JP6834390B2

JP6834390B2 - 水位推定プログラム、水位推定方法、および水位推定装置

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Publication number: JP6834390B2
Application number: JP2016223568A
Authority: JP
Inventors: 祐輔樋田
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2016-11-16
Filing date: 2016-11-16
Publication date: 2021-02-24
Anticipated expiration: 2036-11-16
Also published as: JP2018080509A

Description

本発明は、水位推定プログラム、水位推定方法、および水位推定装置に関する。

豪雨時の浸水を防ぐために、例えば、下水道内の水位を計算する氾濫解析が用いられる。下水道内の水位を計算する氾濫解析では、マンホール等の排水施設が雨水を集水する領域に対応する排水区毎に行われる。このような氾濫解析には、例えば、降雨情報と、排水区に関する情報とが用いられる。

特開第２００７−２０４９３２号公報

氾濫解析に用いられる降雨量には、例えば、降雨観測に用いられるメッシュ（降雨メッシュ）毎に測定された情報が用いられる。また、排水区は、排水施設標高、流水方向等に基づいて設定される。そして、排水区に割り当てられた降雨メッシュの降雨量に基づいて、排水区の排水先の下水道内の水位を算出することが考えられる。

降雨メッシュが広範であり、降雨メッシュに排水区が含まれる場合、降雨メッシュの領域の区切りと排水区の領域の区切りとの対応付けを考慮することなく、下水道水位の推定を行うことができる。降雨メッシュの大きさが、観測技術の向上により小さくなると、排水区の領域の区切りと、降雨メッシュの領域の区切りとの対応付けが適切でなかった場合、下水道水位の推定精度が低下する。

１つの側面として、本発明は、下水道水位の推定精度を向上させることを目的とする。

１つの態様では、水位推定プログラムは、対象領域における、降雨観測に用いられるメッシュそれぞれの降雨情報を取得し、前記メッシュそれぞれの降雨情報の、排水施設に接続される下水道の水位に対する影響度合いを示す重みを算出し、前記対象領域における、前記排水施設が雨水を集水する領域に対応する排水区と、前記メッシュそれぞれとの対応関係を示す対応情報と、算出された前記重みにより重み付けされた前記降雨情報とに基づいて、前記下水道の水位を推定する処理をコンピュータに実行させ、前記重みの算出では、前記メッシュそれぞれについての前記重みで重み付けされた前記メッシュのそれぞれの降雨情報に基づいて算出される前記排水施設への流入量と前記排水施設への実際の流入量との誤差であって、過去の前記降雨情報と前記実際の流入量との関係毎に算出される前記誤差についての総和が最小となる前記重みを算出する。

１つの側面によれば、本発明は、下水道水位の推定精度を向上させることができる。

排水施設周辺の外観の一例を示す図である。排水区と排水区に対応する降雨メッシュの例を示す図である。水位推定装置の一例を示す図である。対象領域の例を示す図である。各降雨メッシュの過去の降雨量データの例を示す図である。下水道の過去の水位データを示す図である。降雨量と下水道水位との相関係数の算出方法を示す図である。式（２）の各値を示す図である。水位データをずらした時間毎の相関係数を示す図である。下水道水位の推定における降雨メッシュの要否を示す図である。排水区と降雨メッシュとの対応関係を示す対応情報の例を示す図である。各降雨メッシュの降雨量の例を示す図である。実施形態の処理の流れの一例を示すフローチャートである。図１３のステップＳ１０５の処理の流れを示すフローチャートである。水位推定装置のハードウェア構成の一例を示す図である。

以下、図面を参照して、実施形態について説明する。図１は、排水施設周辺の外観の一例を示す図である。

図１に示すように、地表面に降った雨水は、通常、雨が降ったエリアよりも標高が低い領域に設置されている排水施設１に流れる。排水施設１は、例えば、マンホール、グレーチング、雨水枡等であってよい。

そして、排水施設１に流入した雨水は、排水施設１に接続された下水道管２に流れる。図１の下水道管２内の斜線部分は、雨水を示す。

地表面に降った雨水は、蒸発や地表面への浸透により減少することも考えられるが、大半は下水道（下水道管２）に流入する。そのため、降雨量（降雨強度）と下水道水位は関係性が強い。例えば、下水道の上流エリアに降る雨は、下流の下水道水位（下水道管２内の水位）に影響を与える。しかし、下水道の下流エリアで降る雨は、通常、上流の下水道水位に影響は与えない。

排水施設への経路は、降雨地点から排水施設１までに存在するゴミや草木等の外乱の影響を受ける場合がある。しかし、ゴミや草木等の外乱の高精度なモデル化は容易ではなく、地表面上の流水経路を正確にモデル化することは容易ではない。また、排水区の境界付近の排水方向や、ゴミ等の外乱による排水施設への流入効率への影響を正確に算出することは容易ではない。

図２は、排水区と排水区に対応する降雨メッシュの例を示す図である。図２（ａ）、（ｂ）において、斜線部分は、排水区を示す。また、図２（ａ）、（ｂ）において、矩形部分は降雨メッシュを示す。

降雨メッシュは、降雨観測に用いられる区画である。すなわち、降雨メッシュ毎に降雨量データが測定されている。

排水区は排水施設に対応付けられており、該排水区は排水施設が雨水を集水する領域に対応する。実施形態では、所定の排水区に降った雨水は、該排水区に対応付けられた排水施設に流入するものとする。

図２（ａ）は、排水区の面積が降雨メッシュの面積より小さい例を示す。図２（ａ）に示す例では、一つの排水区は一つの降雨メッシュに含まれる。図２（ａ）に示す排水区は、例えば、各地点の標高および排水施設の標高、地表面勾配、建物情報、地形情報等に基づいて算出された排水区である。

上述のように、流水経路を正確にモデル化することは容易ではない。従って、排水区の境界を正確に定めることは容易ではなく、図２に示した排水区の境界は、正確でない可能性がある。

図２（ａ）に示す例では、降雨メッシュに排水区が含まれ、排水区に対応する降雨メッシュが一つであるため、排水区に対応する降雨量データは一つである。従って、排水区の境界が正確に定められていなくても、推定された排水区の面積と、降雨メッシュの降雨量に基づいて、排水施設（下水道）への雨水の流入量を推定することが可能である。排水施設への雨水の流入量は、例えば、以下の式のように算出される。

排水施設への雨水の流入量[m³/h]＝排水区面積[m²]×降雨メッシュの降雨量[m/h]
なお、以下の説明において、排水施設への雨水の流入量を単に流入量と記載することがある。

流入量と、下水道水位とは、ほぼ比例するため、流入量に基づいて下水道水位を算出することが可能である。

図２（ｂ）は、降雨メッシュの面積が排水区の面積より小さい例を示す。図２（ｂ）は、図２（ａ）に示す降雨メッシュを１６分割した例を示す。近年、観測技術の向上により、降雨メッシュの大きさはより小さくなる傾向にある。図２（ｂ）に示す例では、排水区に少なくとも一部が重なる降雨メッシュが複数存在する。

例えば、図２（ｂ）に示す１６分割された降雨メッシュの全てを流入量の算出に用いた場合、以下の式（１）のように流入量を算出することが考えられる。式（１）において、ｆ（ｘ）は、流入量を示す。Ｓは、排水区の面積を示す。ｘ_１，ｘ_２，．．．，ｘ_ｉ．．．，ｘ_ｎは、各降雨メッシュの降雨量を示す。ｎは、降雨メッシュ数を示す。図２（ｂ）に示す例では、ｎ＝１６である。

しかし、例えば、排水区と重なっていない降雨メッシュや、排水区と部分的に重なる降雨メッシュを流入量の算出に用いた場合、適切な値とならない可能性がある。また、上述のように、図２に示す排水区の境界は、正確でない可能性があるため、図２に示す排水区に含まれる降雨メッシュを流入量の推定に用いることも適切でない可能性がある。

図２（ｂ）では、降雨メッシュの面積が排水区の面積より小さい例を示した。ただし、降雨メッシュの面積が排水区の面積より大きくても、排水区が複数の降雨メッシュと重なる場合がある。降雨メッシュの面積が排水区の面積より大きく、排水区が複数の降雨メッシュと重なる場合、図２（ｂ）に示す例と同様に、流入量及び下水道水位が適切な値とならない可能性がある。

降雨量は、降雨メッシュ毎に測定される。そのため、排水区に対応する降雨メッシュを適切に選択することにより、降雨量に基づいて、下水道水位の推定精度を向上させることができると考えられる。以上のように、降雨メッシュの面積が排水区の面積より小さい、または排水区が複数の降雨メッシュと重なる場合、排水区にどの降雨メッシュが対応するかを適切に選択することにより、下水道水位の推定精度を向上させることができると考えられる。すなわち、排水区の領域の区切りと、降雨メッシュの領域の区切りとの対応付けを適切に行うことにより、下水道水位の推定精度を向上させることができると考えられる。

＜水位推定装置の一例＞
図３は、水位推定装置の一例を示す図である。水位推定装置３は、通信部１１と、算出部１２と、推定部１３と、記憶部１４とを含む。

通信部１１は、下水道水位の推定に用いられる各種データを受信する。
算出部１２は、通信部１１を介して、排水施設を指定する情報を取得する。指定される排水施設は、水位を推定する対象の下水道に接続する排水施設である。

対象領域は、指定された排水施設に基づいて特定される領域である。また、対象領域は、降雨メッシュの降雨量の取得対象となる領域である。

算出部１２は、指定された排水施設に対応する排水区（仮の排水区）を、例えば、各地点の標高および排水施設の標高、地表面勾配、建物情報、地形情報等に基づいて算出してもよい。そして、算出部１２は、仮の排水区の領域に基づいて対象領域を算出してもよい。

算出部１２は、例えば、仮の排水区と少なくとも一部が重複する降雨メッシュの領域を対象領域としてもよい。また、算出部１２は、例えば、仮の排水区との距離が所定の第１距離以下の領域を対象領域としてもよい。

図４は、対象領域の例を示す図である。図４において、各降雨メッシュに付与されている番号は、降雨メッシュを識別するメッシュ番号である。図４に示す対象領域は、メッシュ番号１〜１６の全ての降雨メッシュを含む領域である。図４に示す点線の領域は、仮の排水区を示す領域である。記憶部１４には、図４に示すような、対象領域、降雨メッシュ及び仮の排水区を示す情報が記憶される。

なお、算出部１２が、仮の排水区及び対象領域を算出せずに、通信部１１が、仮の排水区の領域と、対象領域を示す情報を外部の記憶装置等から取得してもよい。

算出部１２は、通信部１１を介して、対象領域における各降雨メッシュの過去の降雨情報（以下、降雨量データと称する）を外部の記憶装置等から取得する。また、算出部１２は、通信部１１を介して、指定された排水施設に接続する下水道の過去の水位を示す情報（以下、水位データと称する）を外部の記憶装置等から取得する。

そして、算出部１２は、取得した過去の降雨量データと、過去の水位データとに基づいて、指定された排水施設が雨水を集水する領域に対応する排水区と各降雨メッシュとの対応関係を算出する。算出部１２は、算出された対応関係を示す情報（対応情報）を記憶部１４に記憶させる。

次に、算出部１２による対応関係の算出処理の例について、説明する。
図５は、各降雨メッシュの過去の降雨量データの例を示す図である。図５に示す降雨量データは、通信部１１により取得されたデータであり、記憶部１４に記憶される。図５（ａ）〜（ｃ）に示すように、単位時間（10min）毎の降雨量は、降雨メッシュ毎に異なる。なお、取得する降雨量データの時間範囲は、図５に示す範囲に限られない。

図６は、下水道の過去の水位データを示す図である。図６に示す水位データは、通信部１１により取得されたデータであり、記憶部１４に記憶される。なお、取得される水位データの時間範囲は、図６に示す範囲に限られない。取得される水位データの時間範囲は、例えば、降雨量データの時間範囲に対応した時間範囲である。

算出部１２は、過去の降雨量データと下水道の過去の水位データとの相関を示す相関係数を算出する。算出部１２は、降雨メッシュそれぞれの降雨量データと、水位データとのいずれか一方を時間軸方向にずらして相関係数を算出する処理を繰り返す。そして、算出部１２は、降雨メッシュについて算出された相関係数のうち最大となる相関係数が相関閾値未満となる降雨メッシュを下水道の水位の推定対象から除外する。

図７は、降雨量と下水道水位との相関係数の算出方法を示す図である。図７に示す降雨量データは、図５（ｂ）に示す降雨量データである。水位データは、図６に示す水位データである。算出部１２は、図７に示すように降雨量データを固定して、水位データを所定時間毎に前にずらす処理を繰り返し行う。なお、算出部１２は、水位データを固定して、降雨量データを所定時間毎に後ろにずらす処理を繰り返し行ってもよい。

算出部１２は、例えば、下記の式（２）を用いて、相関係数を算出する。図８は、式（２）の各値を示す図である。図８に示すように、式（２）において、ｎは相関係数を計算するデータ数、ｉは計測時間、ｋは水位データをずらした時間を示す。なお、式（２）の例では、ｉおよびｋの時間単位を１０分とする。また、ｘ_i-kは、ｘ_ｉをｋ時間ずらした場合の下水道水位、ｙ_ｉは、時間ｉの降雨量を示す。また、Ｒは相関係数、Ｘは、ｘ_i-k（ｉ＝１〜ｎ）の平均値、Ｙは、ｙ_ｉ（ｉ＝１〜ｎ）の平均値を示す。

算出部１２は、所定数のｋについて式（２）に示す相関係数を計算する。すなわち、算出部１２は、水位データの時間をずらして相関係数を算出する処理を所定回数繰り返す。

図９は、水位データをずらした時間毎の相関係数を示す図である。図９に示すように、水位データをずらした時間（式（２）のｋ）に応じて、相関係数が異なる。また、ある時間において、相関係数が最大となる。

そして、算出部１２は、降雨メッシュについて算出された相関係数のうち第１基準以上（例えば、最大）の相関係数を、対象領域の排水区と降雨メッシュと対応関係の一つとして、記憶部１４に記憶させる。

そして、算出部１２は、相関係数に基づいて、下水道の水位の推定に用いる降雨メッシュを選択する。算出部１２は、例えば、相関係数が、所定の閾値（相関閾値）以上であるか判定する。そして、算出部１２は、相関係数が相関閾値以上である場合、相関閾値以上である相関係数の算出対象の降雨メッシュを下水道水位の推定に用いる降雨メッシュとして選択する。

算出部１２は、下水道水位の推定に用いる降雨メッシュとして選択したか否かを示す情報を、対象領域の排水区と降雨メッシュとの対応関係の一つとして、記憶部１４に記憶させる。

相関係数は、例えば、実際に排水施設が集水する領域が降雨メッシュと重なる面積により変化することが考えられる。例えば、実際に排水施設が集水する領域が降雨メッシュと重なる面積が小さい場合に相関係数が低いと考えられる。

図１０は、下水道水位の推定における降雨メッシュの要否を示す図である。図１０において、各降雨メッシュに付与されている番号は、降雨メッシュを識別するメッシュ番号である。また、斜線で示された降雨メッシュは、相関係数が相関閾値以上の降雨メッシュである。すなわち、斜線で示された降雨メッシュの降雨量は、後述の下水道水位の推定において使用される。

また、図１０に示す点線は、予め設定された仮の排水区を示す。下水道水位の推定に用いる降雨メッシュが選択されたことにより、図１０に示す例では、斜線部分の領域が新たな排水区とみなされる。

そして、算出部１２は、選択した降雨メッシュの面積の合計を算出し、算出結果を新たな排水区の面積として記憶部１４に記憶させる。

以上のように、算出部１２は、降雨量データと水位データとの相関度合いを示す相関係数を、全ての降雨メッシュについて算出する。下水道水位は、降雨メッシュの降雨量に基づいて算出されるため、降雨量データと水位データとの相関係数が低い降雨メッシュが下水道水位の推定に用いられると、下水道水位の推定精度が低くなる可能性がある。

よって、水位推定装置３は、相関係数が低い降雨メッシュを下水道水位の推定から除外する。下水道水位の推定精度を低下させる可能性がある、相関係数が低い降雨メッシュが、下水道水位の推定の対象から除外されることで、下水道水位の推定精度を向上させることができる。

次に、算出部１２は、各降雨メッシュについて、降雨量の下水道水位に対する影響度合いを示す重みを算出する。なお、算出部１２は、相関係数が相関閾値より低い降雨メッシュについて、重み算出の対象から除外してもよい。

算出部１２は、例えば、重回帰分析により流入量を求める式を仮定することにより、重みを算出する。下記式（３）は、排水施設への流入量を算出するための式である。式（３）において、ｆ（ｘ）は、流入量を示す。Ｓ’は、新たな排水区の面積を示す。ｎ’は、上記の相関係数の算出において、相関係数が相関閾値以上の降雨メッシュ数を示す。降雨量ｘ_１，ｘ_２，．．．，ｘ_ｉ．．．，ｘ_ｎは、上記の相関係数の算出において、相関係数が相関閾値以上である降雨メッシュの降雨量である。ａ_ｉは、各降雨メッシュの重みを示す。

算出部１２は、流入量ｆ（ｘ）と、降雨量ｘ_１，ｘ_２，．．．，ｘ_ｉ，．．．，ｘ_ｎの過去のデータを取得する。そして、算出部１２は、例えば、最小２乗法を用いて、流入量及び降雨量の値と、取得したデータと式（３）で示される値との誤差の和が最小となる、重みａ_ｉを算出する。

例えば、降雨メッシュ（降雨量データ）が２つであれば、式（３）は平面を表す。算出部１２は、式（３）により表現される平面と取得したデータとの差分の和が最小になる、重みａ_ｉを算出する。

重みは、例えば、降雨地点から排水施設までの流水経路におけるゴミ等の影響により変化すると考えられる。また、重みは、例えば、実際に排水施設が集水する排水領域が降雨メッシュと重なる面積により変化すると考えられる。例えば、排水領域が降雨メッシュと重なる面積が小さい場合に、重みは低くなることが考えられる。

以上のように、算出部１２が重みを算出することにより、各降雨メッシュの降雨量が下水道水位に与える影響度合いを算出することができる。そして、式（３）に示すように降雨量に重み付けをすることにより、後述の下水道の推定において推定精度を向上させることができる。

図１１は、排水区と降雨メッシュとの対応関係を示す対応情報の例を示す図である。算出部１２は、相関係数と重みを算出することにより、図１１に示すような対応情報を生成する。対応情報は、排水区毎（排水施設毎）に算出され、記憶部１４に記憶される。図１１に示すように、対応情報は、各降雨メッシュに、相関係数と、下水道水位の推定に使用するか否かを示す情報（使用／除外）と、重みとが対応付けられた情報である。

図１１に示す例では、下水道水位の算出に使用するか否かの決定に用いた相関閾値は０．５であるとする。すなわち、算出部１２は、相関係数が０．５以上である場合に「使用／除外」列に「使用」を設定している。また、算出部１２は、相関係数が０．５未満である場合に「使用／除外」列に「除外」を設定している。なお、相関閾値は、他の値であってもよい。

次に、図３の推定部１３の処理について説明する。
推定部１３は、通信部１１を介して、各降雨メッシュの降雨量データを取得する。推定部１３が取得する降雨量データは、例えば、測定されたデータのうちの最新のデータである。推定部１３は、取得した降雨量データを記憶部１４に記憶させる。推定部１３は、算出部１２により算出された新たな排水区に含まれる降雨メッシュ（相関係数が相関閾値以上となる降雨メッシュ）の降雨量データのみ取得してもよい。つまり、推定部１３は、対象領域に含まれる降雨メッシュであって新たな排水区に含まれない降雨メッシュの降雨量データを取得しなくてもよい。

推定部１３は、取得された降雨情報と算出された対応情報とに基づいて、排水施設に接続される下水道の水位を推定する。通常、流入量と下水道水位は、ほぼ比例する。そのため、推定部１３は、まず、対応情報と降雨情報とに基づいて、排水施設への流入量を推定する。

図１２は、各降雨メッシュの降雨量の例を示す図である。図１２に示すように、記憶部１４には、対象領域に含まれる降雨メッシュを識別するメッシュ番号と、各降雨メッシュの降雨量とが記憶される。

推定部１３は、例えば、取得した各降雨メッシュの降雨量と、算出部１２により算出された新たな排水区面積及び各降雨メッシュの重みとを、上記式（３）に代入することにより、流入量を算出する。すなわち、推定部１３は、新たな排水区面積と、降雨量に重み付けを行った値に基づいて、下水道の水位を推定する。また、相関係数が相関閾値未満となる降雨メッシュは、下水道水位の推定対象から除外される。

図１１、図１２に示すデータを用いた場合、式（３）により、流入量は以下のように算出される。図１１に示すように、メッシュ番号１、１６は、推定対象から除外されているため、流入量の算出には用いられない。メッシュ番号２、３は、推定対象として選択されているため、流入量の算出に用いられる。

なお、メッシュ番号４〜１５については、記載を省略している。メッシュ番号４〜１５については、流入量の算出に用いられる場合もあり、用いられない場合もある。また、図１０に示すように、下水道水位の推定に使用される降雨メッシュの数は１０であるためｎ’は１０となる。また、新たな排水区の面積は1250[m²]であるとする。以上の条件における流入量は、以下のようになる。

流入量[m³/h]＝1250[m²]×（0.01[m/h]×1.0＋0.005[m/h]×0.5＋．．．）/10
そして、推定部１３は、流入量に基づいて、下水道水位を推定する。上述のように、通常、流入量と下水道水位がほぼ比例するため、推定部１３は、例えば、流入量に所定の係数を乗算して下水道水位を推定する。その場合、推定部１３は、過去の流入量データと下水道水位データを取得して、予め所定の係数を算出していてもよい。

なお、上記の例では、算出部１２は、相関係数の算出と重みの算出を両方行っているが、いずれか一方のみ行ってもよい。算出部１２が相関係数の算出を行わない場合、例えば、推定部１３は、対象領域内の全ての降雨メッシュの降雨量を下水道水位の推定に用いる。算出部１２が重みの算出を行わない場合、推定部１３は、式（３）において重みａ_ｉを全て１．０として、流入量を算出してもよい。

また、算出部１２が相関係数と重みを算出し、図１１に示すような対応情報を出力するのではなく、通信部１１が、図１１に示すような対応情報を取得してもよい。そして、推定部１３は、取得された対応情報と降雨情報に基づいて、下水道水位を推定してもよい。

＜実施形態の処理の流れの一例＞
図１３は、実施形態の処理の流れの一例を示すフローチャートである。

算出部１２は、通信部１１を介して、排水施設を指定する情報を取得する（ステップＳ１０１）。指定される排水施設は、下水道水位を推定する対象の下水道に接続する排水施設である。

算出部１２は、指定された排水施設に基づいて、対象領域を特定する（ステップＳ１０２）。対象領域は、後述する降雨メッシュの降雨量を取得する処理の対象となる領域である。

算出部１２は、通信部１１を介して、対象領域における各降雨メッシュの過去の降雨量データを取得する（ステップＳ１０３）。

算出部１２は、通信部１１を介して、指定された排水施設に接続する下水道の過去の水位データを取得する（ステップＳ１０４）。

算出部１２は、取得した過去の降雨量データと、過去の水位データとに基づいて、指定された排水施設が雨水を集水する領域に対応する排水区と各降雨メッシュとの対応関係を算出する（ステップＳ１０５）。そして、算出部１２は、算出された対応関係を示す対応情報を記憶部１４に記憶させる。算出部１２の対応関係の算出について、詳しくは後述する。

推定部１３は、通信部１１を介して、新たな排水区に含まれる各降雨メッシュの降雨量を示す降雨情報（例えば、最新の降雨情報）を取得する（ステップＳ１０６）。

推定部１３は、算出された対応情報と取得した降雨情報とに基づいて、指定された排水施設に接続される下水道の水位を推定する（ステップＳ１０７）。

ステップＳ１０７において、推定部１３は、例えば、算出された対応情報と、取得された降雨情報とに基づいて、排水施設への流入量を推定する。推定部１３は、例えば、上記の式（３）に、排水区面積、重み、降雨量を代入することにより流入量を推定する。そして、推定部１３は、流入量に基づいて、下水道水位を推定する。

＜対応関係の算出処理の流れの一例＞
算出部１２の対応関係の算出処理の流れを説明する。図１４は、図１３のステップＳ１０５の処理の流れを示すフローチャートである。

算出部１２は、降雨メッシュ毎の繰り返し処理を開始する（ステップＳ２０１）。
算出部１２は、対象の降雨メッシュの降雨量データと水位データとの相関度合いを示す相関係数を算出する（ステップＳ２０２）。

ステップＳ２０２において、算出部１２は、例えば、降雨量データと水位データを所定時間前にずらしたデータとの相関を算出する。そして、算出部１２は、降雨データと水位データのいずれか一方の時間をずらして相関を算出する処理を所定回数繰り返し、最大の相関係数を、降雨量データと水位データとの相関係数とする。

算出部１２は、全ての降雨メッシュについてステップＳ２０２を実行した場合、繰り返し処理を終了する（ステップＳ２０３）。

算出部１２は、ステップＳ２０２で算出した相関係数に基づいて、水位の推定に用いる降雨メッシュを選択する（ステップＳ２０４）。算出部１２は、ステップＳ２０２で算出した相関係数が相関閾値以上である場合、その相関係数の算出対象の降雨メッシュを下水道水位の推定に用いる降雨メッシュとして選択する。また、選択された降雨メッシュを含む領域が新たな排水区となる。

算出部１２は、各降雨メッシュについて、降雨量の下水道水位に対する影響度合いを示す重みを算出する（ステップＳ２０５）。算出部１２は、例えば、例えば、流入量を求める式（例えば、式（３））を仮定し、重回帰分析により重みを算出する。

算出部１２は、ステップＳ２０１〜Ｓ２０５での処理結果を、排水区と降雨メッシュとの対応関係を示す対応情報として記憶部１４に記憶させる（ステップＳ２０６）。対応情報は、図１１の例に示すように、各降雨メッシュを示すメッシュ番号に、相関係数と、水位の推定に使用するか否かを示す情報（使用／除外）と、重みとが対応付けられた情報である。

以上のように、水位推定装置３は、排水区と降雨メッシュとの対応関係を示す対応情報と、降雨情報とに基づいて、排水施設に接続される下水道の水位を推定する。よって、水位推定装置３は、降雨メッシュの縮小化に対応することができるので、下水道水位の推定精度を向上させることができる。

例えば、推定部１３は、降雨量データと水位データとの相関係数が相関閾値未満である降雨メッシュ（下水道水位との相関度合いが低い降雨メッシュ）を除外して下水道水位の推定を行うため、下水道水位の推定精度を向上させることができる。

また、対応情報は、降雨量の下水道水位に対する影響度合いを示す重みを含む。そして、推定部１３は、降雨量に重み付けをした値を用いて下水道水位を推定するため、降雨量の下水道水位に対する影響度合いを考慮した下水道水位を推定することができる。

＜水位推定装置のハードウェア構成の一例＞
次に、図１５の例を参照して、水位推定装置のハードウェア構成の一例を説明する。図１５の例に示すように、バス１００に対して、プロセッサ１１１とRandom Access Memory(RAM)１１２とRead Only Memory(ROM)１１３とが接続される。また、該バス１００に対して、補助記憶装置１１４と媒体接続部１１５と通信インタフェース１１６とが接続される。

プロセッサ１１１はＲＡＭ１１２に展開されたプログラムを実行する。実行されるプログラムとしては、実施形態における処理を行う水位推定プログラムが適用されてもよい。

ＲＯＭ１１３はＲＡＭ１１２に展開されるプログラムを記憶する不揮発性の記憶装置である。補助記憶装置１１４は、種々の情報を記憶する記憶装置であり、例えばハードディスクドライブや半導体メモリ等を補助記憶装置１１４に適用してもよい。媒体接続部１１５は、可搬型記録媒体１１８と接続可能に設けられている。

可搬型記録媒体１１８としては、可搬型のメモリや光学式ディスク（例えば、Compact Disc(CD)やDigital Versatile Disc(DVD))、半導体メモリ等を適用してもよい。この可搬型記録媒体１１８に実施形態の処理を行う水位推定プログラムが記録されていてもよい。

図３に示す記憶部１４は、ＲＡＭ１１２や補助記憶装置１１４等により実現されてもよい。図３に示す通信部１１は、通信インタフェース１１６により実現されてもよい。図３に示す算出部１２、及び推定部１３は、与えられた水位推定プログラムをプロセッサ１１１が実行することにより実現されてもよい。

ＲＡＭ１１２、ＲＯＭ１１３、補助記憶装置１１４および可搬型記録媒体１１８は、何れもコンピュータ読み取り可能な有形の記憶媒体の一例である。これらの有形な記憶媒体は、信号搬送波のような一時的な媒体ではない。

＜その他＞
本実施形態は、以上に述べた実施の形態に限定されるものではなく、本実施形態の要旨を逸脱しない範囲内で種々の構成または実施形態を取ることができる。

１排水施設
２下水道管
３水位推定装置
１１通信部
１２算出部
１３推定部
１４記憶部
１１１プロセッサ
１１２ＲＡＭ
１１３ＲＯＭ

Claims

対象領域における、降雨観測に用いられるメッシュそれぞれの降雨情報を取得し、
前記メッシュそれぞれの降雨情報の、排水施設に接続される下水道の水位に対する影響度合いを示す重みを算出し、
前記対象領域における、前記排水施設が雨水を集水する領域に対応する排水区と、前記メッシュそれぞれとの対応関係を示す対応情報と、算出された前記重みにより重み付けされた前記降雨情報とに基づいて、前記下水道の水位を推定する
処理をコンピュータに実行させ、
前記重みの算出では、前記メッシュそれぞれについての前記重みで重み付けされた前記メッシュのそれぞれの降雨情報に基づいて算出される前記排水施設への流入量と前記排水施設への実際の流入量との誤差であって、過去の前記降雨情報と前記実際の流入量との関係毎に算出される前記誤差についての総和が最小となる前記重みを算出する
ことを特徴とする水位推定プログラム。
前記対応情報は、前記メッシュそれぞれの過去の降雨情報と、前記下水道の過去の水位を示す情報とに基づく情報である
ことを特徴とする請求項１記載の水位推定プログラム。
前記メッシュそれぞれの過去の降雨情報と前記下水道の過去の水位との相関を示す相関係数を算出し、
前記相関係数に基づいて、前記下水道の水位の推定に用いる前記メッシュを選択する
処理を前記コンピュータに実行させることを特徴とする請求項１又は２記載の水位推定プログラム。
前記メッシュそれぞれの過去の降雨情報と、前記下水道の過去の水位とのいずれか一方を時間軸方向にずらして前記相関係数を算出する処理を繰り返し、前記メッシュについて算出された相関係数のうち最大となる相関係数が相関閾値未満となる該メッシュを前記下水道の水位の推定対象から除外する
処理を前記コンピュータに実行させることを特徴とする請求項３記載の水位推定プログラム。
前記排水施設は、マンホールを含む
ことを特徴とする請求項１乃至４のうち何れか１項に記載の水位推定プログラム。
前記排水施設は、グレーチングを含む
ことを特徴とする請求項１乃至５のうち何れか１項に記載の水位推定プログラム。
対象領域における、降雨観測に用いられるメッシュそれぞれの降雨情報を取得し、
前記メッシュそれぞれの降雨情報の、排水施設に接続される下水道の水位に対する影響度合いを示す重みを算出し、
前記対象領域における、前記排水施設が雨水を集水する領域に対応する排水区と、前記メッシュそれぞれとの対応関係を示す対応情報と、算出された前記重みにより重み付けされた前記降雨情報とに基づいて、前記下水道の水位を推定する
処理をコンピュータが実行し、
前記重みの算出では、前記メッシュそれぞれについての前記重みで重み付けされた前記メッシュのそれぞれの降雨情報に基づいて算出される前記排水施設への流入量と前記排水施設への実際の流入量との誤差であって、過去の前記降雨情報と前記実際の流入量との関係毎に算出される前記誤差についての総和が最小となる前記重みを算出する
ことを特徴とする水位推定方法。
対象領域における、降雨観測に用いられるメッシュそれぞれの降雨情報を取得する通信部と、
前記メッシュそれぞれの降雨情報の、排水施設に接続される下水道の水位に対する影響度合いを示す重みを算出する算出部と、
前記対象領域における、前記排水施設が雨水を集水する領域に対応する排水区と、前記メッシュそれぞれとの対応関係を示す対応情報と、算出された前記重みにより重み付けされた前記降雨情報とに基づいて、前記下水道の水位を推定する推定部と、
を備え、
前記算出部は、前記メッシュそれぞれについての前記重みで重み付けされた前記メッシュのそれぞれの降雨情報に基づいて算出される前記排水施設への流入量と前記排水施設への実際の流入量との誤差であって、過去の前記降雨情報と前記実際の流入量との関係毎に算出される前記誤差についての総和が最小となる前記重みを算出する
ことを特徴とする水位推定装置。