JPH01151700A

JPH01151700A - 道路トンネルの換気制御装置

Info

Publication number: JPH01151700A
Application number: JP30996887A
Authority: JP
Inventors: Kyo Mitsuyoshi; 京三吉; Takahiro Watanabe; 渡辺　孝裕; Shuichiro Kobayashi; 小林　主一郎; Norio Nagaoka; 長岡　憲夫
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1987-12-08
Filing date: 1987-12-08
Publication date: 1989-06-14
Also published as: JPH01151258A

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の目的〕（産業上の利用分野）本発明は道路トンネルの換気制御装置、特にファジィ理
論に基づく制御を行う道路トンネルの換気制御に関する
。

（従来の技術）道路トンネルにおいては、走行する自動車の排気ガス中
の９害物質によるトンネル内の汚染濃度を許容値以下に
抑える必要があり、このために排風機などにより換気が
行われている。

線流換気式道路トンネルにおける汚染濃度換気プロセス
は、−膜内に分布定数系で表されるが、特性が把握しに
くく無駄時間が大きい。また、汚染発生の原因となって
いる交通量の詳細な把握も困難である。このため、長大
なトンネルや交通量の多いトンネルでは、交通量を推定
し、この推定交通量にしたがってとりあえず基準値の設
定を行い、以後、汚染濃度の実測値をフィードバックし
て設定値の補正を行うという制御が従来から行われてい
た。

この設定値の補正を行う方法として、従来、次のような
方法が知られている。

（１）トンネル内の汚染濃度を検出し、濃度が高くなれ
ば換気機器の追加運転を行い、濃度が低くなれば運転台
数を減らす方法。

（２）　　排風機や送風機として、動翼可食式など操作
性のすぐれたものを用い、ＰＩＤ制御のような一般的な
連続制御を導入し、汚染濃度制御系を線形フィードバッ
クシステムで制御する方法。

（３）　　汚染濃度の実測値とその経過時間という汚染
濃度に起因した指標を用いてファジィ制御を行う方法。

（発明が解決しようとする問題点）しかしなから、上述の従来の制御には次のような問題点
がある。

前述（１）の方法、すなわち汚染濃度値に応じて機器の
運転台数を変える制御方法では、不必要に換気機器を始
動、停止させる頻度が増大するため、ランニングコスト
が増大するとともに機器の寿命を短くするという問題点
がある。一般に、トンネル内の汚染濃度分布は、トンネ
ル内の風速が一定の場合は風の方向に沿って濃度が高く
なり、風の出口側の坑口で最も濃度が高くなる。しかし
、実際には、交通量の動的な変化や過去の換気制御の結
果からトンネル内風速が一定せず、その為に濃度のばら
つきが生じている。また、−度に何台もの大型車が通過
すると局部的に汚染濃度が悪化することもある。このよ
うな−時的な交通量の変動などによって生じる汚染濃度
の変動に追従して、換気機器が始動、停止を繰返すこと
になり、ランニングコストの増大、機器の摩耗は著しい
ものとなる。

前述（２）の方法、すなわち線形フィードバックシステ
ムによる制御方法では、応答性を上げるためにゲインを
大きくするとハンチングが生じやすくなり、逆にゲイン
を下げるとプロセスの変動に追従できなくなるという問
題がある。

また、前述（３）の方法、すなわち汚染濃度に起因した
指標を用いてファジィ制御を行う方法では、汚染濃度系
のもつ遅れを補償しきれず、良好な制御ができないとい
う問題がある。

そこで本発明は、外乱に対して安定し、かつ、追従性の
良好な道路トンネルの換気制御装置を提供することを目
的とする。

〔発明の構成〕

（問題点を解決するための手段）本発明による道路トンネルの換気制御装置は、道路トン
ネル内の換気を行う換気手段と、道路トンネル内の汚染
濃度を計測する汚染濃度計測手段と、道路トンネル内の
風速を計測する風速計測手段と、汚染濃度計測手段およ
び風速計測手段の出力をファジィ集合として評価するた
めの制御指標を作成する前処理手段と、この前処理手段
の出力を入力としてファジィ推論を行うファジィ推論手
段と、このファジィ推論手段の出力に基づいて換気手段
を制御する換気制御手段と、を備えたものである。

（作　用）本発明による道路トンネルの換気制御装置では、汚染濃
度計測手段の計測値に基づく指標と風速計測手段の計測
値に基づく指標とを、ファジィ集合として評価し、ファ
ジィ推論の結果に基づいて換気手段の換気能力の増減を
制御する。ファジィ推論のための指標として風速値を導
入したために、安定で追従性の良い制御が可能になる。

（実施例）以下、本発明を図示する実施例に基づいて詳述する。第
１図は本発明による道路トンネルの換気制御装置の基本
構成を示すブロック図である。道路トンネル１００内の
換気は換気手段２００（たとえば、ジェットファンおよ
び集塵機）によって行われる。道路トンネル１００内に
は、汚染濃度計測手段１０および風速計測手段２０が取
付けられており、トンネル内の汚染濃度値および風速値
が計測される。これらの計測値に基づいて、換気手段２
００の制御がなされる。

第２図は、上述の構成をより具体化した実施例を示す図
である。道路トンネル１００内の空気は、自動車１０１
の通行によって汚染される。この汚染を浄化するための
換気手段として、２機の集塵機２１１．２１２と、複数
台のジェットファン２２０（−点鎖線で示す領域に所定
の間隔をおいて取付けられている）と、が備えつけられ
ている。

一方、汚染濃度計測手段１ｏとしては、３台の煙霧透過
率計１１〜１３と、１台の一酸化炭素検出計１４が設け
られている。煙霧透過率計１１〜１３は、トンネル内の
空気中の光の透過率を測定する装置で、その計測値ＶＩ
Ｉ〜ＶＩ３は汚染濃度を示す値となる。−酸化炭素濃度
値１４は、トンネル内の空気の一酸化炭素濃度値ｃｏを
出力する。また、風速計測手段２０としては、風向風速
計２１が設けられており、トンネル内の風速値ＷＳを出
力する。

再び第１図を参照する。汚染濃度計７ｆ？１手段１゜に
よる汚染濃度値Ｖｌｌ〜ＶＩ３および風向計測手段２０
による風速値ＷＳは、前処理手段３ｏに与えられる。こ
の実施例では、−酸化炭素濃度値ＣＯはファジィ推論に
は利用していないが、この値を取入れたファジィ推論を
行っても勿論がまゎない。前処理手段３０は、汚染濃度
値Ｖｌｌ〜ＶＩ３と風速値ＷＳとをファジィ集合として
評価するための制御指標を作成する機能を有する。この
実施例では、所定の汚染濃度基準値ＶＩ、。、および所
定の風速基準値ＷＳ、ｏ、を予め設定しておき、これら
の基準値と計測値との差を制御指標として出力している
。すなわち、前処理手段３０は、制御指標ΔＶｌｌ〜Δ
ＶＩ３およびΔＷＳを出力する。これらの制御指標はフ
ァジィ推論手段４０に与えられる。ファジィ推論手段４
０は、ファジィルールベース４１内のデータを参照して
、与えられた制御指標に基づいたファジィ推論結果ΔＮ
Ｊｌ”　　ΔＱＣ１’　ΔＱＣ２を出力し、換気制御手
段５０に与える。ここで、ファジィ推論結果ΔＮＪＦは
、ジェットファンの運転台数の増減指令を示すものであ
り、ΔＱＣ１’　ΔＱＣ２はそれぞれの集塵機の集塵風
量の増減指令を示すものである。換気制御手段５０は、
換気手段２００から与えられる実際のジェットファンの
運転台数ｎｊＦ、実際の集塵風量値ｑＣ１”Ｃ２のそれ
ぞれに、ファジィ推論結果ΔＮＪＰ’　　ΔＱＣ１’　
ΔＱｃ２を加えることにより、ジェットファン運転台数
指令ＮＪＦ’集塵機風量指令Ｑ。ｌ”Ｃ２を求め、これ
らの指令値を換気手段２００、すなわち、ジェットファ
ン２２０および集塵機２１１．２１２に与えて制御を行
う。

以上のように、この装置では、汚染濃度値と風速値とを
測定し、この測定結果に基づいてファジィ推論を行い、
ジェットファンおよび集塵機を制御することになる。次
に、ファジィ推論手段４゜における推論方法の一例を具
体例を挙げて説明する。ファジィルールベース４１内に
は、ファジィ推論に用いるための種々のデータが予め設
定されている。そのうちの１つがメンバーシップ関数で
ある。この実施例では、ΔＶｌｌ〜ΔＶＩ３゜Δｗｓ、
　　ΔＮＪＰ、ΔＱＣ１’　　ΔＱｃ２の７つの変数に
ついて、それぞれメンバーシップ関数を定義している。

第３図にその一例として、ΔＶｌｌについて定義された
メンバーシップ関数を示す。ここで、横軸がΔＶｌｌの
値、縦軸がそのメンバーシップ関数であるμ（ΔＶＩＩ
）の値である。横軸目盛りのａは所定の定数であり、Δ
Ｖｌｌの値が−ａ〜ａの間に分布するように定められる
。前述のように、ΔＶＩＩは汚染濃度測定値Ｖｌｌと汚
染濃度基準値ｖＩｒｅｆ’との差であるから、横軸の０
の位置は測定値が基準値と等しいことを示す。第３図に
示すように、ΔＶｌｌには７つのファジィ集合が定義さ
れている。ここで、各あいまいラベルの意味は次のとお
りである。

ＮＢ：負で大きいＮＭ：負で普通の大きさＮＳ：負で小さいＺ：はぼゼロＰＳ：正で小さいＰＭ：正で普通の大きさＰＢ：正で大きいたとえば、ΔＶｌｌ−−１／３・ａの位置では、ファジ
ィ集合ＺおよびＮＳの両方に所属し、ファジィ集合Ｚで
は０．３、ファジィ集合ＮＳでは１．０なる関数値をと
ることがわかる。このようなメンバーシップ関数が、Δ
Ｖｌｌ以外の変数についてもすべて定義されている。

ファジィルールベース４１には、この他に、ΔＮＪＰ’
　ΔＱＣ１’　ΔＱｃ２を求めるためのあいまいラベル
テーブルが定義されている。第４図に、ΔＮＪＰを求め
るためのあいまいラベルテーブルの一例を示す。このテ
ーブルは、ΔＶｌｌとΔＷＳとを条件部メンバーシップ
関数として、結論部メンバーシップ関数となるΔＮＪＰ
を引くテーブルである。横欄からΔＶｌｌの所属するフ
ァジィ集合のラベルを、縮開からΔＷＳの所属するファ
ジィ集合のラベルを、それぞれ引くことにより、ΔＮＪ
Ｐの所属するファジィ集合を推論することができる。な
おテーブルの空欄は定義がなされていない部分を示す。

それでは、ΔＶＩＩとΔＷＳとに具体値が与えられた場
合に、この２つの変数に基づいてΔＮＪＰを求める具体
的手順の一例を第５図を用いて説明する。

いま、ΔＶｌｌについては第３図に示すメンバーシップ
関数が定義されており、ΔＮＪＰを求めるためのテーブ
ルとして、第４図のようなテーブルが定義されているも
のとする。そして、各変数は−６〜６の間の値をとり（
第３図の横軸目盛りでａ＝６）、ΔＶｌｌ−−２．ΔＷ
Ｓ−１という具体的な数値が与えられたものとする。ま
ず、ΔＶｌｌ−−２なる値（−１／３・ａに相当）に基
づいて、第３図からファジィ集合を求めると、ファジィ
集合ＮＳ（関数値１．０）およびファジィ集合Ｚ（関数
値０．３）に所属することがわかる。一方、ΔＷＳにつ
いても同様のメンバーシップ関数が定義されており、Δ
ＷＳ−１なる値が、たとえば、ファジィ集合ＰＳおよび
２に所属することがわかったものとする。この結果を条
件部メンバーシップ関数として第４図のテーブルを引く
と、ΔＶＩ　１がＮＳ、Ｚであり、ΔＷＳｆＪ＜ＰＳ。

Ｚであるから、全部で４とおりの組合わせが得られ、４
とおりの結論部メンバーシップ関数が得られる。ただそ
の中で、ΔＮＪＦが定義されている組合わせは３とおり
であり、ΔＮＪＦとしてはＰＳ。

Ｚ、ＮＳを得る。この各組合わせをそれぞれＲ１゜Ｒ２
，Ｒ３として示したのが第５図である。第１の組合わせ
Ｒ１では、ΔＶ　Ｉ　１（ＮＳ　（ΔＶ　Ｉ　１−−２
に対して関数値１．０）、ΔＷＳがｐｓ（ΔＷＳ■１に
対して関数値０．７）、そしてこの組合わせを第４図の
テーブルに適用して得られるΔＮＪＰのファジィ集合が
ＰＳである状態が示されている。Ｒ２，Ｒ３についても
同様である。

続いて、得られた３つの結論部メンバーシップ関数（第
５図のΔＮＪＰの欄に示した３つの関数）に対する修正
をΔＶｌｌまたはΔＷＳに基づいて行う。この実施例で
は、関数値μ（ΔＶｌｌ）またはμ（ΔＷＳ）のうち、
どちらか小さい方で結論部メンバーシップ関数をスライ
スすることによってこの修正を行っている。第５図の関
数ΔＮＪＦのハツチングを施した部分がスライスによっ
て修正を受けた残りの部分である。たとえば、Ｒ１の場
合を例にとると、関数値μ（ΔＶＩＩ）−１，０であり
、μ（ΔＷＳ）−０，７である。したがって、小さい方
０．７によってΔＮＪＦについてのファジィ集合ＰＳの
関数をスライスしている。

このようにして修正を施した結論部メンバーシップ関数
を合成して出力合成関数を求める。この実施例では、関
数値の最大値をとるようにして、ＰＳ、Ｚ、ＮＳという
３つの関数を合成している。

第６図にこのようにして得られた出力合成関数を示す。

続いて、この出力合成関数の重心Ｃ，Ｇ。

を求め、この重心Ｃ，Ｇ、の横軸上の読みの値を、最終
的なファジィ推論結果であるΔＮＪＦの値として出力す
る。かくして、ΔＶｌｌおよびΔＷＳを入力し、ファジ
ィ推論によってΔＮＪＦを出力する動作が行われること
になる。

なお、上述の推論手順は一実施例として述べたものであ
り、ファジィ推論はこの他種々の方法で行うことができ
る。たとえば、第７図（ａ）に示すようなテーブルを用
いて、ΔＶｌｌとΔＶＩ２とによってΔＮＪＦを求める
こともできるであろうし、同図（ｂ）に示すようなテー
ブルを用いて、ΔＶｌｌとその時間微分ｄΔＶ　１１／
ｄ　ｔとによってΔＮＪＰを求めることもできるであろ
う。また、ΔＱＣ１’　　ΔＱＣ２を推論する過程も同
禄に行われる。

このファジィ推論の基本方針、基本原理というものにつ
いてはここでは触れないが、たとえば、「システムと制
御」誌の第２５巻、第７号、第４４２〜４４６頁（１９
８４）にファジィ制御の基本的な解説が詳述されている
。

最後に本発明によるファジィ推論を利用した実際の道路
トンネルの換気制御装置の構成を第８図のブロック図を
参照して説明する。このブロック図に示す装置は、入力
手段１によって汚染濃度側　　　　　　′定値Ｖｌｌ〜
ＶＩ３、風速測定値ＷＳ、−酸化炭素濃度値ＣＯ１ジェ
ットファン運転台数ｎＪＦ’集塵機風量ｑＣ１”Ｃ２を
人力する。これらのプロセス値は、集塵機運用計画手段
２、集塵機運転・停止制御手段３、ファジィ制御手段４
、非常値制御手段５に与えられる。なお、交通量を測定
するためのトラフィックカウンタがトンネル内に設けら
れている場合には、このトラフィックカウンタの計測値
ＴＣが集塵機運用計画手段２に与えられる。

集塵機運用計画手段２は、これらの入力値に基づいて、
汚染発生量の推定を行い、負荷に応じて、かつ、集塵機
の運転・停止の頻度が高くならないように考慮した集塵
機の運用計画を作成し、これを集塵機運転・停止制御手
段３に渡す。集塵機運転・停止制御手段３は、この運用
計画と入力手段からのＶｌｌ〜ＶＩＢとを参照し、実際
の集塵機の運転または停止を決定するための指示を集塵
機制御装置６に与えるとともに、ジェットファン制御装
置７に対して、ジェットファンの運転台数設定・変更の
タイミングを与える。ファジィ制御手段４は、前述のフ
ァジィ推論制御を行う部分である。すなわち、第１図の
前処理手段３０、ファジィ推論手段４０、ファジィルー
ルベース４１、換気制御手段５０を含めたものがファジ
ィ制御手段４になる。したがって、入力手段１から与え
られるＶｌｌ〜ＶＩ３．ＷＳに基づいて、ジェットファ
ン運転台数指令値ＮｊＦを生成してジェットファン制御
装置６に与え、集塵機風量指令値Ｑ。１゜Ｑ１１７２を
生成して集塵機制御装置６に与える。一方、非常値制御
手段５は、入力手段１から与えられるプロセス量から非
常事態の発生を認詭し、この非常事態に対処するための
指令を集塵機制御装置６およびジェットファン制御装置
７に与える。集塵機制御装置６およびジェットファン制
御装置は与えられた指令に基づいて、集塵機８およびジ
ェットファン９を制御する。

なお、この第８図の実施例は、ある程度交通量の多い、
もしくは長さの長いトンネルを対象としたものであり、
本発明の要点は、この中のファジィ制御手段４にあるも
のであり、その他の構成要素は付加的なものである。ま
た、ファジィ制御の制御規則やメンバーシップ関数の追
加などを行うことによって最適な制御を実現することが
できるが、このような調整はファジィ制御手段４に対し
て行うことができる。したがって、運用後の運転方式の
変更や制御系の５１整などのメンテナンスが非常に容易
である。

また、本実施例は、集塵機付縮流換気式のトンネルに適
用したが、立坑集中排気式ζあるいは送排気式のトンネ
ルにも本発明は同様に適用可能である。

〔発明の効果〕

以上のとおり本発明の道路トンネルの換気制御装置によ
れば、トンネル内の汚染濃度計測値と風速計ｎ１値とに
基づいてファジィ推論を行い、トンネルの換気手段の制
御を行うようにしたため、外乱に対して安定した追従性
の良い制御が可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本兇明による道路トンネルの換気制御装置の基
本構成を示すブロック図、第２図は本発明を適用するト
ンネルの説明図、第３図は本発明によるファジィ制御に
用いるメンバーシップ関数の一例を示す図、第４図は本
発明によるファジィ制御に用いるあいまいラベルテーブ
ルの一例を示す図、第５図は第３図に示す関数と第４図
に示すテーブルとに基づくファジィ演算の説明図、第６
図は第５図によるファジィ演算結果を示す図、第７図は
本発明によるファジィ制御に用いるあいまいラベルテー
ブルの別な一例を示す図、第８図は本発明による道路ト
ンネルの換気制御装置の具体的実施例を示すブロック図
である。１・・・入力装置、２・・・集塵機運用計画手段、３・
・・集塵機運転・停止制御手段、４・・・ファジィ制御
手段、５・・・非常値制御手段、６・・・集塵機制御装
置、７・・・ジェットファン制御装置、８・・・集塵機
、９・・・ジェットファン、１０・・・汚染濃度計測手
段、１１〜１３・・・煙霧透過率計、１４・・・−酸化
炭素濃度計、２０・・・風速計測手段、２１・・・風向
風速計、３ｏ・・・前処理手段、４０・・・ファジィ推
論手段、４１・・・ファジィルールベース、５０・・・
換気制御手段、１００・・・道路トンネル、１０１・・
・自動車、２００・・・換気手段、２１１，２１２・・
・集塵機、２２０・・・ジェットファン〇出願人代理人　　佐　　藤　　−雄１面の浄古（内容に変更なし）第１図第２図 Δ’ＮＪＦ ΔＶＩ　１　　　　　　Δｓｓ　　　　　ΔＮＪＦ第５
図 μ （ｂ）第７図第８図手続補正書　　　盲昭和６３年１月１３日

Claims

【特許請求の範囲】１、道路トンネル内の換気を行う換気手段と、前記道路
トンネル内の汚染濃度を計測する汚染濃度計測手段と、
前記道路トンネル内の風速を計測する風速計測手段と、
前記汚染濃度計測手段および前記風速計測手段の出力を
ファジィ集合として評価するための制御指標を作成する
前処理手段と、前記前処理手段の出力を入力としてファ
ジィ推論を行うファジィ推論手段と、このファジィ推論
手段の出力に基づいて前記換気手段を制御する換気制御
手段と、を備えることを特徴とする道路トンネルの換気
制御装置。２、前処理手段が、汚染濃度計測値と所定の汚染濃度基
準値との差、および風速計測値と所定の風速基準値との
差を、制御指標として出力することを特徴とする特許請
求の範囲第１項記載の道路トンネルの換気制御装置。３、ファジィ推論手段が、前処理手段から与えられる制
御指標に基づいて条件部メンバーシップ関数を求め、こ
の条件部メンバーシップ関数によって所定のテーブルを
引くことにより結論部メンバーシップ関数を求め、この
結論部メンバーシップ関数を前記制御指標に基づいて修
正し、このような修正を受けた複数のメンバーシップ関
数の最大値をとることによって出力合成関数を求め、こ
の出力合成関数の重心を出力とすることを特徴とする特
許請求の範囲第１項または第２項記載の道路トンネルの
換気制御装置。４、換気手段が、ジェットファンおよび集塵機を有する
ことを特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第３項のい
ずれかに記載の道路トンネルの換気制御装置。