JP2023009541A - Rainwater inflow amount prediction device, rainwater inflow amount prediction method, and computer program - 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、および、コンピュータプログラムに関する。 TECHNICAL FIELD Embodiments of the present invention relate to a rainwater inflow prediction device, a rainwater inflow prediction method, and a computer program.
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 localized heavy rains (so-called guerrilla rainstorms) have increased, and measures to avoid flood damage are required. In response to this situation, the Ministry of Land, Infrastructure, Transport and Tourism is promoting inundation countermeasure projects through soft countermeasures such as utilization of observation data such as rainfall information, in addition to hard countermeasures such as the development of inundation countermeasure facilities. Against this background, rainwater pump dynamic control technology based on forecasting rainwater inflow to rainwater pumping stations has been developed as a non-structural measure, mainly aimed at reducing the risk of inundation. The rainwater pump dynamic control technology predicts the amount of rainwater flowing into the rainwater pumping station, and changes the start water level and stop water level of the rainwater drainage pump according to the estimated rainwater inflow amount. By changing the starting water level and stopping water level, the rainwater drainage pump can be started and stopped efficiently, aiming to reduce the risk of flooding and the number of times the rainwater drainage pump is started and stopped.
例えば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可能性があった。また、例えば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るため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可能性があった。 For example, if there is a sudden inflow of rainwater into a rainwater pump station, the rainwater drainage pump will not start until the water level of the rainwater pump well reaches the starting water level, which may increase the risk of flooding. In addition, for example, when the water level of the rainwater pump well has decreased but the rainwater drainage pump in operation does not need to be stopped due to the inflow of new rainwater into the rainwater pump well, the water level of the rainwater pump well falls below the stop water level. There was a possibility that the rainwater drainage pump would stop.
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、雨水流入量予測値を高い精度で算出することが望ましい。 In order to fully exhibit the effect of the rainwater pump dynamic control, it is desirable to calculate the rainwater inflow prediction value with high accuracy.
従来、各地点での幹線水位から、マニング式を基に、幹線流速、幹線流量、さらに各地点からポンプ場までの流下時間を求めて、雨水ポンプダイナミック制御に必要な予測時間と同じ流下時間となる地点の幹線流量を雨水流入量予測値としている。しかし、流下時間は、幹線やポンプ場の設計情報を基に算出されるため、実測値と異なる可能性があった。また、流下時間は、管渠内の流量に応じて変化するため、設計情報に基づいて雨水流入量予測値を精度よく算出することが難しかった。 Conventionally, from the main water level at each point, based on Manning's formula, the main flow speed, main flow rate, and the flow time from each point to the pump station are calculated, and the flow time is the same as the predicted time required for dynamic control of the rainwater pump. The flow rate of the main line at the point where the rainwater inflow is predicted is used as the predicted value. However, since the flow time is calculated based on the design information of the main line and pump station, there was a possibility that it differed from the actual measurement value. In addition, since the run-down time changes according to the flow rate in the pipe, it was difficult to accurately calculate the rainwater inflow amount prediction value based on the design information.
本発明の実施形態は上記事情を鑑みて成されたものであって、精度よく雨水流入量予測を行う雨水流入量予測装置、雨水流入量予測方法、および、コンピュータプログラムを提供することを目的とする。 The embodiments of the present invention have been made in view of the above circumstances, and it is an object of the present invention to provide a rainwater inflow prediction device, a rainwater inflow prediction method, and a computer program for accurately predicting rainwater inflow. do.
実施形態による雨水流入量予測装置は、幹線の複数の地点に設置された複数の水位計の各々で測定された水位を用いて、前記地点における幹線流速と幹線流量とを算出する幹線流速幹線流量算出部と、複数の前記地点における前記幹線流速と、複数の前記地点からポンプ井までの幹線延長とから、複数の前記地点から前記ポンプ井までの流下時間を算出する流下時間算出部と、複数の前記水位計および前記ポンプ井に設置された流入渠水位計のいずれかで測定された水位を用いて、前記ポンプ井に流入する雨水流入量を算出する雨水流入量算出部と、前記幹線流量と前記幹線流量に対応した前記流下時間とを関連付けて記録するとともに、前記雨水流入量と前記幹線流量とから、前記幹線流量に対応する実測流下時間を算出し、前記幹線流量に対応する前記実測流下時間を用いて前記流下時間を補正する流下時間補正部と、前記幹線流量と、補正後の前記流下時間と、前記ポンプ井に設置された雨水ポンプ制御に必要な予測時間と、を用いて、前記雨水流入量の予測値を算出する雨水流入量予測値決定部と、を備える。 The rainwater inflow prediction device according to the embodiment uses the water levels measured by each of a plurality of water level gauges installed at a plurality of points on the trunk line to calculate the trunk flow velocity and trunk flow rate at the points. a flow time calculation unit configured to calculate a flow time from the plurality of points to the pump well based on the trunk flow velocity at the plurality of points and the extension of the main line from the plurality of points to the pump well; a rainwater inflow calculation unit for calculating the amount of rainwater flowing into the pump well using the water level measured by either the water level gauge of or the inflow culvert water level gauge installed in the pump well; and the flow time corresponding to the main flow rate are recorded in association with each other, and the measured flow time corresponding to the main flow rate is calculated from the rainwater inflow amount and the main flow rate, and the measured flow time corresponding to the main flow rate is calculated. Using a flow time correction unit that corrects the flow time using the flow time, the main flow rate, the corrected flow time, and the predicted time required for controlling the rainwater pump installed in the pump well , and a rainwater inflow predicted value determining unit for calculating a predicted value of the rainwater inflow.
以下、実施形態の雨水流入量予測装置、雨水流入量予測方法、および、コンピュータプログラムについて、図面を参照して説明する。
図1は、一実施形態の雨水流入量予測装置を設置した雨水ポンプ所システムの構成を概略的に示す図である。
雨水ポンプ所システムは、幹線(例えば下水管)10に設けられた水位計G0~GNと、流入渠12と、ポンプ井14と、雨水流入量予測装置100と、を備える。
Hereinafter, a rainwater inflow prediction device, a rainwater inflow prediction method, and a computer program according to embodiments will be described with reference to the drawings.
Drawing 1 is a figure showing roughly composition of a rainwater pumping station system which installed a rainwater inflow prediction device of one embodiment.
The rainwater pumping station system includes water level gauges G0 to GN provided in a main line (for example, a sewage pipe) 10, an
幹線10は、流入渠12およびポンプ井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幹線10を通ってポンプ井14へと流入する。
水位計G0~GNは、幹線10の流下方向に沿って複数設置されており、幹線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。
流入渠12は、幹線10からポンプ井14へとつながる排水管であり、幹線10からの雨水は流入渠12を通過してポンプ井14へと流入する。
The
A plurality of water level gauges G0 to GN are installed along the downstream direction of the
The
ポンプ井14は、雨水ポンプ所の最も下流側に設置されており、流入渠12から流入した雨水を貯留する。ポンプ井14では、図示しない複数の雨水排水ポンプによって雨水が揚水され、河川へ排出される。
The
複数の雨水排水ポンプは、雨水ポンプ制御システム(図示せず)により起動と停止との制御が成される。複数の雨水排水ポンプは、例えば、ポンプ井14から河川へ雨水を排出する際に最初に起動するポンプと、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されるポンプとを含む。 A plurality of stormwater drainage pumps are controlled to start and stop by a stormwater pump control system (not shown). The plurality of rainwater drainage pumps are, for example, a pump that is activated first when rainwater is discharged from the pump well 14 to the river, and a pump that is selectively activated according to the flow rate of inflow (or expected inflow). including.
雨水流入量予測装置100は、雨水ポンプ制御システムに含まれ得る。雨水流入量予測装置100は、水位計G0~GNからの水位の信号を取得し、取得した信号に基づき、流入する雨水の量の予測値を演算して出力する。なお、雨水流入量予測装置100は、雨水ポンプ制御システムの操作者もしくは管理者が、例えば、キーボード、マウス、タッチパネル等の操作手段を操作したこと基づく操作信号を取得し、操作信号に応じた処理を行うことも可能である。
The
幹線水位計G1~Gnは、幹線10の複数の地点に設置され、設置された地点の幹線水位をそれぞれ測定する。
流入渠水位計G0は、流入渠12に設置され、設置された地点の水位を測定する。なお、流入渠12に水位計G0が設置されていない場合には、流入渠12に最も近い幹線水位計を水位計G0の代わりに用いてもよい。この場合、最も近い幹線水位計からポンプ井14までの流下時間は、例えば、後述する流下時間(初期値)を使用する。さらには、流入渠水位計G0は、ポンプ井14への雨水流入量を算出するためのセンサであればよく、上記以外の構成であっても構わない。
The main line water level gauges G1 to Gn are installed at a plurality of points on the
The inflow culvert water level gauge G0 is installed in the
図2は、第1実施形態の雨水流入量予測装置の一構成例を概略的に示すブロック図である。
本実施形態の雨水流入量予測装置100は、例えば、少なくとも1つのプロセッサと、プロセッサにより実行されるプログラムが記録されたメモリと、を備え、ソフトウエアにより種々の機能を実現するように構成されてもよく、ソフトウエアとハードウエアとの組み合わせにより種々の機能を実現するように構成されてもよい。また、雨水流入量予測装置100において実行されるプログラムは、コンピュータにより読み取り可能な記録媒体に記録されて提供され得る。
FIG. 2 is a block diagram schematically showing one configuration example of the rainwater inflow prediction device of the first embodiment.
The rainwater
なお、雨水流入量予測装置100の少なくとも一部の機能若しくは全ての機能は、幹線10、流入渠12、ポンプ井14などの設備に設けられてもよく、遠隔に設けられてもよい。雨水流入量予測装置100がポンプ井14等の遠隔に設けられる場合には、雨水流入量予測装置100は、例えば、ネットワークを介してセンサから得られる情報や操作者若しくは管理者の入力情報に基づいて雨水流入量予測値を演算してもよい。この場合、雨水流入量予測装置100で演算された雨水流入量予測値は、例えば、ネットワークを介して雨水ポンプ制御システムに供給され、ポンプ制御のために用いられる。
At least some functions or all functions of the rainwater
本実施形態の雨水流入量予測装置100は、幹線流速幹線流量算出部101と、流下時間算出部102と、雨水流入量算出部103と、流下時間補正部104と、雨水流入量予測値決定部105と、を備える。
The rainwater
幹線流速幹線流量算出部101は、幹線水位計G1~Gnで測定された幹線水位h1~hnを入力とし、下記式(1)のマニング式より、幹線水位計G1~Gnが設置された地点の幹線流速V1~Vnを算出する。
下記式(1)において、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。
V=1/n × R2/3 × I1/2 …(1)
The trunk flow velocity trunk flow
In the following formula (1), V is the flow velocity (m/sec), n is the roughness coefficient (sec/m 1/3 ), R is the radial depth (m), I is the energy gradient (-) ≈ physical gradient (- ).
V=1/n×R2/ 3 × I1/2 (1)
図3は、マニング式で用いる変数を説明するための図である。
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、幹線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。
径深、流積及び潤辺の関係を示す式を、式(2)に示す。
R=A/S …(2)
上記に示す式(1)、式(2)より、幹線流速幹線流量算出部101は、水位h1~hnから幹線水位計G1~GNが設置された地点における雨水の流速V1~Vnを演算する。
FIG. 3 is a diagram for explaining variables used in the Manning formula.
A is flow volume (m 2 ) and S is wetted area (m). Moreover, h is the water level measured with the water level gauge.
As shown in FIG. 3, the shape of the
Equation (2) shows the relationship between the diameter depth, the flow volume, and the wetted side.
R=A/S (2)
From the formulas (1) and (2) shown above, the main flow velocity main flow
幹線流速幹線流量算出部101は、雨水の流速V1~Vnと取得された水位h1~hnとに基づいて、幹線水位計G1~Gnが設置された地点おける幹線流量Q1~Qnをそれぞれ出力する手段である。式(1)により算出された幹線水位計G1~Gnが設置された地点の流速V1~Vnと、幹線水位計G1~Gnが設置された地点の流積A1~Anとから、後述する式(3)を用いて幹線流量Q1~Qnを算出する。
Q=V×A …(3)
A trunk flow velocity trunk flow
Q=V×A (3)
流下時間算出部102は、幹線流速幹線流量算出部101で算出された幹線流速V1~Vnと、幹線延長L1~Lnとを入力とし、幹線水位計G1~Gnが設置された地点からポンプ井14までの流下時間t1~tnを、下記式(4)により算出する。流下時間算出部102は、算出した流下時間t1~tnを流下時間補正部104に出力する。
t=L/V …(4)
t:流下時間(sec) L:幹線延長(m)
The flow-down
t=L/V (4)
t: flow time (sec) L: length of main line (m)
雨水流入量算出部103は、流入渠水位計G0で測定された水位h0を入力とし、幹線流速幹線流量算出部101と同様に、ポンプ井14に流入する雨水流入量Q0を算出する。また、ポンプ動作により流入渠12の雨水流入量が大きく変化する場合には、雨水流入量算出部103は、ポンプ動作のログを合わせて使用することにより雨水流入量Q0を算出しても良い。なお、流入渠水位計G0が設置されていない場合には、ポンプ井14に最も近い地点での幹線流量を代用して雨水流入量Q0を算出してもよい。また、ポンプ井14に設置されたポンプの吐出量の情報を取得可能である場合には、雨水流入量算出部103は、ポンプの動作ログと合わせて、実質的な流入量を算出してもよい。
雨水流入量Q0は、雨水流入量予測装置100に外部から入力されてもよく、この場合には、雨水流入量予測装置100の雨水流入量算出部103を省略することができる。
The rainwater
The rainwater inflow Q0 may be input to the rainwater
流下時間補正部104は、流下時間算出部102で算出した流下時間t1~tnと、幹線流速幹線流量算出部101で算出した幹線流量Q1~Qnと、雨水流入量算出部103で算出した雨水流入量Q0とを入力とする。流下時間補正部104は、各地点での幹線流量Q1~Qnと雨水流入量Q0との時間変化から、各地点からポンプ井14までの実際の流下時間(実測流下時間)tr1~trnを算出し、実測流下時間tr1~trnを用いて流下時間t1~tnを補正し、補正後の流下時間t1~tnを雨水流入量予測値決定部105に出力する。
The flow
雨水流入量予測値決定部105は、流下時間補正部104で算出された補正後の流下時間t1~tnと、雨水ポンプ制御に必要な予測時間とを比較して、予測時間と同等の流下時間となる幹線水位計k(1≦k≦n)が設置された地点の幹線流量Qkを、ポンプ井14へ流入する雨水流入量の予測値として採用し、雨水流入量予測値を決定する。
The rainwater inflow predicted
なお、雨水ポンプ制御に必要な予測時間は、例えば、ポンプ井14の雨水排水ポンプ(図示せず)の起動時間である。予め操作者もしくは管理者は、操作部から予測時間(起動時間)を雨水流入量予測装置100へ入力することができる。雨水流入量予測装置100に入力された予測時間は、例えば図示しない記憶部に記録され得、記憶部に入力された起動時間を含む情報を、雨水流入量予測値決定部105が取得する。本実施形態では、ポンプ井14には複数の雨水排水ポンプが設置され、例えば、複数の雨水排水ポンプの起動時間はすべて同じであるとする。本実施形態の「予測時間」とは、例えば、雨水排水ポンプ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、雨水排水ポンプの起動時間に制御周期を足し合わせた時間を、予測時間としてもよい。
The predicted time required for rainwater pump control is, for example, the start-up time of the rainwater drainage pump (not shown) of the pump well 14 . The operator or administrator can input the predicted time (startup time) to the rainwater
なお、雨水流入量予測値決定部105は、幹線水位計G1~Gnが設置された地点の幹線流量Q1~Qnと実測流下時間tr1~trnとのデータセットから、機械学習等により雨水流入量予測モデルを作成し、雨水流入量予測モデルを用いて得られた値を雨水流入量予測値としても良い。
The predicted rainwater inflow
次に、本実施形態の雨水流入量予測装置100の動作の一例について説明する。
幹線水位計G1~Gnおよび流入渠水位計G0は、周期的に、幹線水位h1~hnおよび流入渠水位h0を測定する。
続いて、幹線流速幹線流量算出部101は、幹線水位h1~hnの測定値を取得し、例えば上述のマニング式等を用いて、幹線流速V1~Vn、幹線流量Q1~Qnを算出する。
Next, an example of the operation of the rainwater
The trunk water level gauges G1 to Gn and the inflow culvert water level gauge G0 periodically measure the trunk water levels h1 to hn and the inflow culvert water level h0.
Subsequently, the trunk flow velocity trunk flow
雨水流入量算出部103は、流入渠水位h0の測定値を取得し、例えば上述のマニング式等を用いて、雨水流入量Q0を算出する。
流下時間算出部102は、幹線流量Q1~Qnと、外部から入力される幹線延長L1~Lnとを取得し、流下時間(初期値)t1~tnを算出する。
The rainwater
The flow
流下時間補正部104は、幹線水位計G1~Gnが設置された地点ごとに幹線流量に対する流下時間t1~tnを格納したテーブルを備えている。
図4は、一実施形態の雨水流入量予測装置の流下時間補正部が備えるテーブルの一例を概略的に示す図である。
The flow
FIG. 4 : is a figure which shows roughly an example of the table with which the flow-down time correction|amendment part of the rainwater inflow prediction apparatus of one Embodiment is provided.
流下時間補正部104は、幹線水位計G1~Gnが設置された地点ごとに、幹線流量Q1~Qnと流下時間(初期値)t1~tnとのデータを対応させて、テーブル(図示せず)に記録する。この際、流下時間補正部104は、テーブルに記録するデータは離散化してもよく、連続値で記録してもよい。また、流下時間補正部104は、幹線水位計G1~Gnが設置された地点ごとに、幹線流量Q1~Qnと流下時間t1~tnとの関係を表す関数を同定し、テーブルに代えて関数を記録してもよい。流下時間補正部104は、テーブル又は関数を図示しない記憶部に記録することができる。
The flow
図5は、一実施形態の雨水流入量予測装置の流下時間補正部が備える時系列データの一例を概略的に示す図である。
流下時間補正部104は、時刻と、例えば幹線水位計G1~Gnが設置された地点それぞれの幹線流量と、雨水流入量算出部103で算出した雨水流入量等とを関連付けた時系列データとして記録する。流下時間補正部104は、時系列データのサンプリング間隔は任意の時間間隔とすることができる。
FIG. 5 is a diagram schematically showing an example of time-series data included in the flow-down time correction unit of the rainwater inflow prediction device of one embodiment.
The flow
流下時間補正部104は、時系列データを参照し、幹線水位計G1~Gnが設置された各地点の幹線流量Q1~Qnの波形と、雨水流入量Q0の波形との時間差に基づいて、実測流下時間tr1~trnを算出する。なお、実測流下時間tr1~trnは流量に依存するため、単純に波形の時間差から実測流下時間tr1~trnを求めることはできない。そこで、流下時間補正部104は、例えば、それぞれ地点における流量Q1~Qnの波形の最大値(極大値)を抽出し、雨水流入量Q0の波形の最大値(極大値)を抽出し、流量Q1~Qnが最大値となる時間と雨水流入量Q0が最大値となる時間との差を実測流下時間tr1~trnとして算出する。
The flow
図6は、一実施形態の雨水流入量予測装置の流下時間補正部の動作の一例を説明するための図である。
流下時間補正部104は、例えば、幹線水位計G1~Gnが設置された各地点の幹線流量Q1~Qn、および、雨水流入量Q0のそれぞれに、最大値(極大値)と判定するための変化量の閾値を設定しても良い。これは、流下時間補正部104が、時系列データの微小な変動を捉えると精度が悪化するためである。それぞれの地点での平均的な変動を考慮して、時系列データの変化量の閾値を設定することにより、流下時間補正部104は、精度よく最大値(極大値)を算出することができる。例えば、流下時間補正部104は、XRAIN(高性能レーダ雨量計ネットワーク)等で観測された降雨強度が1mm/hの時の単位時間当たりの幹線流量Q1~Qnの変化量を記録しておき、この変化量を閾値とすることにより、幹線流量Q1~Qnおよび雨水流入量Q0を計測する流量計の感度として使用することができる。
FIG. 6 is a diagram for explaining an example of the operation of the rainwater inflow prediction device of the embodiment.
The flow-down
また、流下時間補正部104は、時系列データの最大値(極大値)ではなく、各地点の幹線流量Q1~Qnと雨水流入量Q0との波形を、特徴的な波形(流下時間が既知である波形)と比較して、波形が一致する特徴的な波形に対応する流下時間を実測流下時間tr1~trnとしてもよい。流下時間補正部104は、例えば動的時間伸縮法(DTW)により波形間の距離を計算し、計算した距離と閾値との比較により、波形が一致するか否か判定できる。流下時間補正部104には、特徴的な波形に対応する流下時間が予め記録され、波形が一致すると判定されたときに、特徴的な波形に対応する流下時間を実測流下時間tr1~trnとしてもよい。
In addition, the flow
流下時間補正部104は、実測流下時間tr1~trnを算出したときに、各地点の流量Q1~Qnと実測流下時間tr1~trnとを関連付けて、例えばテーブルに記録されている流下時間(初期値)t1~tn(若しくは既に補正された更新後の流下時間t1~tn)を実測流下時間tr1~trnで補正する。
When the measured flow times tr1 to trn are calculated, the flow
図7は、一実施形態の雨水流入量予測装置の流下時間補正部による流下時間の補正の一例について説明するための図である。
例えば、流下時間補正部104は、実測流下時間tr1~trnのいずれかを算出できたときに、テーブルに記録された流下時間t1~tnの対応する値を補正してテーブルを更新する。
FIG. 7 is a diagram for explaining an example of correction of the flow time by the flow time correction unit of the rainwater inflow prediction device of one embodiment.
For example, when any one of the measured flow times tr1 to trn can be calculated, the flow
図7に示す例では、幹線水位計G1にて幹線流量が5(m3/sec)のときの実測流下時間が4(sec)、幹線水位計Gnにて幹線流量が3(m3/sec)のときの実測流下時間が2(sec)であると算出されている。 In the example shown in FIG. 7, when the trunk flow rate is 5 (m 3 /sec) at the trunk water level gauge G1, the measured flow time is 4 (sec), and at the trunk water level gauge Gn, the trunk flow rate is 3 (m 3 /sec). ) is calculated to be 2 (sec).
流下時間補正部104は、テーブルに記録された値を補正する際に、補正対象の流下時間の初期値と実測流下時間との平均値を算出し、平均値を対応する幹線流量時の流下時間として補正してもよい。この場合、幹線水位計G1にて幹線流量が5(m3/sec)のときの補正後の流下時間が5(sec)、幹線水位計Gnにて幹線流量が3(m3/sec)のときの補正後の流下時間が3(sec)となる。
When correcting the values recorded in the table, the flow
なお、流下時間の補正値の算出方法は上記に限定されるものではなく、例えば、流下時間t1~tnと実測流下時間tr1~trnとのそれぞれに重み付をした値の和を用いてテーブルを補正してもよく、さらにロバスト性向上のために、カルマンフィルタを用いて流下時間t1~tnの補正を行ってもよい。 Note that the method of calculating the correction value of the flow time is not limited to the above. Further, in order to improve robustness, the flow times t1 to tn may be corrected using a Kalman filter.
また、流下時間補正部104は、該当する時刻の気温等の気象条件やXRAIN等により観測された雨量データ、該当地域のイベント情報などを変数として合わせて使用した回帰式を作成し、補正値を算出してもよい。また流下時間補正部104は、図示しない表示部において補正値をユーザに提示し、ユーザに補正の承認を求め、ユーザの承認後に補正値を採用する方式としても良い。
In addition, the flow
流下時間補正部104は、幹線流量Q1~Qnに対する補正後の流下時間t1~tnを雨水流入量予測値決定部105へ出力する。
雨水流入量予測値決定部105は、流下時間補正部104で算出された補正後の流下時間t1~tnと、雨水ポンプ制御に必要な予測時間とを比較して、予測時間と同等の流下時間となる幹線水位計が設置された地点の幹線流量を、雨水ポンプ場へ流入する雨水流入量の予測値として採用し、雨水流入量予測値を決定する。
The
The rainwater inflow predicted
なお、予測時間と同等の流下時間t1~tnとなる幹線水位計が設置された地点が存在しない場合には、雨水流入量予測値決定部105は、幹線水位計が設置された地点の幹線流量Q1~Qnと補正後の流下時間t1~tnとのデータセットから機械学習等により雨水流入量予測モデルを作成し、雨水流入量予測値としても良い。
Note that if there is no point where the main water level gauge is installed and the flow time t1 to tn is equal to the predicted time, the rainwater inflow prediction
上記のように、本実施形態によれば、幹線水位計G1~Gnが設置された地点で計測された幹線流量Q1~Qnと、設計情報とを基に算出した各地点の流下時間t1~tnを、実測した流下時間tr1~trnを使用して補正することにより、テーブルに記録された流下時間t1~tnの精度を向上させることができる。更には、テーブルに記録された流下時間t1~tnの精度が向上することにより、雨水流入量の予測精度を向上させることが可能となる。また、実測した流下時間tr1~trnはノイズ等を含むためにロバストな値ではないが、補正処理として適用することにより、ロバストな補正後の流下時間t12~tnを得ることができる。すなわち、流下時間(初期値)t1~tnを補正する際に、メディアン値や、平均値や、回帰式や、ユーザ承認等の形式を採用することにより、補正値のロバスト性を向上させることが可能となり、雨水流入量の予測精度を向上させることが可能となる。 As described above, according to the present embodiment, the main line flow rates Q1 to Qn measured at the points where the main line water level gauges G1 to Gn are installed, and the flow times t1 to tn at each point calculated based on the design information is corrected using the actually measured flow times tr1 to trn, the accuracy of the flow times t1 to tn recorded in the table can be improved. Furthermore, by improving the accuracy of the flow times t1 to tn recorded in the table, it is possible to improve the prediction accuracy of the rainwater inflow amount. Also, although the actually measured flow times tr1 to trn contain noise and the like, they are not robust values, but by applying them as a correction process, robust corrected flow times t12 to tn can be obtained. That is, when correcting the flow times (initial values) t1 to tn, it is possible to improve the robustness of the correction value by adopting a format such as a median value, an average value, a regression equation, or user approval. This makes it possible to improve the prediction accuracy of rainwater inflow.
すなわち、本実施形態によれば、精度よく雨水流入量予測を行う雨水流入量予測装置、雨水流入量予測方法、および、コンピュータプログラムを提供することができる。 That is, according to the present embodiment, it is possible to provide a rainwater inflow prediction device, a rainwater inflow prediction method, and a computer program for accurately predicting rainwater inflow.
次に、第2実施形態の雨水流入量予測装置、雨水流入量予測方法、および、コンピュータプログラムについて図面を参照して詳細に説明する。
なお、以下の説明において上述の第1実施形態と同様の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
Next, the rainwater inflow prediction device, rainwater inflow prediction method, and computer program of the second embodiment will be described in detail with reference to the drawings.
In addition, in the following description, the same reference numerals are given to the same configurations as those of the above-described first embodiment, and the description thereof will be omitted.
図8は、第2実施形態の雨水流入量予測装置の一構成例を概略的に示すブロック図である。
本実施形態の雨水流入量予測装置100は、流下時間分布生成部106を備え、流下時間分布および流下時間の補正方策を用いて流下時間の補正を行う点において、上述の第1実施形態と異なっている。
FIG. 8 is a block diagram schematically showing one configuration example of the rainwater inflow prediction device of the second embodiment.
The rainwater
流下時間分布生成部106は、幹線流速幹線流量算出部101で算出した各地点での幹線流量Q1~Qnと、雨水流入量算出部103で算出した雨水流入量Q0とを入力とし、各地点での幹線流量Q1~Qnと雨水流入量Q0との時間変化から、各地点での実際の流下時間(実測流下時間tr1~trn)を算出する。なお、実測流下時間tr1~trnの算出方法は上述の第1実施形態と同様である。
The flow time
さらに、流下時間分布生成部106は、外部より入力される蓄積期間情報を用いて、一定期間(蓄積期間)における、各地点での幹線流量Q1~Qnと実測流下時間tr1~trnとの流下時間分布データセットを記録する。流下時間分布データセットは、幹線水位計G1~Gnが設置された地点ごとに生成され、図示しない記憶部に例えばテーブルとして記録され得る。
Furthermore, the flow time
蓄積期間情報は、期間を指定する情報であってもよく、期間の開始信号と期間の終了信号とでリアルタイムに蓄積期間を指定する情報であってもよい。蓄積期間情報により、例えば、豪雨予測が出ている期間を指定することにより、特定の条件下における実測流下時間tr1~trnを蓄積することができる。 The accumulation period information may be information specifying a period, or may be information specifying an accumulation period in real time with a period start signal and a period end signal. For example, by designating a period in which a heavy rain forecast is issued based on the accumulation period information, it is possible to accumulate actually measured run-down times tr1 to trn under specific conditions.
図9は、第2実施形態の雨水流入量予測装置の流下時間分布生成部で生成した流下時間分布データセットの一例を説明するための図である。
ここでは、流下時間分布データセットの幹線流量Q1~Qnと実測流下時間tr1~trnとをヒストグラムで表している。
FIG. 9 is a diagram for explaining an example of the time-flow distribution data set generated by the time-flow distribution generator of the rainwater inflow prediction apparatus of the second embodiment.
Here, the main line flow rates Q1 to Qn and the measured flow times tr1 to trn of the flow time distribution data set are represented by histograms.
流下時間分布生成部106は、幹線水位計G1~Gnが設置された各地点における、各幹線流量Q1~Qnと実測流下時間tr1~trnとの分布(流下時間分布)を、流下時間補正部104に出力する。流下時間分布生成部106は、流下時間分布の個々のデータをすべて流下時間補正部104に出力してもよいし、分布を同定し、平均、分散等の分布パラメータを流下時間補正部104に出力してもよい。なお、流下時間分布生成部106は、例えば外部から与えられた閾値を用いて、外れ値を省いた流下時間分布データセットを生成してもよい。
The flow time
流下時間補正部104は、流下時間算出部102で算出された流下時間(初期値)t1~tnと、流下時間分布生成部106で算出された幹線水位計G1~Gnが設置された各地点における幹線流量Q1~Qnと実測流下時間tr1~trnとの流下時間分布のデータとを使用し、外部から入力される流下時間の補正方策にしたがって、幹線水位計G1~Gnが設置された各地点での流下時間t1~tnを補正し、補正後の流下時間t1~tnとして、雨水流入量予測値決定部105に出力する。
The flow
また、流下時間補正部104は、幹線流量Q1~Qnと実測流下時間tr1~trnとの分布データ、および、幹線流量Q1~Qnと補正後の流下時間t1~tnとの分布データを図示しない記憶部に記録してもよい。流下時間補正部104は、記憶部に記録された分布データを用いて、豪雨予測が出ている等の状況に合わせて補正後の流下時間t1~tnの特性(緊急、安全、通常等)を設定することができる。
In addition, the flow
上述の第1実施形態では、流下時間補正部104は、実測流下時間tr1~trnが入力されるたびに、流下時間の初期値t1~tnと実測流下時間tr1~trnとの平均値等により補正後流下時間t1~tnを算出し、流下時間(初期値)t1~tnを更新したが、本実施形態では、流下時間補正部104に入力される実測流下時間tr1~trnは分布データである。
In the above-described first embodiment, the flow
図10は、第2実施形態の雨水流入量予測装置の流下時間補正部の動作の一例を説明するための図である。ここでは、流下時間補正部104が、幹線水位計G1~Gnが設置された各地点での各幹線流量Q1~Qnと実測流下時間tr1~trnとの分布データを用いて、流下時間(初期値)t1~tnを補正する動作の一例について説明する。
FIG. 10 is a diagram for explaining an example of the operation of the rainwater inflow prediction device of the second embodiment. Here, the flow
流下時間補正部104は、流下時間算出部102で算出した流下時間(初期値)t1~tnを、例えば、正規分布の平均値とし、分散を任意の値(例えば1)として、流下時間(初期値)t1~tnの分布データとする。流下時間補正部104は、流下時間分布生成部106から入力された実測流下時間tr1~trnの分布データにより、初期値の分布データを更新(補正)する。流下時間補正部104は、分布データを更新する方法として、例えばベイズ推定法を用いることができる。
The flow
続いて、流下時間補正部104は、更新後の分布データから、補正流下時間の補正方策に従い、補正後流下時間t1~tnを算出する。補正方策は、ポンプ井14の水位状態に対応させた分布の平均値、分散等の統計パラメータを用いて決定され得、例えば、通常であれば、平均値を補正後流下時間t1~tnとして算出し、ポンプ井の水位が危険な状態(水位が所定のしきい値を超えている状態等)であれば、平均値から1σ小さい値を補正後流下時間t1~tnとして算出する等の補正の方針情報を含む。外部から補正方策を入力することにより、気象条件や、イベント等のあらゆる条件を考慮した複雑な方策を指定することができる。
Subsequently, the flow
本実施形態の雨水流入量予測装置は上記以外の構成は上述の第1実施形態と同様である。本実施形態の雨水流入量予測装置によれば、実測流下時間tr1~trnの分布データを用いて、補正後流下時間t1~tnを算出することにより、補正値のロバスト性をさらに向上させることが可能となり、雨水流入量の予測精度を向上させることが可能となる。
すなわち、本実施形態によれば、精度よく雨水流入量予測を行う雨水流入量予測装置、雨水流入量予測方法、および、コンピュータプログラムを提供することができる。
The rainwater inflow prediction device of this embodiment is the same as that of the first embodiment described above except for the configuration described above. According to the rainwater inflow prediction device of the present embodiment, by calculating the post-correction flow times t1 to tn using the distribution data of the actually measured flow times tr1 to trn, it is possible to further improve the robustness of the correction values. This makes it possible to improve the prediction accuracy of rainwater inflow.
That is, according to the present embodiment, it is possible to provide a rainwater inflow prediction device, a rainwater inflow prediction method, and a computer program for accurately predicting rainwater inflow.
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。 While several embodiments of the invention have been described, these embodiments have been presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and modifications 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 scope of the invention described in the claims and equivalents thereof.
10…幹線(下水管)、12…流入渠、14…ポンプ井、100…雨水流入量予測装置、101…幹線流速幹線流量算出部、102…流下時間算出部、103…雨水流入量算出部、104…流下時間補正部、105…雨水流入量予測値決定部、106…流下時間分布生成部、A1~An…流積、G0…流入渠水位計、G1~GN…幹線水位計、L1~Ln…幹線延長、Q0…雨水流入量、Q1~Qn…幹線流量、V1~Vn…幹線流速、h0…流入渠水位、h1~hn…幹線水位、t1~tn…流下時間(初期値)、補正後の流下時間、tr1~trn…実測流下時間
DESCRIPTION OF
Claims (8)
複数の前記地点における前記幹線流速と、複数の前記地点からポンプ井までの幹線延長とから、複数の前記地点から前記ポンプ井までの流下時間を算出する流下時間算出部と、
複数の前記水位計および前記ポンプ井に設置された流入渠水位計のいずれかで測定された水位を用いて、前記ポンプ井に流入する雨水流入量を算出する雨水流入量算出部と、
前記幹線流量と前記幹線流量に対応した前記流下時間とを関連付けて記録するとともに、前記雨水流入量と前記幹線流量とから、前記幹線流量に対応する実測流下時間を算出し、前記幹線流量に対応する前記実測流下時間を用いて前記流下時間を補正する流下時間補正部と、
前記幹線流量と、補正後の前記流下時間と、前記ポンプ井に設置された雨水ポンプ制御に必要な予測時間と、を用いて、前記雨水流入量の予測値を算出する雨水流入量予測値決定部と、を備えた雨水流入量予測装置。 a trunk flow velocity and trunk flow rate calculation unit that calculates the trunk flow velocity and the trunk flow rate at a plurality of points on the trunk line using the water levels measured by each of a plurality of water level gauges installed at a plurality of points on the trunk line;
a flow-down time calculation unit that calculates the flow-down time from the plurality of points to the pump well based on the trunk flow velocity at the plurality of points and the extension of the main line from the plurality of points to the pump well;
a rainwater inflow amount calculation unit that calculates an inflow amount of rainwater flowing into the pump well using the water level measured by one of the plurality of water level gauges and an inflow culvert water level gauge installed in the pump well;
The main flow rate and the flow time corresponding to the main flow rate are recorded in association with each other, and the actually measured flow time corresponding to the main flow rate is calculated from the rainwater inflow amount and the main flow rate, and the flow time corresponding to the main flow rate is calculated. a flow-down time correction unit that corrects the flow-down time using the measured flow-down time;
Rainwater inflow predicted value determination for calculating the predicted value of the rainwater inflow using the trunk flow rate, the corrected flow time, and the predicted time required for controlling the rainwater pump installed in the pump well. A rainwater inflow prediction device comprising:
前記流下時間補正部は、前記分布データを用いて前記流下時間の分布を補正し、補正後の前記流下時間の分布を用いて補正後の前記流下時間を算出する、請求項1記載の雨水流入量予測装置。 a flow time distribution generating unit that calculates the measured flow time from the rainwater inflow amount and the main flow rate, and generates distribution data for a predetermined accumulation period in which the main flow rate and the measured flow time are associated. ,
2. The rainwater inflow according to claim 1, wherein the flow time correcting unit corrects the distribution of the flow time using the distribution data, and calculates the corrected flow time using the corrected flow time distribution. Quantity predictor.
前記補正方策は、前記ポンプ井の水位状態に対応させた分布の平均値、分散等の統計パラメータを用いて決定される、請求項5記載の雨水流入量予測装置。 The flow time correction unit calculates the corrected flow time from the distribution of the corrected flow time according to a correction policy input from the outside,
6. The rainwater inflow prediction apparatus according to claim 5, wherein said correction measure is determined using statistical parameters such as an average value and variance of a distribution corresponding to the water level state of said pump well.
複数の前記地点における前記幹線流速と、複数の前記地点からポンプ井までの幹線延長とから、複数の前記地点から前記ポンプ井までの流下時間を算出し、
複数の前記水位計および前記ポンプ井に設置された流入渠水位計のいずれかで測定された水位を用いて、前記ポンプ井に流入する雨水流入量を算出し、
前記幹線流量と前記幹線流量に対応した前記流下時間とを関連付けて記録するとともに、前記雨水流入量と前記幹線流量とから、前記幹線流量に対応する実測流下時間を算出し、前記幹線流量に対応する前記実測流下時間を用いて前記流下時間を補正し、
前記幹線流量と、補正後の前記流下時間と、前記ポンプ井に設置された雨水ポンプ制御に必要な予測時間と、を用いて、前記雨水流入量の予測値を算出する、雨水流入量予測方法。 Using the water levels measured by each of a plurality of water level gauges installed at a plurality of points on the trunk line, calculate the trunk flow velocity and the trunk flow rate at the points,
calculating the flow time from the plurality of points to the pump well from the main line flow velocity at the plurality of points and the extension of the main line from the plurality of points to the pump well;
calculating the amount of rainwater flowing into the pump well using the water level measured by one of the plurality of water level gauges and the inflow culvert water level gauge installed in the pump well;
The main flow rate and the flow time corresponding to the main flow rate are recorded in association with each other, and the actually measured flow time corresponding to the main flow rate is calculated from the rainwater inflow amount and the main flow rate, and the flow time corresponding to the main flow rate is calculated. Correcting the flow time using the measured flow time,
A rainwater inflow prediction method, wherein the predicted value of the rainwater inflow is calculated using the main flow rate, the corrected flow time, and the predicted time required for controlling the rainwater pump installed in the pump well. .
A computer program that causes a computer to execute the rainwater inflow prediction method according to claim 7 .
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- 2021-07-07 JP JP2021112918A patent/JP2023009541A/en active Pending
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