JP5972723B2 - トンネル換気制御装置 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、トンネル換気制御装置に関する。

道路トンネルの立坑またはダクト内に設置された送排風機またはジェットファン等の換気設備を必要に応じて運転することにより、車両から排出される有害物質の濃度を許容値以下に抑えるトンネル換気制御装置が一般的に実用化されている。

道路トンネルでは、トンネルが建造される地理状況によって、換気制御の目的が変化する。例えば、山間部に建造されるトンネルのトンネル換気制御装置は、トンネル内の有害物質濃度及び換気設備使用電力量を制御することを目的としている。

また、例えば都市部ではトンネルの周辺に住宅や商業施設等が存在することが考えられる。この為、都市部に建造されるトンネルのトンネル換気制御装置は、トンネル内の有害物質濃度及び換気設備使用電力量の制御に加え、周辺環境への配慮した換気を行うことを目的としている。

この様にトンネル換気制御装置は、トンネルの状況に応じて種々の要素を制御する必要がある。特に、都市部のトンネルでは、トンネル本線の坑口から排出される有害物質の漏れ出し量を制限が要望されている。

例えば、トンネル内の風速を予測し、演算された風速予測値をもとに、トンネル坑口と分岐部の坑口から有害物質が漏れ出さないように制御するトンネル換気制御装置がある。

特開２００８−２６７０８８号公報

上記のようなトンネル換気制御装置は、交通量の将来の増減傾向について考慮されていない。この為、トンネル換気制御装置は、交通状況の変化に応じて換気を制御することができない可能性があるという課題がある。

また、トンネル内の風速には、換気に利用する換気機自体の喚起風量が大きく影響を与える。この為、トンネル換気制御装置は、仮想的に換気機の風量を設定し、収束演算を行ない、風速を推測する。この為、演算の負荷が大きいなどの課題がある。

本発明の目的は、より効率的に換気を行うトンネル換気制御装置を提供することである。

一実施形態に係るトンネル換気制御装置は、車両が通過する本線部と分岐部とを有するトンネルの空気を換気する換気設備を制御するトンネル換気制御装置であって、前記本線部の坑口と、前記分岐部坑口と、を通過する前記車両の台数及び速度を計測し、交通情報を取得する交通センサと、前記本線部及び前記分岐部の風速をそれぞれ計測する風速センサと、前記車両から排出される有害物質が前記トンネルから漏れ出る漏れ出し量の許容値を設定する許容値設定部と、前記換気設備の風量を設定する風量設定部と、前記交通情報に基づいて前記トンネル内の交通量を予測する交通量予測演算部と、前記交通情報に基づいて前記車両の平均速度を予測する平均速度予測部と、交通量の予測結果と、平均速度の予測結果とに基づいて、前記本線部及び前記分岐部での有害物質の発生量をそれぞれ演算する発生量演算部と、前記本線部及び前記分岐部の風速の計測値と、前記本線部及び前記分岐部での有害物質の発生量と、に基づいて、前記本線部の坑口及び前記分岐部の坑口からの有害物質の漏れ出し量をそれぞれ算出する漏れ出し量演算部と、前記漏れ出し量の許容値に基づいて、前記交通量に応じた幅の単位時間毎の漏れ出し量の目標値を作成する漏れ出し量目標値作成部と、前記単位時間毎の漏れ出し量の目標値と、前記漏れ出し量演算部により演算された前記漏れ出し量と、に基づいて前記風量設定部の風量を設定する制御部と、を具備する。

図１は、一実施形態に係るトンネル換気制御装置について説明する為の図である。 図２は、一実施形態に係るトンネル換気制御装置について説明する為の図である。 図３は、一実施形態に係るトンネル換気制御装置について説明する為の図である。 図４は、一実施形態に係るトンネル換気制御装置について説明する為の図である。 図５は、一実施形態に係るトンネル換気制御装置について説明する為の図である。 図６は、一実施形態に係るトンネル換気制御装置について説明する為の図である。 図７は、一実施形態に係るトンネル換気制御装置について説明する為の図である。

以下、図を参照しながら、一実施形態に係るトンネル換気制御装置について詳細に説明する。

近年のトンネルは、５ｋｍを超える長大なトンネルも増えてきており、トンネルに複数の分岐部、合流部を有する場合も増えてきている。この場合、複数の入口坑口、出口坑口が存在することになる。

図１及び２は、トンネル換気制御装置７の一例を示す。
トンネル換気制御装置７は、トンネル本線坑口と、少なくとも１カ所の出口分岐部を有するトンネルの換気を制御する。換気設備として、トンネル内には、少なくとも１台のジェットファン５または排風機６が設置されている。

さらに、トンネル内には、風速を計測する風向風速計１と、トンネル内の一酸化炭素（ＣＯ）の濃度の計測が可能なＣＯ計２と、トンネル内の煤煙透過率の計測が可能なＶＩ計３と、トンネル内の交通状況を表す情報（交通量、平均速度、大型車混入率等）の計測が可能な車両感知器４とが設置されている。

トンネル換気制御装置７は、風向風速計１、ＣＯ計２、ＶＩ計３、及び車両感知器４のそれぞれの計測結果を取得する計測値取得部８を備える。トンネル換気制御装置７は、計測値取得部８により、風向風速計１、ＣＯ計２、ＶＩ計３、及び車両感知器４のそれぞれの計測結果を必要に応じて抽出することができる。

また、トンネル換気制御装置７は、計測値取得部８により過去の交通量データを取得することができる。トンネル換気制御装置７は、取得した過去の交通量データを用いて、将来の交通量（交通量予測値）を予測する交通量予測部９をさらに備える。

また、トンネル換気制御装置７は、計測値取得部８により取得した過去のデータに基づいて、トンネルを通過する車両の過去の平均速度を算出し、算出した過去の平均速度を用いて、将来の平均速度（平均速度予測値）を予測する平均速度予測部１０をさらに備える。

また、トンネル換気制御装置７は、交通量予測部９により得られた交通量予測値と、平均速度予測部１０により得られた平均速度予測値とから、トンネル内の車両存在台数の予測値を演算する存在台数予測部１１をさらに備える。

また、トンネル換気制御装置７は、存在台数予測部１１により得られたトンネル内の車両存在台数の予測値と、平均速度予測部１０により得られた平均速度予測値と、１台の車両が排出する有害物質の換算係数と、に基づいて、各車両が排出する排気ガスの有害物質量（有害物質発生量）を演算する発生量演算部１２をさらに備える。

また、トンネル換気制御装置７は、発生量演算部１２により演算された有害物質発生量と、平均速度予測部１０により得られた平均速度予測値とから、トンネルの分岐部または合流部での有害物質の分布状況を演算する分布演算部１３を備える。

また、トンネル換気制御装置７は、分布演算部１３により演算されたトンネル内の有害物質分布状況と、有害物質の漏れ出し率とを用いて、有害物質の漏れ出すであろう漏れ出し量を演算する漏れ出し量演算部１４を備える。

また、トンネル換気制御装置７は、漏れ出し量演算部１４により演算された有害物質漏れ出し量演算結果と、ユーザーがマンマシンインターフェースであるＧＵＩ１５を利用して入力した換気制御用のパラメータおよび設定値とから、漏れ出し制御目標値を抽出する制御目標値設定部１６を備える。

また、トンネル換気制御装置７は、漏れ出し量演算部１４により演算された有害物質漏れ出し量演算結果と、制御目標値設定部１６により抽出された漏れ出し制御目標値とを用いて、有害物質の漏れ出し量を制御の目標値以下にするための最も効果の高い換気設備の風量の目標（換気目標）を演算する制御目標演算部１７を備える。

また、トンネル換気制御装置７は、制御目標演算部１７により演算された換気設備の換気目標を換気設備に設定する換気設備風量設定部１８を備える。

上記のような構成により、トンネル換気制御装置７は、１日２４時間を通してトンネル内に設置された換気設備を制御することにより、トンネルの各坑口から漏れ出る有害物質の漏れ出し量を最小限に抑えることができる。また、トンネル換気制御装置７は、トンネルの各坑口毎に漏れ出し量を予測し、換気設備を制御することができる。この為、トンネル換気制御装置７は、少なくとも1カ所以上の分岐部を有するトンネルの各坑口から漏れ出る有害物質の漏れ出し量を最小限に抑えることができる。

また、トンネル換気制御装置７は、図３に示されるように、制御目標値設定部１６の代わりに、交通量の時間ごとの分布を分析する交通量分布分析部１９と、交通量分布分析部１９による分析結果に基づいて漏れ出し量許容値を設定する漏れ出し量許容値設定部２０とを備える構成であってもよい。

なお、トンネル換気制御装置７は、トンネル換気制御装置７の各モジュールの動作を制御するＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、及び不揮発性メモリなどを備えている。ＣＰＵは、種々の演算処理を実行する演算素子などを備える。ＣＰＵは、ＲＯＭ、または不揮発性メモリなどに記憶されているプログラムを実行することにより種々の機能を実現する。

ＲＯＭは、トンネル換気制御装置７を制御する為のプログラム、及び各種の機能を実現する為のプログラムなどを記憶する。ＣＰＵは、ＲＯＭに記憶されているプログラムを起動することにより、各モジュールの動作を制御する。ＲＡＭは、ＣＰＵのワークメモリとして機能する。即ち、ＲＡＭは、ＣＰＵの演算結果、ＣＰＵにより読み込まれたデータなどを記憶する。不揮発性メモリは、各種の設定情報、及びプログラムなどを記憶する不揮発性メモリである。

トンネル換気制御装置７は、ＣＰＵは、ＲＯＭ、または不揮発性メモリなどに記憶されているプログラムを実行することにより、計測値取得部８、交通量予測部９、平均速度予測部１０、存在台数予測部１１、発生量演算部１２、分布演算部１３、漏れ出し量演算部１４、制御目標値設定部１６、制御目標演算部１７、換気設備風量設定部１８、交通量分布分析部１９、及び漏れ出し量許容値設定部２０などの各モジュールの動作を実現することができる。

図１に示された道路トンネルの例では、トンネルは、２箇所の分岐部と、本線部とを備える。このトンネルの全体には風向風速計１及び車両感知器４が設置されている。これにより、トンネル換気制御装置７は、トンネル内の風速、及び交通状況に関する情報（交通量、密度、平均速度、及び大型車混入率等）を計測することができる。また、トンネル内には、換気設備として、１台のジェットファン５、及び１台の排風機６が設置されていると想定し、以下の説明を行う。

トンネル換気制御装置７は、道路トンネルの全ての坑口からの有害物質漏れ出し量を算出する為に、まず将来のトンネル内の交通量予測値及び平均速度予測値を用いて有害物質総発生量を演算する。また、トンネル換気制御装置７は、各坑口の坑口漏れ出し率と、有害物質総発生量とを用いて、各坑口の漏れ出すと予測される漏れ出し量を算出する。

トンネル換気制御装置７の制御目標値設定部１６は、トンネルの本線の出口抗口と少なくとも１カ所の分岐部の出口抗口とに対して有害物質の漏れ出し量の制御の目標値を設定する。

車両感知器４は、トンネルを通過する車両を感知する。車両感知器４は、車両を感知する毎に、計測値取得部８に信号を供給する。これにより、計測値取得部８は、車両感知器４毎に交通量（交通量データ）を検出することができる。さらに、車両感知器４は、車両が大型車であるか普通車であるかを判別することができる。即ち、計測値取得部８は、車両感知器４毎に普通車の交通量と大型車の交通量とをそれぞれ検出することができる。

またさらに、車両感知器４は、トンネルを通過する車両の速度を感知する。車両感知器４は、車両を感知する毎に、車両の速度を示す情報を計測値取得部８に供給する。これにより、計測値取得部８は、車両毎の速度を検出することができる。さらに、計測値取得部８は、車両の平均速度を示す平均速度データを算出することができる。

トンネル換気制御装置７の交通量予測部９は、車両感知器４により得られた情報（交通量、及び大型車混入率）に基づいて、トンネル内の交通量を予測する。

トンネル換気制御装置７の平均速度予測部１０は、車両感知器４により得られた情報（平均速度情報）に基づいて、トンネル内の車両の平均速度予測値を演算する。

トンネル換気制御装置７の発生量演算部１２は、交通量予測部９により演算された交通量予測値と、平均速度予測部１０により演算された平均速度予測値に基づいて、トンネル内の車両から発生する有害物質の発生量を演算する。

ここで、交通量予測および平均速度予測から有害物質発生量を演算する方法に関して説明する。トンネル換気制御装置７は、トンネル内の交通量を予測し、トンネル内平均車側を予測し、トンネル内の車両存在台数を予測する。さらに、トンネル換気制御装置７は、各車両が排出する有害物質の量を予測し、各車両が排出する有害物質の量と、車両存在台数とに基づいて、有害物質の発生量を演算する。

交通量予測部９は、車両感知器４で得られた過去の単位時間毎の交通量データに基づいて、自己回帰モデルなどの統計手法により予測を行うことにより、交通量を予測することができる。例えば、交通量予測部９は、交通量Ｑを自己回帰モデルで予測する場合、Q(t+Δt)＝α₁×Q(t)＋α₂×Q(t−Δt)＋α₃×Q(t−2Δt)＋・・・＋βに基づいて交通量Ｑを予測することができる。なお、自己回帰モデルの係数および定数項は、統計的に最小二乗法等の係数決定部を用いて作成する。また、上記の式のQ(t)は、時刻ｔの交通量計測値である。Q(t+Δt)は、時刻(t＋Δt)の交通量予測値である。Δtは、演算周期である。α_nは、自己回帰モデルの係数である。βは、自己回帰モデルの定数項である。

また、平均速度予測部１０は、車両感知器４で得られた過去の単位時間毎の平均速度データに基づいて、自己回帰モデルなどの統計手法により予測を行うことにより、平均速度を予測することができる。平均速度予測部１０は、交通量予測部９と同様に自己回帰モデルを用いることにより平均速度を予測することができる。

トンネル換気制御装置７は、トンネルの交通状況を車両感知器４により検出した実績値を用いて、自己回帰モデルのパラメータを更新する構成であってもよい。

また、対象のトンネルが合流部を有する場合、トンネル換気制御装置７は、合流部に設置された車両感知器４の計測値（交通量等）をもとに、自己回帰モデル等の統計モデルを用いて合流部から流入する流入交通量を予測することができる。

この様にして、交通量予測値と平均速度予測値とが演算されれば、存在台数予測部１１は、トンネル内の車両の存在台数の予測値を演算することができる。

トンネル換気制御装置７は、交通量予測値Ｑｐ［台/h］および平均速度予測値Ｖｐ［km/h］を用いて、密度予測値Ｋｐ［台/km］＝Ｑｐ／Ｖｐを算出する。

また、Ｅｐ：存在台数予測値［台］、Ｋｐ：密度予測値［台/km］、Ｌ：トンネルの長さ［km］とした場合、トンネル換気制御装置７は、Ｅｐ＝Ｋｐ×Ｌに基づいて存在台数予測値を算出することができる。なお、トンネル内がある長さの区間に分割されている場合であっても、それぞれの区間を代表する車両感知器の計測値と、区間長を用いることで対応可能である。

このような処理で、存在台数予測部１１は、トンネル内の車両の存在台数予測値を演算する。また、合流部が存在する場合、存在台数予測部１１は、合流部に設置された車両感知器の計測値（交通量）を用いて、トンネル本線に流入する単位時間あたりの車両台数を演算し、存在台数に加味する。

発生量演算部１２は、車両単位の有害物質の発生量を演算し、車両単位の有害物質の発生量と、存在台数予測値とに基づいて、トンネル内の有害物質の発生量の予測値を演算する。

ここで、発生量演算部１２は、有害物質などの有害物質の発生量を以下のように算出する。トンネル内を走行する車両からは、有害物質等の有害物質が含まれた排気ガスが排出される。この排気ガスの成分や濃度は、車種や走行状態により大きく異なる。この為、発生量演算部１２は、一酸化炭素および煤煙の発生量を、大型車と小型車とでそれぞれ個別に算出する。

発生量演算部１２は、予め設定された車種毎の有害物質の排出量（排出量の平均値及び標準偏差）を記憶するメモリを備える。一例によると、一酸化炭素の排出量の平均値は、小型車、大型車共に0.005m³/(km・台)である。なお、車種毎の標準偏差の考慮は不要である。また、渋滞時の一酸化炭素の排出量は、小型車、大型車共に0.007m³/(km・台)である。

また、一例によると、視界に影響を与える黒煙などの煤煙の排出量の平均値は、小型車が0.3m³/(km・台)であり、大型車が1.5m³/(km・台)である。また、煤煙の排出量の標準偏差は、小型車が0.3m³/(km・台)であり、大型車が0.5m³/(km・台)である。

なお、有害物質の発生量の計算では、以下の値を使用する。
L:セクション 区間長 [m]
Ar:断面積 [m²]
Dr:代表寸法 [m]
Nph:時間交通量 [台/h]
Gam:大型車混入率 [-]
Vt:車速 [km/h]
Acl(=7.11):大型車前面投影面積 [m²]
Acs(=2.31):小型車前面投影面積 [m²]
Un:自然風速 [m/s] (交通方向を正)
Qe:排風機風量 [m³/s]
Nj:セクション1 JF台数 [台]
Aj:セクション1 JF吹出面積 [m²]
Uj:セクション1 JF吹出速度 [m/s]
Etj:セクション1 JF昇圧係数 [-]
VIref:VI目標値 [%]
COmax:CO許容値 [ppm]
Muvil(= 5.1):大型車の走行距離1[km]あたりの煤煙発生量 [m³/(km・m・台)]
Muvis(= 0.5):小型車の走行距離1[km]あたりの煤煙発生量 [m³/(km・m・台)]
Sgvil(= 2.3):大型車煤煙発生量の標準偏差 [m³/(km・m・台)]
Sgvis(= 0.7):小型車煤煙発生量の標準偏差 [m³/(km・m・台)]
Kgvi11:煤煙勾配補正係数 [-]
Mucol(=0.005):大型車の走行距離1[km]あたりのCO発生量 [m³/(km・台)]
Mucos(=0.005):小型車の走行距離1[km]あたりのCO発生量 [m³/(km・台)]
Rho(=1.2):空気密度 [kg/m³]
Lam(=0.025):壁面摩擦損失係数 [-]
Zte(=0.6):入口損失係数 [-]
Vts:車速[m/s]
Ur1:車道内風速[m/s]
発生量演算部１２は、まず最初に以下の数式１に基づいて等価抵抗面積を演算する。

発生量演算部１２は、次に以下の数式２に基づいて坑口外静圧Pn1を演算する。

発生量演算部１２は、次に以下の数式３に基づいて煤煙発生量Kvirefを演算する。

発生量演算部１２は、次に数式４に基づいて大型車・小型車を平均した煤煙発生量Muvi及び標準偏差Sgviを演算する。

発生量演算部１２は、次に数式５に基づいて分散を考慮した大型車煤煙発生量Muvi_l及び小型車煤煙発生量Muvi_sを演算する。

発生量演算部１２は、次に数式６に基づいて単位長さ・単位時間あたりの煤煙発生量Muvi11を演算する。

発生量演算部１２は、数式７に基づいて、大型車と小型車とを平均したCO発生量を演算する。

発生量演算部１２は、数式８に基づいて、単位長さ・単位時間あたりのCO発生量を演算する。

さらに、発生量演算部１２は、数式９に基づいて汚染濃度（CO濃度CO1及びVI値VI1）を演算する。

次に、分布演算部１３は、平均速度予測結果と有害物質の発生量とに基づいて、トンネル内の有害物質の分布を演算する。なお、本実施例のトンネルは、本線部と２つの分岐部から構成されている。まず本線部について説明する。

トンネルで分岐部から本線部に風が流れる場合、出口分岐部の有害物質が本線部に流入する。また、分岐部から出口坑口方向に風が流れる場合、本線部で発生した有害物質が分岐部に流出する。この際、分岐部から本線部への流出量と、本線部から分岐部への流出量との割合は、風量割合に基づいて算出することができる。

なお、分岐部の風速が順風（坑口側への風）である場合、分岐前の有害物質発生量Ｃmmと、分岐後の有害物質発生量Ｃmbとの関係は、次の数式１０により表される。

また、分岐部の風速が逆風（本線側への風）である場合、分岐前の有害物質発生量Ｃmmと、分岐後の有害物質発生量Ｃmbと、分岐部の有害物質発生量Ｃbbとの関係は、次の数式１１により表される。

分布演算部１３は、上記の数式１０及び１１の演算を実行することにより、分岐部を含むトンネル内の有害物質の分布状況を演算できる。

次に、漏れ出し量演算部１４は、有害物質の総発生量と、有害物質の分布状況演算結果と、漏れ出し率E_０と、に基づいて、トンネルの本線及び分岐部の各出口抗口から漏れ出しと予測される有害物質の漏れ出し量を算出する。

なお、坑口からの有害物質の漏れ出し率E_０は以下の文献１（「道路トンネル坑口における有害物質の漏れ出し特性」 山田隆司 他著、日本機械学会論文集（Ｂ編）６０巻５７７号（１９９４-９)）に記載されている公知の式を用いることにより、算出することができる。

漏れ出し量演算部１４は、有害物質の総発生量と、漏れ出し率E_０とを乗算することにより、本線部坑口から漏れ出ると予測される有害物質の漏れ出し量を演算することができる。

なお、漏れ出し量演算部１４は、予め過去の状況に基づいて算出された値を有害物質の漏れ出し率E_０として用いる構成であってもよい。

また、漏れ出し量演算部１４は、分岐部からの有害物質の漏れ出し量を演算する。まず、漏れ出し量演算部１４は、分岐部での有害物質の発生量を算出する。なお、風が分岐部の坑口側に流れている場合、漏れ出し量演算部１４は、上記した坑口における漏れ出し率E_０と、分岐部での有害物質の発生量とを乗算し、有害物質の漏れ出し量を演算する。また、風が分岐部から本線側に流れている場合、漏れ出し量演算部１４は、坑口における漏れ出し率を「０」に設定する。即ち、漏れ出し量演算部１４は、分岐部の坑口からの有害物質の漏れ出し量はないものと判断する。漏れ出し量演算部１４は、上記の処理を各坑口毎に行ない、各坑口からの有害物質の漏れ出し量を演算することができる。

次に、トンネル換気制御装置７の制御目標値設定部１６は、ユーザがマンマシンインターフェースであるＧＵＩ１５にて入力した換気制御パラメータ及び設定値と、許容漏れ出し量とに基づいて、漏れ出し制御の目標値を算出する。

例えば、制御目標値設定部１６は、１日を単位時間（例えば１時間単位）に分割し、分割した数で、１日の漏れ出し許容量を除算する。これにより、制御目標値設定部１６は、各単位時間における漏れ出しの許容量を設定することができる。また、制御目標値設定部１６は、図４に示されるように、分割時間毎に目標とする許容値を設定することができる。

例えば１時間単位で分割する場合、制御目標値設定部１６は、１日の許容量を２４で除算した結果を１時間単位の許容量と想定することができる。また、制御目標値設定部１６は、各１時間のインターバル内で１時間単位の許容量を超えないように単位時間ごとの漏れ出し量の許容値（目標値）を設定することができる。

また、交通量を考慮する場合、トンネル換気制御装置７は、制御目標値設定部１６の代わりに交通量分布分析部１９及び漏れ出し量許容値設定部２０を用いて単位時間ごとの漏れ出し量の許容値（目標値）を設定することができる。

交通量を考慮する場合、交通量分布分析部１９は、単位時間あたりの交通量データに基づいて、交通量の分布に関する分析を行う。交通量分布分析部１９は、例えば図５に示されるように、１時間を１つの単位時間（分割時間）とし、分割時間毎に交通量を演算する。漏れ出し量許容値設定部２０は、１日の交通量の合計値に対する分割時間毎の交通量の割合に基づいて、分割時間単位の漏れ出し量の許容値を演算することができる。

例えば、交通量分布分析部１９は、次の数式１２に基づいて分割単位毎のn番目の有害物質漏れ出し許容量Callow_nを算出する。

更に、交通量の変化に“ピークが２か所ある”等の特徴がある場合、交通量分布分析部１９は、交通量の時系列変化に応じて、分割時間を一定ではなく可変な時間間隔で設定してもよい。

例えば、交通量分布分析部１９は、交通量の１日分の積算量（累積交通量）と、積算量の時系列的な変化（時系列値）とに基づいて、時間を複数の分割時間に区分し、区分された分割時間毎に交通量の分布を分析する。交通量分布分析部１９は、例えば図６に示されるように、交通量の積算量がある一定の値に達する毎に１つの分割時間を区分する。これにより、交通量分布分析部１９は、交通量の多い時間帯の分割時間を短く設定し、交通量の少ない時間帯の分割時間を長く設定することができる。これにより、交通量分布分析部１９は、より交通量の実情にあったタイミングで分析結果を漏れ出し量許容値設定部２０に出力することができる。

また、交通量分布分析部１９は、過去のある一日または複数日の交通量の実績に基づいて、分割時間を設定する構成であってもよい。またさらに、交通量分布分析部１９は、交通量の変化を過去の履歴と比較し、類似性の高い日の交通量の実績に基づいて、分割時間を設定する構成であってもよい。

図７は、トンネル換気制御装置７の目標値を設定する処理の例を示す。なお、図７の例は、交通量を考慮した場合の処理の例を示す。

トンネル換気制御装置７は、まず、有害物質の１日の漏れ出し量の最大許容量を設定する（ステップＳ１１）。トンネル換気制御装置７は、例えば、１日の最大許容量をＧＵＩ１５などによる入力に基づいて設定する。また、トンネル換気制御装置７は、ネットワークで接続されたネットワーク上の他の装置から最大許容量を算出する為の情報を受け取る構成であってもよい。

トンネル換気制御装置７の交通量分布分析部１９は、過去の交通量の実績から、類似した交通量を抽出する（ステップＳ１２）。この場合、交通量分布分析部１９は、過去の交通量の時系列分布が類似した日の交通量の時間分布を利用する。

例えば、交通量分布分析部１９は、１日の始まり（例えば午前中、またはＸ時までなど）においては、月、曜日等が類似した履歴を検索し、検索された日の交通量分布を分析結果として利用する。

また、交通量分布分析部１９は、当日の交通量の時間推移と、過去の交通量の時系列分布とを比較し、最も類似した日の交通量分布を分析結果として利用する構成であってもよい。例えば、交通量分布分析部１９は、当日の交通量の時間推移と、過去の交通量の時系列分布とで、双方の絶対誤差が最少になるものを最も類似した日と判定する。

さらに、交通量分布分析部１９は、交通量（交通量分布）に基づいて、分割時間を区分する（ステップＳ１３）。

交通量分布分析部１９は、抽出した類似日の交通量分布から、分割時間を作成する。交通量分布分析部１９は、例えば、単位時間毎（５分毎等）の交通量データを積算し、交通量積算値を作成する。交通量分布分析部１９は、交通量積算値の推移を単位時間毎に確認し、交通量の積算値が、ある値を超えた場合、１つの分割時間を区分する。交通量分布分析部１９は、この処理を繰り返し、１日分の分割時間を作成する。

また、交通量分布分析部１９は、考慮する交通量積算値を１日の時間帯による可変とし、夜は少なめに、昼は多めに考える等の与え方も可能である。

交通量分布分析部１９は、１日の時間を分割する（ステップＳ１４）。交通量分布分析部１９は、ステップＳ１３で作成した分割時間に基づいて、１日の時間帯を複数の分割時間に分割する。なお、交通量分布分析部１９は、特に制御周期と同じである必要はなく、またすべての分割時間が同じ時間間隔である必要もない。

更に、１日の終盤（例えば午後、またはＹ時以降など）にかけて時間の分割を細かくする場合、交通量分布分析部１９は、１日の終わり（夕方から夜にかけて）に関して分割時間の時間幅を短くとることで、細かく管理することが可能となる。

交通量分布分析部１９は、類似した交通量の時間分布を抽出する（ステップＳ１５）。交通量分布分析部１９は、ステップＳ１２で抽出した類似した１日の交通量の分布を、ステップＳ１４で作成した分割時間毎に分割する。交通量分布分析部１９は、分割したそれぞれの時間帯の交通量積算値を演算する。交通量分布分析部１９は、時間帯毎の交通量積算値を分析結果として漏れ出し量許容値設定部２０に供給する。

漏れ出し量許容値設定部２０は、分割時間単位の交通量に基づいて時間単位毎の目標値（有害物質の漏れ出し量の許容値）を設定する。（ステップＳ１６）。漏れ出し量許容値設定部２０は、ステップＳ１５で演算された分割時間毎の交通量積算値の１日分の交通量積算値に対する割合を算出する。

漏れ出し量許容値設定部２０は、算出した割合と、１日の有害物質漏れ出し許容量とに基づいて、分割時間毎の目標値を演算する。即ち、漏れ出し量許容値設定部２０は、算出した割合と、１日の有害物質漏れ出し許容量とを乗算した値を分割時間毎の目標値として設定する。漏れ出し量許容値設定部２０は、１日分の全ての分割時間毎に上記の処理を行なう事により、１日分の分割時間毎の目標値を演算することができる。

また、トンネル換気制御装置７は、ＩＴＳ車載器等のプローブ情報に基づいて、普通車、大型車、及びＥＶ車の割合を取得する構成であってもよい。この場合、トンネル換気制御装置７は、交通量をそのまま利用するのではなく、普通車、大型車、及びＥＶ車の割合を補正係数として有害物質の排出量の演算に用いる。

例えば、発生量演算部１２は、ＥＶ車からの有害物質の排出量が０になり、大型車からの有害物質の排出量が普通車からの有害物質の排出量に比べて多くなるように各補正係数を設定する。発生量演算部１２は、設定した補正係数を用いて上記の数式１乃至９の演算を行うことにより、より高い精度で有害物質の発生量を演算することができる。

この様に、トンネル換気制御装置７の制御目標演算部１７は、分割時間毎に演算された漏れ出し許容量と、漏れ出し量演算部１４により演算された有害物質漏れ出し量とに基づいて、制御目標値を演算する。この場合、トンネル換気制御装置７は、各坑口毎に漏れ出し許容量を演算し、各坑口毎に有害物質漏れ出し量を演算し、各坑口毎に制御目標値を演算する。

即ち、制御目標演算部１７は、漏れ出し量の制御の目標値と、有害物質漏れ出し量演算部１４により算出した漏れ出し量とを用いて、現在までの有害物質の総漏れだし量を算出する。制御目標演算部１７は、現在までの有害物質の総漏れだし量を算出し、制御目標を演算する。

また、制御目標演算部１７は、有害物質の漏れ出し量の制御の目標値を１日分で許容される有害物質の総漏れ出し許容量に基づいて算出する構成であってもよい。制御目標演算部１７は、上記の方法を用いて、最終的に１日の有害物質の漏れ出し量が、許容量を超えないように制御する。これにより、制御目標演算部１７は、１日の有害物質の漏れ出し量を許容量内に抑え、且つ、換気設備が最小限の運転を行うように制御することができる。

また、トンネル内の換気制御では、坑口からの有害物質の漏れ出し量のみでなく煤煙濃度を許容値以下に抑制すること、及び換気設備の使用電力量を最小限に抑制することなどの複数の目的が考慮される必要がある。

そこで、トンネル換気制御装置７は、煤煙濃度の許容値を制御目標とする、または、換気設備の使用電力を算出し、算出した使用電力の許容値を目標とするなどの構成であってもよい。

換気設備風量設定部１８は、制御目標演算部１７により算出された制御目標値に基づいて、ジェットファン５または排風機６などの換気設備の風量を設定する。これにより、トンネル換気制御装置７は、各坑口から漏れ出る一日分の有害物質の量が、一日分の許容値以下になるように換気設備を制御することできる。さらに、トンネル換気制御装置７は、各坑口から漏れ出る分割時間毎の有害物質の量が、分割時間毎の許容値以下になるように換気設備を制御することできる。

上記したように、トンネル換気制御装置７は、トンネル内に分岐部を有するトンネルの有害物質漏れ出し量を交通量に応じて制限することができる。これにより、トンネル換気制御装置７は、トンネル周辺環境をより改善できる。この結果、トンネル換気制御装置７は、より効率的に換気を行うトンネル換気制御装置を提供することができる。

また、トンネル内に合流部を有する場合、トンネル換気制御装置７は、交通量予測を行う際に、合流部からの流入交通量を加味する。これにより、トンネル換気制御装置７は、交通量予測の精度を向上させることができる。トンネル換気制御装置７は、合流部の流入交通量を合流部に設置されている車両感知器の計測結果に基づいて判断する。また、トンネル換気制御装置７は、合流部の交通量計測値を用いて自己回帰モデルを用いて合流部の流入交通量を予測する構成であってもよい。

また、換気設備の風量を選択する選択部は、制御目的としてトンネル坑口からの有害物質の漏れ出し量のみでなく、有害物質発生量演算結果をもとにした煤煙濃度分布、または換気設備の使用電力をもとにして、風量を選択することもできる。

また、トンネル換気制御装置７は、制御目的の優先順位を設定する優先順位設定部を有してもよい。優先順位設定部は、トンネル坑口からの有害物質の漏れ出し量、煤煙濃度分布、換気設備の使用電力等の制御目的に応じた優先順位を記憶するメモリを有する。トンネル換気制御装置７は、優先順位に応じた制御目的を制御するように換気設備の風量を設定することができる。なお、優先順位設定部は、優先順位をパラメータとしてメモリに記憶する。また、優先順位設定部は、ＧＵＩ１５により入力された情報に基づいて、メモリ内の優先順位のパラメータを変更する構成であってもよい。

なお、換気設備風量設定部１８は、トンネルの坑口からの有害物質の漏れ出し量のみでなく、煤煙濃度分布や換気設備の使用電力等の複数の要素を総合的に評価し、換気設備の風量を設定する構成であってもよい。

また、分布演算部１３は、分岐部、または合流部の交通量予測の演算結果に基づいて算出された割合から有害物質の分布演算を行う構成であってもよい。なお、有害物質は、上記したように、例えば窒素酸化物（ＮＯｘ）、煤煙、または一酸化炭素（ＣＯ）などである。

トンネル換気制御装置７は、トンネル本線部の出口坑口のみの有害物質の漏れ出し制御の目標値を設定するのではなく、トンネルの全坑口に対し、それぞれ漏れ出し制御の目標値を設定する構成であってもよい。

なお、上述の各実施の形態で説明した機能は、ハードウエアを用いて構成するに留まらず、ソフトウエアを用いて各機能を記載したプログラムをコンピュータに読み込ませて実現することもできる。また、各機能は、適宜ソフトウエア、ハードウエアのいずれかを選択して構成するものであっても良い。

なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。

１…風向風速計、２…ＣＯ計、３…ＶＩ計、４…車両感知器、５…ジェットファン、６…排風機、７…トンネル換気制御装置、８…計測値取得部、９…交通量予測部、１０…平均速度予測部、１１…存在台数予測部、１２…発生量演算部、１３…分布演算部、１４…漏れ出し量演算部、１５…ＧＵＩ、１６…制御目標値設定部、１７…制御目標演算部、１８…換気設備風量設定部、１９…交通量分布分析部、２０…量許容値設定部。

Claims (6)

1. 車両が通過する本線部と分岐部とを有するトンネルの空気を換気する換気設備を制御するトンネル換気制御装置であって、
   前記本線部の坑口と、前記分岐部坑口と、を通過する前記車両の台数及び速度を計測し、交通情報を取得する交通センサと、
   前記本線部及び前記分岐部の風速をそれぞれ計測する風速センサと、
   前記車両から排出される有害物質が前記トンネルから漏れ出る漏れ出し量の許容値を設定する許容値設定部と、
   前記換気設備の風量を設定する風量設定部と、
   前記交通情報に基づいて前記トンネル内の交通量を予測する交通量予測演算部と、
   前記交通情報に基づいて前記車両の平均速度を予測する平均速度予測部と、
   交通量の予測結果と、平均速度の予測結果とに基づいて、前記本線部及び前記分岐部での有害物質の発生量をそれぞれ演算する発生量演算部と、
   前記本線部及び前記分岐部の風速の計測値と、前記本線部及び前記分岐部での有害物質の発生量と、に基づいて、前記本線部の坑口及び前記分岐部の坑口からの有害物質の漏れ出し量をそれぞれ算出する漏れ出し量演算部と、
   前記漏れ出し量の許容値に基づいて、前記交通量に応じた幅の単位時間毎の漏れ出し量の目標値を作成する漏れ出し量目標値作成部と、
   前記単位時間毎の漏れ出し量の目標値と、前記漏れ出し量演算部により演算された前記漏れ出し量と、に基づいて前記風量設定部の風量を設定する制御部と、
   を具備するトンネル換気制御装置。
2. 前記漏れ出し量目標値作成部は、前記許容値設定部により設定された漏れ出し量の許容値を単位時間の数で除算した値を単位時間毎の漏れ出し量の目標値として作成する、請求項１に記載のトンネル換気制御装置。
3. 前記漏れ出し量目標値作成部は、交通量の積算量が予め設定された値を超える毎に１つの単位時間を作成する、請求項１に記載のトンネル換気制御装置。
4. 前記交通量予測演算部は、過去の交通量の履歴を記憶するメモリを備え、前記過去の交通量の履歴の中で最も当日の交通量に類似した日を特定し、特定した日の履歴に基づいて当日の交通量を予測する、請求項１に記載のトンネル換気制御装置。
5. 前記発生量演算部は、交通量の予測結果と、平均速度の予測結果と、前記交通量中の大型車と普通車との割合と、に基づいて、前記本線部及び前記分岐部での有害物質の発生量をそれぞれ演算する、請求項１に記載のトンネル換気制御装置。
6. 前記発生量演算部は、交通量の予測結果と、平均速度の予測結果と、前記交通量中の大型車と普通車とＥＶ車との割合と、に基づいて、前記本線部及び前記分岐部での有害物質の発生量をそれぞれ演算する、請求項１に記載のトンネル換気制御装置。

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