JP6965640B2 - 雨量推定装置、雨量推定方法、雨量推定プログラム、流入量推定装置 - Google Patents

Description

本発明は、雨量推定装置、雨量推定方法、雨量推定プログラム、流入量推定装置に関する。

貯水設備などの運用計画を立てる場合、水系に関する情報を正確に把握することが重要である。そのためには雨量を正確に把握しなければならない。

関連する技術として特許文献１、特許文献２などの技術が知られている。特許文献１には、現在時刻から任意の未来時刻までの降雨量を予測する技術が開示されている。また、特許文献２には、過去の天気概況や天気予報に基づいて降水量を予測する技術が開示されている。

特開２０１５−１１３５８７号公報 特開２０１０−１６４５５７号公報

しかしながら、特許文献１、２には、雨量計が異常状態になった場合に異常状態の雨量計の雨量を推定することについて開示されていない。しかし、雨量計が異常状態になると、異常状態の雨量計の雨量を利用できないため、貯水設備などの運用計画を立てる際に支障がでる。なお、雨量計が異常状態であるとは、例えば、雨量計自体の機器故障、雨量計と雨量を管理する設備との間の通信遮断、積雪や凍結により雨量計が正常に機能しない状態などである。

本発明の一側面に係る目的は、異常状態の雨量計の雨量を推定する雨量推定装置、雨量推定方法、雨量推定プログラム、流入量推定装置を提供することである。

本発明に係る一つの形態である雨量推定装置は、異常状態の雨量計を検出した場合、異常状態の雨量計が過去に正常状態のときに計測した第一の雨量情報と、異常状態の雨量計以外の雨量計が過去に正常状態のときに計測した第二の雨量情報とを用いて異常状態の雨量計の雨量を推定する。

また、雨量推定装置は、第一の雨量情報と第二の雨量情報とを用いて回帰式の係数又は重み付け平均の重みを算出する係数算出部と、回帰式の係数又は重み付け平均の重みと、異常状態の雨量計以外の雨量計が計測した雨量とを用いて異常状態の雨量計の雨量を推定する雨量推定部と、を有する。

また、雨量推定装置は、異常状態の雨量計と、異常状態の雨量計以外の雨量計との距離を用いて、距離係数を算出する係数算出部と、距離係数と、異常状態の雨量計以外の雨量計が計測した雨量とを用いて異常状態の雨量計の雨量を推定する雨量推定部と、を有する。

なお、雨量推定装置は、異常状態の雨量計と相関が高い雨量計、又は、異常状態の雨量計に近い雨量計を、異常状態の雨量計以外の雨量計として選択する。

更に、貯水設備への流入量を算出する流入量推定装置は、雨量推定装置が異常状態の雨量計に対して推定した雨量を用いて、貯水設備への流入量を推定する。

異常状態の雨量計の雨量が推定できる。

雨量推定装置及び流入量推定装置を有するシステムの一例を示す図である。 雨量推定装置の一例を示す図である。 雨量計の選択を説明するための図である。 雨量推定装置の動作の一例を示す図である。 雨量計情報のデータ構造の一例を示す図である。 流入量の推定を説明するための図である。 流入量推定装置の一例を示す図である。 コンピュータのハードウェアの一例を示す図である。

以下図面に基づいて実施形態について詳細を説明する。
図１は、雨量推定装置１及び流入量推定装置２を有するシステムの一例を示す図である。図１の例においてシステムは、雨量推定装置１、流入量推定装置２、ネットワーク３、雨量計Ｒａ、Ｒｂ、Ｒｃ、放流量算出部Ｄ、流量計Ｆを有している。なお、システムの構成は図１に限定されるものではない。

雨量推定装置１は、異常状態の雨量計を検出した場合、異常状態の雨量計が過去に正常状態のときに計測した第一の雨量情報と、異常状態の雨量計以外の雨量計が過去に正常状態のときに計測した第二の雨量情報とを用いて、異常状態の雨量計の雨量を推定する。

流入量推定装置２は、例えば、ダムなどの貯水設備より上流の水系から、対象の貯水設備（対象貯水設備）へ流入する水の流入量を算出する装置である。
ネットワーク３は、有線（光ファイバを含む）や無線を用いた通信網である。

雨量計Ｒａ、Ｒｂ、Ｒｃは、雨量（又は降水量）を計測し、計測した雨量を示す情報又は信号を、ネットワーク３を介して雨量推定装置１又は流入量推定装置２に送信する。なお、雨量計Ｒａ、Ｒｂ、Ｒｃは、例えば、貯水型雨量計や転倒ます型雨量計などである。以降、雨量を示す情報又は信号を雨量と呼ぶことがある。

放流量算出部Ｄは、対象貯水設備より上流に設けられた貯水設備（上流貯水設備）を管理する施設などに設けられ、上流貯水設備が下流の河川へ向けて水を放流した放流量を算出し、算出した放流量を示す情報又は信号を、ネットワーク３を介して流入量推定装置２に送信する。

流量計Ｆは、対象貯水設備より上流の河川の流量を計測する。流量計Ｆは、例えば、プロペラ式流量計、スクリュー式流量計、超音波流量計、超音波ドップラー多層流向流速計などである。また、流量計Ｆは、計測した流量を示す情報又は信号を、ネットワーク３を介して流入量推定装置２に送信する。

雨量推定装置１の説明をする。
図２は、雨量推定装置１の一例を示す図である。雨量推定装置１は、計算部２０、記憶部２１、通信部２２を有する。また、計算部２０は、雨量計異常検出部２３、雨量計選択部２４、係数算出部２５、雨量推定部２６を有する。

計算部２０は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、マルチコアＣＰＵ、プログラマブルなデバイス（ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）やＰＬＤ（Programmable Logic Device）など）を用いて構成される回路である。また、計算部２０は、その内部又は外部に記憶部を備え、記憶部に記憶されている雨量推定プログラムを読み出して実行する。

記憶部２１は、例えば、図１に示す雨量計Ｒａ、Ｒｂ、Ｒｃごとに、雨量計Ｒａ、Ｒｂ、Ｒｃそれぞれが過去に計測した雨量と、雨量を計測した日時とを関連付けて雨量情報として記憶する。また、記憶部２１は、雨量計Ｒａ、Ｒｂ、Ｒｃごとに、雨量計の設置位置を示す位置情報を記憶する。なお、記憶部２１は、雨量計それぞれとの距離を示す距離情報を記憶してもよい。更に、記憶部２１は、天気、気温、積雪量、降雪量、融雪量、雨量計の異常状態を示す情報と、日時とを関連付けて記憶してもよい。

通信部２２は、流入量推定装置２や雨量計Ｒａ、Ｒｂ、Ｒｃなどの雨量推定装置１の外部に設けられた装置や計測機器などと、ネットワーク３を介して通信をする。

雨量計異常検出部２３は、例えば、以下に示す（検出１）（検出２）（検出３）の方法などを用いて、異常状態の雨量計を検出する。

（検出１）：雨量計異常検出部２３は、例えば、図１において雨量計Ｒａから雨量計自体が機器故障をしていることを示す情報又は信号を取得した場合、雨量計Ｒａを異常状態の雨量計として検出する。また、雨量計異常検出部２３は、例えば、雨量計Ｒａと雨量推定装置１との間で通信遮断が発生していることを示す情報又は信号を取得した場合、雨量計Ｒａを異常状態の雨量計として検出する。

（検出２）：雨量計異常検出部２３は、記憶部２１に記憶されている雨量情報を取得し、雨量情報に異常があるか否かを判定し、雨量情報に異常がある場合、異常がある雨量情報に対応する雨量計を、異常状態の雨量計として検出する。例えば、図１において雨量計Ｒａの雨量情報に異常がある場合、雨量計異常検出部２３は雨量計Ｒａを異常状態の雨量計として検出する。雨量情報に異常があるか否かの判定は、例えば、同じ雨量が一定期間（例えば、一日以上）継続した場合や、記憶部２１に記憶された雨量の最大値を超えた場合（過去の雨量の最大値を大きく上回る場合）や、周辺の雨量計が計測した雨量とかけ離れた雨量である場合などに、雨量情報が異常であるとする。なお、同じ雨量が一定期間継続する原因は、例えば、雨量計自体の機器故障や、雨量計と雨量推定装置１との間の通信遮断や、積雪や凍結により雨量計が正常に機能しないことなどが考えられる。

（検出３）：雨量計異常検出部２３は、ネットワーク３を介して天気を示す情報を取得し、雨量計が設置されている地域の天気を特定し、特定した天気とその雨量計の雨量とを比較し、雨量計が異常であるか否かを判定してもよい。例えば、図１において雨量計Ｒａが設置されている地域に雨が降っているにもかかわらず、雨量計Ｒａが雨量を計測していない場合、雨量計Ｒａを異常状態の雨量計として検出する。

雨量計選択部２４は、例えば、以下に示す（選択１）（選択２）（選択３）の方法などを用いて、異常状態の雨量計の雨量を推定する際に用いる異常状態の雨量計以外の雨量計を選択する。

（選択１）：雨量計選択部２４は、異常状態の雨量計と相関が高い雨量計を、異常状態の雨量計以外の雨量計として選択する。異常状態の雨量計と相関が高い雨量計とは、例えば、異常状態の雨量計が過去に正常状態であるときに計測した第一の雨量情報と、異常状態の雨量計以外の正常状態の雨量計が過去に計測した第二の雨量情報との相関が高い雨量計である。第一の雨量情報と第二の雨量情報との相関が高いとは、第一の雨量情報と第二の雨量情報とを用いて算出した相関係数が、予め記憶した所定の相関係数より高いことである。所定の相関係数は、過去の雨量情報や実験やシミュレーションにより決定する。

図３は、雨量計の選択を説明するための図である。雨量計Ｒａは山１に設置された異常状態の雨量計である。雨量計Ｒｂ、Ｒｃは雨量計Ｒａが設置されている山１の斜面と同じ斜面に設置され、雨量計Ｒｄ、Ｒｅは雨量計Ｒａが設置されている山１の斜面と異なる斜面に設置され、雨量計Ｒｆは山１と異なる山２に設置され、雨量計Ｒｇは山１と異なる山３に設置されている。（選択１）では、例えば、異常状態の雨量計Ｒａの第一の雨量情報と、雨量計Ｒｂ、Ｒｃ、Ｒｄ、Ｒｅ、Ｒｆ、Ｒｇそれぞれの第二の雨量情報との相関係数を用いて算出し、相関係数が所定の相関係数より高い雨量計を、異常状態の雨量計以外の雨量計として選択する。

（選択２）：雨量計選択部２４は、異常状態の雨量計に近い雨量計を、異常状態の雨量計以外の雨量計として選択する。異常状態の雨量計に近い雨量計とは、例えば、異常状態の雨量計と異常状態の雨量計以外の雨量計との距離が、予め記憶された所定の距離内にある雨量計を、異常状態の雨量計以外の雨量計として選択する。（選択２）の手法を用いる理由は、異常状態の雨量計と異常状態の雨量計以外の雨量計との相関は、異常状態の雨量計との距離が遠くなるほど低くなる傾向があるため、所定の距離Ｌｔｈにある雨量計を使用する。

例えば、図３に示す異常状態の雨量計Ｒａと、雨量計Ｒｂ、Ｒｃ、Ｒｄ、Ｒｅ、Ｒｆ、Ｒｇそれぞれとの距離Ｌａｂ、Ｌａｃ、Ｌａｄ、Ｌａｅ、Ｌａｆ、Ｌａｇを、記憶部２１に記憶されている雨量計Ｒａ、Ｒｂ、Ｒｃ、Ｒｄ、Ｒｅ、Ｒｆ、Ｒｇそれぞれの位置情報Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃ、Ｐｄ、Ｐｅ、Ｐｆ、Ｐｇに基づいて算出する。続いて、算出した距離Ｌａｂ、Ｌａｃ、Ｌａｄ、Ｌａｅ、Ｌａｆ、Ｌａｇそれぞれと所定の距離Ｌｔｈとを比較し、所定の距離Ｌｔｈより短い距離に設置されている雨量計がある場合、その雨量計を異常状態の雨量計以外の雨量計として選択する。所定の距離Ｌｔｈは、過去の雨量情報や実験やシミュレーションにより決定する。なお、上記では位置情報を用いて距離を算出したが、記憶部２１に距離情報が記憶されている場合には、距離情報を距離として用いてもよい。

また、雨量計Ｒａを中心に所定の距離Ｌｔｈ内に雨量計が設置されている場合でも、その雨量計が標高の高い山の山頂を挟んだ逆側に設置されている場合、例えば、図３に示す雨量計Ｒａと雨量計Ｒｄ、Ｒｅとの位置関係にあるような場合は、雨の降り方が変わるため、その雨量計を選択しなくてもよい。

また、雨量計それぞれが設置されている環境により、所定の距離Ｌｔｈは変更してもよい。例えば、標高差や季節風の影響などにより変更することが望ましい。

（選択３）：雨量計選択部２４は、異常状態の雨量計と相関が高く、かつ異常状態の雨量計に近い雨量計を、異常状態の雨量計以外の雨量計として選択してもよい。

なお、（選択１）（選択２）（選択３）において選択する雨量計は一つ以上あればよいが、局所的に雨が降る場合もあるため、雨量計は複数使用することが望ましい。

図２の係数算出部２５は、異常状態の雨量計と相関が高い雨量計がある場合、すなわち（選択１）（選択３）で相関が高い雨量計を選択した場合、回帰式の係数又は重み付け平均の重みを算出する。また、係数算出部２５は、異常状態の雨量計と相関が高い雨量計がない場合、すなわち（選択１）で相関が高い雨量計が選択できなかった場合、異常状態の雨量計と（選択２）で選択した異常状態の雨量計以外の雨量計との距離を用いて、距離係数を算出する。なお、係数算出部２５の詳細については後述する。

図２の雨量推定部２６は、異常状態の雨量計と相関が高い雨量計がある場合、すなわち（選択１）（選択３）で相関が高い雨量計を選択した場合、係数算出部２５で算出した回帰式の係数又は重み付け平均の重みと、異常状態の雨量計以外の雨量計が計測した雨量とを用いて異常状態の雨量計の雨量を推定する。また、雨量推定部２６は、異常状態の雨量計と相関が高い雨量計がない場合、すなわち（選択１）で相関が高い雨量計が選択できなかった場合、係数算出部２５で算出した距離係数と、異常状態の雨量計以外の雨量計が計測した雨量とを用いて異常状態の雨量計の雨量を推定する。なお、雨量推定部２６の詳細については後述する。

異常状態の雨量計の雨量推定について説明をする。
図４は、雨量推定装置１の動作の一例を示す図である。ステップＳ１において、雨量推定装置１（雨量計異常検出部２３）は異常状態の雨量計を検出する。異常状態の雨量計を検出した場合（Ｓ１：Ｙｅｓ）にはステップＳ２の処理に移行し、異常状態の雨量計を検出しない場合（Ｓ１：Ｎｏ）にはステップＳ２からＳ４に示す処理をせずに終了する（図４に示す処理をしない）。

ステップＳ２において、雨量推定装置１（雨量計選択部２４）は、異常状態の雨量計と相関が高い雨量計がある場合（Ｓ２：Ｙｅｓ）にはステップＳ３に移行する（上記（選択１）（選択３））。なお、異常状態の雨量計と相関が高い雨量計がない場合（Ｓ２：Ｎｏ）にはステップＳ４に移行する（上記（選択２））。なお、上記（選択１）（選択２）（選択３）の選択は手動で行ってもよい。

ステップＳ３において、雨量推定装置１（係数算出部２５）は、異常状態の雨量計の第一の雨量情報と、選択した雨量計の第二の雨量情報との相関係数を用いて、回帰式の係数または重み付け平均の重みを算出する。続いて、雨量推定装置１（雨量推定部２６）は、回帰式の係数または重み付け平均の重みと選択した雨量計が計測した雨量とを用いて異常状態の雨量計の雨量を推定する。

ステップＳ４において、雨量推定装置１（係数算出部２５）は、異常状態の雨量計と選択した雨量計の距離とを用いて距離係数を算出する。続いて、雨量推定装置１（雨量推定部２６）は、距離係数と選択した雨量計が計測した雨量とを用いて異常状態の雨量計の雨量を推定する。

ステップＳ３について説明をする。係数算出部２５は、以下に示す（相関１）〜（相関５）の方法を用いて、異常状態の雨量計の雨量を推定する際に用いる係数（回帰式の係数又は重み付け平均の重み）を算出する。

（相関１）：雨量推定装置１（係数算出部２５）は、異常状態の雨量計と相関が高い選択した雨量計が一つの場合、相関が高い雨量計の雨量を異常状態の雨量計の雨量（推定値）とする。また、推定値には係数α１を乗算してもよいものとする。係数α１は、異常状態の雨量計の第一の雨量情報と、選択した雨量計の第二の雨量情報とで回帰分析を行い、回帰式の係数Ａ１を係数α１とする。例えば、図３に示す雨量計Ｒａと相関が高い雨量計が雨量計Ｒｂしかない場合、雨量計Ｒａと雨量計Ｒｂの回帰式の係数がＡ１であれば、回帰式の係数Ａ１を係数α１とする。

続いて、雨量推定装置１（雨量推定部２６）は、係数α１と選択した雨量計が計測した雨量とを用いて異常状態の雨量計の雨量を推定する。式１を参照。

ＥＲａ＝α１×Ｒｂｍ 式１
ＥＲａ：雨量計Ｒａの推定雨量［ｍｍ／ｈ］

なお、式１では、係数として回帰式の係数α１を用いて雨量を推定したが、式１に更に回帰式の切片を足してもよい。

（相関２）：雨量推定装置１（係数算出部２５）は、異常状態の雨量計と相関が高い選択した雨量計が複数ある場合、異常状態の雨量計の第一の雨量情報と、選択した雨量計それぞれの第二の雨量情報との相関係数を用いて、選択した雨量計ごとに相関推定係数を算出する。すなわち、雨量推定装置１（係数算出部２５）は、選択した雨量計ごとに算出した相関係数それぞれを、算出した相関係数の総和で除算し、選択した雨量計ごとに相関推定係数（重み付け平均の重み）を算出する。

続いて、雨量推定装置１（雨量推定部２６）は、選択した雨量計ごとに算出した相関推定係数と、選択した雨量計が計測した雨量とを用いて、異常状態の雨量計の雨量を推定する。すなわち、選択した雨量計ごとに、相関推定係数とその相関推定係数に対応する雨量計が計測した雨量とを乗算し、乗算した値すべてを加算し、加算した値を異常状態の雨量計が計測したと見做せる雨量（推定雨量）とする。

例えば、図３に示す雨量計Ｒａと相関が高い雨量計が雨量計Ｒｂ、Ｒｃの場合、雨量計Ｒａと雨量計Ｒｂの相関係数がＡで、雨量計Ｒａと雨量計Ｒｃの相関係数がＢであれば、雨量推定装置１（係数算出部２５）は、相関係数Ａ、Ｂを用いて相関推定係数α、βを算出する。式２を参照。

α＝Ａ／（Ａ＋Ｂ） 式２
β＝Ｂ／（Ａ＋Ｂ）

続いて、雨量推定装置１（雨量推定部２６）は、相関推定係数α、βと、相関推定係数αに対応する雨量計Ｒｂが計測した雨量Ｒｂｍと、相関推定係数βに対応する選択した雨量計Ｒｃが計測したＲｃｍとを用いて、異常状態の雨量計Ｒａの雨量を推定する。式３を参照。

ＥＲａ＝α×Ｒｂｍ＋β×Ｒｃｍ 式３
ＥＲａ：雨量計Ｒａの推定雨量［ｍｍ／ｈ］
Ｒｂｍ：雨量計Ｒｂが計測した雨量［ｍｍ／ｈ］
Ｒｃｍ：雨量計Ｒｃが計測した雨量［ｍｍ／ｈ］

なお、選択した雨量計が三つ以上の場合も同様の方法で算出することができる。

（相関３）：（相関２）では、式３を用いて雨量計Ｒａの雨量を推定したが、異常状態の雨量計と相関が高い雨量計Ｒｂ、Ｒｃがある場合、所定時間１に雨量計Ｒｂが計測した複数の雨量の平均又は重み付け平均と、所定時間２に雨量計Ｒｃが計測した複数の雨量の平均又は重み付け平均とを加算して、異常状態の雨量計Ｒａの雨量を推定してもよい。所定時間１は、異常状態の雨量計Ｒａと選択した雨量計Ｒｂとの距離、標高差及び周辺環境により決まり、所定時間２は、異常状態の雨量計Ｒａと選択した雨量計Ｒｃとの距離、標高差及び周辺環境により決まる。

なお、選択した雨量計が三つ以上の場合も同様の方法で算出することができる。

（相関４）：雨量推定装置１（係数算出部２５）は、異常状態の雨量計の第一の雨量情報と、選択した雨量計の第二の雨量情報との間に時間に依存する相関がある場合、時間に依存する影響を考慮して相関推定係数を算出する。言い換えると、雨量推定装置１（係数算出部２５）は、第一の雨量情報と第二の雨量情報との相関が時間に依存する場合、第一の雨量情報と、第一の雨量情報に対して時間ズレのある第二の雨量情報それぞれに対して相関推定係数を算出する。なお、時間に依存する原因は、例えば、異常状態の雨量計との距離が遠いことなどが考えられる。

図５は、雨量計情報５１のデータ構造の一例を示す図である。雨量計情報５１は、識別番号、雨量情報、位置情報を有する。識別情報は、雨量計を識別する情報で、例えば、雨量計を識別する「Ｒａ」「Ｒｂ」「Ｒｃ」「Ｒｄ」「Ｒｅ」「Ｒｆ」などを示す情報が記憶されている。雨量情報は、雨量を計測した日時と計測した雨量とが関連付けられた情報である。例えば、識別番号「Ｒａ」に対応する雨量情報には、「日時１」と「日時１」に計測した雨量「Ｄａ１」、「日時２」と「日時２」に計測した雨量「Ｄａ２」、「日時３」と「日時３」に計測した雨量「Ｄａ３」、「日時４」と「日時４」に計測した雨量「Ｄａ４」、「日時５」と「日時５」に計測した雨量「Ｄａ５」、「日時６」と「日時６」に計測した雨量「Ｄａ６」が関連付けられている。なお、識別番号「Ｒｂ」から「Ｒｆ」についても、同じように雨量を計測した日時と、その日時に計測した雨量とが関連付けられている。また、図５において日時は、「日時１」が最新の日時を示し、新しい日時順に「日時２」、「日時３」、「日時４」、「日時５」、「日時６」を示している。

例えば、図５において、雨量計Ｒａの雨量情報「Ｄａ１」「Ｄａ２」「Ｄａ３」「Ｄａ４」（日時１から日時４まで第一の雨量情報）と、雨量計Ｒｄの雨量情報「Ｄｄ２」「Ｄｄ３」「Ｄｄ４」「Ｄｄ５」（「日時２」から「日時５」までの第二の雨量情報）とに、所定時間３の時間ズレがある時間に依存する相関があるとする。その場合、雨量推定装置１（係数算出部２５）は、第一の雨量情報「Ｄａ１」「Ｄａ２」「Ｄａ３」「Ｄａ４」と、雨量計Ｒｆの第二の雨量情報「Ｄｄ２」「Ｄｄ３」「Ｄｄ４」「Ｄｄ５」との相関係数Ａｔを算出する。

また、図５において、雨量計Ｒａの雨量情報「Ｄａ１」「Ｄａ２」「Ｄａ３」「Ｄａ４」（「日時１」から「日時４」まで第一の雨量情報）と、雨量計Ｒｅの雨量情報「Ｄｅ３」「Ｄｅ４」「Ｄｅ５」「Ｄｅ６」（「日時３」から「日時６」までの第二の雨量情報）とに、所定時間４の時間ズレがある時間に依存する相関があるとする。その場合、雨量推定装置１（係数算出部２５）は、第一の雨量情報「Ｄａ１」「Ｄａ２」「Ｄａ３」「Ｄａ４」と、雨量計Ｒｅの第二の雨量情報「Ｄｅ３」「Ｄｅ４」「Ｄｅ５」「Ｄｅ６」との相関係数Ｂｔを算出する。

なお、所定時間３は、異常状態の雨量計Ｒａと選択した雨量計Ｒｂとの距離、標高差など周辺環境により決まり、所定時間４は、異常状態の雨量計Ｒａと選択した雨量計Ｒｃとの距離、標高差などの周辺環境により決まる。

続いて、雨量推定装置１（係数算出部２５）は、雨量計Ｒａと雨量計Ｒｄとの相関係数Ａｔと、雨量計Ｒａと雨量計Ｒｅとの相関係数Ｂｔとを用いて、相関推定係数αｔ、βｔを算出する。式４を参照。

αｔ＝Ａｔ／（Ａｔ＋Ｂｔ） 式４
βｔ＝Ｂｔ／（Ａｔ＋Ｂｔ）

続いて、雨量推定装置１（雨量推定部２６）は、相関推定係数αｔ、βｔと、相関推定係数αｔに対応する雨量計Ｒｆが「日時２」に計測した雨量Ｒｆｍｔ（現在の時刻より所定時間３前の時刻に計測した雨量）と、相関推定係数βｔに対応する選択した雨量計Ｒｃが「日時３」に計測したＲｇｍｔ（現在の時刻ｔ０より所定時間４前の時刻に計測した雨量）とを用いて、異常状態の雨量計Ｒａの雨量を推定する。式５を参照。

ＥＲａ＝αｔ×Ｒｆｍｔ＋βｔ×Ｒｇｍｔ 式５
ＥＲａ：雨量計Ｒａの推定雨量［ｍｍ／ｈ］
Ｒｆｍｔ：雨量計Ｒｆが計測した雨量［ｍｍ／ｈ］
Ｒｇｍｔ：雨量計Ｒｇが計測した雨量［ｍｍ／ｈ］

なお、選択した雨量計が三つ以上の場合も同様の方法で算出することができる。

（相関５）：（相関４）では、式５を用いて雨量計Ｒａの雨量を推定したが、異常状態の雨量計と時間に依存する相関が高い雨量計Ｒｆ、Ｒｇがある場合、所定時間３に雨量計Ｒｆが計測した複数の雨量の平均又は重み付け平均と、所定時間４に雨量計Ｒｇが計測した複数の雨量の平均又は重み付け平均とを加算して、異常状態の雨量計Ｒａの雨量を推定してもよい。

なお、選択した雨量計が三つ以上の場合も同様の方法で算出することができる。

ステップＳ４について説明をする。
（距離）：雨量推定装置１（係数算出部２５）は、異常状態の雨量計と相関が高い雨量計がない場合（（選択１）で相関が高い雨量計が選択できなかった場合）、異常状態の雨量計と（選択２）で選択した雨量計との距離を用いて、距離係数を算出する。

続いて、雨量推定装置１（雨量推定部２６）は、選択した雨量計ごとに算出した距離係数と、選択した雨量計が計測した雨量とを用いて、異常状態の雨量計の雨量を推定する。すなわち、選択した雨量計ごとに、距離係数とその距離係数に対応する雨量計が計測した雨量とを乗算し、乗算した値すべてを加算し、加算した値を異常状態の雨量計が計測したと見做せる雨量（推定雨量）とする。

例えば、雨量推定装置１（係数算出部２５）は、異常状態の雨量計Ｒａ以外の雨量計として雨量計Ｒｂ、Ｒｃが選択された場合、雨量計Ｒａと雨量計Ｒｂとの距離Ｌａｂと、雨量計Ｒａと雨量計Ｒｃとの距離Ｌａｃとを用いて、距離係数αＬ、βＬを算出する。式６を参照。距離係数は、推定したい雨量計までの距離が小さいほど、大きな値となるように設定すればよい。

αＬ＝Ｌａｃ／（Ｌａｂ＋Ｌａｃ） 式６
βＬ＝Ｌａｂ／（Ｌａｂ＋Ｌａｃ）
（Ｌａｂ＋Ｌａｃ）：距離の総和

続いて、雨量推定装置１（雨量推定部２６）は、距離係数αＬ、βＬと、距離係数αＬに対応する雨量計Ｒｂが計測した雨量Ｒｂｍと、距離係数βＬに対応する選択した雨量計Ｒｃが計測したＲｃｍとを用いて、異常状態の雨量計Ｒａの雨量を推定する。式７を参照。

ＥＲａ＝αＬ×Ｒｂｍ＋βＬ×Ｒｃｍ 式７
ＥＲａ：雨量計Ｒａの推定雨量［ｍｍ／ｈ］
Ｒｂｍ：雨量計Ｒｂが計測した雨量［ｍｍ／ｈ］
Ｒｃｍ：雨量計Ｒｃが計測した雨量［ｍｍ／ｈ］

なお、選択した雨量計が三つ以上の場合も同様の方法で算出することができる。

このように上記雨量推定装置１を用いることにより、異常状態の雨量計を検出した場合、異常状態の雨量計が過去に正常状態のときに計測した第一の雨量情報と、異常状態の雨量計以外の雨量計が過去に計測した第二の雨量情報とを用いて、異常状態の雨量計の雨量を推定することができる。

流入量推定装置２について説明をする。

図６は、流入量の推定を説明するための図である。図６には、河川６０（本川）と、河川６０に合流する支川６１と、流入量を推定するシステムが示されている。対象貯水設備６２は、河川６０と支川６１とが合流する位置より下流に設けられている。対象貯水設備６２を管理・制御するための施設６３には、雨量推定装置１と流入量推定装置２が設けられている。また、合流する位置より上流に上流貯水設備６４が設けられ、上流貯水設備６４を管理・制御するための施設６５には放流量算出部Ｄが設けられている。また、合流する位置と上流貯水設備６４との間に雨量計Ｒａが設けられ、支川６１には流量計Ｆと雨量計Ｒｂとが設けられている。なお、施設６３と施設６５とは、通信線６６（ネットワーク３）などを介して通信をする。なお、システムの構成は図６に限定されるものではない。

図７は、流入量推定装置２の一例を示す図である。流入量推定装置２は、記憶部７１、通信部７２、流入量推定部７３を有する。また、流入量推定装置２は、貯水設備へ流入する水の流入量を推定する。ただし、流入量の推定は貯水設備に限らず、例えば水力発電設備、水処理設備、下水処理設備などに流入する水の流入量を推定してもよい。

記憶部７１は、例えば、図６に示す雨量計Ｒａ、Ｒｂごとに、雨量計Ｒａ、Ｒｂそれぞれが過去に計測した雨量と、雨量を計測した日時とを関連付けて雨量情報として記憶する。また、記憶部７１は、例えば、図６に示す放流量算出部Ｄが過去に算出した上流貯水設備６４が放流した放流量と、放流した日時とを関連付けて放流量情報として記憶する。また、記憶部７１は、例えば、図６に示す流量計Ｆが過去に計測した流量と、流量を算出した日時とを関連付けて流量情報として記憶する。

通信部７２は、例えば、図６に示す雨量推定装置１、放流量算出部Ｄ、雨量計Ｒａ、流量計Ｆ、雨量計Ｒｂなどの装置や計測機器と、通信線６６を含むネットワーク３などを介して通信をする。

流入量推定部７３は、対象貯水設備６２へ流入する現在又は所定時間先の流入量を推定する。例えば、図６に示す放流量算出部Ｄが過去に算出した放流量情報、流量計Ｆが過去に計測した流量情報、雨量計Ｒａ、Ｒｂが過去に計測した雨量情報を用いて、対象貯水設備６２へ流入する現在又は所定時間先の流入量を推定する。

なお、流入量推定部７３は、例えば、ＣＰＵ、マルチコアＣＰＵ、プログラマブルなデバイス（ＦＰＧＡやＰＬＤなど）を用いて構成される回路である。また、流入量推定部７３は、その内部又は外部に記憶部を備え、記憶部に記憶されている流入量推定プログラムを読み出して実行する。

流入量の推定について説明をする。
例えば、図６において、対象貯水設備６２への流入量ＩＦａは、放流量算出部Ｄが過去に算出した放流量と、流量計Ｆが過去に計測した流量と、雨量計Ｒａ、Ｒｂが過去に計測した雨量とを用いて算出をする。式８を参照。

ＩＦａ＝ ｋｔ×Ｄｍｔ＋ｌｔ×Ｒａｍｔ＋ｍｔ×Ｆｍｔ＋ｎｔ×Ｒｂｍｔ 式８
ＩＦａ：対象貯水設備６２への流入量［ｍ^３／ｓ］
ｋｔ：放流量を補正する係数
Ｄｍｔ：上流貯水設備６４の放流量［ｍ^３／ｓ］
ｌｔ：雨量から流量を算出するための係数
Ｒａｍｔ：雨量計Ｒａの雨量［ｍｍ／ｈ］
ｍｔ：流量を補正する係数
Ｆｍｔ：流量計Ｆの流量［ｍ^３／ｓ］
ｎｔ：雨量から流量を算出するための係数
Ｒｂｍｔ：雨量計Ｒｂの雨量［ｍｍ／ｈ］

放流量Ｄｍｔは、例えば、上流貯水設備６４から放流した水が対象貯水設備６２に到達するまでにかかる時間を所定時間５とした場合、所定時間５前から現在の時刻までに算出した放流量を用いて算出する。例えば、所定時間５が５．０［ｈ］で、算出周期が１．０［ｈ］である場合、所定時間５に算出した放流量Ｄｍｔ（Ｄｍｔ１、Ｄｍｔ２、Ｄｍｔ３、Ｄｍｔ４、Ｄｍｔ５）それぞれに係数ｋｔを乗算し、乗算した値の総和を放流量とする（ｋｔ×Ｄｍｔ）。所定時間５は、上流貯水設備６４から対象貯水設備６２までの距離、標高差などの周辺環境により決まる。係数ｋｔは、放流量を補正する係数で、過去の放流量を用いて算出する。

雨量計Ｒａの計測した雨量Ｒａｍｔは、雨量計Ｒａ付近に降った雨が河川６０から対象貯水設備６２に流れ出る流量と関係があるので、例えば、雨量計Ｒａ付近に降った雨が対象貯水設備６２に到達するまでにかかる時間を所定時間６とした場合、所定時間６前から現在の時刻までに雨量計Ｒａが計測した雨量を用いて、対象貯水設備６２に流れる雨の流量を算出する。例えば、所定時間６が６．０［ｈ］で、算出周期が１．０［ｈ］である場合、所定時間６に算出した放流量Ｒａｍｔ（Ｒａｍｔ１、Ｒａｍｔ２、Ｒａｍｔ３、Ｒａｍｔ４、Ｒａｍｔ５、Ｒａｍｔ６）それぞれに係数ｌｔを乗算し、乗算した値の総和を流量とする（ｌｔ×Ｒａｍｔ）。所定時間６は、雨量計Ｒａの設置位置と河川６０までの距離、標高差などの周辺環境により決まる。係数ｌｔは、雨量計Ｒａの計測した雨量を、雨量計Ｒａ付近に降った雨が河川６０から対象貯水設備６２に流れ出る流量に変換する。係数ｌｔは、過去に雨量計Ｒａが計測した雨量を用いて算出する。

放流量Ｆｍｔは、例えば、流量計Ｆが計測して流量が対象貯水設備６２に到達するまでにかかる時間を所定時間７とした場合、所定時間７前から現在の時刻までに計測した放流量を用いて算出する。例えば、所定時間７が７．０［ｈ］で、算出周期が１．０［ｈ］である場合、所定時間７に算出した放流量Ｆｍｔ（Ｆｍｔ１、Ｆｍｔ２、Ｆｍｔ３、Ｆｍｔ４、Ｆｍｔ５、Ｆｍｔ６、Ｆｍｔ７）それぞれに係数ｍｔを乗算し、乗算した値の総和を流量とする（ｍｔ×Ｆｍｔ）。所定時間７は、流量計Ｆの設置位置と支川６１までの距離、標高差などの周辺環境により決まる。係数ｍｔは、流量を補正する係数で、過去の流量を用いて算出する。

雨量計Ｒｂの計測した雨量は、雨量計Ｒｂ付近に降った雨が支川６１から対象貯水設備６２に流れ出る流量と関係があるので、例えば、雨量計Ｒｂ付近に降った雨が対象貯水設備６２に到達するまでにかかる時間を所定時間８とした場合、所定時間８前から現在の時刻までに雨量計Ｒｂが計測した雨量を用いて、対象貯水設備６２に流れる雨の流量を算出する。例えば、所定時間８が８．０［ｈ］で、算出周期が１．０［ｈ］である場合、所定時間８に算出した放流量Ｒｂｍｔ（Ｒｂｍｔ１、Ｒｂｍｔ２、Ｒｂｍｔ３、Ｒｂｍｔ４、Ｒｂｍｔ５、Ｒｂｍｔ６、Ｒｂｍｔ７、Ｒｂｍｔ８）それぞれに係数ｎｔを乗算し、乗算した値の総和を流量とする（ｎｔ×Ｒｂｍｔ）。所定時間８は、雨量計Ｒｂの設置位置と支川６１までの距離、標高差などの周辺環境により決まる。係数ｎｔは、雨量計Ｒｂの計測した雨量を、雨量計Ｒｂ付近に降った雨が支川６１から対象貯水設備６２に流れ出る流量に変換する。係数ｎｔは、過去に雨量計Ｒｂが計測した雨量を用いて回帰分析により算出する。

また、係数ｋｔ、ｌｔ、ｍｔ、ｎｔは、ニューラルネットワークなどの機械学習により適宜実績値に合うように学習させて算出してもよい。

なお、対象貯水設備の上流に、上流貯水設備、流量計、雨量計が複数ある場合は、式８の各項数を増やして対応する。

雨量計が異常状態である場合における流入量の推定について説明をする。
流入量推定部７３は、異常状態の雨量計がある場合でも、雨量推定装置１が異常状態の雨量計に対して推定した雨量を用いて、対象貯水設備６２へ流入する水の流入量を推定する。

図６の例では、雨量計Ｒａが異常状態である場合には、雨量推定装置１で推定した雨量計Ｒａの推定雨量を用いて流入量ＩＦａを推定する。また、雨量計Ｒｂが異常状態である場合には、雨量推定装置１で推定した雨量計Ｒｂの推定雨量を用いて流入量ＩＦａを推定する。

このように、異常状態の雨量計がある場合でも、異常状態の雨量計の推定雨量を用いることで、対象貯水設備６２への流入量ＩＦａを推定できる。

なお、流入量推定装置２に雨量推定装置１の機能を設けてもよい。

また、上記と異なる流入量推定方法（例えば、特許第３６９３０８９号など）において、異常状態の雨量計がある場合でも、雨量推定装置１が推定した異常状態の雨量計の推定雨量を用いることで、現在又は所定時間先の対象貯水設備への総流入量を推定できる。

このように、対象貯水設備への現在又は数時間先の流入量の推定をすることで、対象貯水設備の運用の安全性を向上させることができる。例えば、降雨時の対象貯水設備の放流量を適切に設定して流域の安全性確保に役立てることができる。

また、対象貯水設備の数時間先から数日先の流入量の推定をすることで、発電計画における水力エネルギーの有効利用やコスト削減ができる。

また、本発明は、以上の実施の形態に限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変更が可能である。

また、上述した図２に示した計算部２０で実行される雨量推定プログラム、又は、図６に示した流入量推定部７３で実行される流入量算出プログラムをシミュレーションモデルとして記憶媒体に記憶し、図８に示すコンピュータで実行させてもよい。

図８は、コンピュータのハードウェアの一例を示す図である。図８の例ではコンピュータには、バス８０に対して、ＣＰＵ８１、ＲＡＭ８２（Random Access Memory）、ＲＯＭ８３（Read Only Memory）、記録媒体８４、通信インタフェース８５、入出力インタフェース８６が接続される。ＣＰＵ８１は、ＲＡＭ８２に記憶されたプログラムを実行する。ＲＯＭ８３は、ＲＡＭ８２に記憶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。記録媒体８４は、例えば、可搬型記録媒体で可搬型のメモリ（例えば、半導体メモリ）や光学式ディスク（例えば、ＣＤ（Compact Disc）やＤＶＤ（Digital Versatile Disc））などである。また、記録媒体８４には、上述した雨量推定プログラム及び流入量算出プログラムをシミュレーションモデルとして記録する。通信インタフェース８５は、外部装置との通信を行うインタフェースであって、例えば、ホストコンピュータなどと通信を行う。入出力インタフェース８６は、入力装置（例えば、キーボードやマウスなど）や出力装置（例えば、モニタやプリンタなど）である。なお、ＲＡＭ８２、ＲＯＭ８３、記録媒体８４は、いずれもコンピュータが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。

１ 雨量推定装置
２ 流入量推定装置
３ ネットワーク
Ｒ、Ｒａ、Ｒｂ、Ｒｃ、Ｒｄ、Ｒｅ、Ｒｆ、Ｒｇ 雨量計
Ｄ 放流量算出部
Ｆ 流量計
２０ 計算部
２１ 記憶部
２２ 通信部
２３ 雨量計異常検出部
２４ 雨量計選択部
２５ 係数算出部
２６ 雨量推定部
５１ 雨量計情報
６０ 河川、本川
６１ 支川
６２ 対象貯水設備
６３、６５ 施設
６４ 上流貯水設備
６６ 通信線
７１ 記憶部
７２ 通信部
７３ 流入量推定部
８０ バス
８１ ＣＰＵ
８２ ＲＡＭ
８３ ＲＯＭ
８４ 記録媒体
８５ 通信インタフェース
８６ 入出力インタフェース

Claims (5)

1. 異常状態の雨量計を検出した場合、雨量を計測した日時と計測した雨量とが関連付けられた時系列の雨量情報であって前記異常状態の雨量計が過去に正常状態のときに計測した前記雨量情報である第一の雨量情報と、前記異常状態の雨量計以外の雨量計が過去に正常状態のときに計測した前記雨量情報であって雨量を計測した日時が前記第一の雨量情報と同一である第二の雨量情報とを用いて、前記異常状態の雨量計以外の雨量計の雨量から前記異常状態の雨量計の雨量を予測する回帰式の係数を求め、前記回帰式の係数と、前記異常状態の雨量計以外の雨量計が計測した雨量とを用いて前記異常状態の雨量計の雨量を推定する
   ことを特徴とする雨量推定装置。
2. 請求項１に記載の雨量推定装置であって、
   前記異常状態の雨量計と相関が高い雨量計、又は、前記異常状態の雨量計との距離が近い雨量計を、前記異常状態の雨量計以外の雨量計として選択する
   ことを特徴とする雨量推定装置。
3. 貯水設備への流入量を算出する流入量推定装置であって、
   前記請求項１または２に記載の雨量推定装置が、前記異常状態の雨量計に対して推定した雨量を用いて、前記貯水設備への流入量を推定する
   ことを特徴とする流入量推定装置。
4. 異常状態の雨量計を検出した場合、雨量を計測した日時と計測した雨量とが関連付けられた時系列の雨量情報であって前記異常状態の雨量計が過去に正常状態のときに計測した前記雨量情報である第一の雨量情報と、前記異常状態の雨量計以外の雨量計が過去に正常状態のときに計測した前記雨量情報であって雨量を計測した日時が前記第一の雨量情報と同一である第二の雨量情報とを用いて、前記異常状態の雨量計以外の雨量計の雨量から前記異常状態の雨量計の雨量を予測する回帰式の係数を求め、前記回帰式の係数と、前記異常状態の雨量計以外の雨量計が計測した雨量とを用いて前記異常状態の雨量計の雨量を推定する
   ことを特徴とする雨量推定方法。
5. 異常状態の雨量計を検出した場合、雨量を計測した日時と計測した雨量とが関連付けられた時系列の雨量情報であって前記異常状態の雨量計が過去に正常状態のときに計測した前記雨量情報である第一の雨量情報と、前記異常状態の雨量計以外の雨量計が過去に正常状態のときに計測した前記雨量情報であって雨量を計測した日時が前記第一の雨量情報と同一である第二の雨量情報とを用いて、前記異常状態の雨量計以外の雨量計の雨量から前記異常状態の雨量計の雨量を予測する回帰式の係数を求め、前記回帰式の係数と、前記異常状態の雨量計以外の雨量計が計測した雨量とを用いて前記異常状態の雨量計の雨量を推定する処理を
   コンピュータに実行させる雨量推定プログラム。

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