JP2020106406A - 雨量予測システム、雨量予測装置、および、雨量予測プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】過去に計測した降雨パターンや総降雨量にとらわれず、現在以降の雨量の変化を予測する。【解決手段】雨量計の出力する計測雨量を受け取って、現在時刻の計測雨量の変化量ΔＲ１を算出するＳ２３。時間経過に伴う雨量の変化を示す複数種類の降雨予測パターンが示す雨量変化量であって、降雨開始時刻からの経過時間が現在時刻に対応する時点の雨量変化量ΔＲを、計測雨量の変化量ΔＲ１と比較し、計測雨量の変化量ΔＲ１と最も近い雨量変化量ΔＲを示す前記降雨予測パターンを選択するＳ２４。選択された降雨予測パターンに基づいて、現在時刻以降の雨量を予測するＳ２５。【選択図】図２

Description

本発明は、比較的狭い地域で簡易なシステムにより実現するのに好適な雨量予測システムに関する。

雨水排水設備では、下水道管渠に流入する雨水の変動を予測して排水ポンプや滞水地を運用する必要がある。そのため、現在時刻から数十分以降までの雨量の予測をすることが求められている。

雨量予測では、気象レーダーの観測データから雨量予測値を算出することが効果的である。しかしながら、都市部の小規模な下水処置場や排水ポンプ機場等に流入する雨水等の流出域は、一般に狭いため、気象レーダーの解像度では、対象地域の雨量が平滑化されてしまい雨量予測の精度が低くなる。そこで気象レーダーと連動させることなく、しかも、ネットワークなどに接続する必要がない独立型の簡易な雨量予測システムが必要とされている。

例えば、特許文献１に記載された降雨予測システムは、降雨継続時間の上限値（最大値）と降雨強度の上限値（最大値）をパラメータとして、予測降雨パターンを定め、パラメータの値を変更しながら予測降雨パターンを積分することにより総降雨量の予測値を繰り返し算出し、算出した総降雨量予測値が、過去に計測した総降雨量に一致するパラメータ値を求める。求めたパラメータ値によって定めた予測降雨パターンと、現在の降雨強度の計測値とに基づいて、現在以降の降雨強度の時間推移を予測する。

特開２００７−４７１０８号公報

しかしながら、特許文献１に記載された降雨予測システムは、過去に計測した総降雨量に一致するようにパラメータ（降雨継続時間の上限値と降雨強度の上限値）の値を求め、予測降雨パターンを定めるため、当該地域で過去に発生したことがない降雨パターンの場合は雨量を予測することができない。ところが、降雨パターンは年々変化しているため、過去に発生したことがない降雨パターンが発生する可能性があり、特許文献１の降雨予測システムを用いた場合には、過去に発生したことがない降雨パターンであるために雨量を予測することはできない。

本発明の目的は、過去に計測した降雨パターンや総降雨量にとらわれず、現在以降の雨量の変化を予測することにある。

本発明は、上記課題を解決するため、所定の地点の雨量を計測する雨量計と、時間経過に伴う雨量の変化を示す降雨予測パターンが複数種類格納された記憶部と、雨量計の出力する計測雨量を受け取って、現在時刻の計測雨量の変化量ΔＲ_１を算出する雨量変化量演算部と、複数の降雨予測パターンが示す雨量変化量であって、降雨開始時刻からの経過時間が現在時刻に対応する時点の雨量変化量ΔＲを、計測雨量の変化量ΔＲ_１と比較し、計測雨量の変化量ΔＲ_１と最も近い雨量変化量ΔＲを示す降雨予測パターンを選択する降雨予測パターン選択部と、選択された降雨予測パターンに基づいて、現在時刻以降の雨量を予測する予測値演算部とを有することを特徴とする雨量予測システムを提供する。

本発明によれば、過去に計測した降雨パターンや総降雨量にとらわれず、現在以降の雨量の変化を予測することができる。

本発明の実施形態１の雨量予測システムの構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態１の雨量予測システムの動作を示すフローチャートである。 実施形態１の降雨予測パターンのうち短期強雨の例を示すグラフである。 実施形態１の降雨予測パターンのうち長期でやや強い雨の例を示すグラフである。 実施形態１の降雨予測パターンのうち長期で弱い雨の例を示すグラフである。 実施形態２の降雨予測パターンとパラメータを示すグラフである。 実施形態２の降雨予測パターンとパラメータを示すグラフである。

以下図面を用いて、本発明の一実施形態の雨量予測システムについて説明する。尚、本発明は、下記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的の範囲内で自由に設計変更し得るものであり、本発明はそれらの全てを包摂するものである。

＜＜実施形態１＞＞
以下この発明の実施形態を図に基づいて説明する。図１は、本発明の実施形態に係る雨量予測システムの構成を示す図である。図２は、雨量予測システムの動作を示すフローチャートである。図３〜図５は、降雨予測パターンの一例を示している。

図１に示すように、本実施形態の雨量予測システム１は、雨量を予測したい地域の所定の地点にそれぞれ配置された雨量計１１〜１４と、前記雨量計の雨量計測値を共有する雨量ネットワーク１５と、演算部１００と、記憶部１７とを備えている。

演算部１００は、雨量計測値の変化量を算出する雨量変化量演算部１６と、前記記憶部に記憶されている複数の降雨予測パターンの中から現在の降雨に当てはまる最適なパターンを選択する降雨予測パターン選択部１８と、選択された降雨予測パターンと雨量計測値から現在時刻以降の雨量の時系列変化を予測する予測値演算部１９を有して構成される。

記憶部１７は、雨量計の計測した雨量を時刻と対応させて記憶する雨量記憶領域１７ａと、予め定められた複数の降雨予測パターンを記憶しておく降雨予測パターン記憶領域１７ｂとを含む。降雨予測パターン記憶領域１７ｂには、予め定めておいた複数種類の降雨予測パターンが格納されている。降雨予測パターンは、図３〜図５に示すように降雨開始
から降雨終了までの時刻ごと（例えば１分おき）の雨量値で定義されている。

実施形態１における雨量予測システム１の動作を図２のフローチャートを用いて説明する。なお、ここでは、演算部１００が、ＣＰＵとメモリにより構成され、予めメモリ内に格納されているプログラムを読み込んで実行することにより、雨量変化量演算部１６と降雨予測パターン選択部１８と予測値演算部１９の機能をソフトウエアにより実現する例について説明する。ただし、演算部１００の機能の一部または全部をハードウエアにより実現することも可能である。その場合、演算部１００の一部または全部を、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）のようなカスタムＩＣや、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）のようなプログラマブルＩＣにより構成し、雨量変化量演算部１６と降雨予測パターン選択部１８と予測値演算部１９の動作の一部または全部を実現するように回路設計を行えばよい。

雨量計１１〜１４により計測された雨量（ｍｍ）の計測値は、あらかじめ定めた一定の時間（例えば１分）ごとに雨量計ネットワーク１５を介して雨量変化量演算部１６に伝送されるもので、現在時刻までの総雨量ではなく上記の一定の時間あたりの雨量を指す。雨量変化量演算部１６は、雨量計１１〜１４から受け取った雨量の計測値を受け取って、その平均を求め、求めた雨量の平均値を受け取った時間と対応させて記憶部１７内の雨量記憶領域１７ａに格納する。

雨量変化量演算部１６は、雨量の平均が所定値（例えば、ゼロ）より大きくなった時点を降雨開始時刻とし、時間の経過を計測し、降雨開始から５分以上が経過したならば（ステップＳ２１）、現在から５分前の雨量Ｒ(ｐ−５)と、現在の雨量Ｒ(ｐ)を雨量記憶領域１７ａから取り込む（ステップＳ２２）。雨量変化量演算部１６は、５分前の雨量Ｒ(ｐ−５)と現在の雨量Ｒ(ｐ)との差を算出することにより、雨量計の計測値の５分間の雨量変化量ΔＲ_１を算出し、降雨予測パターン選択部１７に送信する。

降雨予測パターン選択部１８は、記憶部１７に記憶されている複数の降雨予測パターンについて、降雨開始時刻からの経過時間が現在の経過時刻に対応する時間の雨量と、その５分前の雨量を読み出し、それぞれ雨量変化量ΔＲを求める。求めた降雨予測パターンの雨量変化量ΔＲを、雨量変化量演算部１６から受け取った計測値の雨量変化量ΔＲ_１と比較し、雨量変化量ΔＲ_１と最も近い雨量変化量ΔＲの降雨予測パターンを選択し、予測値演算部１９に送信する（ステップＳ２４）。

ここで記憶部１７に格納されている複数の降雨予測パターンのうちの３例を図３〜５に示す。なお、図３〜図５のグラフの横軸は時間を示し、縦軸は雨量を示す。

図３は、短期強雨パターンの例である。５分前から現在時刻までの雨量変化量ΔＲ_１が５ｍｍ以上の場合、短期強雨と判断する。短期強雨はΔＲ_１の変化量で雨量が増加し続け、現在時刻から１５分後に雨量のピークを迎え、３０分後に雨量が０ｍｍとなると予測するパターンである。

図４は、長期のやや強い降雨パターンの例である。５分前から現在時刻までの雨量変化量ΔＲ_１が２ｍｍ以上５ｍｍ未満の場合、長期のやや強い降雨と判断する。長期のやや強い降雨はΔＲ_１の変化量で雨量が増加し続け、現在時刻から１５分後に雨量のピークを迎え、その後一定の雨量が維持されると予測するパターンである。

図５は、長期の弱い降雨パターンの例である。５分前から現在時刻までの雨量変化量ΔＲ_１が２ｍｍ未満の場合、長期の弱い降雨と判断する。長期の弱い降雨は現在時刻後一定の雨量が維持されると予測するパターンである。

降雨予測パターン選択部１８は、ステップＳ２４において、一例として図３〜図５のいずれかの降雨予測パターンを選択する。

予測値演算部１９は、降雨予測パターン選択部１８から受け取った降雨予測パターンのグラフの現在時刻の雨量に、ステップＳ２２において雨量変化量演算部１６が算出した平均値の雨量を代入することにより、現在時刻以降の各時刻の雨量を予測し、予測結果を表示部１２０に表示する（ステップＳ２５）。具体的には、選択された降雨予測パターンの現在時刻の雨量は１００ｍｍであるが、ステップＳ２２において求めた、計測した雨量の平均値が１５０ｍｍである場合には、予測値演算部１９は、降雨予測パターンのグラフにおける現在時刻の雨量（１００ｍｍ）が計測した雨量１５０ｍｍになるように、降雨予測パターンのグラフを縦軸方向に平行移動する補正をする。予測値演算部１９は、補正後の降雨予測パターンのグラフの現在時刻以降の各時刻の雨量を、予測結果として表示部１２０に表示する。

予測値演算部１９は、さらに、補正後の降雨予測パターンのグラフに基づいて降雨終了までの時間を演算するとともに、補正後の降雨予測パターンのグラフを積分することにより、降雨開始から降雨終了までの総雨量や、現時点から降雨終了までの総雨量を算出して表示部１２０に表示する。

そして、演算部１００は、ステップＳ２２に戻って、ステップＳ２２〜Ｓ２５を繰り返す。

図２のフローチャートのステップＳ２２〜Ｓ２５の繰り返しは、１分毎に実行されるものとする。１分ごとに計測された雨量の変化に伴い雨量変化量ΔＲ_１が１分ごとに変化するため、選択される降雨予測パターンおよび予測雨量が動的に変化する。これにより、雨量予測の精度を向上することができる。

本実施形態の雨量予測システムによれば、複数の降雨予測パターンから最適なパターンを選択し、現在時刻の雨量と組み合わせて雨量を予測するため、あらかじめ種々の降雨予測パターンを用意しておくことにより、その地域で過去に降った降雨パターンにとらわれることなく雨量を予測することができる。また、雨量計という簡易な方法で、降雨の時間推移を予測することができる。したがって、気候変動等により過去に経験がない集中豪雨が発生した場合でも雨量を予測することができ、排水ポンプや滞水地等の設備を適切に運用することができる。

なお、本実施形態では、雨量計は１１〜１４の４つ例を示したが、対象地域の広さに応じて雨量計の数を増加、または、減少させることが可能である。

また、上記実施形態では、雨量変化量ΔＲ_１を現在時刻から５分前の雨量と現在時刻の雨量の差としたが、１０分間や３０分間の雨量変化量としてもよいし、雨量変化量を求める時間差を降雨の継続時間によって変更する構成にしてもよい。

また、上記実施形態では、雨量計からの出力される雨量値をそのまま使用しているが、１０分間積算雨量や１時間積算雨量等を用いても良い。

また、雨量変化量演算部１６および降雨予測パターン選択部１８は、個々の雨量計のごとに、降雨予測パターンを選択する構成とし、最も多く選択された降雨予測パターンを採用する構成としてもよい。

また、本実施形態では、降雨予測パターン選択部１８が、降雨予測パターンの現在時刻の雨量変化量ΔＲをそれぞれ算出する構成であったが、各時刻ごとの雨量変化量ΔＲを予め求めて、雨量データとともに、降雨予測パターン記憶領域１７ｂに格納しておいてもよい。

なお、本実施形態１では、降雨予測パターン選択部１８は、実際の雨量変化量ΔＲ_１に基づいて、降雨予測パターンを選択し、選択後の降雨予測パターンのグラフの雨量（縦軸）の値が、雨量計の計測した雨量に一致するようにグラフを縦軸方向に平行移動させて補正する構成であったが、本発明はこの構成に限られるものではない。降雨予測パターンとして同じ雨量変化量ΔＲであっても、雨量の値の異なる多数の降雨予測パターンを用意して降雨予測パターン記憶領域１７ｂに格納しておき、降雨予測パターン選択部１８は、雨量変化量ΔＲが現在時刻の実際の雨量変化量ΔＲ_１に最も近く、かつ、現在時刻の雨量または現在時刻まで総雨量が、実際の雨量または総雨量に最も近い降雨予測パターンを選択する構成としてもよい。この場合、予測値演算部１９は、降雨予測パターンのグラフの雨量（縦軸）を補正することなく、現在時刻以降の雨量を予測することができる。

＜＜実施形態２＞＞
次に、実施形態２の雨量予測システムについて説明する。実施形態２では実施形態１における降雨予測パターンの選択方法のみ変更するものとし、図１のシステム構成、図２の雨量予測方法のフローチャートは実施形態１と同様であるので、同様の構成及び動作については説明を省略し、異なる構成及び動作について以下説明する。

図６に、実施形態２の降雨予測パターンの例を示す。図６のように、実施形態２では、降雨予測パターン記憶領域１７ｂに、雨量のピークを迎える時間Ｔ_１、ピークの雨量を維持する時間Ｔ_２、現在時刻から雨量が０になる時間Ｔ_３、ピークの雨量Ｒ_ｍａｘ等のパラメータの値によって定義された降雨予測パターンが格納されている。

例えば、ΔＲ_１が大きい短期強雨のパターンとして、急激に雨量が増加し強雨が短時間続くため、Ｔ_１とＴ_２の値が小さく、ピークの雨量Ｒ_ｍａｘの値が大きい降雨予測パターンが降雨予測パターン記憶領域１７ｂに格納されている。一方、長期で弱い雨のパターンとして、雨量がゆるやかに増加し弱い雨が長時間続くため、Ｔ_１とＴ_２の値が大きく、ピークの雨量Ｒ_ｍａｘの値が小さい降雨予測パターンが降雨予測パターン記憶領域１７ｂに格納されている。

降雨予測パターン選択部１８は、ステップＳ２４において、上記Ｔ_１、Ｔ_２、Ｔ_３、Ｒ_ｍａｘ等のパラメータの値から、現在時刻に対応する時刻とその５分前の雨量を計算により求め、雨量変化量ΔＲを算出する。算出したΔＲと、雨量計の計測値から求めた雨量変化量ΔＲ_１と比較することにより、最も近い降雨予測パターンを選択する。

予測値演算部１９は、ステップＳ２５において、選択した降雨予測パターンの各パラメータの値と、現在時刻の雨量を用いて現在時刻以降の雨量を予測する。

このように、降雨予測パターンをパラメータの値によって定義することにより、少ない記憶容量で降雨予測パターンを定義できるため、降雨予測パターン記憶領域１７ｂにより多くの降雨予測パターンを格納することができる。また、同じ数の降雨予測パターンであれば、小さい記憶容量の降雨予測パターン記憶領域１７ｂに格納できる。

実施形態２では、パラメータを時間Ｔとピークの雨量Ｒ_ｍａｘ等で定義したが、雨の降り始めから終わりまでの雨量の合計値をパラメータとして用いても良い。

また図７のように雨量の増減が曲線となるように、二次関数で雨量を算出しても良い。

またＴ_３は、雨量が０になることに限定せず、雨量がある任意の値以下になる時間としても良い。

＜＜実施形態３＞＞
実施形態３の雨量予測システムについて図１を用いて説明する。

実施形態３の雨量予測システムは、図１に示したように、ユーザからの入力を受け付ける入力部１２１をさらに備え、降雨予測パターン選択部１８が、入力部１２１を介して、実施形態２で説明したＴ_１、Ｔ_２、Ｔ_３、Ｒ_ｍａｘ等のパラメータの値として、ユーザが所望する値を受け付ける構成である。降雨予測パターン選択部１８は、受け付けたＴ_１、Ｔ_２、Ｔ_３、Ｒ_ｍａｘ等のパラメータ値で定義される降雨予測パターンを、新たな降雨予測パターンとして降雨予測パターン記憶領域１７ｂに格納する。

これにより、実際の降雨量が、予め定めた降雨予測パターンで想定している範囲から外れている場合などに、ユーザが降雨予測パターンを追加することにより、降雨量を予測可能になる。

なお、入力部１２１を介してユーザから新たな降雨予測パターンを受け付ける際に、にＴ_１、Ｔ_２、Ｔ_３、Ｒ_ｍａｘ等のパラメータの値によって受け付けることによって、ユーザは、パラメータの数値を設定するだけで簡便に新たな降雨予測パターンを降雨予測パターン記憶領域１７ｂに格納することができる。ただし、本実施形態３の入力部１２１は、Ｔ_１、Ｔ_２、Ｔ_３、Ｒ_ｍａｘ等のパラメータの値によって、降雨予測パターンを受け付ける構成に限定されるものではなく、時刻ごとの雨量値をユーザが入力することにより、実施形態１のように時刻ごとの雨量値によって定義される新たな降雨予測パターンを降雨予測パターン記憶領域１７ｂに格納する構成としてもよい。

１１ 雨量計Ａ
１２ 雨量計Ｂ
１３ 雨量計Ｃ
１４ 雨量計Ｄ
１５ 雨量計ネットワーク
１６ 雨量変化量演算部
１７ 記憶部
１７ａ 雨量記憶領域
１７ｂ 降雨予測パターン記憶領域
１８ 降雨予測パターン選択部
１９ 予測値演算部

Claims (9)

1. 所定の地点の雨量を計測する雨量計と、
   時間経過に伴う雨量の変化を示す降雨予測パターンが複数種類格納された記憶部と、
   前記雨量計の出力する計測雨量を受け取って、現在時刻の計測雨量の変化量ΔＲ_１を算出する雨量変化量演算部と、
   複数の前記降雨予測パターンが示す雨量変化量であって、降雨開始時刻からの経過時間が前記現在時刻に対応する時点の雨量変化量ΔＲを、前記計測雨量の変化量ΔＲ_１と比較し、前記計測雨量の変化量ΔＲ_１と最も近い雨量変化量ΔＲを示す前記降雨予測パターンを選択する降雨予測パターン選択部と、
   選択された前記降雨予測パターンに基づいて、現在時刻以降の雨量を予測する予測値演算部とを有することを特徴とする雨量予測システム。
2. 請求項１に記載の雨量予測システムであって、前記予測値演算部は、選択された前記降雨予測パターンの示す現在時刻の雨量を、前記雨量計が現在時刻に計測した雨量の値に一致させるように、前記降雨予測パターンの雨量の全体を所定の割合で増大または減少させる補正をすることを特徴とする雨量予測システム。
3. 請求項１に記載の雨量予測システムであって、前記雨量計は複数であり、前記雨量変化量演算部は、前記複数の雨量計の出力する計測雨量の平均値を求め、計測雨量の平均値の変化量を前記計測雨量の変化量ΔＲ_１として求めることを特徴とする雨量予測システム。
4. 請求項１に記載の雨量予測システムであって、前記雨量計は複数であり、前記雨量変化量演算部は、前記雨量計ごとに前記計測雨量の変化量ΔＲ_１を求め、前記降雨予測パターン選択部は、前記雨量計ごとの前記計測雨量の変化量ΔＲ_１に最も近い雨量変化量ΔＲを示す前記降雨予測パターンを選択した後、選択された複数の前記降雨予測パターンのうち、最も多く選択された前記降雨予測パターンをさらに選択し、当該さらに選択された前記降雨予測パターンに基づいて前記予測値演算部は、雨量を予測することを特徴とする雨量予測システム。
5. 請求項１に記載の雨量予測システムであって、前記雨量変化量演算部は、前記雨量計の計測した現在時刻の雨量と、予め定めた時間だけ前の時点の雨量との差を求め、前記計測雨量の変化量ΔＲ_１とすることを特徴とする雨量予測システム。
6. 請求項１に記載の雨量予測システムであって、前記記憶部には、雨量のピークを迎える時間Ｔ_１、ピークの雨量を維持する時間Ｔ_２、現在時刻から雨量が０になる時間Ｔ_３、および、ピークの雨量Ｒ_ｍａｘの少なくとも１つのパラメータにより定義された前記降雨予測パターンが格納されていることを特徴とする雨量予測システム。
7. 請求項１に記載の雨量予測システムであって、ユーザから新たな前記降雨予測パターンを受け付けて前記記憶部に格納する入力部をさらに備えることを特徴とする雨量予測システム。
8. 時間経過に伴う雨量の変化を示す降雨予測パターンが複数種類格納された記憶部と、
   ある地点の計測雨量のデータを時系列に受け取って、現在時刻の計測雨量の変化量ΔＲ_１を算出する雨量変化量演算部と、
   複数の前記降雨予測パターンが示す雨量変化量であって、降雨開始時刻からの経過時間が前記現在時刻に対応する時点の雨量変化量ΔＲを、前記計測雨量の変化量ΔＲ_１と比較し、前記計測雨量の変化量ΔＲ_１と最も近い雨量変化量ΔＲを示す前記降雨予測パターンを選択する降雨予測パターン選択部と、
   選択された前記降雨予測パターンに基づいて、現在時刻以降の雨量を予測する予測値演算部とを有することを特徴とする雨量予測装置。
9. コンピュータを、
   ある地点の計測雨量を受け取って、現在時刻の計測雨量の変化量ΔＲ_１を算出する雨量変化量演算手段、
   時間経過に伴う雨量の変化を示す、複数種類の降雨予測パターンが示す雨量変化量であって、降雨開始時刻からの経過時間が前記現在時刻に対応する時点の雨量変化量ΔＲを、前記計測雨量の変化量ΔＲ_１と比較し、前記計測雨量の変化量ΔＲ_１と最も近い雨量変化量ΔＲを示す前記降雨予測パターンを選択する降雨予測パターン選択手段、
   選択された前記降雨予測パターンに基づいて、現在時刻以降の雨量を予測する予測値演算手段として機能させるための雨量予測プログラム。

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