JP2021012288A - 訓練装置、ダム管理システム、および訓練方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 訓練時間を短縮すること。【解決手段】 訓練装置は、ダムの操作員の訓練装置である。実施形態によれば、訓練装置は、計算部、記憶部、指定部、および取得部を具備する。計算部は、ダム操作に対する流域の水の挙動を模倣するシミュレーションが開始されると、前記水の挙動に係わる物理量を実時間の経過よりも高速に計算する。記憶部は、シミュレーションの演算結果を記憶する。指定部は、訓練速度の指定を受け付ける。取得部は、指定された訓練速度でのシミュレーション時刻に対応する演算結果を前記記憶部から取得する。【選択図】 図２

Description

本発明の実施形態は、訓練装置、ダム管理システム、および訓練方法に関する。

洪水調節、かんがい、水道、農業用水、あるいは観光放流などを目的として、多数のダムが建設されている。近年、竣工から時間の経過したダムが増えてきており、老朽化したダム管理用制御処理システム（ダム管理システム、ダムコンとも称される）の更新が継続して行われている。国土交通省発行の非特許文献１に、ダムコンの標準設計仕様書が詳しく記載されており、これからのダムコンはこの仕様書に沿って設計されることとなる。

特開平９−２１２２１１号公報 特開２０１４−１０５４６８号公報 特開２０１５−１１３５８７号公報

国土交通省「ダム管理用制御処理設備 標準設計仕様書・同解説（平成２８年８月）」

上記仕様書には、ダム管理システムの操作員の訓練について記載された項目がある。そこではダム貯水池の挙動や、水の流入量、放流量の変化等をシミュレーションする機能について言及されている。また、訓練速度を任意に切り替えられることも求められていて、同仕様書には実時間、３倍、６倍、および、早送りの４通りの記載がある。
しかしながら既存の技術では、訓練速度の切り替えの際に、シミュレーションに係わる諸量の演算が間に合わず、ユーザが待ち状態になってしまうことがあった。このため訓練を効率的に行うことが難しく、対処が望まれていた。

そこで、目的は、訓練時間を短縮することの可能な訓練装置、ダム管理システム、および訓練方法を提供することにある。

訓練装置は、ダムの操作員の訓練装置である。実施形態によれば、訓練装置は、計算部、記憶部、指定部、および取得部を具備する。計算部は、ダム操作に対する流域の水の挙動を模倣するシミュレーションが開始されると、前記水の挙動に係わる物理量を実時間の経過よりも高速に計算する。記憶部は、シミュレーションの演算結果を記憶する。指定部は、訓練速度の指定を受け付ける。取得部は、指定された訓練速度でのシミュレーション時刻に対応する演算結果を前記記憶部から取得する。

実施形態に係わるダム管理システムの一例を示す機能ブロック図。 訓練装置の一例を示す機能ブロック図。 第１の実施形態に係わるタイムチャート。 比較のため既存のシミュレーションについて説明するためのタイムチャート。 第２の実施形態に係わるタイムチャート。 第３の実施形態に係わるタイムチャート。

ダム管理システムにおける訓練処理は、例えば洪水発生時における操作員の業務を模擬（シミュレート）するために実施される。すなわち訓練処理は、与えられた条件のもとでシミュレーションを実行し、シミュレーションの演算結果を随時表示する処理といえる。実施形態では、ダム操作員の訓練の一環としてのシミュレーションを実行する機能を備える、訓練装置を想定して説明する。

［構成］
図１は、実施形態に係わるダム管理システムの一例を示す機能ブロック図である。このダム管理システムは、情報入力・提供装置１０、および表示制御装置２０を備え、これらは情報系ＬＡＮ（Local Area Network）に接続される。また、ダム管理システムは、放流操作装置５０、および訓練装置６０を備え、これらは情報系ＬＡＮと、制御系ＬＡＮとに接続される。さらに、制御系ＬＡＮには、入出力装置８０、および、遠方手動操作装置９０が接続され、ダムの各種設備を遠隔から制御可能となっている。

情報入力・提供装置１０は、ダム管理システムに各種の情報を入力したり、各種の情報を提供するために用いられる。表示制御装置２０は、各種の情報を液晶パネルディスプレイ（表示装置）などに表示するための制御を行う。

放流操作装置５０は、ダムの放流ゲートを開閉するための制御を行う。
訓練装置６０は、例えば工場用コンピュータ（Factory Automation PC：ＦＡ−ＰＣ）として実現され、記憶部７０に格納される各種の情報に基づいて、実施形態に係わる訓練機能を実現する。つまり訓練装置６０は、プロセッサおよびメモリを備える、コンピュータである。

記憶部７０は、例えば関係データベース（リレーショナルデータベース）として実現される。データベースの実態は、例えばＨＤＤ（Hard Disk Drive）等の記録メディアにおける、所定の記憶領域である。

入出力装置８０、および、遠方手動操作装置９０は、ダムの各種設備を遠隔から制御するための装置であり、例えばＰＬＣ（Programmable Logic Controller）として実現可能である。

図２は、図１に示される訓練装置６０の一例を示す機能ブロック図である。訓練装置６０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やＭＰＵ（Micro Processing Unit）等のプロセッサ６３と、ＲＯＭ（Read Only Memory）６１、ＲＡＭ（Random Access Memory）６２、記憶部７０、および通信部６４を備える。

ＲＯＭ６１は、組込みＯＳ（Operating System）等の基本プログラム、および各種の設定データ等を記憶する。ＲＡＭ６２は、記憶部７０からロードされたプログラムやデータを一時的に記憶する。通信部６４は、情報系ＬＡＮ、制御系ＬＡＮに接続され、各ＬＡＮとの通信を制御する。

記憶部７０は、例えば、ＨＤＤやＳＳＤ（Solid State Drive）等の記録媒体であり、プロセッサ６３により実行されるプログラム７０ａ、シミュレーションに係わる設定情報７０ｂ、および演算結果７０ｃを記憶する。プロセッサ６３は、上記組込みＯＳや各種のプログラムを実行する。

ところで、プロセッサ６３は、実施形態に係る処理機能としてシミュレーションエンジン６３ａ、計算部６３ｂ、指定部６３ｃ、取得部６３ｄ、および、表示制御部６３ｅを備える。これらの機能ブロックは、記憶部７０に記憶されたプログラム７０ａがＲＡＭ６２にロードされ、当該プログラムの進行に伴ってプロセッサ６３が演算処理を実行することで生成されるプロセスとして、理解され得る。

シミュレーションエンジン６３ａは、ダム操作に対する流域の水の挙動を模倣するシミュレーションを実行する。シミュレーションにおいて、シミュレーションにおける内部時刻（シミュレーション時刻）に対応する、流域の水の挙動に係わる物理量が演算される。計算の対象となる物理量は、例えば（１）〜（４）のような項目を含む。
（１）シミュレーション開始時に登録する流入量の遷移
（２）シミュレーション開始時刻での貯水位等の開始条件
（３）ダムのゲートの開度や放流量等の設定情報
（４）シミュレーション開始後の貯水位等の遷移
具体的には、シミュレーションエンジン６３ａでは、初期値として、「流入量の遷移」、「貯水位の初期値」、「ゲート開度の初期値」を設定し、シミュレーションにより
（１）現在時刻の貯水位 ＋ 開度 → 現在の放流量
（２）現在の放流量 ＋ 現在の流入量 →次の時制の貯水量の増減値
（３）次の時制の貯水量の増減値 ＋ 現在の貯水位 →次の時制の貯水位
を求める。
計算部６３ｂは、シミュレーションが開始されると、上記物理量を、実時間の経過よりも速い速度で計算する。シミュレーションにより得られた演算結果は、記憶部７０に記憶される。

指定部６３ｃは、ユーザによる訓練速度の指定を受け付ける。訓練速度とは、訓練処理のシミュレーション時刻を進める早さを意味し、例えば「実時間」、「３倍」、「６倍」、および「早送り」の４通りから選択することができる。「実時間」、「３倍」、「６倍」のいずれかの速度が選択された場合、訓練速度によって定められた早さでシミュレーション時刻が進む。また、「早送り」とは、シミュレーション時刻を、設定された未来の時刻に進めることを意味する。

ここで、計算部６３ｂは、指定部６３ｃで指定可能な訓練速度の最大値よりも速い速度で物理量を計算する。「６倍」が最大であるので、計算部６３ｂは、例えば「２０倍速」で計算を実行する。

取得部６３ｄは、ユーザにより指定された訓練速度でのシミュレーション時刻に対応する演算結果を、記憶部７０から取得する。特に、指定部６３ｃで「早送り」が指定されると、取得部６３ｄは、指定された早送り後のシミュレーション時刻に対応する演算結果を記憶部７０から取得する。

表示制御部６３ｅは、取得された演算結果を表示制御装置２０に視覚的に表示する。次に、上記構成を基礎として複数の実施形態について説明する。

［第１の実施形態］
第１の実施形態では、訓練速度として「実時間」が設定された場合の処理について説明する。「実時間」とはすなわち（１倍速）である。

図３のタイムチャートを参照して説明する。図３において、実時刻ｔにおけるｔ＝０〜ｔ＝ｅｎｄまでの範囲（シミュレーション範囲）にわたってシミュレーションが実施される。時刻ｔ＝０、ｔ＝１、ｔ＝２、ｔ＝３、およびｔ＝ｅｎｄごとに、シミュレーション時刻、演算結果、および表示範囲の変化が示される。

図３において、左から右へと移動する下向きの矢印が、シミュレーションの進行を表す。時間の経過とともに、実時刻とシミュレーション時刻とが同期して進む。このとき計算部６３ｂは、シミュレーションに係わる演算処理を、実時刻とは非同期に、常に先行する形で実行する。演算処理、および演算結果を記憶部７０に保存する処理はＣＰＵの能力の許す範囲で、例えば２０倍速で実施される。

例えば、実時刻がｔ＝１のときシミュレーション時刻はｔ＝１となるが、演算処理は２０倍速で進むので、この時点でｔ＝２０時点までの演算結果が得られている。表示制御部６３ｅは、記憶部７０に保存されたｔ＝１時点のデータを呼び出し、表示制御装置２０に表示することになる。

実時刻がｔ＝２の時点で、シミュレーションの終了（ｅｎｄ）までのデータがすべて算出され、表示制御部６３ｅは、時間の経過とともに記憶部７０からシミュレーション時刻に対応するデータを呼び出し、表示制御装置２０に表示する。

このように第１の実施形態では、シミュレーションが開始されると、シミュレーションに係わる物理量を実時間の経過よりも高速に、かつ、常に先行して計算するようにした。 ここで、図４は、既存のシミュレーションについて説明するためのタイムチャートである。既存のシミュレーションでは図４に示されるように、実時刻とシミュレーション時刻、および演算処理が互いに同期しながら、シミュレーション時刻の経過と共に、定められた演算周期で演算が実施される。このため、例えば「早送り」が選択された場合に、演算が完了するまでの間ユーザが待ち状態になってしまう。

これに対し実施形態では、シミュレーション訓練に際して指定された訓練速度とは同期せず、指定された訓練速度よりも高速（例えば２０倍の速度）にて内部のシミュレーション時刻を進める。そして、シミュレーション終了時刻までの演算を高速で終了させ、演算結果を記憶部７０に時系列順に保持するようにした。従って第１の実施形態によれば、訓練時間を短縮することの可能な訓練装置、ダム管理システム、および訓練方法を提供することが可能となる。そして、訓練時間を短縮することで、ダムの操作員はダム操作の演習を効率的に実施することができる。

［第２の実施形態］
第２の実施形態では、訓練速度として「３倍」が設定された場合の処理について説明する。
図５のタイムチャートを参照して説明する。図５において、例えば、実時刻がｔ＝１のときシミュレーション時刻はｔ＝３となるが、２０倍速で進む演算処理は、既にこの時点でｔ＝２０の時点までの演算結果を記憶部７０に保存している。表示制御部６３ｅは、記憶部７０からシミュレーション時刻ｔ＝３に対応するデータを呼び出し、表示制御装置２０に表示する。実時刻ｔ＝２においても同様に、シミュレーション時刻ｔ＝６のデータが既に得られているので、その時点のデータを読み出して表示するだけでよい。

このように第２の実施形態でも、指定された訓練速度よりも高速（例えば２０倍の速度）にて内部のシミュレーション時刻を進める。そして、訓練速度に応じたシミュレーション時刻のデータを読み出して表示するようにした。例えば「３倍」、あるいは「６倍」の訓練速度が指定された場合、それよりもさらに高速でシミュレーション演算を行い、演算結果を記憶部７０に記憶する。そして、既に計算が完了している演算結果から、該当するシミュレーション時刻の時点のデータを呼び出し、随時表示するようにした。従ってユーザの待ち状態を生じないようにでき、訓練効率を高めることができる。

［第３の実施形態］
第３の実施形態では、訓練速度として「早送り」が設定された場合の処理について説明する。

図６のタイムチャートを参照して説明する。図６において、実時刻ｔ＝１の時点までは「実時間」でのシミュレーションが実施されていたとする。ここで、「早送り」が指定され、未来のシミュレーション時刻として例えばｔ＝２０が設定されたとする。そうすると、既に計算され記憶部７０に保存されている演算結果が、ｔ＝２０の時点まで時系列で順次呼び出され、表示制御装置２０に表示される。従って、「早送り」が指定された瞬間から即座にシミュレーション結果を見ることができ、訓練に遅延をきたすことが無い。このように第３の実施形態によれば「早送り」指定時にユーザを待たせること無く、設定された時刻に遷移することができ、ひいては訓練時間を短縮することができる。

以上のように、上記各実施形態によれば、シミュレーションによる訓練時間を短縮することができ、ダム操作を効率的に訓練することができる。

なお、この発明は上記実施の形態に限定されるものではない。例えば、訓練途中に設定情報（ゲート開度等）が変更された場合が考えられる、このようにシミュレーションの与条件が当該シミュレーションの進行中に変更されると、計算部６３ｂは、変更後の与条件に基づき当与条件が変更された時点からの物理量を再計算する。つまり、変更時点までの演算結果を記憶部７０から破棄し、演算に必要な設定値が変更された時点から、変更された設定値に基づいてシミュレーション演算を再開する。このようにすれば、貯水位、ゲート開度、放流量などの諸量をシミュレーションの途中で自由に変更し、訓練を再開することができる。

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するものであり、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。

１０…情報入力・提供装置、２０…表示制御装置、５０…放流操作装置、６０…訓練装置、６１…ＲＯＭ、６２…ＲＡＭ、６３…プロセッサ、６３ａ…シミュレーションエンジン、６３ｂ…計算部、６３ｃ…指定部、６３ｄ…取得部、６３ｅ…表示制御部、６４…通信部、７０…記憶部、７０ａ…プログラム、７０ｂ…設定情報、７０ｃ…演算結果、８０…入出力装置、９０…遠方手動操作装置。

Claims (7)

1. ダムの操作員の訓練装置において、
   ダム操作に対する流域の水の挙動を模倣するシミュレーションが開始されると、前記水の挙動に係わる物理量を実時間の経過よりも高速に計算する計算部と、
   前記シミュレーションの演算結果を記憶する記憶部と、
   訓練速度の指定を受け付ける指定部と、
   前記指定された訓練速度でのシミュレーション時刻に対応する演算結果を前記記憶部から取得する取得部と
   を具備する、訓練装置。
2. 前記計算部は、前記指定部で指定可能な訓練速度の最大値よりも速い速度で前記物理量を計算する、請求項１に記載の訓練装置。
3. 前記指定部は、訓練速度の早送りを指定可能であり、
   前記取得部は、前記指定された早送り後のシミュレーション時刻に対応する演算結果を前記記憶部から取得する、請求項１に記載の訓練装置。
4. さらに、前記取得された演算結果を表示装置に表示する表示制御部を備える、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の訓練装置。
5. 前記シミュレーションの与条件が当該シミュレーションの進行中に変更されると、前記計算部は、変更後の与条件に基づき当該与条件が変更された時点からの前記物理量を再計算する、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の訓練装置。
6. ダムの操作員の訓練装置と、表示装置とを具備するダム管理システムにおいて、
   前記訓練装置は、
   ダム操作に対する流域の水の挙動を模倣するシミュレーションが開始されると、前記水の挙動に係わる物理量を実時間の経過よりも高速に計算する計算部と、
   前記シミュレーションの演算結果を記憶する記憶部と、
   訓練速度の指定を受け付ける指定部と、
   前記指定された訓練速度でのシミュレーション時刻に対応する演算結果を前記記憶部から取得する取得部と、
   前記取得された演算結果を前記表示装置に表示する表示制御部と
   を備える、ダム管理システム。
7. コンピュータによるダムの操作員の訓練方法であって、
   ダム操作に対する流域の水の挙動を模倣するシミュレーションが開始されると、前記コンピュータが、前記水の挙動に係わる物理量を実時間の経過よりも高速に計算する過程と、
   前記コンピュータが、前記シミュレーションの演算結果を記憶部に記憶する過程と、
   前記コンピュータが、訓練速度の指定を受け付ける過程と、
   前記コンピュータが、前記指定された訓練速度でのシミュレーション時刻に対応する演算結果を前記記憶部から取得する過程と、
   前記コンピュータが、前記取得された演算結果を表示装置に表示する過程と
   を具備する、訓練方法。