JP4945259B2

JP4945259B2 - 流入量予測装置およびこれを利用したポンプ場施設の運転支援・制御装置

Info

Publication number: JP4945259B2
Application number: JP2007030995A
Authority: JP
Inventors: 岡由紀夫平
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2007-02-09
Filing date: 2007-02-09
Publication date: 2012-06-06
Anticipated expiration: 2027-02-09
Also published as: JP2008196909A

Description

本発明は、下水、工場廃水等の処理施設関連装置に係わり、とくにポンプ場への流入水の流下状況を計測し、その流下状況からポンプ場施設への流入量を予測する装置、およびこれらの計測値、予測値を利用して、複数の雨水ポンプにより河川へ排出するポンプ場施設における雨水ポンプ運転や流入ゲート運用に関する支援情報を運転員に提供する装置、または雨水ポンプの運転や流入ゲートの運用を制御する装置に関する。

流入幹線内の下水、工場廃水等の流入水に関する計測を行う装置として、超音波式水位計や、電磁流量計、超音波式流量計、等の流量計がある。これらの装置は、その地点の水位や流量を計測することは可能であるが、これらの計測値から幹線内の流下の状況を知ることは困難である。

また、流入幹線内の流入水の挙動をシミュレーションにより予測するパッケージソフトがあるが、幹線の土木データ、土地の利用状況のデータ等、多くの項目を設定する必要があり、オンラインで幹線内の流下の状況を知ることには用いられていない。

予測技術としては、降雨レーダ、幹線水位計・流量計、地上雨量計等を用いて、ポンプ場への雨水流入量の予測、あるいは幹線内の雨水貯留量の予測等を行い、その予測結果から雨水ポンプや流入ゲートの運転支援を行うことも行われている。

しかし、予測の周期や精度等の問題もあり、雨水ポンプ制御や流入ゲート運用への適用はあまり行われていない。

流入幹線内の流入水の流下状況を計測し、この計測情報を用いたポンプ場施設の運転支援・制御を行う装置として、例えば、特許文献１にあるようなシステムが公知となっている。
特開２００６−４７０３５号公報

このように、従来の装置では、要望される機能を持った流入水予測装置、およびその予測結果に基づくポンプ場施設の運転支援・制御装置は提供されていない。

（発明の目的）
本発明は上述の点を考慮してなされたもので、超音波を発しつつ流入水とともに流下する複数の発信器、およびその受信器を用いて流入水の流下状況からポンプ場施設への流入量を予測する装置、この装置による予測結果に基きポンプ場施設の運転支援・制御を行う装置を提供することを目的とする。

上記目的達成のため、本発明では、
複数の雨水ポンプにより流入水を河川に排出するポンプ場施設への流入水量を予測する装置であって、流入幹線内の下水、工場廃水等の流入水とともに流下する複数の発信器と、前記発信器から発信される超音波を受信する２つ以上の受信器と、前記受信器からの信号を処理するプロセスコントローラとをそなえ、前記プロセスコントローラによる信号処理結果に応じて流入水量を予測する装置において、
前記プロセスコントローラは、
前記受信器により受信した前記複数の発信器からの超音波に基づいて前記受信器間における前記流入水の流下にかかる時間、および前記受信器の各設置位置における水位を計測し、その計測結果により、前記流入水の流入量を予測する
ことを特徴とする流入量予測装置、
を提供するものである。

（作用）
上記流入量予測装置は、幹線内を流入水とともに流れる複数の小型の発信器とその信号を受信する受信器とにより、流入水が受信器間の流下にかかる時間を計測する。そして、この計測値を利用して、ポンプ場施設に流入する雨水流入量を予測する。

すなわち、この流入量予測装置は、
各発信器からの信号により、流入水が受信器間の流下にかかる時間を計測する機能、
計測したデータを基に、ポンプ場施設への雨水流入量を予測する機能、および
予測結果を基に、雨水ポンプあるいは流入ゲートの運用に有用なガイダンスを表示する機能、を有する。

また、ポンプ場運転装置は、
流入量予測装置の予測結果を基に、雨水ポンプあるいは流入ゲートを制御する機能、を有する。

本発明に係る装置によれば、流入幹線全体の流入水の流下状況を加味した、雨水流入量予測を行うことが可能となり、またこの情報を基に、ポンプ場における雨水ポンプあるいは流入ゲートの運用に有用なガイダンスの提供や、雨水ポンプの制御や流入ゲートの運用が可能となる。

発明の実施の形態

以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。

（実施例１の構成と作用）
図１は、本発明の一実施例の構成を示している。この実施例は、図１に示すように、下水、工場廃水等の流入水が流入幹線１を経てポンプ場に流入し、この流入水を雨水ポンプ１０により放流先（河川等）へ排出するプロセスに対して、流入水とともに流下する複数の発信器(タグ)３からの信号を基に、流入幹線内の流下状況を計測する装置、およびこの流入幹線内の情報を運転員に提供する運転支援装置、またその情報に基づいて雨水ポンプの運転、流入ゲートの運用を行う制御装置に適用されるものである。

流入幹線内の流下状況を計測するために、流入水とともに流下する複数の発信器(タグ)３、およびこれらの発信器(タグ)３からの信号を受信するため複数箇所に設置される受信器(アンテナ)４を用いる。この複数の発信器(タグ)３は、流入幹線の上流に設置された発信器(タグ)３の投入機構７により順次投入される。また、受信器(アンテナ)４は、流入幹線内の管頂付近に設置される。

受信器(アンテナ)４で受けた信号は、プロセスコントローラ５に取り込まれ、発信器(タグ)３が受信器(アンテナ)４間を流下するのにかかった時間の計測と、その時の水位を演算する。さらに、演算された各値から、各受信器(アンテナ)４間における流下状況を判定する。

これらの各値や流下状況は、伝送路９を介して運転支援装置６へと送られ、支援情報として提供される。また、演算された各値を基にして、プロセスコントローラ５からポンプ場の雨水ポンプ制御信号１１、流入ゲート制御信号１２が出力される。

プロセスコントローラ５では、発信器（タグ)３が受信器(アンテナ)４間を流下するのにかかった時間の計測と、その時の水位を次のように演算する。

まず、各発信器(タグ)３には、識別番号(ID番号)が割り振られている。プロセスコントローラ５では、各発信器(タグ)３の投入情報、流下の情報をこの識別番号(ID番号)で管理する。

そして、流入幹線の上流に設置された発信器(タグ)３の投入機構７により投入された時刻、および各受信器(アンテナ)４の設置地点を発信器(タグ)３が通過した時刻を計測し、これらの時刻の差から受信器(アンテナ)４間を流下するのにかかった時間を算出することになる。

また、各受信器(アンテナ)４の設置地点を発信器(タグ)３が通過した時に合わせて、その信号の受信強度を計測する。プロセスコントローラ５では、各発信器(タグ)３の発信信号の強度の情報を保持している。

そして、信号の減衰特性を利用して、各受信器(アンテナ)４の設置地点を発信器(タグ)３が通過した時の各受信器(アンテナ)４と発信器(タグ)３との距離を算出する。また、各受信器(アンテナ)４の設置地点の管頂高、管底高の関係から、各受信器(アンテナ)４の設置地点における水位を算出することができる。

次に、プロセスコントローラ５内における流入量予測方法の一例について図２および図３に示す。例えば、ポンプ場への流入幹線における受信器（アンテナ）の位置を上流から順に地点Ａ〜Ｅとする。前述のとおり、各地点間をそれぞれ区間ＡＢ〜ＤＥとした時に、各該当区間における流下時間、および各地点における水位を計測することは可能である。その区間の最新の流下時間をそれぞれＴａｂ〜Ｔｄｅとする。また、これらの各地点における水位をそれぞれＨａ〜Ｈｅとする。区間ＡＢ〜ＤＥにおける各区間の流体の体積をそれぞれＶａｂ〜Ｖｄｅとすると、各体積は水位Ｈａ〜Ｈｅと幹線の土木データ（管径、管路長、管底高、等）より求めることが可能となる。ある区間の流量はポンプ場への流入量とある程度の相関があると考えられることから、この相関を示す流量換算係数αａｂ〜αｄｅとする。これらの値を用いることで、今後の流入量を予測することが可能となる。流入量予測グラフにおける時間ｔと流入量Ｑは、図３に示す演算式で求めることとなる。図２の例のように、各区間をそれぞれある間隔で区切ることで、流入量の予測精度をより向上させることが可能である。なお、図２では各区間を等間隔で区切っているが、土木的に考慮すべき箇所等が存在すれば、その箇所で区切ってこれを考慮した演算を行っても良い。発信器がある地点を通過するごとに最新の流下時間Ｔａｂ〜Ｔｄｅは更新されるため、この更新のタイミングで流入量予測演算を行い、流入量予測グラフを更新することで、随時流下状況を反映した流入量予測が可能となる。

また、他の流入量予測方法として、当該区間における流下時間と該当区間の管路長とから、その区間の平均流速を算出することが可能である。そして、この平均流速および水位より各該当区間における平均流量を求めることが可能である。

さて、各該当区間における流下時間および流量であるが、これらの値は最もポンプ場施設に近い区間における流量に対して、ある程度の遅れ時間をもって影響を及ぼすことになる。この遅れ時間は、幹線内の流下状況にもよるので、必ずしも一定の時間ではない。

そこで、各該当区間における流下時間および流量を事前に計測し、その計測データから各該当区間における流下時間および流量と、最もポンプ場施設に近い区間における流量の相関式(予測式)とを求めておく。そして、この相関式(予測式)に、計測される各該当区間における流下時間および流量を入力することで、ポンプ場施設に流入する流量を予測することが可能となる。

なお、この相関式(予測式)は、予め与えられるものであるが、計測される各該当区間における流下時間および流量のデータを適宜相関式に反映させることで、相関式の精度の向上、すなわち流入量予測精度の向上を図ることも可能である。

図４は、この流入量予測装置により提供できる支援画面の一例を示している。この画面には、ポンプ場への各流入幹線における受信器の位置、およびその水位、受信器間の流下状況(流下時間)を表示する。

各流入幹線の断面図において、各流入幹線の受信器(アンテナ)の位置での水位を繋いで、現在の各幹線における全体の水面の状況を知ることができる。さらに、ポンプ場施設への流入量予測情報、現在のポンプ場施設の運用状況、および運用ガイダンスを提示することが可能である。

このような画面により、流入幹線の状況を表示し、雨水ポンプの制御、流入ゲートの運用に関する有効な情報を提供することが可能となる。これらの情報は、プロセスコントローラにＷｅｂサーバ機能をもたせることで、Ｗｅｂブラウザでの表示も可能である。また、外部の端末（パソコン、携帯電話、ＰＤＡ等）への情報提供も可能となる。

図４に示すとおり、この流入量予測装置を利用した雨水ポンプの制御、および流入ゲートの運用は、今後のポンプ場施設への流入量の予測結果を利用して、必要に応じて雨水ポンプの運転台数を増やしたり、減らしたりといった制御が可能となる。

これをプロセスコントローラ内で自動的に演算、判断することにより、雨水ポンプの自動制御を行うことも可能となる。流入ゲートの運用についても、同様である。また、雨水ポンプや流入ゲートの自動制御に結び付けないとしても、ガイダンス等の支援情報として提供することも可能である。

流入量予測については、これまで雨量レーダや雨量計等の情報を用いることが多い。しかし、実際の降雨がポンプ場施設に流入するまでには、集水区域に降った降雨状況、土地の利用状況、無降雨時間、幹線内遅れ時間、途中流入の影響等、様々な要素が複雑に絡んでおり、これを精度よく予測することは難しい。

これに対し、本発明では、幹線内の情報を用いることで、前述のような幹線内に流入してくるまでの様々な要素の影響をある程度取り除くことができる。さらに、幹線内のある地点の水位、流量を単に計測した値だけでなく、該当区間の流下にどの程度時間がかかっているかという情報を加味しているため、幹線内の全体的な流下状況をも反映した流入量予測となっている。これにより、ポンプ場施設への流入量の予測を精度よく行うことが可能となる。

（実施例１の効果）
実施例１の効果として、下記の点が挙げられる。まず、流入幹線内の流入水の流下状況を計測して、これを基にポンプ場施設への流入量を予測することにより、流入量予測の精度の向上が可能である。次に、この流入量予測結果を雨水ポンプあるいは流入ゲートの運用に有用なガイダンスの提供や、雨水ポンプの制御あるいは流入ゲートの運用への適用が可能である。

本発明の一実施例を示す図。流入量予測方法の一例を示す図。流入量予測の時間ｔと流入量Ｑの演算方法を示す図。図１に示した実施例における監視装置上の画面情報の一例を示す図。

符号の説明

１・・・流入幹線、２・・・流入支線、３・・・発信器(タグ)、４・・・受信器(アンテナ)、５・・・プロセスコントローラ、６・・・監視装置、７・・・発信器投入機構、
９・・・伝送路、１０・・・ポンプ場の雨水ポンプ、１１・・・ポンプ場の流入ゲート、１２・・・雨量計、２１・・・発信器からの信号、２２・・・受信器からの送信信号、
２３・・・降雨パルス信号、２４・・・雨水ポンプ制御信号、
２５・・・流入ゲート制御信号、２６・・・投入タイミング制御信号。

Claims

複数の雨水ポンプにより流入水を河川に排出するポンプ場施設への流入水量を予測する装置であって、流入幹線内の下水、工場廃水等の流入水とともに流下する複数の発信器と、前記発信器から発信される超音波を受信する２つ以上の受信器と、前記受信器からの信号を処理するプロセスコントローラとをそなえ、前記プロセスコントローラによる信号処理結果に応じて流入水量を予測する装置において、
前記プロセスコントローラは、
前記受信器により受信した前記複数の発信器からの超音波に基づいて前記受信器間における前記流入水の流下にかかる時間、および前記受信器の各設置位置における水位を計測し、その計測結果により、前記流入水の流入量を予測する
ことを特徴とする流入量予測装置。
請求項１記載の流入量予測装置において、
前記プロセスコントローラによる流入量予測演算の演算タイミングは、前記受信器の設置箇所を、前記発信器が通過するごとに行うことを特徴とする流入量予測装置。
請求項１または２記載の流入量予測装置において、
前記プロセスコントローラは、計測された前記受信器間の前記流入水の流下にかかる時間、および前記受信器の設置位置における水位、流量のデータを、流入量予測に用いる演算式に適宜反映することを特徴とする流入量予測装置。
請求項１ないし３記載の流入量予測装置の予測結果に応じて、流入水を処理するポンプ場の雨水ポンプおよび流入ゲートの運転を制御するポンプ場運転装置において、
前記ポンプ場への流入幹線内の各種計測情報、および予測情報を表示することを特徴とするポンプ場運転装置。
請求項４記載のポンプ場運転装置において、
前記プロセスコントローラは、計測される幹線内の各種計測情報、または計測される幹線内の各種計測情報と前記雨水ポンプの運転状況、前記流入ゲートの運用状況とを比較してガイダンスを出力することを特徴とするポンプ場運転装置。
請求項４または５記載のポンプ場運転装置において、
前記プロセスコントローラは、Ｗｅｂサーバ機能を有し、監視用の表示をＷｅｂブラウザにて表示することを特徴とするポンプ場運転装置。
請求項６記載のポンプ場運転装置において、
各種計測情報およびガイダンス情報を外部端末に表示することを特徴とするポンプ場運転装置。
請求項１ないし３記載の流入量予測装置の予測結果に応じて、流入水を処理するポンプ場の雨水ポンプおよび流入ゲートの運転を制御する装置において、
前記プロセスコントローラは、計測される幹線内の各種計測情報、または計測される幹線内の各種計測情報と前記雨水ポンプの運転状況および前記流入ゲートの運用状況とを比較して、前記雨水ポンプに運転・停止指令を、前記流入ゲートに運用指令を出力することを特徴とするポンプ場運転装置。