JP7297656B2

JP7297656B2 - 雨水流入量予測装置、雨水流入量予測方法、コンピュータプログラム、雨水ポンプ制御システム及び雨水ポンプ所システム

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Publication number: JP7297656B2
Application number: JP2019226417A
Authority: JP
Inventors: 寛幸時本; 理山中; 啓太鳴海; 由紀夫平岡
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba Infrastructure Systems and Solutions Corp
Current assignee: Toshiba Corp; Toshiba Infrastructure Systems and Solutions Corp
Priority date: 2019-12-16
Filing date: 2019-12-16
Publication date: 2023-06-26
Anticipated expiration: 2039-12-16
Also published as: JP2021095711A

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、コンピュータプログラム、雨水ポンプ制御システム及び雨水ポンプ所システムに関する。

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。

具体的に雨水ポンプダイナミック制御技術によって解決しようとしている問題は、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という問題である。また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り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という問題もある。

特開２００８－１８４７８３号公報

このように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は、雨水ポンプ所への雨水流入量を高い精度で予測する必要があるが、従来の雨水流入量予測では、地上雨量計により計測された地上雨量などを用いているため、予測精度が十分でない可能性がある。

また、ソフト対策の一環として現在設置が進んでいる下水管渠の水位計によって計測された雨水幹線水位を雨水流入量予測に用いることで予測精度の向上が見込めるが、どの地点の水位計の水位を用いてよいか不明なため十分な予測精度が得られない。

本発明が解決しようとする課題は、予測精度の高い雨水ポンプ所への雨水流入量予測を行うことにより、雨水ポンプダイナミック制御において浸水リスクやポンプの起動停止回数を低減することができる雨水流入量予測装置を提供することである。

上記課題を解決するために、実施形態に係る雨水流入量予測装置は、雨水ポンプ所における雨水排水ポンプの起動時間を取得する起動時間取得部と、下水管の流下方向に沿って設置された複数の水位計から、下水管内の下水の水位を取得する水位取得部と、水位取得部で取得された水位に基づいて、下水の流量及び下水が雨水ポンプ所に到達するまでの到達時間をそれぞれの水位計に対応づけて出力する水位情報出力部と、起動時間取得部で取得された起動時間と同等の到達時間である水位計を複数の水位計から特定し、特定された水位計から取得された水位に基づいて出力された流量を出力する流入量出力部と、を備える。

また上記課題を解決するために、実施形態に係る雨水流入量予測方法は、雨水ポンプ所における雨水排水ポンプの起動時間を取得するステップと、下水管の流下方向に沿って設置された複数の水位計から下水の水位を取得するステップと、取得された水位に基づいて、下水の流量及び下水が雨水ポンプ所に到達するまでの到達時間をそれぞれの水位計に対応づけて出力するステップと、取得された起動時間と同等の到達時間である水位計を複数の水位計から特定し、特定された水位計から取得された水位に基づいて出力された流量を出力するステップと、を有する。

また上記課題を解決するために、実施形態に係るコンピュータプログラムは、雨水流入量予測装置に、雨水ポンプ所における雨水排水ポンプの起動時間を取得する機能と、下水管の流下方向に沿って設置された複数の水位計から、下水管内の下水の水位を取得する機能と、取得された水位に基づいて、下水の流量及び下水が雨水ポンプ所に到達するまでの到達時間をそれぞれの水位計に対応づけて出力する機能と、取得された起動時間と同等の到達時間である水位計を複数の水位計から特定し、特定された水位計から取得された水位に基づいて出力された流量を出力する機能と、を実現させる。

第１の実施形態に係る雨水流入量予測装置を備える雨水ポンプ所システムの構成図。第１の実施形態に係る雨水流入量予測装置の機能構成を示す図。マニング式で用いる変数を示す図。第１の実施形態に係る雨水流入量予測装置の動作を示す図。第１の実施形態に係る雨水流入量予測装置の動作によって作成されるデータを示す図。第２の実施形態に係る雨水流入量予測装置の機能構成を示す図。第２の実施形態に係る雨水流入量予測装置における内挿／外挿手法を示す図。線形補間による内挿の手法、及び線形捕外挿における外挿の手法を示す図。第２の実施形態に係る雨水流入量予測装置の動作を示す図。

以下、発明を実施するための実施形態について説明する。

（第１の実施形態）
第１の実施形態に係る雨水流入量予測装置１５１を、図１乃至図４を用いて説明する。

図１は、第１の実施形態に係る雨水流入量予測装置１５１を備える雨水ポンプ所システム１の構成図である。図１に示すように、雨水ポンプ所システム１は、下水管１０に設けられた水位計Ｇ１～ＧＮと、雨水ポンプ所１４と、雨水ポンプ制御システム１５とを備える。

下水管１０は、雨水ポンプ所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下水管１０を通って雨水ポンプ所１４へと流入する。

水位計Ｇ１～ＧＮは、下水管１０の流下方向に沿って複数設置されており、下水管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。雨水ポンプ所１４は、流入渠１４１と、ポンプ井１４２と、雨水排水ポンプＰ１～ＰＮとを備える。

流入渠１４１は、下水管１０からポンプ井１４２へとつながる排水管であり、下水管１０からの雨水はポンプ井１４２へと流入する。

ポンプ井１４２は、雨水ポンプ所１４の最も下流側に設置されており、流入渠１４１から流入された雨水を貯留する。ポンプ井１４２では、雨水排水ポンプＰ１～ＰＮによって雨水が揚水され、河川へ排出される。

雨水排水ポンプＰ１～ＰＮの起動と停止とを制御するために雨水ポンプ制御システム１５が用いられる。本実施形態において、雨水排水ポンプＰ１は、ポンプ井１４２から河川へ雨水を排出する際に最初に起動するポンプである。また、雨水排水ポンプＰ２～ＰＮは流入する（又は流入が予測される）流量に応じて選択的に起動するポンプである。

雨水ポンプ制御システム１５は、雨水流入量予測装置１５１と、雨水ポンプ制御装置１５２とを有する。雨水ポンプ制御システム１５は、水位計Ｇ１～ＧＮからの水位の信号を取得し、取得した信号に基づき、流入する雨水の量を予測して雨水排水ポンプＰ１～ＰＮを制御する。操作部４は、操作者もしくは管理者による操作を受け付け、受け付けた操作に応じた信号を雨水流入量予測装置１５１に出力する。操作部４は、例えば、キーボード、マウス、タッチパネル等である。

次に雨水流入量予測装置１５１の機能構成を説明する。

図２は、第１の実施形態に係る雨水流入量予測装置１５１の機能構成を示す図である。雨水流入量予測装置１５１は、水位取得部２２０と、記憶部２３０と、水位情報出力部２００と、起動時間取得部２４０と、流入量出力部２１０とを有する。

水位取得部２２０は、水位計Ｇ１～ＧＮから雨水の水位を取得する。本実施形態の「雨水の水位」は、雨水の水位に関する情報という意味でも用いられる。水位取得部２２０は、取得された雨水の水位を水位情報出力部２００に出力する。

水位情報出力部２００は、水位取得部２２０で取得された水位に基づいて、雨水の流量及び雨水が雨水ポンプ所１４に到達するまでの到達時間をそれぞれの水位計Ｇ１～ＧＮについて出力する手段である。水位情報出力部２００は、流速出力部２０１と、到達時間出力部２０２と、流量出力部２０３とを有する。

流速出力部２０１は、水位取得部２２０で取得された水位から、水位計の位置における雨水の流速を出力する手段である。流速出力部２０１は、まず水位計Ｇ１～ＧＮで取得された水位ｈ１～ｈＮを用いて、マニング式である式（１）より、水位計Ｇ１～ＧＮが設置された地点の流速Ｖ1～ＶＮを算出する。

Ｖ＝１／ｎ × Ｒ^２／３ × Ｉ^１／２・・・（１）

なお、Ｖは流速（ｍ／ｓｅｃ）、ｎは粗度係数（ｓｅｃ／ｍ^１／３）、Ｒは径深（ｍ）、Ｉはエネルギー勾配≒物理勾配である。またｎは管種に依存する係数である。

図３は、式（１）で用いる変数を示す図である。図３に示すように、Ａは流積（ｍ^２）、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、下水管１０の形状により、水位ｈ１～ｈＮに基づいて流積Ａ（ｍ^２）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、流速出力部２０１は、水位取得部２２０で取得された水位から水位計Ｇ１～ＧＮの位置における雨水の流速Ｖ１～ＶＮを出力する。

流量出力部２０３は、流速出力部２０１において出力された雨水の流速Ｖ１～ＶＮと取得された水位とに基づいて、雨水の水位計Ｇ１～ＧＮにおける流量Ｑ１～ＱＮをそれぞれ出力する手段である。式（１）により算出された水位計Ｇ１～ＧＮが設置された地点の流速Ｖ１～ＶＮと、水位計Ｇ１～ＧＮが設置された地点の流積Ａ１～ＡＮから、後述する式（３）を用いて水位計Ｇ１～ＧＮが設置された地点の流量Ｑ１～ＱＮを算出する。

Ｑ＝Ｖ×Ａ・・・（３）

到達時間出力部２０２は、流速出力部２０１において出力された雨水の流速Ｖ１～ＶＮ並びに水位計Ｇ１～ＧＮから雨水ポンプ所１４までの延長Ｌ１～ＬＮに基づいて雨水が雨水ポンプ所１４に到達するまでの到達時間ｔ１～ｔＮを水位計Ｇ１～ＧＮについて出力する手段である。延長Ｌ１～ＬＮは、あらかじめ操作者もしくは管理者が操作部４から記憶部２３０へ入力する。

記憶部２３０は操作部４から入力された延長Ｌ１～ＬＮを水位計Ｇ１～ＧＮに対応付けて記憶する。

到達時間出力部２０２は、式（１）で出力された水位計Ｇ１～ＧＮが設置された地点の流速Ｖ１～ＶＮと、延長Ｌ１～ＬＮから、式（４）を用いて到達時間ｔ１～ｔＮを算出する。なお、ｔは到達時間（ｓｅｃ）、Ｌは延長（ｍ）である。

ｔ＝Ｌ／Ｖ・・・（４）

起動時間取得部２４０は、雨水ポンプ所１４の雨水排水ポンプＰ１の起動時間を取得する手段である。予め操作者もしくは管理者は、操作部４から起動時間を記憶部２３０へ入力する。本実施形態では、雨水排水ポンプＰ１～ＰＮの起動時間はすべて同じであるとする。そのため、以降「雨水排水ポンプＰ１」の記載部分は、雨水排水ポンプＰ１～ＰＮのいずれにも適用可能である。記憶部２３０に入力された起動時間を含む情報を、起動時期取得部２４０が取得する。本願でいう「起動時間」とは、雨水排水ポンプＰ１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Ｐ１の起動時間に制御周期を足し合わせた時間を、起動時間としてもよい。

起動時間取得部２４０は、記憶部２３０から起動時間を取得する。

流入量出力部２１０は、起動時間取得部２４０で取得された起動時間と同等の到達時間である水位計を複数の水位計Ｇ１～ＧＮから特定し、特定された該水位計から取得された水位に基づいて出力された流量を出力する手段である。

流入量出力部２１０は、特定部２１１と、予測流入量出力部２１２とを有する。

特定部２１１は、起動時間取得部２４０で取得された起動時間と同等の到達時間である水位計を複数の水位計Ｇ１～ＧＮから特定する手段である。特定部２１１は、到達時間出力部２０２で算出された到達時間ｔ１～ｔＮと、起動時間取得部２４０で取得された起動時間とを比較し、起動時間と最も近い到達時間となる水位計を特定する。

予測流入量出力部２１２は、流量出力部２０３が出力した流量の中から、特定部２１１において特定された水位計が設置された地点の流量を雨水ポンプ所１４へ流入される流入量の予測値として採用し、流入量予測値として雨水ポンプ制御装置１５２へ出力する手段である。

次に雨水ポンプ制御装置１５２の機能構成を説明する。

雨水ポンプ制御装置１５２は、予測流入量取得部２５１と、制御部２５２とを有する。

予測流入量取得部２５１は、流入量出力部２１０の予測流入量出力部２１２から出力された流量を取得する。

制御部２５２は、予測流入量取得部２５１で取得された流量に基づいて、雨水排水ポンプＰ１～ＰＮの駆動を制御する。

次に、雨水流入量予測装置１５１の動作について説明する。

図４は、第１の実施形態に係る雨水流入量予測装置１５１の動作を示す図である。

図５は、第１の実施形態に係る雨水流入量予測装置１５１の動作によって作成されるデータの例を示す図である。

Ｓ３０１において、まず雨水流入量予測装置１５１の起動時間取得部２４０は、予め操作部４から入力され、記憶部２３０に記憶されている起動時間を取得する。

次にＳ３０２において、水位取得部２２０は、水位計Ｇ１～ＧＮからそれぞれの水位を取得する。

次にＳ３０３において、水位情報出力部２００の流速出力部２０１は、水位計Ｇ１～ＧＮの水位ｈ１～ｈＮに基づいて、上記のマニング式を用いて、水位計Ｇ１～ＧＮが設置された地点における雨水の流速Ｖ１～ＶＮを算出して出力する。

次にＳ３０４において、水位情報出力部２００の流量出力部２０３は、流速出力部２０１から出力された流速Ｖ１～ＶＮと流積Ａ１～ＡＮとに基づいて、雨水の流量Ｑ１～ＱＮを算出して出力する。

次にＳ３０５において、水位情報出力部２００の到達時間出力部２０２は、流速出力部２０１において出力された雨水の流速Ｖ１～ＶＮ並びに水位計Ｇ１～ＧＮから雨水ポンプ所１４までの延長Ｌ１～ＬＮに基づいて水位計Ｇ１～ＧＮが設置された地点における雨水が雨水ポンプ所１４へ到達する到達時間ｔ１～ｔＮを出力する。

次にＳ３０６において、流入量出力部２１０の特定部２１１は、到達時間出力部２０２から出力された到達時間ｔ１～ｔＮと流量Ｑ１～ＱＮとから、起動時間と同等な到達時間の水位計Ｇ１～ＧＮを特定する。すなわち、到達時間ｔ１～ｔＮから起動時間と最も近い到達時間となる水位計Ｇ１～ＧＮを特定する。

次にＳ３０７において、予測流入量出力部２１２は、流量出力部２０３から出力される流量のうち、特定部２１１で特定された水位計Ｇ１～ＧＮに対応する流量を雨水ポンプ制御装置１５２へ出力する。

このようにして求められた各水位計Ｇ１～ＧＮに対する水位、流速、流量および到達時間は図５に示すデータとして図示しない記憶部に記憶される。

Ｓ３００乃至Ｓ３０８の雨水流入量予測装置１５１の制御は、例えば５分毎等の所定時間ごとに繰り返し実行される。

本実施形態は、水位計Ｇ１～ＧＮを用いて雨水ポンプ所１４への雨水の流入量を予測することで、従来よりも予測精度の高い雨水流入量の予測が可能となる。この雨水流入量予測値に基づいた雨水ポンプダイナミック制御により、従来よりも浸水リスクや雨水排水ポンプＰ１～ＰＮの起動停止回数を低減させることが可能となる。

（第２の実施形態）
第１の実施形態では、雨水排水ポンプＰ１の起動時間と同等、または最も近い到達時間である水位計があるときに、その水位計を特定して雨水流入量を予測した。
第２の実施形態は、雨水排水ポンプＰ１の起動時間と同等の到達時間である水位計があるか否かを判断し、同等の到達時間である水位計がないときに、内挿又は外挿して得られた値を流入量とするものである。

第２の実施形態に係る雨水流入量予測装置６５１を、図６及び図９を用いて説明する。なお、雨水流入量予測装置６５１の、第１の実施形態の雨水流入量予測装置１５１と同様の機能を有する構成は、同一の符号を付して説明を省略する。

第２の実施形態に係る雨水流入量予測装置６５１を備える雨水ポンプ所システム１の構成は、第１の実施形態と同様なので、説明を省略する。

図６は、第２の実施形態に係る雨水流入量予測装置６５１の機能構成を示す図である。

第１の実施形態との機能構成の違いは、流入量出力部６１０と設定時間取得部６４０である。

設定時間取得部６４０は、雨水ポンプ所１４の雨水排水ポンプＰ１の起動時間並びに起動時間に基づいて設定された到達上限時間及び到達下限時間を取得する手段である。あらかじめ操作者もしくは管理者は、操作部４から起動時間並びに到達上限時間及び到達下限時間を記憶部２３０へ入力する。記憶部２３０へ入力された起動時間並びに到達上限時間及び到達下限時間を、設定時間取得部６４０において取得する。到達上限時間及び到達下限時間は雨水ポンプの起動時間と同等であると判断することのできる上限値と下限値であり、操作者もしくは管理者によって任意に設定されてもよい。例えば、起動時間に対してプラス５％が到達上限時間、起動時間に対してマイナス５％が到達下限時間等のように設定する。それにより、起動時間と同等の到達時間である水位計があるか否かを判断することが可能となる。

流入量出力部６１０は、特定部６１１と、内挿／外挿部６１３と、予測流入量出力部６１２とを有する。

特定部６１１は、設定時間取得部６４０で取得された到達上限時間以下かつ到達下限時間以上の到達時間である水位計があるか否かを判定し、到達上限時間以下かつ到達下限時間以上の到達時間である水位計が水位計Ｇ１～ＧＮのいずれかにあるときに該水位計を特定する手段である。

内挿／外挿部６１３は、特定部６１１において到達上限時間以下かつ到達下限時間以上の到達時間である水位計が水位計Ｇ１～ＧＮのいずれにもないときに、起動時間前後の到達時間となる水位計が設置された地点の流量から内挿することで、起動時間の流量を算出し、これを雨水流入量予測値とする。起動時間の前もしくは後のいずれかの到達時間となる水位計が設置された地点しかない場合には、到達時間が起動時間の前となるあるいは到達時間が起動時間の後となる水位計が設置された少なくとも２地点の流量から外挿することで、起動時間の流量を算出し、これを雨水流入量予測値とする。

流量の内挿及び外挿は、公知の手法を用いてもよい。公知の内挿法として、例えば、多項式補間、スプライン補間、０次補間、線形補間、放物線補間、キュービック補間、キュービックコンボリューション等を用いてもよい。また公知の外挿法として。例えば、線形補外挿、リチャードソンの捕外、エイトケンのΔ２乗加速法、ステフェンセン変換等を用いてもよい。

ここで、最も簡単な例として、線形補間による内挿の手法、及び線形捕外挿における外挿の手法を説明する。

図７は、第２の実施形態に係る雨水流入量予測装置における内挿／外挿手法を示す図である。

図７（ａ）に示すように、水位計Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３があるとする。

図７（ｂ）に示すように、水位計Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３の水位はそれぞれｈ１、ｈ２、ｈ３である。また、水位計Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３の水位に基づいて求められた流速はそれぞれＶ１、Ｖ２、Ｖ３である。水位計Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３の水位に基づいて求められた流量はそれぞれ、Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３である。流速Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３及び延長Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３に基づいて求められた到達時間はそれぞれ、９ｍｉｎ、６ｍｉｎ、３ｍｉｎであるとする。

設定時間取得部６４０により取得された起動時間が、１０ｍｉｎであり、到達上限時間を起動時間に対してプラス５％、到達下限時間を起動時間に対してマイナス５％とする。よって、到達上限時間は１０．５ｍｉｎ、到達下限時間は９．５ｍｉｎとなる。

図７（ｂ）における到達時間の列を見ると、到達時間が１０．５ｍｉｎ以下かつ９．５ｍｉｎ以上である水位計はなく、起動時間である１０ｍｉｎ以上となる到達時間の水位計はないため、外挿１により流量を求める。

図８は、線形補間による内挿の手法、及び線形捕外挿における外挿の手法を示す図である。

図８（ａ）及び図８（ｃ）は、未知数であるｙの値を、既知であるｙ０、ｙ１から外挿により求める場合の図である。外挿１は、図８（ａ）に対応する。

図８（ｂ）は、未知数であるｙの値を、既知であるｙ０、ｙ１から内挿により求める場合の図である。

図８（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）の場合、ｙは以下に示す式（５）より求まる。

ｙ＝ｙ０＋｛（ｘ－ｘ０）（ｙ１－ｙ０）｝／（ｘ１―ｘ０）・・・（５）

起動時間１０ｍｉｎにおける流量は、図７（ｂ）及び図８（ａ）より、式（５）を用いて式（６）のように表せる。

ｙ＝Ｑ２＋｛（１０－６）（Ｑ１－Ｑ２）｝／（９－６）・・・（６）

ここで、ｘは起動時間１０ｍｉｎ、ｘ１は水位計Ｇ１の到達時間９ｍｉｎ、ｘ０は水位計Ｇ２の到達時間６ｍｉｎ、ｙ１には水位計Ｇ１の流量Ｑ１、ｙ０には水位計Ｇ２の流量Ｑ２を代入した。

よって、式（７）のように変形できる。

ｙ＝Ｑ２＋｛４（Ｑ１－Ｑ２）｝／３・・・（７）

式（７）に示すように、外挿１により起動時間が１０ｍｉｎの場合の雨水ポンプ所１４への流入量が求まる。

次に設定時間取得部６４０により取得された起動時間が、５ｍｉｎであり、到達上限時間を起動時間に対してプラス５％、到達下限時間を起動時間に対してマイナス５％とする。よって、到達上限時間は５．２５ｍｉｎ、到達下限時間は４．７５ｍｉｎとなる。

図７（ｂ）における到達時間の列を見ると、到達時間が５．２５ｍｉｎ以下かつ４．７５ｍｉｎ以上である水位計はなく、起動時間である５ｍｉｎ以上となる到達時間の水位計及び５ｍｉｎ以下となる到達時間の水位計はあるため、内挿１により流量を求める。

内挿１は、図８（ｂ）に対応する。

起動時間５ｍｉｎにおける流量は、図７（ｂ）及び図８（ｂ）より、式（５）を用いて式（８）のように表せる。

ｙ＝Ｑ３＋｛（５－３）（Ｑ２－Ｑ３）｝／（６－３）・・・（８）

ここで、ｘは起動時間５ｍｉｎ、ｘ１は水位計Ｇ２の到達時間６ｍｉｎ、ｘ０は水位計Ｇ３の到達時間３ｍｉｎ、ｙ１には水位計Ｇ２の流量Ｑ２、ｙ０には水位計Ｇ３の流量Ｑ３を代入した。

よって、式（９）のように変形できる。

ｙ＝Ｑ３＋｛２（Ｑ２－Ｑ３）｝／３・・・（９）

式（９）に示すように、内挿１により起動時間が５ｍｉｎの場合の雨水ポンプ所１４への流入量が求まる。

最後に設定時間取得部６４０により取得された起動時間が、２ｍｉｎであり、到達上限時間を起動時間に対してプラス５％、到達下限時間を起動時間に対してマイナス５％とする。よって、到達上限時間は２．１ｍｉｎ、到達下限時間は１．９ｍｉｎとなる。

図７（ｂ）における到達時間の列を見ると、到達時間が２．１ｍｉｎ以下かつ１．９ｍｉｎ以上である水位計はなく、起動時間である２ｍｉｎ以下となる到達時間の水位計がないため、外挿２により流量を求める。

外挿２は、図８（ｃ）に対応する。

起動時間２ｍｉｎにおける流量は、図７（ｂ）及び図８（ｃ）より、式（５）を用いて式（１０）のように表せる。

ｙ＝Ｑ３＋｛（２－３）（Ｑ２－Ｑ３）｝／（６－３）・・・（１０）

ここで、ｘは起動時間２ｍｉｎ、ｘ１は水位計Ｇ２の到達時間６ｍｉｎ、ｘ０は水位計Ｇ３の到達時間３ｍｉｎ、ｙ１には水位計Ｇ２の流量Ｑ２、ｙ０には水位計Ｇ３の流量Ｑ３を代入した。

よって、式（１１）のように変形できる。

ｙ＝Ｑ３＋｛－（Ｑ２－Ｑ３）｝／３・・・（１１）

式（１１）に示すように、外挿２により起動時間が２ｍｉｎの場合の雨水ポンプ所１４への流入量が求まる。

また、水位計Ｇ１～ＧＮのうちの起動時間の前後の到達時間である２つの水位計に限らず、起動時間の前後以外の２つの水位計に基づいて出力された流入量に応じて内挿又は外挿を実施してもよい。また、２つの水位計に限らず、２以上の水位計を用いて内挿又は外挿を実施してもよい。

予測流入量出力部６１２は、特定部６１１で特定された水位計から取得された水位に基づいて出力された流入量及び内挿／外挿部６１３で算出された流入量を出力する手段である。

次に、雨水流入量予測装置６５１の動作について説明する。

図９は、第２の実施形態に係る雨水流入量予測装置６５１の動作を示す図である。

Ｓ７０１において、まず雨水流入量予測装置６５１の設定時間取得部６４０は、記憶部２３０から設定時間を取得する。本実施形態における設定時間とは、雨水排水ポンプＰ１の起動時間並びに到達上限時間及び到達下限時間である。

次にＳ７０２～Ｓ７０５の動作については、第１の実施形態における雨水流入量予測装置１５１の動作と同様であるため、説明を省略する。図９におけるＳ７０２～Ｓ７０５は、図４におけるＳ３０２～Ｓ３０５にそれぞれ対応する動作である。

Ｓ７０６において、流入量出力部６１０の特定部６１１は、到達上限時間以下かつ到達下限時間以上の到達時間である水位計が水位計Ｇ１～ＧＮのいずれかにあるか否かを判定する。すなわち、到達上限時間以下かつ到達下限時間以上となる到達時間が、到達時間出力部２０２で算出された到達時間ｔ１～ｔＮのいずれかにあるか否かを判定する。Ｓ７０６において、到達上限時間以下かつ到達下限時間以上となる到達時間が到達時間ｔ１～ｔＮのいずれかにある場合、Ｓ７０７に進む。

Ｓ７０７において、流入量出力部６１０の特定部６１１で特定された流量を雨水ポンプ制御装置１５２へ出力する。

Ｓ７０６において、到達上限時間以下かつ到達下限時間以上となる到達時間が到達時間ｔ１～ｔＮのいずれにもない場合、Ｓ７０８に進む。

Ｓ７０８において、流入量出力部６１０の内挿／外挿部６１３によって算出された流量を雨水ポンプ制御装置１５２へ出力する。

Ｓ７００乃至Ｓ７０９の雨水流入量予測装置６５１の制御は、所定時間ごとに繰り返し実行される。

本実施形態により、到達上限時間以下かつ到達下限時間以上の到達時間である水位計があるか否かを判断し、到達上限時間以下かつ到達下限時間以上の到達時間である水位計がないときに、内挿又は外挿して得られた値を流入量とすることで、従来よりも予測精度の高い雨水流入量予測が可能となる。

このように、第１の実施形態及び第２の実施形態によれば、従来よりも予測精度の高い雨水流入量予測が可能となるため、この雨水流入量予測値をもとにした雨水ポンプダイナミック制御により、従来よりも浸水リスクやポンプの起動停止回数が低減する雨水流入量予測装置を提供できる。

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。

１・・・雨水ポンプ所システム
４・・・操作部
１０・・・下水管
１４・・・雨水ポンプ所
１５・・・雨水ポンプ制御システム
１４１・・・流入渠
１４２・・・ポンプ井
１５１、６５１・・・雨水流入量予測装置
１５２・・・雨水ポンプ制御装置
２００・・・水位情報出力部
２０１・・・流速出力部
２０２・・・到達時間出力部
２０３・・・流量出力部
２１０・・・流入量出力部
２１１・・・特定部
２１２・・・予測流入量出力部
２２０・・・水位取得部
２３０・・・記憶部
２４０・・・起動時間取得部
２５１・・・予測流入量取得部
２５２・・・制御部
６１０・・・流入量出力部
６１１・・・特定部
６１２・・・予測流入量出力部
６１３・・・内挿／外挿部
６４０・・・設定時間取得部

Claims

雨水ポンプ所における雨水排水ポンプの起動時間を取得する起動時間取得部と、
下水管の流下方向に沿って設置された複数の水位計から、前記下水管内の下水の水位を取得する水位取得部と、
前記水位取得部で取得された水位に基づいて、前記下水の流量及び前記下水が前記雨水ポンプ所に到達するまでの到達時間をそれぞれの水位計に対応づけて出力する水位情報出力部と、
前記起動時間取得部で取得された前記起動時間と、前記水位情報出力部で出力された前記到達時間が同等である水位計を前記複数の水位計から特定し、特定された水位計から取得された水位に基づいて出力された前記流量を出力する流入量出力部と、
を備える雨水流入量予測装置。
前記水位情報出力部は、前記水位取得部で取得された水位から得られた前記下水の流速、並びに前記複数の水位計から前記雨水ポンプ所までの延長に基づいて前記到達時間を出力する、
請求項１記載の雨水流入量予測装置。
前記流入量出力部は、前記起動時間に基づいて設定された到達上限時間以下かつ設定された到達下限時間以上の前記到達時間である水位計を、前記同等の前記到達時間である水位計として特定する、
請求項１又は請求項２記載の雨水流入量予測装置。
前記流入量出力部は、前記到達上限時間以下かつ前記到達下限時間以上の前記到達時間である水位計がないときに、前記複数の水位計のうちの２つ以上の水位計から取得された水位に基づいて出力された前記流量に応じて内挿又は外挿して得られた値を前記雨水ポンプ所へ流入する流入量として出力する、
請求項３記載の雨水流入量予測装置。
前記流入量出力部は、前記到達上限時間以下かつ前記到達下限時間以上の前記到達時間である水位計がないときに、前記複数の水位計のうちの前記起動時間の前後の到達時間である２つの水位計から取得された水位に基づいて出力された前記流入量に応じて内挿又は外挿して得られた値を前記雨水ポンプ所へ流入する流入量として出力する、
請求項４記載の雨水流入量予測装置。
雨水ポンプ所における雨水排水ポンプの起動時間を取得するステップと、
下水管の流下方向に沿って設置された複数の水位計から、前記下水管内の下水の水位を取得するステップと、
取得された前記水位に基づいて、前記下水の流量及び前記下水が前記雨水ポンプ所に到達するまでの到達時間をそれぞれの水位計に対応づけて出力するステップと、
取得された前記起動時間と同等の前記到達時間である水位計を前記複数の水位計から特定し、特定された水位計から取得された水位に基づいて出力された前記流量を出力するステップと、
を有する雨水流入量予測方法。
雨水流入量予測装置に、
雨水ポンプ所における雨水排水ポンプの起動時間を取得する機能と、
下水管の流下方向に沿って設置された複数の水位計から、前記下水管内の下水の水位を取得する機能と、
取得された前記水位に基づいて、前記下水の流量及び前記下水が前記雨水ポンプ所に到達するまでの到達時間をそれぞれの水位計に対応づけて出力する機能と、
取得された前記起動時間と同等の前記到達時間である水位計を前記複数の水位計から特定し、特定された水位計から取得された水位に基づいて出力された前記流量を出力する機能と、
を実現させるためのコンピュータプログラム。
雨水ポンプ所における雨水排水ポンプの起動時間を取得する起動時間取得部と、
下水管の流下方向に沿って設置された複数の水位計から、前記下水管内の下水の水位を取得する水位取得部と、
前記水位取得部で取得された水位に基づいて、前記下水の流量及び前記下水が前記雨水ポンプ所に到達するまでの到達時間をそれぞれの水位計に対応づけて出力する水位情報出力部と、
前記起動時間取得部で取得された前記起動時間と同等の到達時間である水位計を前記複数の水位計から特定し、特定された水位計から取得された水位に基づいて出力された前記流量を出力する流入量出力部と、
前記流入量出力部から出力された流量に基づいて、前記雨水排水ポンプの駆動を制御する制御部と、
を備える雨水ポンプ制御システム。
雨水ポンプ所に設けられた雨水排水ポンプと、
前記雨水排水ポンプの起動時間を取得する起動時間取得部と、
下水管の流下方向に沿って設置された複数の水位計から、前記下水管内の下水の水位を取得する水位取得部と、
前記水位取得部で取得された水位に基づいて、前記下水の流量及び前記下水が前記雨水ポンプ所に到達するまでの到達時間をそれぞれの水位計に対応づけて出力する水位情報出力部と、
前記起動時間取得部で取得された前記起動時間と同等の到達時間である水位計を前記複数の水位計から特定し、特定された水位計から取得された水位に基づいて出力された前記流量を出力する流入量出力部と、
前記流入量出力部から出力された流量に基づいて、前記雨水排水ポンプの駆動を制御する制御部と、
を備える雨水ポンプ所システム。