JP2021095711A - Rainwater inflow amount prediction apparatus, rainwater inflow amount prediction method, computer program, rainwater pump control system, and rainwater pump station system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の実施形態は、雨水流入量予測装置、雨水流入量予測方法、コンピュータプログラム、雨水ポンプ制御システム及び雨水ポンプ所システムに関する。 Embodiments of the present invention relate to a rainwater inflow prediction device, a rainwater inflow prediction method, a computer program, a rainwater pump control system, and a rainwater pump station system.
近年、集中豪雨や局所的な大雨(いわゆるゲリラ豪雨)が増加しており、浸水被害を回避するための対策が求められている。この状況に対して国土交通省は、浸水対策施設の整備等のハード対策に加えて、雨量情報等の観測データの活用といったソフト対策による浸水対策事業を推進中である。このような背景のもと、ソフト対策として主に浸水リスクの低減を目的とした雨水ポンプ所への雨水流入量予測に基づく雨水ポンプダイナミック制御技術が開発されている。雨水ポンプダイナミック制御技術は、雨水ポンプ所へ流入される雨水流入量を予測し、雨水流入量予測値に応じて、雨水排水ポンプの起動水位と停止水位とを変化させる。起動水位と停止水位とを変化させることで雨水排水ポンプの起動と停止とを効率的に行い、浸水リスクや雨水排水ポンプの起動停止回数の低減を目指している。 In recent years, torrential rains and local heavy rains (so-called guerrilla rainstorms) have increased, and measures to avoid inundation damage are required. In response to this situation, the Ministry of Land, Infrastructure, Transport and Tourism is promoting inundation countermeasure projects by soft measures such as utilization of observation data such as rainfall information, in addition to hard measures such as maintenance of inundation countermeasure facilities. Against this background, as a soft measure, a stormwater pump dynamic control technology based on the prediction of the amount of rainwater inflow to the stormwater pump station has been developed mainly for the purpose of reducing the risk of inundation. The rainwater pump dynamic control technology predicts the amount of rainwater flowing into the rainwater pump station, and changes the starting water level and the stopping water level of the rainwater drainage pump according to the predicted value of the rainwater inflow amount. By changing the starting water level and the stopped water level, the rainwater drainage pump can be started and stopped efficiently, aiming to reduce the risk of inundation and the number of times the rainwater drainage pump is started and stopped.
具体的に雨水ポンプダイナミック制御技術によって解決しようとしている問題は、急激な雨水の雨水ポンプ所への流入がある場合に、雨水ポンプ井の水位が起動水位に到達するまで雨水排水ポンプが起動しないため、浸水リスクが高まるという問題である。また雨水ポンプ井の水位が低下してきたものの雨水ポンプ井への新たな雨水の流入があり駆動中の雨水排水ポンプを停止させたくない場合に、雨水ポンプ井の水位が停止水位を下回ってしまい雨水排水ポンプが停止してしまうという問題もある。 Specifically, the problem to be solved by the stormwater pump dynamic control technology is that when there is a sudden inflow of rainwater into the rainwater pump station, the rainwater drainage pump does not start until the water level of the rainwater pump well reaches the starting water level. , The problem is that the risk of flooding increases. In addition, if the water level of the rainwater pump well has dropped but new rainwater has flowed into the rainwater pump well and you do not want to stop the running rainwater drainage pump, the water level of the rainwater pump well will fall below the stop water level and rainwater. There is also the problem that the drainage pump will stop.
このように雨水ポンプダイナミック制御の効果を十分に発揮させるためには、雨水ポンプ所への雨水流入量を高い精度で予測する必要があるが、従来の雨水流入量予測では、地上雨量計により計測された地上雨量などを用いているため、予測精度が十分でない可能性がある。 In this way, in order to fully exert the effect of the dynamic control of the rainwater pump, it is necessary to predict the amount of rainwater inflow to the rainwater pump station with high accuracy. There is a possibility that the prediction accuracy is not sufficient because the amount of rainfall on the ground is used.
また、ソフト対策の一環として現在設置が進んでいる下水管渠の水位計によって計測された雨水幹線水位を雨水流入量予測に用いることで予測精度の向上が見込めるが、どの地点の水位計の水位を用いてよいか不明なため十分な予測精度が得られない。 In addition, it is expected that the prediction accuracy will be improved by using the stormwater trunk line water level measured by the water level gauge of the sewer pipe, which is currently being installed as part of soft measures, to predict the inflow of rainwater. Since it is unclear whether or not to use, sufficient prediction accuracy cannot be obtained.
本発明が解決しようとする課題は、予測精度の高い雨水ポンプ所への雨水流入量予測を行うことにより、雨水ポンプダイナミック制御において浸水リスクやポンプの起動停止回数を低減することができる雨水流入量予測装置を提供することである。 The problem to be solved by the present invention is the amount of rainwater inflow that can reduce the risk of inundation and the number of times the pump is started and stopped in the dynamic control of the rainwater pump by predicting the amount of rainwater inflow to the rainwater pump station with high prediction accuracy. It is to provide a predictor.
上記課題を解決するために、実施形態に係る雨水流入量予測装置は、雨水ポンプ所における雨水排水ポンプの起動時間を取得する起動時間取得部と、下水管の流下方向に沿って設置された複数の水位計から、下水管内の下水の水位を取得する水位取得部と、水位取得部で取得された水位に基づいて、下水の流量及び下水が雨水ポンプ所に到達するまでの到達時間をそれぞれの水位計に対応づけて出力する水位情報出力部と、起動時間取得部で取得された起動時間と同等の到達時間である水位計を複数の水位計から特定し、特定された水位計から取得された水位に基づいて出力された流量を出力する流入量出力部と、を備える。 In order to solve the above problems, the rainwater inflow prediction device according to the embodiment includes a start time acquisition unit for acquiring the start time of the rainwater drainage pump at the rainwater pump station and a plurality of rainwater inflow predictors installed along the flow direction of the sewer pipe. Based on the water level acquisition section that acquires the water level of the sewage in the sewage pipe and the water level acquired by the water level acquisition section, the flow rate of sewage and the arrival time until the sewage reaches the stormwater pump station are determined respectively. The water level information output unit that outputs in correspondence with the water level gauge and the water level gauge that has the same arrival time as the startup time acquired by the startup time acquisition unit are specified from multiple water level gauges and acquired from the specified water level gauges. It is provided with an inflow amount output unit that outputs the output flow rate based on the water level.
また上記課題を解決するために、実施形態に係る雨水流入量予測方法は、雨水ポンプ所における雨水排水ポンプの起動時間を取得するステップと、下水管の流下方向に沿って設置された複数の水位計から下水の水位を取得するステップと、取得された水位に基づいて、下水の流量及び下水が雨水ポンプ所に到達するまでの到達時間をそれぞれの水位計に対応づけて出力するステップと、取得された起動時間と同等の到達時間である水位計を複数の水位計から特定し、特定された水位計から取得された水位に基づいて出力された流量を出力するステップと、を有する。 Further, in order to solve the above problems, the rainwater inflow prediction method according to the embodiment includes a step of acquiring the start time of the rainwater drainage pump at the rainwater pump station and a plurality of water levels installed along the flow direction of the sewer pipe. A step to acquire the water level of sewage from the meter, and a step to output the flow rate of sewage and the arrival time until the sewage reaches the stormwater pump station according to each water level gauge based on the acquired water level. It has a step of specifying a water level gauge having an arrival time equivalent to the set start-up time from a plurality of water level gauges and outputting a flow rate output based on the water level obtained from the specified water level gauges.
また上記課題を解決するために、実施形態に係るコンピュータプログラムは、雨水流入量予測装置に、雨水ポンプ所における雨水排水ポンプの起動時間を取得する機能と、下水管の流下方向に沿って設置された複数の水位計から、下水管内の下水の水位を取得する機能と、取得された水位に基づいて、下水の流量及び下水が雨水ポンプ所に到達するまでの到達時間をそれぞれの水位計に対応づけて出力する機能と、取得された起動時間と同等の到達時間である水位計を複数の水位計から特定し、特定された水位計から取得された水位に基づいて出力された流量を出力する機能と、を実現させる。 Further, in order to solve the above problems, the computer program according to the embodiment is installed in the rainwater inflow prediction device with a function of acquiring the start time of the rainwater drainage pump at the rainwater pump station and along the flow direction of the sewer pipe. The function to acquire the water level of the sewage in the sewage pipe from multiple water level gauges, and based on the acquired water level, the flow rate of sewage and the arrival time until the sewage reaches the stormwater pump station correspond to each water level gauge. The function to output with and the water level gauge whose arrival time is equivalent to the acquired start-up time is specified from multiple water level gauges, and the output flow rate is output based on the water level acquired from the specified water level gauge. Realize the function.
以下、発明を実施するための実施形態について説明する。 Hereinafter, embodiments for carrying out the invention will be described.
(第1の実施形態)
第1の実施形態に係る雨水流入量予測装置151を、図1乃至図4を用いて説明する。
(First Embodiment)
The rainwater inflow
図1は、第1の実施形態に係る雨水流入量予測装置151を備える雨水ポンプ所システム1の構成図である。図1に示すように、雨水ポンプ所システム1は、下水管10に設けられた水位計G1〜GNと、雨水ポンプ所14と、雨水ポンプ制御システム15とを備える。
FIG. 1 is a configuration diagram of a rainwater pump station system 1 including a rainwater inflow
下水管10は、雨水ポンプ所14へとつながる下水管渠である。降雨に伴って雨水を含む下水は下水管10を通って雨水ポンプ所14へと流入する。
The
水位計G1〜GNは、下水管10の流下方向に沿って複数設置されており、下水管10の雨水の水位を取得する。本実施形態において、「雨水」は、雨水を含む下水という意味でも用いられる。雨水ポンプ所14は、流入渠141と、ポンプ井142と、雨水排水ポンプP1〜PNとを備える。
A plurality of water level gauges G1 to GN are installed along the flow direction of the
流入渠141は、下水管10からポンプ井142へとつながる排水管であり、下水管10からの雨水はポンプ井142へと流入する。
The
ポンプ井142は、雨水ポンプ所14の最も下流側に設置されており、流入渠141から流入された雨水を貯留する。ポンプ井142では、雨水排水ポンプP1〜PNによって雨水が揚水され、河川へ排出される。
The pump well 142 is installed on the most downstream side of the rainwater pump station 14, and stores the rainwater flowing in from the
雨水排水ポンプP1〜PNの起動と停止とを制御するために雨水ポンプ制御システム15が用いられる。本実施形態において、雨水排水ポンプP1は、ポンプ井142から河川へ雨水を排出する際に最初に起動するポンプである。また、雨水排水ポンプP2〜PNは流入する(又は流入が予測される)流量に応じて選択的に起動するポンプである。
The rainwater
雨水ポンプ制御システム15は、雨水流入量予測装置151と、雨水ポンプ制御装置152とを有する。雨水ポンプ制御システム15は、水位計G1〜GNからの水位の信号を取得し、取得した信号に基づき、流入する雨水の量を予測して雨水排水ポンプP1〜PNを制御する。操作部4は、操作者もしくは管理者による操作を受け付け、受け付けた操作に応じた信号を雨水流入量予測装置151に出力する。操作部4は、例えば、キーボード、マウス、タッチパネル等である。
The rainwater
次に雨水流入量予測装置151の機能構成を説明する。
Next, the functional configuration of the rainwater
図2は、第1の実施形態に係る雨水流入量予測装置151の機能構成を示す図である。雨水流入量予測装置151は、水位取得部220と、記憶部230と、水位情報出力部200と、起動時間取得部240と、流入量出力部210とを有する。
FIG. 2 is a diagram showing a functional configuration of the rainwater inflow
水位取得部220は、水位計G1〜GNから雨水の水位を取得する。本実施形態の「雨水の水位」は、雨水の水位に関する情報という意味でも用いられる。水位取得部220は、取得された雨水の水位を水位情報出力部200に出力する。
The water
水位情報出力部200は、水位取得部220で取得された水位に基づいて、雨水の流量及び雨水が雨水ポンプ所14に到達するまでの到達時間をそれぞれの水位計G1〜GNについて出力する手段である。水位情報出力部200は、流速出力部201と、到達時間出力部202と、流量出力部203とを有する。
The water level
流速出力部201は、水位取得部220で取得された水位から、水位計の位置における雨水の流速を出力する手段である。流速出力部201は、まず水位計G1〜GNで取得された水位h1〜hNを用いて、マニング式である式(1)より、水位計G1〜GNが設置された地点の流速V1〜VNを算出する。
The flow
V=1/n × R2/3 × I1/2 ・・・(1) V = 1 / n x R 2/3 x I 1/2 ... (1)
なお、Vは流速(m/sec)、nは粗度係数(sec/m1/3)、Rは径深(m)、Iはエネルギー勾配≒物理勾配である。またnは管種に依存する係数である。 V is the flow velocity (m / sec), n is the roughness coefficient (sec / m 1/3 ), R is the diameter depth (m), and I is the energy gradient ≈ physical gradient. Further, n is a coefficient depending on the pipe type.
図3は、式(1)で用いる変数を示す図である。図3に示すように、Aは流積(m2)、Sは潤辺(m)である。またhは水位計で測定した水位である。図3に示すように、下水管10の形状により、水位h1〜hNに基づいて流積A(m2)及び潤辺S(m)を導出可能となる。 FIG. 3 is a diagram showing variables used in the equation (1). As shown in FIG. 3, A is the flow volume (m 2 ) and S is the wet side (m). Further, h is the water level measured by the water level gauge. As shown in FIG. 3, the shape of the sewer pipe 10 makes it possible to derive the flow volume A (m 2 ) and the wet side S (m) based on the water levels h1 to hN.
径深、流積及び潤辺の関係を示す式を、式(2)に示す。 The formula showing the relationship between the diameter depth, the flow volume and the wet edge is shown in the formula (2).
R=A/S ・・・(2) R = A / S ... (2)
上記に示す式(1)、式(2)より、流速出力部201は、水位取得部220で取得された水位から水位計G1〜GNの位置における雨水の流速V1〜VNを出力する。
From the above equations (1) and (2), the flow
流量出力部203は、流速出力部201において出力された雨水の流速V1〜VNと取得された水位とに基づいて、雨水の水位計G1〜GNにおける流量Q1〜QNをそれぞれ出力する手段である。式(1)により算出された水位計G1〜GNが設置された地点の流速V1〜VNと、水位計G1〜GNが設置された地点の流積A1〜ANから、後述する式(3)を用いて水位計G1〜GNが設置された地点の流量Q1〜QNを算出する。
The flow
Q=V×A ・・・(3) Q = V × A ・ ・ ・ (3)
到達時間出力部202は、流速出力部201において出力された雨水の流速V1〜VN並びに水位計G1〜GNから雨水ポンプ所14までの延長L1〜LNに基づいて雨水が雨水ポンプ所14に到達するまでの到達時間t1〜tNを水位計G1〜GNについて出力する手段である。延長L1〜LNは、あらかじめ操作者もしくは管理者が操作部4から記憶部230へ入力する。
The arrival
記憶部230は操作部4から入力された延長L1〜LNを水位計G1〜GNに対応付けて記憶する。
The
到達時間出力部202は、式(1)で出力された水位計G1〜GNが設置された地点の流速V1〜VNと、延長L1〜LNから、式(4)を用いて到達時間t1〜tNを算出する。なお、tは到達時間(sec)、Lは延長(m)である。
The arrival
t=L/V ・・・(4) t = L / V ・ ・ ・ (4)
起動時間取得部240は、雨水ポンプ所14の雨水排水ポンプP1の起動時間を取得する手段である。予め操作者もしくは管理者は、操作部4から起動時間を記憶部230へ入力する。本実施形態では、雨水排水ポンプP1〜PNの起動時間はすべて同じであるとする。そのため、以降「雨水排水ポンプP1」の記載部分は、雨水排水ポンプP1〜PNのいずれにも適用可能である。記憶部230に入力された起動時間を含む情報を、起動時期取得部240が取得する。本願でいう「起動時間」とは、雨水排水ポンプP1が動作を開始させてから定常動作状態になるまでの時間である。また、雨水排水ポンプP1の起動時間に制御周期を足し合わせた時間を、起動時間としてもよい。
The start-up
起動時間取得部240は、記憶部230から起動時間を取得する。
The start-up
流入量出力部210は、起動時間取得部240で取得された起動時間と同等の到達時間である水位計を複数の水位計G1〜GNから特定し、特定された該水位計から取得された水位に基づいて出力された流量を出力する手段である。
The inflow
流入量出力部210は、特定部211と、予測流入量出力部212とを有する。
The inflow
特定部211は、起動時間取得部240で取得された起動時間と同等の到達時間である水位計を複数の水位計G1〜GNから特定する手段である。特定部211は、到達時間出力部202で算出された到達時間t1〜tNと、起動時間取得部240で取得された起動時間とを比較し、起動時間と最も近い到達時間となる水位計を特定する。
The
予測流入量出力部212は、流量出力部203が出力した流量の中から、特定部211において特定された水位計が設置された地点の流量を雨水ポンプ所14へ流入される流入量の予測値として採用し、流入量予測値として雨水ポンプ制御装置152へ出力する手段である。
The predicted inflow
次に雨水ポンプ制御装置152の機能構成を説明する。
Next, the functional configuration of the rainwater
雨水ポンプ制御装置152は、予測流入量取得部251と、制御部252とを有する。
The rainwater
予測流入量取得部251は、流入量出力部210の予測流入量出力部212から出力された流量を取得する。
The predicted inflow
制御部252は、予測流入量取得部251で取得された流量に基づいて、雨水排水ポンプP1〜PNの駆動を制御する。
The
次に、雨水流入量予測装置151の動作について説明する。
Next, the operation of the rainwater
図4は、第1の実施形態に係る雨水流入量予測装置151の動作を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing the operation of the rainwater inflow
図5は、第1の実施形態に係る雨水流入量予測装置151の動作によって作成されるデータの例を示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing an example of data created by the operation of the rainwater inflow
S301において、まず雨水流入量予測装置151の起動時間取得部240は、予め操作部4から入力され、記憶部230に記憶されている起動時間を取得する。
In S301, first, the start-up
次にS302において、水位取得部220は、水位計G1〜GNからそれぞれの水位を取得する。
Next, in S302, the water
次にS303において、水位情報出力部200の流速出力部201は、水位計G1〜GNの水位h1〜hNに基づいて、上記のマニング式を用いて、水位計G1〜GNが設置された地点における雨水の流速V1〜VNを算出して出力する。
Next, in S303, the flow
次にS304において、水位情報出力部200の流量出力部203は、流速出力部201から出力された流速V1〜VNと流積A1〜ANとに基づいて、雨水の流量Q1〜QNを算出して出力する。
Next, in S304, the flow
次にS305において、水位情報出力部200の到達時間出力部202は、流速出力部201において出力された雨水の流速V1〜VN並びに水位計G1〜GNから雨水ポンプ所14までの延長L1〜LNに基づいて水位計G1〜GNが設置された地点における雨水が雨水ポンプ所14へ到達する到達時間t1〜tNを出力する。
Next, in S305, the arrival
次にS306において、流入量出力部210の特定部211は、到達時間出力部202から出力された到達時間t1〜tNと流量Q1〜QNとから、起動時間と同等な到達時間の水位計G1〜GNを特定する。すなわち、到達時間t1〜tNから起動時間と最も近い到達時間となる水位計G1〜GNを特定する。
Next, in S306, the
次にS307において、予測流入量出力部212は、流量出力部203から出力される流量のうち、特定部211で特定された水位計G1〜GNに対応する流量を雨水ポンプ制御装置152へ出力する。
Next, in S307, the predicted inflow
このようにして求められた各水位計G1〜GNに対する水位、流速、流量および到達時間は図5に示すデータとして図示しない記憶部に記憶される。 The water level, the flow velocity, the flow rate, and the arrival time for each of the water level gauges G1 to GN thus obtained are stored in a storage unit (not shown) as the data shown in FIG.
S300乃至S308の雨水流入量予測装置151の制御は、例えば5分毎等の所定時間ごとに繰り返し実行される。
The control of the rainwater inflow
本実施形態は、水位計G1〜GNを用いて雨水ポンプ所14への雨水の流入量を予測することで、従来よりも予測精度の高い雨水流入量の予測が可能となる。この雨水流入量予測値に基づいた雨水ポンプダイナミック制御により、従来よりも浸水リスクや雨水排水ポンプP1〜PNの起動停止回数を低減させることが可能となる。 In the present embodiment, by predicting the inflow amount of rainwater to the rainwater pump station 14 using the water level gauges G1 to GN, it is possible to predict the inflow amount of rainwater with higher prediction accuracy than before. The dynamic control of the rainwater pump based on the predicted value of the inflow of rainwater makes it possible to reduce the risk of inundation and the number of times the rainwater drainage pumps P1 to PN are started and stopped.
(第2の実施形態)
第1の実施形態では、雨水排水ポンプP1の起動時間と同等、または最も近い到達時間である水位計があるときに、その水位計を特定して雨水流入量を予測した。
第2の実施形態は、雨水排水ポンプP1の起動時間と同等の到達時間である水位計があるか否かを判断し、同等の到達時間である水位計がないときに、内挿又は外挿して得られた値を流入量とするものである。
(Second embodiment)
In the first embodiment, when there is a water level gauge having a arrival time equal to or closest to the start time of the rainwater drainage pump P1, the water level gauge is specified to predict the amount of rainwater inflow.
In the second embodiment, it is determined whether or not there is a water level gauge having an arrival time equivalent to the start time of the rainwater drainage pump P1, and when there is no water level gauge having an equivalent arrival time, interpolation or extrapolation is performed. The value obtained in the above is used as the inflow amount.
第2の実施形態に係る雨水流入量予測装置651を、図6及び図9を用いて説明する。なお、雨水流入量予測装置651の、第1の実施形態の雨水流入量予測装置151と同様の機能を有する構成は、同一の符号を付して説明を省略する。
The rainwater
第2の実施形態に係る雨水流入量予測装置651を備える雨水ポンプ所システム1の構成は、第1の実施形態と同様なので、説明を省略する。
Since the configuration of the rainwater pump station system 1 including the rainwater inflow
図6は、第2の実施形態に係る雨水流入量予測装置651の機能構成を示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing a functional configuration of the rainwater inflow
第1の実施形態との機能構成の違いは、流入量出力部610と設定時間取得部640である。
The difference in the functional configuration from the first embodiment is the inflow
設定時間取得部640は、雨水ポンプ所14の雨水排水ポンプP1の起動時間並びに起動時間に基づいて設定された到達上限時間及び到達下限時間を取得する手段である。あらかじめ操作者もしくは管理者は、操作部4から起動時間並びに到達上限時間及び到達下限時間を記憶部230へ入力する。記憶部230へ入力された起動時間並びに到達上限時間及び到達下限時間を、設定時間取得部640において取得する。到達上限時間及び到達下限時間は雨水ポンプの起動時間と同等であると判断することのできる上限値と下限値であり、操作者もしくは管理者によって任意に設定されてもよい。例えば、起動時間に対してプラス5%が到達上限時間、起動時間に対してマイナス5%が到達下限時間等のように設定する。それにより、起動時間と同等の到達時間である水位計があるか否かを判断することが可能となる。
The set
流入量出力部610は、特定部611と、内挿/外挿部613と、予測流入量出力部612とを有する。
The inflow
特定部611は、設定時間取得部640で取得された到達上限時間以下かつ到達下限時間以上の到達時間である水位計があるか否かを判定し、到達上限時間以下かつ到達下限時間以上の到達時間である水位計が水位計G1〜GNのいずれかにあるときに該水位計を特定する手段である。
The
内挿/外挿部613は、特定部611において到達上限時間以下かつ到達下限時間以上の到達時間である水位計が水位計G1〜GNのいずれにもないときに、起動時間前後の到達時間となる水位計が設置された地点の流量から内挿することで、起動時間の流量を算出し、これを雨水流入量予測値とする。起動時間の前もしくは後のいずれかの到達時間となる水位計が設置された地点しかない場合には、到達時間が起動時間の前となるあるいは到達時間が起動時間の後となる水位計が設置された少なくとも2地点の流量から外挿することで、起動時間の流量を算出し、これを雨水流入量予測値とする。
The interpolation /
流量の内挿及び外挿は、公知の手法を用いてもよい。公知の内挿法として、例えば、多項式補間、スプライン補間、0次補間、線形補間、放物線補間、キュービック補間、キュービックコンボリューション等を用いてもよい。また公知の外挿法として。例えば、線形補外挿、リチャードソンの捕外、エイトケンのΔ2乗加速法、ステフェンセン変換等を用いてもよい。 A known method may be used for interpolation and extrapolation of the flow rate. As known interpolation methods, for example, polynomial interpolation, spline interpolation, zero-order interpolation, linear interpolation, paradigm interpolation, cubic interpolation, cubic interpolation and the like may be used. Also as a known extrapolation method. For example, linear extrapolation, Richardson's extrapolation, Aitken's Δsquare acceleration, Stefensen's transformation, and the like may be used.
ここで、最も簡単な例として、線形補間による内挿の手法、及び線形捕外挿における外挿の手法を説明する。 Here, as the simplest example, the interpolation method by linear interpolation and the extrapolation method in linear extrapolation will be described.
図7は、第2の実施形態に係る雨水流入量予測装置における内挿/外挿手法を示す図である。 FIG. 7 is a diagram showing an interpolation / extrapolation method in the rainwater inflow prediction device according to the second embodiment.
図7(a)に示すように、水位計G1、G2、G3があるとする。 As shown in FIG. 7A, it is assumed that there are water level gauges G1, G2, and G3.
図7(b)に示すように、水位計G1、G2、G3の水位はそれぞれh1、h2、h3である。また、水位計G1、G2、G3の水位に基づいて求められた流速はそれぞれV1、V2、V3である。水位計G1、G2、G3の水位に基づいて求められた流量はそれぞれ、Q1、Q2、Q3である。流速V1、V2、V3及び延長L1、L2、L3に基づいて求められた到達時間はそれぞれ、9min、6min、3minであるとする。 As shown in FIG. 7B, the water levels of the water level gauges G1, G2, and G3 are h1, h2, and h3, respectively. The flow velocities obtained based on the water levels of the water level gauges G1, G2, and G3 are V1, V2, and V3, respectively. The flow rates obtained based on the water levels of the water level gauges G1, G2, and G3 are Q1, Q2, and Q3, respectively. It is assumed that the arrival times obtained based on the flow velocities V1, V2, V3 and the extensions L1, L2, and L3 are 9 min, 6 min, and 3 min, respectively.
設定時間取得部640により取得された起動時間が、10minであり、到達上限時間を起動時間に対してプラス5%、到達下限時間を起動時間に対してマイナス5%とする。よって、到達上限時間は10.5min、到達下限時間は9.5minとなる。
The start-up time acquired by the set
図7(b)における到達時間の列を見ると、到達時間が10.5min以下かつ9.5min以上である水位計はなく、起動時間である10min以上となる到達時間の水位計はないため、外挿1により流量を求める。 Looking at the column of arrival time in FIG. 7B, there is no water level gauge with an arrival time of 10.5 min or less and 9.5 min or more, and there is no water level gauge with an arrival time of 10 min or more, which is the start-up time. The flow rate is calculated by extrapolation 1.
図8は、線形補間による内挿の手法、及び線形捕外挿における外挿の手法を示す図である。 FIG. 8 is a diagram showing an interpolation method by linear interpolation and an extrapolation method in linear extrapolation.
図8(a)及び図8(c)は、未知数であるyの値を、既知であるy0、y1から外挿により求める場合の図である。外挿1は、図8(a)に対応する。 8 (a) and 8 (c) are diagrams in which the value of y, which is an unknown number, is obtained by extrapolation from the known y0 and y1. Extrapolation 1 corresponds to FIG. 8 (a).
図8(b)は、未知数であるyの値を、既知であるy0、y1から内挿により求める場合の図である。 FIG. 8B is a diagram in which the value of y, which is an unknown number, is obtained by interpolation from known y0 and y1.
図8(a)、(b)及び(c)の場合、yは以下に示す式(5)より求まる。 In the case of FIGS. 8A, 8B and 8C, y can be obtained from the following equation (5).
y=y0+{(x−x0)(y1−y0)}/(x1―x0) ・・・(5) y = y0 + {(x-x0) (y1-y0)} / (x1-x0) ... (5)
起動時間10minにおける流量は、図7(b)及び図8(a)より、式(5)を用いて式(6)のように表せる。 The flow rate at the start-up time of 10 min can be expressed as the formula (6) using the formula (5) from FIGS. 7 (b) and 8 (a).
y=Q2+{(10−6)(Q1−Q2)}/(9−6) ・・・(6) y = Q2 + {(10-6) (Q1-Q2)} / (9-6) ... (6)
ここで、xは起動時間10min、x1は水位計G1の到達時間9min、x0は水位計G2の到達時間6min、y1には水位計G1の流量Q1、y0には水位計G2の流量Q2を代入した。 Here, x is the start-up time of 10 min, x1 is the arrival time of the water level gauge G1 of 9 min, x0 is the arrival time of the water level gauge G2 of 6 min, y1 is the flow rate Q1 of the water level gauge G1, and y0 is the flow rate Q2 of the water level gauge G2. did.
よって、式(7)のように変形できる。 Therefore, it can be transformed as in the equation (7).
y=Q2+{4(Q1−Q2)}/3 ・・・(7) y = Q2 + {4 (Q1-Q2)} / 3 ... (7)
式(7)に示すように、外挿1により起動時間が10minの場合の雨水ポンプ所14への流入量が求まる。 As shown in the equation (7), the amount of inflow to the rainwater pump station 14 when the start-up time is 10 min can be obtained by extrapolation 1.
次に設定時間取得部640により取得された起動時間が、5minであり、到達上限時間を起動時間に対してプラス5%、到達下限時間を起動時間に対してマイナス5%とする。よって、到達上限時間は5.25min、到達下限時間は4.75minとなる。
Next, the start-up time acquired by the set
図7(b)における到達時間の列を見ると、到達時間が5.25min以下かつ4.75min以上である水位計はなく、起動時間である5min以上となる到達時間の水位計及び5min以下となる到達時間の水位計はあるため、内挿1により流量を求める。 Looking at the column of arrival time in FIG. 7B, there is no water level gauge with arrival time of 5.25 min or less and 4.75 min or more, and there is a water level gauge with arrival time of 5 min or more, which is the start-up time, and 5 min or less. Since there is a water level gauge with the arrival time, the flow rate is calculated by interpolation 1.
内挿1は、図8(b)に対応する。 Interpolation 1 corresponds to FIG. 8 (b).
起動時間5minにおける流量は、図7(b)及び図8(b)より、式(5)を用いて式(8)のように表せる。 The flow rate at the start-up time of 5 min can be expressed as the formula (8) using the formula (5) from FIGS. 7 (b) and 8 (b).
y=Q3+{(5−3)(Q2−Q3)}/(6−3) ・・・(8) y = Q3 + {(5-3) (Q2-Q3)} / (6-3) ... (8)
ここで、xは起動時間5min、x1は水位計G2の到達時間6min、x0は水位計G3の到達時間3min、y1には水位計G2の流量Q2、y0には水位計G3の流量Q3を代入した。 Here, x is the start-up time of 5 min, x1 is the arrival time of the water level gauge G2 of 6 min, x0 is the arrival time of the water level gauge G3 of 3 min, y1 is the flow rate Q2 of the water level gauge G2, and y0 is the flow rate Q3 of the water level gauge G3. did.
よって、式(9)のように変形できる。 Therefore, it can be transformed as in the equation (9).
y=Q3+{2(Q2−Q3)}/3 ・・・(9) y = Q3 + {2 (Q2-Q3)} / 3 ... (9)
式(9)に示すように、内挿1により起動時間が5minの場合の雨水ポンプ所14への流入量が求まる。 As shown in the equation (9), the amount of inflow to the rainwater pump station 14 when the start-up time is 5 min can be obtained by interpolation 1.
最後に設定時間取得部640により取得された起動時間が、2minであり、到達上限時間を起動時間に対してプラス5%、到達下限時間を起動時間に対してマイナス5%とする。よって、到達上限時間は2.1min、到達下限時間は1.9minとなる。
Finally, the start-up time acquired by the set
図7(b)における到達時間の列を見ると、到達時間が2.1min以下かつ1.9min以上である水位計はなく、起動時間である2min以下となる到達時間の水位計がないため、外挿2により流量を求める。
Looking at the column of arrival time in FIG. 7B, there is no water level gauge with an arrival time of 2.1 min or less and 1.9 min or more, and there is no water level gauge with an arrival time of 2 min or less, which is the start-up time. The flow rate is calculated by
外挿2は、図8(c)に対応する。
起動時間2minにおける流量は、図7(b)及び図8(c)より、式(5)を用いて式(10)のように表せる。 The flow rate at the start-up time of 2 min can be expressed by the formula (10) using the formula (5) from FIGS. 7 (b) and 8 (c).
y=Q3+{(2−3)(Q2−Q3)}/(6−3) ・・・(10) y = Q3 + {(2-3) (Q2-Q3)} / (6-3) ... (10)
ここで、xは起動時間2min、x1は水位計G2の到達時間6min、x0は水位計G3の到達時間3min、y1には水位計G2の流量Q2、y0には水位計G3の流量Q3を代入した。 Here, x is the start-up time of 2 min, x1 is the arrival time of the water level gauge G2 of 6 min, x0 is the arrival time of the water level gauge G3 of 3 min, y1 is the flow rate Q2 of the water level gauge G2, and y0 is the flow rate Q3 of the water level gauge G3. did.
よって、式(11)のように変形できる。 Therefore, it can be transformed as in the equation (11).
y=Q3+{−(Q2−Q3)}/3 ・・・(11) y = Q3 + {-(Q2-Q3)} / 3 ... (11)
式(11)に示すように、外挿2により起動時間が2minの場合の雨水ポンプ所14への流入量が求まる。
As shown in the equation (11), the amount of inflow to the rainwater pump station 14 when the start-up time is 2 min can be obtained by
また、水位計G1〜GNのうちの起動時間の前後の到達時間である2つの水位計に限らず、起動時間の前後以外の2つの水位計に基づいて出力された流入量に応じて内挿又は外挿を実施してもよい。また、2つの水位計に限らず、2以上の水位計を用いて内挿又は外挿を実施してもよい。 In addition, the water level gauges G1 to GN are not limited to the two water level gauges that reach before and after the start-up time, but are interpolated according to the inflow amount output based on the two water level gauges other than before and after the start-up time. Alternatively, extrapolation may be performed. Further, not only two water level gauges but also two or more water level gauges may be used for interpolation or extrapolation.
予測流入量出力部612は、特定部611で特定された水位計から取得された水位に基づいて出力された流入量及び内挿/外挿部613で算出された流入量を出力する手段である。
The predicted inflow
次に、雨水流入量予測装置651の動作について説明する。
Next, the operation of the rainwater
図9は、第2の実施形態に係る雨水流入量予測装置651の動作を示す図である。
FIG. 9 is a diagram showing the operation of the rainwater inflow
S701において、まず雨水流入量予測装置651の設定時間取得部640は、記憶部230から設定時間を取得する。本実施形態における設定時間とは、雨水排水ポンプP1の起動時間並びに到達上限時間及び到達下限時間である。
In S701, first, the set
次にS702〜S705の動作については、第1の実施形態における雨水流入量予測装置151の動作と同様であるため、説明を省略する。図9におけるS702〜S705は、図4におけるS302〜S305にそれぞれ対応する動作である。
Next, since the operations of S702 to S705 are the same as the operations of the rainwater inflow
S706において、流入量出力部610の特定部611は、到達上限時間以下かつ到達下限時間以上の到達時間である水位計が水位計G1〜GNのいずれかにあるか否かを判定する。すなわち、到達上限時間以下かつ到達下限時間以上となる到達時間が、到達時間出力部202で算出された到達時間t1〜tNのいずれかにあるか否かを判定する。S706において、到達上限時間以下かつ到達下限時間以上となる到達時間が到達時間t1〜tNのいずれかにある場合、S707に進む。
In S706, the
S707において、流入量出力部610の特定部611で特定された流量を雨水ポンプ制御装置152へ出力する。
In S707, the flow rate specified by the
S706において、到達上限時間以下かつ到達下限時間以上となる到達時間が到達時間t1〜tNのいずれにもない場合、S708に進む。 In S706, if the arrival time that is equal to or less than the arrival upper limit time and equal to or more than the arrival lower limit time is not in any of the arrival times t1 to tN, the process proceeds to S708.
S708において、流入量出力部610の内挿/外挿部613によって算出された流量を雨水ポンプ制御装置152へ出力する。
In S708, the flow rate calculated by the interpolation /
S700乃至S709の雨水流入量予測装置651の制御は、所定時間ごとに繰り返し実行される。
The control of the rainwater
本実施形態により、到達上限時間以下かつ到達下限時間以上の到達時間である水位計があるか否かを判断し、到達上限時間以下かつ到達下限時間以上の到達時間である水位計がないときに、内挿又は外挿して得られた値を流入量とすることで、従来よりも予測精度の高い雨水流入量予測が可能となる。 According to the present embodiment, it is determined whether or not there is a water level gauge whose arrival time is equal to or less than the arrival upper limit time and equal to or longer than the arrival lower limit time, and when there is no water level gauge having an arrival time equal to or less than the arrival upper limit time and more than the arrival lower limit time. By using the value obtained by interpolation or extrapolation as the inflow amount, it is possible to predict the rainwater inflow amount with higher prediction accuracy than before.
このように、第1の実施形態及び第2の実施形態によれば、従来よりも予測精度の高い雨水流入量予測が可能となるため、この雨水流入量予測値をもとにした雨水ポンプダイナミック制御により、従来よりも浸水リスクやポンプの起動停止回数が低減する雨水流入量予測装置を提供できる。 As described above, according to the first embodiment and the second embodiment, it is possible to predict the stormwater inflow amount with higher prediction accuracy than the conventional one. Therefore, the rainwater pump dynamic based on the stormwater inflow amount prediction value. By controlling, it is possible to provide a rainwater inflow prediction device that reduces the risk of inundation and the number of times the pump is started and stopped as compared with the conventional case.
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。 Although some embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented as examples and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other embodiments, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the gist of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are also included in the scope of the invention described in the claims and the equivalent scope thereof.
1・・・雨水ポンプ所システム
4・・・操作部
10・・・下水管
14・・・雨水ポンプ所
15・・・雨水ポンプ制御システム
141・・・流入渠
142・・・ポンプ井
151、651・・・雨水流入量予測装置
152・・・雨水ポンプ制御装置
200・・・水位情報出力部
201・・・流速出力部
202・・・到達時間出力部
203・・・流量出力部
210・・・流入量出力部
211・・・特定部
212・・・予測流入量出力部
220・・・水位取得部
230・・・記憶部
240・・・起動時間取得部
251・・・予測流入量取得部
252・・・制御部
610・・・流入量出力部
611・・・特定部
612・・・予測流入量出力部
613・・・内挿/外挿部
640・・・設定時間取得部
1 ... Rainwater pump station system 4 ...
Claims (9)
下水管の流下方向に沿って設置された複数の水位計から、前記下水管内の下水の水位を取得する水位取得部と、
前記水位取得部で取得された水位に基づいて、前記下水の流量及び前記下水が前記雨水ポンプ所に到達するまでの到達時間をそれぞれの水位計に対応づけて出力する水位情報出力部と、
前記起動時間取得部で取得された前記起動時間と、前記水位情報出力部で出力された前記到達時間が同等である水位計を前記複数の水位計から特定し、特定された水位計から取得された水位に基づいて出力された前記流量を出力する流入量出力部と、
を備える雨水流入量予測装置。 The start-up time acquisition unit that acquires the start-up time of the rainwater drainage pump at the rainwater pump station,
A water level acquisition unit that acquires the water level of the sewage in the sewer pipe from a plurality of water level gauges installed along the flow direction of the sewer pipe.
Based on the water level acquired by the water level acquisition unit, the water level information output unit that outputs the flow rate of the sewage and the arrival time until the sewage reaches the rainwater pump station in association with each water level gauge.
A water level gauge in which the start-up time acquired by the start-up time acquisition unit and the arrival time output by the water level information output unit are equivalent is specified from the plurality of water level gauges and acquired from the specified water level gauges. An inflow amount output unit that outputs the flow rate output based on the water level
A rainwater inflow prediction device equipped with.
請求項1記載の雨水流入量予測装置。 The water level information output unit outputs the arrival time based on the flow velocity of the sewage obtained from the water level acquired by the water level acquisition unit and the extension from the plurality of water level gauges to the rainwater pump station.
The rainwater inflow prediction device according to claim 1.
請求項1又は請求項2記載の雨水流入量予測装置。 The inflow amount output unit specifies a water level gauge having an arrival time equal to or less than the arrival upper limit time set based on the start-up time and not less than the set arrival lower limit time as the equivalent arrival time. To do
The rainwater inflow prediction device according to claim 1 or 2.
請求項3記載の雨水流入量予測装置。 The inflow amount output unit is the water level acquired from two or more water level gauges among the plurality of water level gauges when there is no water level gauge having the arrival time of the arrival upper limit time or less and the arrival lower limit time or more. The value obtained by interpolating or extrapolating according to the flow rate output based on the above is output as the inflow amount flowing into the rainwater pump station.
The rainwater inflow prediction device according to claim 3.
請求項4記載の雨水流入量予測装置。 The inflow amount output unit is the arrival time before and after the start time of the plurality of water level gauges when there is no water level gauge having the arrival time equal to or less than the arrival upper limit time and the arrival lower limit time. A value obtained by interpolating or extrapolating according to the inflow amount output based on the water level obtained from one water level gauge is output as the inflow amount flowing into the rainwater pump station.
The rainwater inflow prediction device according to claim 4.
下水管の流下方向に沿って設置された複数の水位計から、前記下水管内の下水の水位を取得するステップと、
取得された前記水位に基づいて、前記下水の流量及び前記下水が前記雨水ポンプ所に到達するまでの到達時間をそれぞれの水位計に対応づけて出力するステップと、
取得された前記起動時間と同等の前記到達時間である水位計を前記複数の水位計から特定し、特定された水位計から取得された水位に基づいて出力された前記流量を出力するステップと、
を有する雨水流入量予測方法。 Steps to get the start time of the rainwater drainage pump at the rainwater pump station,
A step of acquiring the water level of the sewage in the sewer pipe from a plurality of water level gauges installed along the flow direction of the sewer pipe, and
Based on the acquired water level, a step of outputting the flow rate of the sewage and the arrival time of the sewage until it reaches the rainwater pump station in association with each water level gauge.
A step of specifying a water level gauge having the arrival time equivalent to the acquired start-up time from the plurality of water level gauges and outputting the flow rate output based on the water level acquired from the specified water level gauges.
A method for predicting the inflow of rainwater.
雨水ポンプ所における雨水排水ポンプの起動時間を取得する機能と、
下水管の流下方向に沿って設置された複数の水位計から、前記下水管内の下水の水位を取得する機能と、
取得された前記水位に基づいて、前記下水の流量及び前記下水が前記雨水ポンプ所に到達するまでの到達時間をそれぞれの水位計に対応づけて出力する機能と、
取得された前記起動時間と同等の前記到達時間である水位計を前記複数の水位計から特定し、特定された水位計から取得された水位に基づいて出力された前記流量を出力する機能と、
を実現させるためのコンピュータプログラム。 For rainwater inflow prediction device,
The function to acquire the start time of the rainwater drainage pump at the rainwater pump station, and
A function to acquire the water level of the sewage in the sewer pipe from a plurality of water level gauges installed along the flow direction of the sewer pipe, and
Based on the acquired water level, a function to output the flow rate of the sewage and the arrival time until the sewage reaches the rainwater pump station in association with each water level gauge, and
A function of specifying a water level gauge having the same arrival time as the acquired start-up time from the plurality of water level gauges and outputting the flow rate output based on the water level acquired from the specified water level gauges.
A computer program to realize.
下水管の流下方向に沿って設置された複数の水位計から、前記下水管内の下水の水位を取得する水位取得部と、
前記水位取得部で取得された水位に基づいて、前記下水の流量及び前記下水が前記雨水ポンプ所に到達するまでの到達時間をそれぞれの水位計に対応づけて出力する水位情報出力部と、
前記起動時間取得部で取得された前記起動時間と同等の到達時間である水位計を前記複数の水位計から特定し、特定された水位計から取得された水位に基づいて出力された前記流量を出力する流入量出力部と、
前記流入量出力部から出力された流量に基づいて、前記雨水排水ポンプの駆動を制御する制御部と、
を備える雨水ポンプ制御システム。 The start-up time acquisition unit that acquires the start-up time of the rainwater drainage pump at the rainwater pump station,
A water level acquisition unit that acquires the water level of the sewage in the sewer pipe from a plurality of water level gauges installed along the flow direction of the sewer pipe.
Based on the water level acquired by the water level acquisition unit, the water level information output unit that outputs the flow rate of the sewage and the arrival time until the sewage reaches the rainwater pump station in association with each water level gauge.
A water level gauge having an arrival time equivalent to the start-up time acquired by the start-up time acquisition unit is specified from the plurality of water level gauges, and the flow rate output based on the water level acquired from the specified water level gauges is calculated. Inflow amount output unit to output and
A control unit that controls the drive of the rainwater drainage pump based on the flow rate output from the inflow amount output unit.
Stormwater pump control system equipped with.
前記雨水排水ポンプの起動時間を取得する起動時間取得部と、
下水管の流下方向に沿って設置された複数の水位計から、前記下水管内の下水の水位を取得する水位取得部と、
前記水位取得部で取得された水位に基づいて、前記下水の流量及び前記下水が前記雨水ポンプ所に到達するまでの到達時間をそれぞれの水位計に対応づけて出力する水位情報出力部と、
前記起動時間取得部で取得された前記起動時間と同等の到達時間である水位計を前記複数の水位計から特定し、特定された水位計から取得された水位に基づいて出力された前記流量を出力する流入量出力部と、
前記流入量出力部から出力された流量に基づいて、前記雨水排水ポンプの駆動を制御する制御部と、
を備える雨水ポンプ所システム。 The rainwater drainage pump installed at the rainwater pump station,
A start-up time acquisition unit that acquires the start-up time of the rainwater drainage pump,
A water level acquisition unit that acquires the water level of the sewage in the sewer pipe from a plurality of water level gauges installed along the flow direction of the sewer pipe.
Based on the water level acquired by the water level acquisition unit, the water level information output unit that outputs the flow rate of the sewage and the arrival time until the sewage reaches the rainwater pump station in association with each water level gauge.
A water level gauge having an arrival time equivalent to the start-up time acquired by the start-up time acquisition unit is specified from the plurality of water level gauges, and the flow rate output based on the water level acquired from the specified water level gauges is calculated. Inflow amount output unit to output and
A control unit that controls the drive of the rainwater drainage pump based on the flow rate output from the inflow amount output unit.
Stormwater pump station system equipped with.
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