainage pumps for which an activation order is set. The rainwater drainage pump control device includes a pump control unit and a water level setting unit. A pump control part starts a corresponding rainwater drainage pump, when the water level of the storage part into which rainwater flows becomes more than the starting water level set about each of these rainwater drainage pumps. The water level setting unit has, for at least one of the plurality of rainwater drainage pumps, a predicted value of the inflow amount of rainwater to the storage unit and a startup order that is higher than a rainwater drainage pump that is a target for setting the startup water level. The starting water level is set based on the difference from the total discharge amount of the upper rainwater drainage pump, the first assumed time, and the first predetermined water level.
以下、図面を参照し、雨水排水ポンプ制御装置、雨水排水システム、および雨水排水ポンプ制御プログラムの実施形態について説明する。
[概略]
図1は、一実施形態に係る雨水排水ポンプ制御装置100と、これに接続される機器とを模式的に示す図である。雨水排水ポンプ制御装置100は、例えば、雨水排水施設(雨水排水システム)1内に設置され、雨水排水施設1の雨水排水ポンプP1〜PN(nは任意の自然数)を制御する。雨水排水施設1は、単独の施設であったり、下水処理場に併設される施設であったりする。雨水排水施設1では、流入幹線10から流入する雨水や工場排水等が、雨水ポンプ井20に貯留される。ポンプP1〜PNは、雨水ポンプ井20に貯留された雨水(工場排水等を除外するものではない)を、河川等に排出する。なお、雨水ポンプ井20は、「貯留部」の一例である。
Hereinafter, embodiments of a rainwater drainage pump control device, a rainwater drainage system, and a rainwater drainage pump control program will be described with reference to the drawings.
[Outline]
FIG. 1 is a diagram schematically showing a rainwater drainage
流入幹線10には、幹線水位計12および流速計14が取り付けられており、これらの出力する水位および流速は、変換器16により単位時間あたりの流量(幹線流量[m3/s])の情報に変換された情報と共に、雨水排水ポンプ制御装置100に入力される。なお、幹線流量は、「貯留部への雨水の流入量」の一例である。また、「貯留部への雨水の流入量」として、流入渠21など、他の箇所の流量が計測されてもよい。
A main
また、雨水排水ポンプ制御装置100には、例えば、地上雨量計30から降雨量の情報が、降雨レーダ40からネットワークNWおよびコンピュータ50を介して降雨強度の情報が、それぞれ入力される。降雨レーダ40は、空中に電波を発信し、雨滴により反射された電波を受信することにより、ある観測範囲(例えば250[m]×250[m])の降雨の状況を観測する。降雨レーダ40の出力する信号は、図示しない信号処理サーバによって、メッシュ毎の降雨強度[mm/h]に換算されて出力される。降雨量や降雨強度として、一地点の情報だけでなく、複数地点の情報が入力されてもよい。なお、上記説明した雨水排水ポンプ制御装置100に入力される情報は、あくまで一例であり、これらの一部が省略されてもよいし、後述するように他の情報が雨水排水ポンプ制御装置100に入力されてもよい。
Also, the rainwater drain
雨水排水施設1は、流入幹線10と雨水ポンプ井20との間を遮断可能なゲート部22と、雨水ポンプ井20の水位Xを検出して出力する雨水ポンプ井水位計24とを備える。ゲート部22は、雨水の流入量が極端に多い場合には、遮断されて雨水ポンプ井20への流入量を遮断する場合があるが、通常時には所定の高さに保たれている。なお、図1において、水位Xは雨水ポンプ井20の底面を基準とした水位であるように記載したが、実際には、東京湾中等潮位(Tokyo Peil)等を基準とした水位であってもよい。雨水ポンプ井水位計24の検出値は、雨水排水ポンプ制御装置100に入力される。雨水排水ポンプ制御装置100は、上記入力される各種情報、雨水ポンプ井水位計24の検出値、および下流側の情報(後述)に基づいて、雨水排水ポンプP1〜PNやゲート部22を制御する。
The
また、雨水排水ポンプ制御装置100には、雨水排水施設1の上流側の情報と、下流側の情報とが入力される。上流側の情報としては、上記した幹線流量、降雨量、降雨強度の他、ダム水位情報、上流ポンプ施設のポンプ吐出量情報等が挙げられる。また、下流側の情報としては、河川水位情報、潮位情報等が挙げられる。流域におけるこれらの情報は、雨水排水施設1における運用に密接に関係しており、雨水排水ポンプ制御装置100は、これらの情報を有効に活用しながら、雨水排水施設1における雨水排水ポンプP1〜PNの制御を、適切かつ効率的に行っていく必要がある。
In addition, information on the upstream side of the
図2は、雨水排水ポンプ制御装置100の機能構成の一例を示す図である。雨水排水ポンプ制御装置100は、例えば、流入量予測部110と、流域監視データ記憶部112と、流入量予測モデル構築部114と、予測モデルパラメータ記憶部116と、起動・停止水位設定部120と、起動・停止順序設定部122と、ポンプ容量・ポンプ井情報記憶部124と、ポンプ制御部130とを備える。
FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a functional configuration of the rainwater drainage
これらのうち、流入量予測部110、流入量予測モデル構築部114、起動・停止水位設定部120、起動・停止順序設定部122、ポンプ制御部130は、例えば、CPU(Central Processing Unit)等のプロセッサがプログラムを実行することにより機能するソフトウェア機能部である。また、これらの機能部のうち一部または全部は、PLC(Programmable Logic Controller)により実現される機能部であってもよいし、LSI(Large Scale Integration)やASIC(Application Specific Integrated Circuit)等のハードウェア機能部であってもよい。また、流域監視データ記憶部112、予測モデルパラメータ記憶部116、ポンプ容量・ポンプ井情報記憶部124は、例えば、HDD(Hard Disk Drive)やフラッシュメモリ、RAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)などの記憶装置によって実現される。
Among these, the
流入量予測部110は、前述した幹線水位、幹線流速、幹線流量、降雨量、降雨強度等の情報(以下、流域監視データと称する)に基づいて、将来の雨水ポンプ井20へ雨水の流入量を予測する。流域監視データは、流域監視データ記憶部112に格納される。流入量予測モデル構築部114は、流域監視データ記憶部112に格納された流域監視データに基づいて、流入量予測部110が予測に用いる予測モデルのパラメータを決定し、予測モデルパラメータ記憶部116に格納する。流入量の予測処理の詳細については後述する。
The inflow
起動・停止水位設定部120は、流入量予測部110の予測結果、雨水排水ポンプP1〜PNの起動順序や停止順序、ポンプ容量(単位時間あたりの吐出量)、雨水ポンプ井20の構造情報などに基づいて、雨水排水ポンプP1〜PNの起動水位と停止水位を設定する。雨水排水ポンプP1〜PNの起動順序や停止順序は、例えば、起動・停止順序設定部122により設定される。起動・停止順序設定部122は、例えば、過去における各雨水排水ポンプP1〜PNの起動時間の履歴を参照し、累積の起動時間が短い雨水排水ポンプの起動順序が上位に、且つ停止順序が下位になるように(すなわち、より早く起動され、より遅く停止されるように)、定期的に起動順序や停止順序の再設定を行う。なお、これに代えて、雨水排水ポンプP1〜PNの起動順序や停止順序は、固定であってもよく、この場合、起動・停止順序設定部122は、単に順序を保持する記憶部であってよい。ポンプ容量・ポンプ井情報記憶部124には、雨水排水ポンプ井20や流入渠21の断面積や容積などの土木情報(構造情報)、雨水ポンプP1〜PNの吐出容量、警戒水位(溢水水位)やインターロック水位などの情報が格納されている。起動・停止水位の設定処理の詳細については後述する。
The start / stop water
ポンプ制御部130は、雨水ポンプ井20の水位が、雨水排水ポンプP1〜PNのそれぞれについて設定される起動水位以上となったときに、対応する雨水排水ポンプを起動し、雨水排水ポンプP1〜PNのそれぞれについて設定される停止水位未満となったときに、対応する雨水排水ポンプを停止させる。図3は、各ポンプについて設定される起動水位および停止水位の一例を示す図である。ここでは、ポンプの数nが4つであるものとする。図中、H(1)はポンプP1の起動水位であり、L(1)はポンプP1の停止水位である。また、H(2)はポンプP2の起動水位であり、L(2)はポンプP2の停止水位である。また、H(3)はポンプP3の起動水位であり、L(3)はポンプP3の停止水位である。また、H(4)はポンプP4の起動水位であり、L(4)はポンプP4の停止水位である。例えば、ポンプ制御部130は、水位Xが上昇して起動水位H(1)以上になると、ポンプP1を起動させて雨水の排出を開始する。その後、水位Xが低下して停止水位L(1)を下回ると、ポンプ制御部130は、ポンプP1を停止させる。また、ポンプ制御部130は、水位Xが上昇して起動水位H(4)以上となると、その過程でポンプP1、P2、P3、P4を順に起動させ、ポンプP1のみ起動している状態よりも大量の雨水を排出させる。また、ポンプ制御部130は、水位Xが起動水位H(4)以上となった後、水位Xが低下して停止水位L(1)未満となると、その過程でポンプP4、P3、P2、P1を順に停止させ、少量の雨水のみ排出させる。このように、ポンプ制御部130は、水位Xが高くなるとより多くのポンプを起動させ、水位Xが低くなると少ないポンプのみ起動させるように、ポンプP1〜P4を制御する。なお、図中、HHは警戒水位であり、LLはインターロック水位(ポンプが機械的に停止する水位)である。
When the water level of the rainwater pump well 20 becomes equal to or higher than the activation water level set for each of the rainwater drainage pumps P1 to PN, the
[流入量の予測処理]
以下、流入量予測部110による流入量の予測処理について説明する。式(1)、(2)は、流入量予測部110が流入量を予測する際の基本となる予測モデルを表している。式中、「i」は、例えば、流域監視データに含まれる幹線水位、幹線流速、幹線流量、降雨量、降雨強度等(以下、「要因」と称する)の中から、流入量予測モデル構築部114により選択されたキーパラメータの識別子である。そして、mvYimax(k)は、キーパラメータiに基づく雨水の流入量の予測最大値であり、mvYimin(k)は、キーパラメータiに基づく雨水の流入量の予測最小値である。後述するように、流入量予測部110は、これらキーパラメータ毎の予測値を統合し、雨水の流入量を予測する。式中、「k」は時系列データにおける時間に相当するサンプル番号である。また、「mv」は移動平均等の処理によって平滑化された値であることを示す。なお、以下に説明する各式中の値が平滑化されていることは必須の構成でなく、流域監視データの値そのものが用いられても構わない。また、「Ki」はキーパラメータiのゲイン、すなわちキーパラメータiが雨水の流入量に及ぼす程度を示す。また、「Ui」はキーパラメータiの値であり、「Li」は遅れ時間、すなわち、キーパラメータiの時間変化が雨水の流入量の変化として現れるまでの時間を示す。また、「Bi」はキーパラメータiについてのバイアス、すなわち、キーパラメータiの変動に拘わらず発生する雨水の流入量を示す。
mvYimax(k)=Kimax×mvUi(k−Li)+Bimax (i=1,2,‥,M) ‥(1)
mvYimin(k)=Kimin×mvUi(k−Li)+Bimin (i=1,2,‥,M) ‥(2)
[Inflow prediction processing]
Hereinafter, the inflow amount prediction process by the inflow
mvY i max (k) = K i max × mvU i (k−L i ) + B i max (i = 1, 2,..., M) (1)
mvY i min (k) = K i min × mvU i (k−L i ) + B i min (i = 1, 2,..., M) (2)
流入量予測モデル構築部114は、式(1)、(2)で表される予測モデルを構成するためのパラメータ(「Ki」、「Li」、「Bi」)を、以下に例示する処理によって決定する。図4は、流入量予測モデル構築部114により実行される処理の流れの一例を示す図である。まず、流入量予測モデル構築部114は、流域監視データ記憶部112から、ゼロでない、或いは所定の閾値以上の降雨が認められる3個以上の降雨イベントに対応する、複数の期間を抽出する(ステップS200)。降雨イベントは、幹線水位、幹線流速、幹線流量、降雨量、降雨強度等の「要因」を含んでいる。
The inflow amount prediction
次に、流入量予測モデル構築部114は、「要因」から雨水ポンプ井20への流入量に及ぼす影響が大きいキーパラメータを抽出する(ステップS202)。流入量予測モデル構築部114は、例えば、雨水ポンプ井20への雨水の流入量と、各「要因」とに、それぞれ移動平均処理などの適切な平滑化処理を施した上で、時間をずらして相関係数を求め、相関係数の最大値が所定値を超える「要因」を、キーパラメータとして抽出する。
Next, the inflow prediction
次に、流入量予測モデル構築部114は、降雨イベント毎に、以下の処理(ステップS204〜S210)を行う。
まず、流入量予測モデル構築部114は、遅れ時間「Li」をキーパラメータ毎に同定する(ステップS204)。流入量予測モデル構築部114は、式(3)で表されるキーパラメータのデータ行列Uij(jは降雨イベントの識別情報)中の各キーパラメータの時系列データと、式(4)で表される「降雨イベント毎の雨水ポンプ井流入量データ(ベクトル)Yjとの相関係数を、遅れ時間Lijをサンプル周期dT刻みで前後にずらしながら相関係数R(k)を計算する。式中、「E」は平均値を、Tは転置を示す。相関係数は、式(5)で表される。流入量予測モデル構築部114は、式(5)で表される相関係数R(k)が最大値となる遅れ時間Lijを抽出し、同定値とする。
Yj=[{mvYj(1)―E(mvYj)},{mvYj(2)―E(mvYj)},‥,{mvYj(n)―E(mvYj)}]T ‥(3)
Uij=[{mvUij(1―Lij)―E(mvUij)},{mvUij(2−Lij)―E(mvUij)},‥,{mvUij(n−Lij)―E(mvUij)}] ‥(4)
First, the inflow prediction
Y j = [{mvY j (1) −E (mvY j )}, {mvY j (2) −E (mvY j )},..., {MvY j (n) −E (mvY j )}] T (3)
U ij = [{mvU ij (1-L ij ) −E (mvU ij )}, {mvU ij (2-L ij ) −E (mvU ij )},..., {MvU ij (n−L ij ) − E (mvU ij )}] (4)
次に、流入量予測モデル構築部114は、ゲインKijとバイアスBijの同定を行う(ステップS206〜S210)。
まず、流入量予測モデル構築部114は、mvYjとmvUijから平均値除去処理(バイアス除去処理)を行う(ステップS206)。平均値除去処理は、式(6)が変形された式(7)によって表される。式(6)は、前述した式(1)、(2)から最大値と最小値の概念を除去した基本式である。そして、流入量予測モデル構築部114は、式(7)に最小二乗法を適用して得られる式(8)に基づいて、ゲインKijを同定する(ステップS208)。
mvYi(k)=Ki×mvUi(k−Li)+Bi (i=1,2,‥,M) ‥(6)
mvYj(k)―E(mvYj)=Kij×{mvUij(k―Iij)―E(mvUij)} ‥(7)
Kij=YTUij/Uij TUij (i=1,2,‥,M、j=1,2,‥,P)‥(8)
Next, the inflow amount prediction
First, the inflow amount prediction
mvY i (k) = K i × mvU i (k−L i ) + B i (i = 1, 2,..., M) (6)
mvY j (k) -E (mvY j) = K ij × {mvU ij (k-I ij) -E (mvU ij)} ‥ (7)
K ij = Y T U ij / U ij T U ij (i = 1,2, ‥, M, j = 1,2, ‥, P) ‥ (8)
ここで、式(7)においてバイアスが除去されているため、式(8)では1つのパラメータKijのみ同定すればよく、最小二乗法で通常必要となる逆行列演算を行う必要がなく、除算のみでパラメータKijの推定が可能となっている。ゲインKijとバイアスBijを同時に推定しようとすると、二変数の最小二乗法を行う必要があり、逆行列演算が必要となる。これに対し、本実施形態の流入量予測モデル構築部114では、上記の手順を採用することによって逆行列演算を回避し、処理負荷を低減することができる。
Here, since the bias is removed in Equation (7), only one parameter K ij needs to be identified in Equation (8), and it is not necessary to perform the inverse matrix operation that is normally required by the least square method, and division is performed. The parameter K ij can be estimated only by If the gain K ij and the bias B ij are to be estimated at the same time, it is necessary to perform a two-variable least squares method, and an inverse matrix operation is required. On the other hand, the inflow prediction
次に、流入量予測モデル構築部114は、同定したゲインKijを用いてバイアスBijを同定する(ステップS210)。流入量予測モデル構築部114は、式(6)と式(7)を比較することによって得られる式(9)に基づいて、バイアスBijを同定する。
Bij=E(mvYj)―Kij×E(mvUij) ‥(9)
Next, the inflow amount prediction
B ij = E (mvY j ) −K ij × E (mvU ij ) (9)
このようにして、降雨イベントj毎に遅れ時間Lij、ゲインKij、バイアスBijを同定すると、流入量予測モデル構築部114は、降雨イベントjに依存しない、キーパラメータi毎の遅れ時間、ゲイン、バイアスの代表値を求める。流入量予測モデル構築部114は、例えば、ロバスト統計を用いた位置母数抽出処理、および尺度母数抽出処理によって、式(10)〜(12)で表される代表値を導出する(ステップS212)。式中、Li、Ki、Biは、各キーパラメータについての、降雨イベントに依存しない遅れ時間、ゲイン、バイアスの代表値である。また、MEDjはjに関する中央値(Median)、MADjはjに関する中央値絶対偏差(Median Absolute Deviation)、αL、αK、αBは係数、Mはキーパラメータの数、Pは降雨イベントの数を示す。中央値は、ロバスト統計を用いた位置母数の一例である。また、中央値絶対偏差は、ロバスト統計を用いた尺度母数の一例であり、各データと中央値との差分を求め、その差分の中央値を求めたものである。係数αL、αK、αBは、例えば―1〜+1程度の範囲内でユーザにより、或いは自動的に設定される。式(10)〜(12)によれば、全降雨イベントについての同定値の中央値から、係数αに応じた偏りをもった推定値が導出される。
Li=MEDj(Lij)+αL×MADj(Lij) i=1,2,‥,M、j=1,2,‥,P ‥(10)
Ki=MEDj(Kij)+αK×MADj(Kij) i=1,2,‥,M、j=1,2,‥,P ‥(11)
Bi=MEDj(Bij)+αB×MADj(Bij) i=1,2,‥,M、j=1,2,‥,P ‥(12)
In this way, when the delay time L ij , the gain K ij , and the bias B ij are identified for each rain event j, the inflow amount prediction
L i = MED j (L ij ) + α L × MAD j (L ij ) i = 1, 2,..., M, j = 1, 2,..., P (10)
K i = MED j (K ij ) + α K × MAD j (K ij ) i = 1, 2,..., M, j = 1, 2,..., P (11)
B i = MED j (B ij ) + α B × MAD j (B ij ) i = 1, 2,..., M, j = 1, 2,..., P (12)
このように、本実施形態の流入量予測モデル構築部114は、平均値ではなく中央値を用いて代表値を求めるため、ロバストな値を求めることができる。複数の降雨イベントを用いてパラメータの同定を行うと、降雨イベントによっては,現実的でないパラメータの推定値が得られるケースがしばしば現れる。そのため、平均化処理を行う場合、代表値が現実的でないパラメータ値に左右されて安定した代表値を算出することができないことがある。これに対し、中央値を用いる場合、中央値はロバスト統計の分野でロバストな代表値(位置母数)推定量として知られているので、現実的で無いパラメータ値に左右される可能性を低下させることができる。なお、流入量予測モデル構築部114は、中央値処理に代わる他のロバストな位置母数推定方法を用いてもよい。例えば、流入量予測モデル構築部114は、HL推定量(ホッジス・レーマン推定量)などを用いてもよいし、適切なパーセントで刈り込んだ刈込平均(トリム平均)を用いても良い。また、流入量予測モデル構築部114は、ブートストラップやサブサンプリングと呼ばれる方法でロバストに平均値を推定しても良い。更に、流入量予測モデル構築部114は、MADに代えて、標準偏差に相当するロバストな尺度母数の推定量、例えば、刈込の標準偏差やブートストラップやサブサンプリングを用いた尺度推定量を用いてもよい。
Thus, since the inflow prediction
ここで、係数αL、αK、αBの意義について説明する。パラメータLi、Ki、Biは、αL、αK、αBを全てゼロとして偏りのない推定値としてもよいが、本実施形態におけるパラメータは、雨水ポンプ井20への流入量を予測するためのものである。そして、予測された流入量は、雨水排水ポンプP1〜PNの起動水位と停止水位を設定するために用いられる。ここで、起動水位の設定に関しては、溢水を防止するために、起動までに要する時間の間に流入する流入量をなるべく大きく見積もる必要があり、この逆に、停止時には、インターロック水位まで低下するのを防止するために、流入量をなるべく小さく見積もる必要がある。従って、流入量の予測最大値と予測最小値を、妥当な範囲内で導出することができると好適である。この観点から、本実施形態の流入量予測モデル構築部114は、ゲインKiとバイアスBiについては、αKとαBを適切な正の値(例えば0〜1程度)とすることで予測最大値を導出するための値を設定し、αKとαBを適切な負の値(例えば―1〜0程度)とすることで予測最小値を導出するための値を設定する。
Here, the significance of the coefficients α L , α K , and α B will be described. The parameters L i , K i , and B i may be estimated values with no bias with α L , α K , and α B being all zero, but the parameters in this embodiment predict the inflow to the rainwater pump well 20. Is to do. The predicted inflow amount is used to set the starting water level and the stopping water level of the rainwater drainage pumps P1 to PN. Here, regarding the setting of the startup water level, in order to prevent overflow, it is necessary to estimate as much as possible the amount of inflow that flows during the time required for startup, and conversely, at the time of stoppage, the level drops to the interlock water level. In order to prevent this, it is necessary to estimate the inflow amount as small as possible. Therefore, it is preferable that the predicted maximum value and the predicted minimum value of the inflow amount can be derived within a reasonable range. From this point of view, the inflow prediction
なお、遅れ時間Liに関しては、流入量の最大値と最小値が、パラメータ符号に対していずれの方向に出るかが一般的にはわからないため、αLを例えばゼロとして、流入量の最大値を予測する場合と、最小値を予測する場合とで共通した値を用いてよい。 Regarding the delay time L i , since it is generally not known in which direction the maximum value and the minimum value of the inflow amount come out with respect to the parameter sign, α L is set to zero, for example, and the maximum value of the inflow amount is set. A common value may be used for predicting the minimum value and for predicting the minimum value.
係る手法によって、流入量の最大値と最小値を、妥当な範囲内で適切に導出することができる。図5は、雨水の流入量に対する予測最大値と予測最小値の推移を模式的に示すイメージ図である。 By such a method, the maximum value and the minimum value of the inflow amount can be appropriately derived within a reasonable range. FIG. 5 is an image diagram schematically showing the transition of the predicted maximum value and the predicted minimum value with respect to the inflow of rainwater.
流入量予測モデル構築部114は、上記説明した手法によって、キーパラメータi毎の遅れ時間Li、およびゲインKiの最大値および最小値、バイアスBiの最大値および最小値を決定すると、これらを予測モデルパラメータ記憶部116に格納する。流入量予測モデル構築部114による処理は、例えば、所望のタイミングで実行され、その後、必要に応じて定期的または不定期に実行される。
When the inflow amount prediction
流入量予測部110は、前述したキーパラメータ毎の予測式(1)、(2)に対してロバスト統計を用いた代表値抽出処理を行った結果の式(13)、(14)に基づいて、予測最大値と予測最小値を導出し、起動・停止水位設定部120に提供する。式中、MEDiはiに関する中央値、MADiはiに関する中央値絶対偏差である。βは、任意に設定可能な係数であり、例えば初期値としてゼロが設定され、降雨状況に応じて正または負に設定されてよい。なお、MEDやMADに関しては、式(10)〜(12)と同様に、任意のロバストな推定量に置換することができる。図6は、流入量予測部110による処理を模式的に示す図である。
mvYmax(k)=MEDi{mvYimax(k)}+β×MADi{mvYimax(k)} i=1,2,‥,M ‥(13)
mvYmin(k)=MEDi{mvYimin(k)}+β×MADi{mvYimin(k)} i=1,2,‥,M ‥(14)
The inflow
mvYmax (k) = MED i {mvY i max (k)} + β × MAD i {mvY i max (k)} i = 1, 2,..., M (13)
mvYmin (k) = MED i {mvY i min (k)} + β × MAD i {mvY i min (k)} i = 1, 2,..., M (14)
ここで、(1)、(2)はキーパラメータ毎の予測式であるが、これらはキーパラメータによって一様でないバラつきを示す場合がある。例えば、降雨量を用いて雨水の流入量予測を行う場合、あまり大きな降雨量を記録していないにも関わらず、雨水の流入量が増加するというようなケースが考えられる。このような現象が生じるケースとしては、計測地点での降雨量はあまり無いが、流域内の別の地域から雨水流入があるケースなどが考えられる。このような状況が生じることを考慮すると、単純にキーパラメータ毎の予測値に対して例えば平均化処理を行うよりも、式(13)、(14)で表されるような、ロバスト統計を用いた代表値抽出処理によって代表的な値を抽出する方が、予測精度が向上すると考えられる。 Here, (1) and (2) are prediction equations for each key parameter, but these may show non-uniform variations depending on the key parameter. For example, when the rainwater inflow prediction is performed using the rainfall, there may be a case where the rainwater inflow increases even though the rainfall is not recorded very large. As a case where such a phenomenon occurs, there is a case where there is not much rainfall at the measurement point, but there is a rainwater inflow from another area within the basin. Considering that such a situation occurs, robust statistics such as those expressed by equations (13) and (14) are used rather than simply performing an averaging process on the predicted values for each key parameter. It is considered that the accuracy of prediction is improved by extracting representative values by the representative value extraction process.
[起動・停止水位設定]
起動・停止水位設定部120は、流入量予測部110から提供される雨水の流入量の予測値、起動・停止順序設定部122により設定される起動順序および停止順序、および、ポンプ容量・ポンプ井情報記憶部124に格納されたポンプ容量や雨水ポンプ井20の構造情報に基づいて、雨水排水ポンプP1〜PNの起動水位および停止水位を設定する。なお、ポンプ容量・ポンプ井情報記憶部124には、雨水ポンプ井20の警戒水位HHやインターロック水位LLなどの情報も格納されていてよい。以下の説明では、雨水排水ポンプの起動順序がP1→P2→‥→PN―1→PNであり、その逆に、停止順序がPN→PN―1→‥P2→P1と設定されているものとする。なお、起動・停止水位設定部120は、雨水排水ポンプP1〜PNのうち一部についてのみ起動水位および停止水位を設定し、それ以外の雨水排水ポンプについては、起動水位および停止水位が固定値であっても構わない。
[Start / stop water level setting]
The start / stop water
なお、起動・停止水位設定部120は、起動水位のみ動的に設定し、停止水位は固定値のまま変更しないものとしてもよい。この場合、ポンプ制御部130は、起動・停止水位設定部120から提供される起動水位と、任意の記憶部に格納された固定値としての停止水位とに基づいて、雨水排水ポンプP1〜PNの制御を行う。
Note that the start / stop water
(第1の設定手法)
起動・停止水位設定部120は、例えば、以下に説明する手法で、起動水位および停止水位を設定する。起動・停止水位設定部120は、雨水排水ポンプPn(n=1〜N)の起動水位H(n)を、式(15)に基づいて決定する。式中、HHは前述したように警戒水位である。ここで、警戒水位HHに代えて、制御に余裕を持たせるために、警戒水位HHよりも低い水位に設定された上限水位を用いてもよい。また、S1(n−1)(t)は、雨水排水ポンプPnを起動するまでに必要な想定時間Tpred1の間における、予測最大値の雨水が流入したと仮定した場合の流入量と、雨水排水ポンプP1〜Pn−1の吐出量との差分の積算値である。S1(n−1)(t)は、例えば式(16)で表される。式中、Qmax(t)は、その時点における雨水の流入量の予測最大値であり、Qn−1(t)は、雨水排水ポンプP1〜Pn−1の吐出容量の合計である。ここで、流入量予測部110が予測最大値と予測最小値を区別せずに出力する場合は、予測最大値Qmax(t)を単に予測値Q(t)と読み替える。
H(n)=HH―S1(n−1)(t)/A ‥(15)
The start / stop water
H (n) = HH−S1 (n−1) (t) / A (15)
また、式(15)におけるAは、雨水ポンプ井20の断面積である。従って、式(15)におけるS1(n−1)(t)/Aとは、「想定時間Tpred1の間に上昇する雨水ポンプ井20の水位」に相当する。起動・停止水位設定部120は、このS1(n−1)(t)/Aを警戒水位HHから差し引くことにより、雨水排水ポンプPnの起動水位を設定する。なお、S1(1)については、式(15)においてQn−1(t)=0として求めてよい。図7は、式(15)に基づいて雨水排水ポンプP1〜PNの起動水位H(1)〜H(N)が求められる様子を模式的に示す図である。
Moreover, A in Formula (15) is a cross-sectional area of the rainwater pump well 20. Therefore, S1 (n−1) (t) / A in the equation (15) corresponds to “the water level of the rainwater pump well 20 rising during the assumed time Tpred1”. The start / stop water
ここで、雨水ポンプ井20の断面積が一定であれば、起動・停止水位設定部120はAを一定値として演算を行ってよいが、実際はそうでないことがあり、また、流入渠21や流入幹線10の部分も含めた演算が必要となる場合がある。従って、起動・停止水位設定部120は、ポンプ容量・ポンプ井情報記憶部124に格納された構造情報を参照し、雨水ポンプ井20の水位Xに応じて変化する値A(X)を適用して、式(4)に相当する演算を行ってよい。
Here, if the cross-sectional area of the rainwater pump well 20 is constant, the start / stop water
起動水位を設定する際の想定時間Tpred1は、例えば、「雨水排水ポンプの起動時間+制御周期」といった時間に設定される。また、流入量予測段階において移動平均等の平滑化処理が行われる場合には、移動平均処理に伴う遅れが移動平均時間の1/2生じるので、「雨水排水ポンプの起動時間+制御周期+移動平均時間÷2」といった時間に設定されてよい。ここで、遅れ時間Liが想定時間Tpred1よりも長い場合には、実測データのみから予測を行うことができるが、遅れ時間Liが想定時間Tpred1よりも短い場合には、その差分Tpred1―Liの時間分の外挿処理を行っておく。外挿処理は、要因変数を外挿する方法と雨水の流入量予測値を外挿する方法があるが、いずれの方法を用いても良い。また、この処理には、自己回帰モデルを用いたり、もっとも単純な0次外挿(0次ホールド)や線形外挿(1次ホールド)などを施しても良い。なお、想定時間Tpred1は、「第1の想定時間」の一例である。 The estimated time Tpred1 when setting the activation water level is set to a time such as “activation time of rainwater drainage pump + control cycle”, for example. In addition, when smoothing processing such as moving average is performed in the inflow amount prediction stage, a delay associated with the moving average processing occurs half of the moving average time. Therefore, “start-up time of rainwater drainage pump + control cycle + moving A time such as “average time ÷ 2” may be set. Here, when the delay time Li is longer than the estimated time Tpred1, prediction can be performed only from the actually measured data. However, when the delay time Li is shorter than the estimated time Tpred1, the time of the difference Tpred1-Li is obtained. Perform extrapolation processing for minutes. As the extrapolation processing, there are a method of extrapolating a factor variable and a method of extrapolating a rainwater inflow prediction value, and either method may be used. In this process, an autoregressive model may be used, or the simplest 0th order extrapolation (0th order hold) or linear extrapolation (first order hold) may be performed. The estimated time Tpred1 is an example of “first estimated time”.
このような手法により、「ある制御タイミングT1で雨水排水ポンプPnを起動しなかった場合、次に雨水排水ポンプPnを起動可能なタイミングT2において、雨水ポンプ井20の水位が上昇して警戒水位HHに到達することが予測される状況であれば、制御タイミングT1で雨水排水ポンプPnを起動する」という制御が実現されることになる。雨水排水ポンプPnの起動水位H(n)は、警戒水位HHから、制御タイミングT1からT2までの間に上昇すると見込まれる水位S1(n−1)(t)/Aを差し引いた水位に設定されるからである。この結果、ちょうど良いタイミングで起動するように、雨水排水ポンプP1〜PNの起動水位が設定される。 By such a technique, “if the rainwater drainage pump Pn is not started at a certain control timing T1, the water level of the rainwater pump well 20 rises at the timing T2 at which the rainwater drainage pump Pn can be started next, and the warning water level HH If the situation is predicted to reach, the control of starting the rainwater drainage pump Pn at the control timing T1 is realized. The starting water level H (n) of the rainwater drainage pump Pn is set to a water level obtained by subtracting the water level S1 (n−1) (t) / A that is expected to rise from the warning water level HH between the control timings T1 and T2. This is because that. As a result, the activation water levels of the rainwater drainage pumps P1 to PN are set so as to be activated at just the right timing.
また、起動・停止水位設定部120は、雨水排水ポンプPn(n=1〜N)の停止水位L(n)を、式(17)に基づいて決定する。式中、LLは前述したようにインターロック水位である。ここで、インターロック水位LLに代えて、制御に余裕を持たせるために、インターロック水位LLよりも高い水位に設定された下限水位を用いてもよい。また、S2(n)(t)は、雨水排水ポンプPnを停止するまでに必要な想定時間Tpred2の間における、雨水排水ポンプP1〜Pnの吐出量の合計値と、予測最小値の雨水が流入したと仮定した場合の流入量との差分の積算値である。なお、想定時間Tpred2は、「第2の想定時間」の一例である。S2(n)(t)は、例えば式(18)で表される。式中、Qmin(t)は、その時点における雨水の流入量の予測最小値であり、Qn(t)は、雨水排水ポンプP1〜Pnの吐出容量の合計である。ここで、流入量予測部110が予測最大値と予測最小値を区別せずに出力する場合は、予測最小値Qmin(t)を単に予測値Q(t)と読み替える。また、式(17)におけるS2(n)(t)/Aとは、「想定時間Tpred2の間に低下する雨水ポンプ井20の水位」に相当する。起動・停止水位設定部120は、このS2(n)(t)/Aをインターロック水位LLに加算することにより、雨水排水ポンプPnの起動水位を設定する。図8は、式(17)に基づいて雨水排水ポンプP1〜PNの停止水位L(1)〜L(N)が求められる様子を模式的に示す図である。なお、外挿処理等に関しては、想定時間Tpred1と同様である。
L(n)=LL+S2(n)(t)/A ‥(17)
L (n) = LL + S2 (n) (t) / A (17)
このような手法により、「ある制御タイミングT1で雨水排水ポンプPnを停止しなかった場合、次に雨水排水ポンプPnを停止可能なタイミングT2において、雨水ポンプ井20の水位が低下してインターロック水位LLに到達することが予測される状況であれば、制御タイミングT1で雨水排水ポンプPnを停止する」という制御が実現されることになる。雨水排水ポンプPnの停止水位L(n)は、インターロック水位LLに、制御タイミングT1からT2までの間に低下すると見込まれる水位S2(n)(t)/Aを加算した水位に設定されるからである。この結果、ちょうど良いタイミングで停止するように、雨水排水ポンプP1〜PNの停止水位が設定される。 According to such a technique, “if the rainwater drainage pump Pn is not stopped at a certain control timing T1, the water level of the rainwater pump well 20 is lowered and the interlock water level at the timing T2 at which the rainwater drainage pump Pn can be stopped next. If the situation is predicted to reach LL, the control of stopping the rainwater drainage pump Pn at the control timing T1 is realized. The stop water level L (n) of the rainwater drainage pump Pn is set to a water level obtained by adding the water level S2 (n) (t) / A, which is expected to decrease between the control timings T1 and T2, to the interlock water level LL. Because. As a result, the stop water level of the rainwater drainage pumps P1 to PN is set so as to stop at just the right time.
(第2の設定手法)
また、起動・停止水位設定部120は、以下に説明する手法で、起動水位および停止水位を設定してよい。起動・停止水位設定部120は、雨水排水ポンプPn(n=1〜N)の起動水位H(n)を、式(19)に基づいて決定する。式中、H(n+1)は起動順序が1つ下位の雨水排水ポンプの起動水位である。n=Nの場合、警戒水位HHがH(n+1)として用いられる。第1の設定手法と同様、警戒水位HHに代えて、制御に余裕を持たせるために、警戒水位HHよりも低い水位に設定された上限水位を用いてもよい。また、S1(n−1)(t)は、雨水排水ポンプPnを起動するまでに必要な想定時間Tpred1の間における、予測最大値の雨水が流入したと仮定した場合の流入量と、雨水排水ポンプP1〜Pn−1の吐出量の合計値との差分の積算値である。S1(n−1)(t)は、上式(16)で表される。起動・停止水位設定部120は、「想定時間Tpred1の間に上昇する雨水ポンプ井20の水位」であるS1(n−1)(t)/Aを、起動順序が1つ下位の雨水排水ポンプPn+1の起動水位から差し引くことにより、雨水排水ポンプPnの起動水位を設定する。図9は、式(19)に基づいて雨水排水ポンプP1〜PNの起動水位H(1)〜H(N)が求められる様子を模式的に示す図である。
H(n)=H(n+1)―S1(n−1)(t)/A ‥(19)
(Second setting method)
Further, the start / stop water
H (n) = H (n + 1) −S1 (n−1) (t) / A (19)
このような手法により、「ある制御タイミングT1で雨水排水ポンプPnを起動しなかった場合、次に雨水排水ポンプPnを起動可能なタイミングT2において、雨水ポンプ井20の水位が上昇して起動順序が下位の雨水排水ポンプPn+1の起動水位H(n+1)に到達することが予測される状況であれば(n=Nの場合、警戒水位HHに到達することが予測される状況であれば)、制御タイミングT1で雨水排水ポンプPnを起動する」という制御が実現されることになる。雨水排水ポンプPnの起動水位H(n)は、起動水位H(n+1)から、制御タイミングT1からT2までの間に上昇すると見込まれる水位S1(n−1)(t)/Aを差し引いた水位に設定されるからである。この結果、同じタイミングで2台以上の雨水排水ポンプが起動する事態が生じるのを抑制することができる。従って、ちょうど良いタイミングで起動するように、雨水排水ポンプP1〜PNの起動水位が設定される。 According to such a method, “when the rainwater drainage pump Pn is not activated at a certain control timing T1, the timing of activation of the rainwater pump well 20 rises at the timing T2 when the rainwater drainage pump Pn can be activated next. If the situation is predicted to reach the starting water level H (n + 1) of the lower rainwater drainage pump Pn + 1 (if n = N, the situation is expected to reach the warning water level HH), the control The control of starting the rainwater drainage pump Pn at the timing T1 is realized. The starting water level H (n) of the rainwater drainage pump Pn is a water level obtained by subtracting the water level S1 (n-1) (t) / A that is expected to rise from the starting water level H (n + 1) between the control timings T1 and T2. It is because it is set to. As a result, it is possible to suppress a situation where two or more rainwater drainage pumps are activated at the same timing. Accordingly, the activation water levels of the rainwater drainage pumps P1 to PN are set so as to be activated at just the right timing.
ここで、第1の設定手法と比較すると、第2の設定手法を採用した場合、図7と図9の比較からも分かるように、より早いタイミングで雨水排水ポンプが順次起動されることになるため、浸水が生じるのを、より強力に予防することができる。第1の設定手法は、雨水排水ポンプPnを起動するタイミングで、雨水排水ポンプPn−1が起動されていることを前提としている。しかしながら、雨水ポンプ井20の水位上昇が急激である場合、雨水排水ポンプPnを起動するタイミングで、雨水排水ポンプPn−1が起動されていないといった場面も考え得るので、第2の手法の方が浸水回避の観点では優位性がある。反面、第2の設定手法は、雨水ポンプ井20の容量が十分でなければ、安全側に設定され過ぎる場合がある。すなわち、第2の設定手法は、雨水ポンプ井20の容量が十分でなければ、起動順序の高い雨水排水ポンプの起動水位がインターロック水位LLを下回る可能性がある。従って、第1の設定手法の方が、雨水ポンプ井20の構造に対する制約が小さい。このように、第1の設定手法と第2の設定手法のいずれを採用するかは、雨水排水施設1の構造や地域の降雨傾向等に応じて適宜選択されてよく、これらの双方に基づいて起動水位を設定してもよい。例えば、第1の設定手法により設定された起動水位と、第2の設定手法により設定された起動水位との双方を加重平均して起動水位を決定してもよい。
Here, when compared with the first setting method, when the second setting method is adopted, the rainwater drainage pump is sequentially started at an earlier timing, as can be seen from the comparison between FIG. 7 and FIG. 9. Therefore, it is possible to prevent the occurrence of water more strongly. The first setting method is based on the assumption that the rainwater drainage pump Pn-1 is activated at the timing when the rainwater drainage pump Pn is activated. However, when the water level rise of the rainwater pump well 20 is abrupt, there is a possibility that the rainwater drainage pump Pn-1 is not activated at the timing when the rainwater drainage pump Pn is activated. There is an advantage in terms of avoiding inundation. On the other hand, if the capacity of the rainwater pump well 20 is not sufficient, the second setting method may be set too safe. That is, in the second setting method, if the capacity of the rainwater pump well 20 is not sufficient, there is a possibility that the activation water level of the rainwater drainage pump having a high activation order is lower than the interlock water level LL. Therefore, the first setting method has less restrictions on the structure of the rainwater pump well 20. As described above, which one of the first setting method and the second setting method is adopted may be appropriately selected according to the structure of the
また、起動・停止水位設定部120は、雨水排水ポンプPn(n=1〜N)の停止水位L(n)を、式(20)に基づいて決定する。式中、L(n−1)は、停止順序が1つ下位の雨水排水ポンプPn―1の停止水位である。n=1の場合、インターロック水位LLがL(n−1)として用いられる。また、第1の設定手法と同様、インターロック水位LLに代えて、制御に余裕を持たせるために、インターロック水位LLよりも高い水位に設定された下限水位を用いてもよい。S2(n)(t)は、雨水排水ポンプPnを停止するまでに必要な想定時間Tpred2の間における、雨水排水ポンプP1〜Pnの吐出量の合計値と、予測最小値の雨水が流入したと仮定した場合の流入量との差分の積算値である。S2(n)(t)は、上式(18)で表される。また、式(20)におけるS2(n)(t)/Aとは、「想定時間Tpred2の間に低下する雨水ポンプ井20の水位」に相当する。起動・停止水位設定部120は、このS2(n)(t)/Aを、停止順序が1つ下位の雨水排水ポンプPn−1の停止水位L(n−1)に加算することにより、雨水排水ポンプPnの起動水位を設定する。図10は、式(20)に基づいて雨水排水ポンプP1〜PNの停止水位L(1)〜L(N)が求められる様子を模式的に示す図である。
L(n)=L(n−1)+S2(n)(t)/A ‥(20)
Further, the start / stop water
L (n) = L (n-1) + S2 (n) (t) / A (20)
このような手法により、「ある制御タイミングT1で雨水排水ポンプPnを停止しなかった場合、次に雨水排水ポンプPnを停止可能なタイミングT2において、雨水ポンプ井20の水位が低下して、停止順序が1つ下位の雨水排水ポンプPn−1の停止水位L(n−1)に到達することが予測される状況であれば(n=1の場合、インターロック水位LLに到達することが予測される状況であれば)、制御タイミングT1で雨水排水ポンプPnを停止する」という制御が実現されることになる。雨水排水ポンプPnの停止水位L(n)は、停止順序が1つ下位の雨水排水ポンプPn−1の停止水位L(n−1)に、制御タイミングT1からT2までの間に低下すると見込まれる水位S2(n)(t)/Aを加算した水位に設定されるからである。この結果、同じタイミングで2台以上の雨水排水ポンプが停止する事態が生じるのを抑制することができる。従って、ちょうど良いタイミングで停止するように、雨水排水ポンプP1〜PNの停止水位が設定される。 By such a method, “when the rainwater drainage pump Pn is not stopped at a certain control timing T1, the water level of the rainwater pump well 20 is lowered at the timing T2 at which the rainwater drainage pump Pn can be stopped next, Is predicted to reach the stop water level L (n-1) of the lower rainwater drainage pump Pn-1 (when n = 1, it is predicted that the interlock water level LL will be reached). In such a situation, the control of stopping the rainwater drainage pump Pn at the control timing T1 is realized. The stop water level L (n) of the rainwater drainage pump Pn is expected to fall between the control timings T1 and T2 to the stop water level L (n-1) of the rainwater drainage pump Pn-1 that is one stop lower in order. This is because the water level is set to the sum of the water levels S2 (n) (t) / A. As a result, it is possible to suppress a situation in which two or more rainwater drainage pumps stop at the same timing. Accordingly, the stop water levels of the rainwater drainage pumps P1 to PN are set so as to stop at just the right time.
なお、第1の設定手法と第2の設定手法で起動水位を設定するいずれの場合においても、まず、式(14)または(18)で起動水位を設定した後、インターロック水位LLを下回る起動水位がある場合には、それらがインターロック水位LLを上回るように、起動水位間の比率を保ったまま、起動水位全体を上昇させてもよい。図11は、起動水位を設定した後に、全体を上昇させる様子を模式的に示す図である。この場合、起動・停止水位設定部120は、インターロック水位LLを上回る所望の水位に起動水位H(1)を設定し、起動水位間の比率H(N)―H(N−1):H(N−1)―H(N−2):‥:H(3)―H(2):H(2)―H(1)が維持されるように各起動水位を修正する。図中、Cは起動水位H(1)の修正程度に応じて定まる定数である。
In any case where the starting water level is set by the first setting method and the second setting method, the starting water level is first set by the expression (14) or (18), and then the starting water level falls below the interlock water level LL. When there is a water level, the entire startup water level may be raised while maintaining the ratio between the startup water levels so that they exceed the interlock water level LL. FIG. 11 is a diagram schematically showing how the whole is raised after the startup water level is set. In this case, the start / stop water
なお、起動・停止水位設定部120により設定される起動水位および停止水位は、雨水排水施設1が起動水位と停止水位の初期値を有している場合には、これらの「補正値」として出力されてもよい。
The start water level and the stop water level set by the start / stop water
[実施形態の効果について]
雨水排水ポンプを制御する主な目的は、浸水を回避することである。従って、できる限り浸水を回避するためには、単純に考えれば、全ての雨水ポンプの起動水位をできる限り低下させ、できる限り早く雨水排水ポンプを起動させれば良いと考えられる。こうすることで、雨水の流入量が増加した場合には、速やかに多くの雨水排水ポンプを起動させて施設外に排出することができる。
[Effects of the embodiment]
The main purpose of controlling the rainwater drainage pump is to avoid flooding. Therefore, in order to avoid the flooding as much as possible, it is considered that it is only necessary to lower the starting water level of all the rainwater pumps as much as possible and start the rainwater drainage pumps as soon as possible. By doing so, when the amount of inflow of rainwater increases, many rainwater drainage pumps can be activated quickly and discharged outside the facility.
ここで、停止水位は起動水位よりも低い水位に設定される必要があるため、起動水位を下げると、必然的に起動水位と停止水位の差が小さくなることになる。起動水位と停止水位の差が小さくなると、雨水排水ポンプの起動・停止頻度が非常に多くなり、いわゆるチャタリングという現象が生じる。チャタリングは、雨水排水ポンプに対してダメージを与えるだけでなく、雨水排水ポンプが熱を持ち、再起動時に非常に時間がかかるという弊害を生じさせる場合がある。 Here, since the stop water level needs to be set to a level lower than the start water level, if the start water level is lowered, the difference between the start water level and the stop water level is inevitably reduced. When the difference between the start water level and the stop water level becomes small, the frequency of start / stop of the rainwater drainage pump becomes very high, and a so-called chattering phenomenon occurs. Chattering not only causes damage to the rainwater drainage pump, but may also cause the harmful effect that the rainwater drainage pump has heat and takes a very long time to restart.
図12〜14は、4台の雨水排水ポンプの起動水位をできる限り下げ、低い起動水位で制御を実施した例を示している。これらの図は、制御周期を1分で固定、雨水排水ポンプの停止時間を30秒で固定し、ポンプの起動時間を1分(図12)、5分(図13)、10分(図14)と変化させた場合の水位レベル制御のシミュレーション結果の例である。図12の上図が、雨水ポンプ井への流入量を表しており、中央図はポンプ吐出量(4台ポンプに対応する4段階の離散量)、下図は雨水ポンプ井の水位を表している。図13、14の上図はポンプ吐出量を、下図は雨水ポンプ井の水位を表している。図12から分かるように、雨水排水ポンプの起動時間が短いと、雨水ポンプ井の水位は十分低い値に制御できるが、ポンプの起動・停止頻度が非常に多くなり、前述したチャタリング現象が生じ得る。一方、雨水排水ポンプの起動時間が長くなると、チャタリング現象は抑えられるものの、水位の変動(の振幅)が大きくなり、起動時間が10分の場合、警戒水位HHを超えるまで水位が上昇してしまっている。 12-14 has shown the example which lowered the starting water level of four rainwater drainage pumps as much as possible, and implemented control with the low starting water level. In these figures, the control cycle is fixed at 1 minute, the stop time of the rainwater drainage pump is fixed at 30 seconds, and the pump activation time is 1 minute (FIG. 12), 5 minutes (FIG. 13), 10 minutes (FIG. 14). It is an example of the simulation result of the water level control at the time of changing. The upper diagram of FIG. 12 represents the inflow amount to the rainwater pump well, the central diagram represents the pump discharge amount (four discrete levels corresponding to four pumps), and the lower diagram represents the water level of the rainwater pump well. . 13 and 14 show the pump discharge amount, and the lower figure shows the water level of the rainwater pump well. As can be seen from FIG. 12, when the start time of the rainwater drainage pump is short, the water level of the rainwater pump well can be controlled to a sufficiently low value, but the frequency of start / stop of the pump becomes very high, and the chattering phenomenon described above may occur. . On the other hand, if the start-up time of the rainwater drainage pump becomes longer, the chattering phenomenon will be suppressed, but the fluctuation (amplitude) of the water level will increase, and if the start-up time is 10 minutes, the water level will rise until the warning water level HH is exceeded. ing.
仮に、図12の様な制御が初期に可能であったとしても、チャタリング現象によって雨水排水ポンプが熱を持つことで、やがては、図13、14に示す制御状態に移行してしまうことで、結果的に浸水が発生してしまう場合がある。つまり、ポンプの起動・停止頻度を抑制しておくことは、単にポンプへのダメージの問題だけでなく、浸水回避の観点からも重要な要素となってくる。 Even if the control as shown in FIG. 12 is possible at the initial stage, the rainwater drainage pump has heat due to the chattering phenomenon, and eventually the control state shown in FIGS. As a result, inundation may occur. In other words, suppressing the frequency of starting and stopping the pump is an important factor not only from the problem of damage to the pump but also from the viewpoint of avoiding inundation.
ポンプの起動・停止頻度を抑制するためには、各雨水排水ポンプについての起動水位と停止水位の差をできる限り大きくすることが望ましい。また、複数の雨水排水ポンプを同時に起動または停止させる場合、水位変動が増加するため、複数のポンプの起動水位もできるだけ離して設定することが望ましい。従って、(1)各雨水排水ポンプについての起動水位と停止水位をできるだけ離し、(2)雨水排水ポンプ間で起動水位をできるだけ離すという条件下で、(3)各雨水排水ポンプの起動水位をできるだけ低く設定することが望ましい。 In order to suppress the pump start / stop frequency, it is desirable to increase the difference between the start water level and the stop water level for each rainwater drainage pump as much as possible. Further, when starting or stopping a plurality of rainwater drainage pumps at the same time, since the water level fluctuation increases, it is desirable to set the starting water levels of the plurality of pumps as far apart as possible. Therefore, under the condition that (1) the start water level and the stop water level for each storm water drain pump are separated as much as possible, and (2) the start water level is separated as much as possible between storm water drain pumps, (3) the start water level of each storm water drain pump is as much as possible. It is desirable to set it low.
本実施形態の雨水排水ポンプ制御装置100は、想定時間Tpred1の間に最大限積算しうる水量を警戒水位HHから差し引くことによって起動水位を設定し、想定時間Tpred2の間にどうしても減少してしまう最小の水量をインターロック水位LLに加算することによってポンプの停止水位を設定するため、上記(1)〜(3)の条件を満たすことができる。これによって、雨水排水ポンプ制御装置100は、雨水ポンプ井20の水位が警戒水位HHに達する可能性を低下させると共に、雨水排水ポンプの起動・停止回数を抑制することができる。
The rainwater drainage
なお、前述したように、雨水排水ポンプ制御装置100は、雨水排水ポンプの起動水位のみ動的に設定し、停止水位については固定値としてもよい。降雨状況に応じて動的に変更する必要があるのは、どちらかと言えば起動水位の方であり、停止水位については多少の遅れ等があっても、最も回避すべき浸水に対する影響が小さいからである。勿論、雨水排水ポンプ制御装置100が起動水位と停止水位の双方を動的に設定することで、上記効果を最大限に発揮することができるのは、いうまでもない。
Note that, as described above, the rainwater drainage
雨水排水ポンプ制御装置100は、流入量の予測値の推移と、起動水位や停止水位の推移とを、時間軸を合わせてユーザに表示してもよい。図15は、流入量の予測値の推移と、起動水位や停止水位の推移とを、時間軸を合わせて表示する表示画面IMの一例を示す図である。
The rainwater drainage
以上説明した少なくとも1つの実施形態によれば、雨水ポンプ井20に流入する雨水の量の予測値と、起動水位の設定対象である雨水排水ポンプPnよりも起動順序が上位の雨水排水ポンプP1〜Pn−1の吐出量の合計値との差分、想定時間Tpred1、および第1の所定水位(警戒水位HH、または起動順序が1つ上位のポンプの起動水位)に基づいて、雨水排水ポンプPnの起動水位を設定するため、雨水排水ポンプを好適に制御することができる。 According to at least one embodiment described above, the predicted value of the amount of rainwater flowing into the rainwater pump well 20 and the rainwater drainage pumps P1 to P1 whose startup order is higher than the rainwater drainage pump Pn that is the target for setting the startup water level. Based on the difference from the total discharge amount of Pn-1, the estimated time Tpred1, and the first predetermined water level (the warning water level HH or the starting water level of the pump having the one higher starting order), the rainwater drainage pump Pn Since the starting water level is set, the rainwater drainage pump can be suitably controlled.
より具体的には、実施形態によれば、上記差分と想定時間Tpred1とに基づいて、想定時間Tpred1の間に上昇する雨水ポンプ井20の水位を導出し、導出した水位を第1の所定水位から差し引いた水位に基づいて雨水排水ポンプPnの起動水位を設定するため、雨水排水ポンプを好適に制御することができる。 More specifically, according to the embodiment, based on the difference and the assumed time Tpred1, the water level of the rainwater pump well 20 that rises during the assumed time Tpred1 is derived, and the derived water level is the first predetermined water level. Since the starting water level of the rainwater drainage pump Pn is set based on the water level subtracted from the rainwater drainage pump, the rainwater drainage pump can be suitably controlled.
また、実施形態によれば、更に、停止水位の設定対象である雨水排水ポンプPnおよび停止水位の設定対象である雨水排水ポンプPnよりも停止順序が下位の雨水排水ポンプP1〜Pn―1の吐出量の合計値と、雨水ポンプ井20に流入する雨水の量の予測値との差分、想定時間Tpred2、および第2の所定水位(インターロック水位または停止順序が1つ下位のポンプの停止水位)に基づいて、雨水排水ポンプPnの停止水位を設定するため、雨水排水ポンプの頻繁な起動・停止(チャタリング)が生じるのを抑制することができる。この結果、雨水排水ポンプの発熱により起動時間が延長されることによる施設の性能低下を予防することができる。 Further, according to the embodiment, the discharge of the rainwater drainage pump Pn that is the target for setting the stop water level and the rainwater drainage pumps P1 to Pn-1 that are lower in the stop order than the rainwater drainage pump Pn that is the target for setting the stop water level. The difference between the total value of the amount and the predicted value of the amount of rainwater flowing into the rainwater pump well 20, the assumed time Tpred2, and the second predetermined water level (interlock water level or stop water level of the pump whose stop order is one lower) Therefore, since the stop water level of the rainwater drainage pump Pn is set, frequent start / stop (chattering) of the rainwater drainage pump can be suppressed. As a result, it is possible to prevent deterioration in the performance of the facility due to the start-up time being extended due to the heat generated by the rainwater drainage pump.
また、実施形態によれば、雨水の流入量の予測最大値に基づいて起動水位を設定し、雨水の流入量の予測最小値に基づいて停止水位を設定するため、より安全側で制御を行うことができる。 In addition, according to the embodiment, the starting water level is set based on the predicted maximum value of the inflow amount of rainwater, and the stop water level is set based on the predicted minimum value of the inflow amount of rainwater. be able to.
また、実施形態によれば、第1の設定手法を採用することにより、雨水ポンプ井20の構造に対する制約を小さくすることができる。一方、第2の設定手法を採用することにより、浸水が生じるのを、より強力に予防することができる。 Moreover, according to the embodiment, by adopting the first setting method, it is possible to reduce restrictions on the structure of the rainwater pump well 20. On the other hand, by adopting the second setting method, it is possible to more strongly prevent the occurrence of flooding.
また、実施形態によれば、インターロック水位LLを下回る起動水位がある場合には、それらがインターロック水位LLを上回るように、起動水位間の比率を保ったまま、起動水位全体を上昇させるため、より現実的な起動水位を設定することができる。 Moreover, according to the embodiment, when there is an activation water level that is lower than the interlock water level LL, the overall activation water level is increased while maintaining the ratio between the activation water levels so that they are higher than the interlock water level LL. Can set a more realistic starting water level.
また、実施形態によれば、代表値抽出処理や尺度母数を用いた処理によって雨水の流入量を予測するため、現実に即した予測値を算出することができる。この結果、雨水排水ポンプを更に好適に制御することができる。 In addition, according to the embodiment, since the inflow amount of rainwater is predicted by the representative value extraction process or the process using the scale parameter, it is possible to calculate a predicted value that matches the reality. As a result, the rainwater drainage pump can be more suitably controlled.
なお、本実施形態は、以下のような態様で実現することができる。
複数個の要因に基づいてそれぞれ導出される予測値から、ロバスト統計を用いた代表値抽出処理によって所定の箇所への雨水の流入量を予測する予測部と、前記予測部が予測に用いる予測モデルであって、遅れ時間、ゲイン、バイアスを含むパラメータで表現される予測モデルを構築する構築部と、を備える雨水流入量予測装置。
上記構成において、予測部は、尺度母数抽出処理によって得られた値を用いて、前記雨水の流入量の予測最大値と予測最小値をそれぞれ導出する。
In addition, this embodiment is realizable in the following aspects.
A prediction unit that predicts the inflow of rainwater to a predetermined location by a representative value extraction process using robust statistics from prediction values derived based on a plurality of factors, and a prediction model that the prediction unit uses for prediction A rainwater inflow prediction apparatus comprising: a construction unit that constructs a prediction model expressed by parameters including delay time, gain, and bias.
In the above configuration, the prediction unit derives a predicted maximum value and a predicted minimum value of the inflow of rainwater using values obtained by the scale parameter extraction process.
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 As mentioned above, although some embodiment of this invention was described, these embodiment is shown as an example and is not intending limiting the range of invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.
1 雨水排水施設(雨水排水システム)
20 雨水ポンプ井
100 雨水排水ポンプ制御装置
110 流入量予測部
112 流域監視データ記憶部
114 流入量予測モデル構築部
116 予測モデルパラメータ記憶部
120 起動・停止水位設定部
122 起動・停止順序設定部
124 ポンプ容量・ポンプ井情報記憶部
130 ポンプ制御部
P1〜PN 雨水排水ポンプ
1 Rainwater drainage facility (rainwater drainage system)
20
Claims (14)
前記複数の雨水排水ポンプのうち少なくとも1つの雨水排水ポンプについて、前記貯留部への雨水の流入量の予測値と、起動水位の設定対象である雨水排水ポンプよりも起動順序が上位の雨水排水ポンプの吐出量の合計値との差分、第1の想定時間、および第1の所定水位に基づいて、前記起動水位を設定する水位設定部と、
を備える雨水排水ポンプ制御装置。 A pump control device for controlling a plurality of storm water drainage pumps for which a startup order is set, wherein the water level of the reservoir into which the rainwater flows is equal to or higher than the startup water level set for each of the plurality of storm water drainage pumps When the pump controller to activate the corresponding rainwater drainage pump,
For at least one rainwater drainage pump among the plurality of rainwater drainage pumps, the rainwater drainage pump whose startup order is higher than the predicted value of the amount of rainwater flowing into the storage section and the rainwater drainage pump that is the target for setting the startup water level A water level setting unit that sets the activation water level based on the difference from the total value of the discharge amount, the first assumed time, and the first predetermined water level;
A rainwater drainage pump control device.
請求項1記載の雨水排水ポンプ制御装置。 The water level setting unit derives a water level of the storage unit that rises during the first assumed time based on the difference and the first assumed time, and the derived water level is calculated as the first predetermined value. Setting the starting water level based on the water level subtracted from the water level;
The rainwater drainage pump control device according to claim 1.
請求項1または2記載の雨水排水ポンプ制御装置。 The first predetermined water level is a value common to the plurality of rainwater drainage pumps,
The rainwater drainage pump control apparatus according to claim 1 or 2.
請求項1または2記載の雨水排水ポンプ制御装置。 The first predetermined water level is a startup water level of a rainwater drainage pump whose startup sequence is one lower than a rainwater drainage pump that is a target for setting the startup water level.
The rainwater drainage pump control apparatus according to claim 1 or 2.
前記水位設定部は、前記複数の雨水排水ポンプにのうち少なくとも1つの雨水排水ポンプについて、停止水位の設定対象である雨水排水ポンプおよび前記停止水位の設定対象である雨水排水ポンプよりも停止順序が下位の雨水排水ポンプの吐出量の合計値と、前記貯留部への雨水の流入量の予測値との差分、第2の想定時間、および第2の所定水位に基づいて、前記停止水位を設定する、
請求項1から4のうちいずれか1項記載の雨水排水ポンプ制御装置。 The pump control unit, when the water level of the storage unit becomes less than the stop water level set for each of the plurality of rainwater drainage pumps, to stop the corresponding rainwater drainage pump,
The water level setting unit has a stop order with respect to at least one rainwater drainage pump among the plurality of rainwater drainage pumps as compared to a rainwater drainage pump that is a target for setting a stop water level and a rainwater drainage pump that is a target for setting the stop water level. The stop water level is set based on the difference between the total value of the discharge amount of the lower-level rainwater drainage pump and the predicted value of the amount of rainwater flowing into the reservoir, the second assumed time, and the second predetermined water level. To
The rainwater drainage pump control device according to any one of claims 1 to 4.
請求項5記載の雨水排水ポンプ制御装置。 The water level setting unit derives a water level of the storage unit that decreases during the second assumed time based on the difference and the second assumed time, and the derived water level is determined as the second predetermined value. Setting the stop water level based on the water level added to the water level;
The rainwater drainage pump control device according to claim 5.
請求項5または6記載の雨水排水ポンプ制御装置。 The second predetermined water level is a value common to the plurality of rainwater drainage pumps,
The rainwater drainage pump control apparatus according to claim 5 or 6.
請求項5または6記載の雨水排水ポンプ制御装置。 The second predetermined water level is a stop water level of a rainwater drainage pump whose start order is one higher than a rainwater drainage pump that is a target for setting a stop water level,
The rainwater drainage pump control apparatus according to claim 5 or 6.
前記水位設定部は、前記予測最大値に基づいて各雨水排水ポンプの起動水位を設定し、前記予測最小値に基づいて各雨水排水ポンプの停止水位を設定する、
請求項5から8のうちいずれか1項記載の雨水排水ポンプ制御装置。 The predicted value of the inflow amount of rainwater to the storage part includes a predicted maximum value and a predicted minimum value,
The water level setting unit sets the starting water level of each rainwater drainage pump based on the predicted maximum value, and sets the stop water level of each rainwater drainage pump based on the predicted minimum value.
The rainwater drainage pump control device according to any one of claims 5 to 8.
請求項1から9のうちいずれか1項記載の雨水排水ポンプ制御装置。 The water level setting unit maintains the ratio of the startup water level difference between the rainwater drainage pumps when the lowest startup water level among the startup water levels set for each of the plurality of rainwater drainage pumps is lower than a predetermined lower limit water level. The starting water level for each rainwater drainage pump is corrected so that the lowest starting water level exceeds the predetermined lower limit water level.
The rainwater drainage pump control device according to any one of claims 1 to 9.
請求項1から10のうちいずれか1項記載の雨水排水ポンプ制御装置。 A prediction unit for deriving a predicted value of the amount of rainwater flowing into the storage unit, from the predicted value derived based on a plurality of factors, to the storage unit by representative value extraction processing using robust statistics A prediction unit for predicting the amount of inflow of rainwater
The rainwater drainage pump control apparatus according to any one of claims 1 to 10.
請求項11記載の雨水排水ポンプ制御装置。 The prediction unit derives a predicted maximum value and a predicted minimum value of the amount of rainwater flowing into the storage unit, using values obtained by the scale parameter extraction process,
The rainwater drainage pump control device according to claim 11.
雨水が流入する貯留部と、
前記貯留部の水位が、前記複数の雨水排水ポンプのそれぞれについて設定される起動水位となったときに、対応する雨水排水ポンプを起動するポンプ制御部と、
前記複数の雨水排水ポンプのうち少なくとも1つの雨水排水ポンプについて、前記貯留部への雨水の流入量の予測値と、起動水位の設定対象である雨水排水ポンプよりも起動順序が上位の雨水排水ポンプの吐出量の合計値との差分、第1の想定時間、および第1の所定水位に基づいて、前記起動水位を設定する水位設定部と、
を備える雨水排水システム。 Multiple rainwater drainage pumps that have a startup sequence set;
A reservoir into which rainwater flows,
A pump control unit that activates a corresponding rainwater drainage pump when the water level of the storage unit is an activation water level set for each of the plurality of rainwater drainage pumps;
For at least one rainwater drainage pump among the plurality of rainwater drainage pumps, the rainwater drainage pump whose startup order is higher than the predicted value of the amount of rainwater flowing into the storage section and the rainwater drainage pump that is the target for setting the startup water level A water level setting unit that sets the activation water level based on the difference from the total value of the discharge amount, the first assumed time, and the first predetermined water level;
Equipped with rainwater drainage system.
雨水が流入する貯留部の水位が、前記複数の雨水排水ポンプのそれぞれについて設定される起動水位となったときに、対応する雨水排水ポンプを起動させ、
前記複数の雨水排水ポンプのうち少なくとも1つの雨水排水ポンプについて、前記貯留部への雨水の流入量の予測値と、起動水位の設定対象である雨水排水ポンプよりも起動順序が上位の雨水排水ポンプの吐出量の合計値との差分、第1の想定時間、および第1の所定水位に基づいて、前記起動水位を設定させる、
雨水排水ポンプ制御プログラム。 To the rainwater drainage pump control device that controls multiple rainwater drainage pumps that have a set startup sequence,
When the water level of the reservoir into which rainwater flows is the start water level set for each of the plurality of rainwater drainage pumps, the corresponding rainwater drainage pump is activated,
For at least one rainwater drainage pump among the plurality of rainwater drainage pumps, the rainwater drainage pump whose startup order is higher than the predicted value of the amount of rainwater flowing into the storage section and the rainwater drainage pump that is the target for setting the startup water level The starting water level is set based on the difference from the total value of the discharge amount, the first assumed time, and the first predetermined water level,
Rainwater drainage pump control program.
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