JPH07191152A - 降雨量予測装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、充分先の時間まで降雨量の予測を
可能とし、例えばポンプ所のポンプ運転制御を適切に行
うことにある。 【構成】 レーダ雨量計１から得られた対象地域の雨滴
分布データについて地上雨量計２から得られる雨量デー
タを用いて所定時間間隔ごとの降雨量分布データを得る
データ修正手段４と、このデータ修正手段４で得られる
現在から過去の降雨量分布データに基づいて移動速度を
算出し、この移動速度から降雨量分布の移動軌跡を求め
る移動軌跡演算手段５と、現在から過去の降雨量分布デ
ータに基づき、現在地域の降雨量分布と移動分だけさか
のぼった地域の降雨量分布とを比較し降雨量分布の変移
軌跡を求める変移軌跡演算手段６と、この変移軌跡と降
雨量分布の移動軌跡とから将来の降雨量分布を算出する
降雨量予測算出手段７とを設けた降雨量予測装置であ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、集中豪雨等のようにポ
ンプ井のポンプ台数を制御する雨水排水技術に利用され
る降雨量予測装置に係わり、特に降雨量の移動状態を把
握し適切に予測降雨量を算出する技術を設けた降雨量予
測装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、都市への人口集中による住宅の密
集化や舗装道路の普及に伴い、降雨が大地に浸透せずに
直接下水管路に集中する降雨量の増加が目立ってきてい
る。その結果、降雨流出，すなわち降雨が下水管路内に
流れるまでに要する時間が短縮され、また降雨量の多い
場合には市街地の住居などへの浸水も発生してきてい
る。

【０００３】一方、最近の降雨状況を詳細に観測する
と、降雨はある地域に集中することが判明されている。

【０００４】そこで、以上のような降雨による浸水を未
然に防止する面から、雨水ポンプの有効活用を図ること
が必要である。すなわち、降雨は地表から地下の下水管
路を経てポンプ所内のポンプ井にたまるが、ここでポン
プによって主に河川に排出されるようになっている。従
って、雨水ポンプの運転は、前述のように降雨流出時間
の短縮化や降雨地域の集中現象に応じて、迅速、かつ、
適切にポンプの運転制御を行うことが必要がある。この
ため、ポンプ井に流入する雨水の流量（流入流量）を適
確に把握する必要がある。

【０００５】この流入流量は、いわゆる流出解析法、特
に大地に浸透せずに直接流出する降雨を取り扱う都市流
出解析法を用いて降雨量を入力して求めることが可能で
ある。ゆえに、この降雨量を予測することにより、将来
における雨水ポンプの運転を的確に行うことができる。

【０００６】ところで、従来，雨水ポンプの運転を行う
ための降雨量の測定は、複数個の地上雨量計を設置し、
これら地上雨量計からの出力を測定することが行われて
いる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、以上の
ような降雨量の測定方法は、広範囲にわたる地域のある
一点の降雨量は測定できるものの、ある対象地域におけ
る集中的な降雨量分布を把握することが難しく、このた
めポンプ井の対象領域の降雨量分布を適切に把握できな
い問題がある。

【０００８】また、従来方法は、地上雨量計の設置個所
の現在降雨量を把握できるが、この降雨量から直接下水
管路に流入する降雨量を的確に予測できず、集中豪雨な
どの場合には迅速に対処できない問題がある。

【０００９】そこで、従来における降雨量予測は、ポン
プ運転操作者がポンプ所の窓から外の天候を観察し、黒
雲（雨雲）の出具合状態および過去の経験，勘等から判
断を下し、降雨前にポンプ井の水位を低下させるような
ポンプの運転制御を行っている。

【００１０】従って、以上のような降雨量の予測では、
降雨量の分布を的確に把握できないばかりか、ポンプ運
転者の勘によって降雨量の予測を立てながらポンプの運
転を行っていることから、迅速、かつ、適切にポンプの
運転制御を行えない問題がある。

【００１１】本発明は上記実情に鑑みてなされたもの
で、充分先の時間まで降雨量の予測を可能とし、これに
より例えばポンプ所のポンプ運転制御を適切に行い、集
中豪雨などの場合でも迅速に雨水排水を行い得る降雨量
予測装置を提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項に対応する発明は、対象地域の雨滴分布デー
タを取り込んで所定の時間間隔ごとに出力するレーダ雨
量計と、前記対象地域に設置され、雨量データを取り込
んで出力する地上雨量計と、前記レーダ雨量計の雨滴分
布データについて前記地上雨量計の雨量データを用いて
所定時間間隔ごとの降雨量分布データを得るデータ修正
手段と、このデータ修正手段によって得られる現在から
過去の降雨量分布データに基づいて移動速度を算出し、
この算出された移動速度から降雨量分布の移動軌跡を求
める移動軌跡演算手段と、前記データ修正手段によって
得られる現在から過去の降雨量分布データに基づき、現
在地域の降雨量分布と移動分だけさかのぼった地域の降
雨量分布とを比較し降雨量分布の変移軌跡を求める変移
軌跡演算手段と、この変移軌跡演算手段で求めた降雨量
分布の変移軌跡と前記降雨量分布の移動軌跡とから将来
の降雨量分布を算出する降雨量予測算出手段とを設けた
降雨量予測装置である。

【００１３】

【作用】従って、請求項に対応する発明は、以上のよう
な手段を講じたことにより、レーダ雨量計を用いて雨滴
分布データを取り込んで所定の時間間隔ごとに修正手段
に送出すると、この修正手段では、雨滴分布データにつ
いて地上雨量計からの雨量データを用いて修正し降雨量
分布データを求める。

【００１４】ここで、移動軌跡演算手段は、現在から過
去の降雨量分布に基づいて移動速度を算出し、この算出
された移動速度から降雨量分布の移動軌跡を求める。同
様に、現在から過去の降雨量分布に基づいて降雨量分布
の変移軌跡を求める。

【００１５】このようにして移動軌跡および変移軌跡が
得られたならば、これら２つの軌跡から将来のある時刻
における移動速度予測値および変移予測値を求める。

【００１６】しかる後、移動軌跡上の予測対象地域から
移動速度予測値だけさかのぼった対象地域の降雨量分布
と変移予測値とから降雨量分布予測値を算出するので、
充分先の時間まで適確に降雨量を予測でき、例えばポン
プ所のポンプ運転制御に有効に利用できる。

【００１７】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。

【００１８】図１は移動降雨量予測装置の一実施例を示
すブロック図である。同図において１は所要とする対象
地域の空中に電波を発射し雨滴の多少に依存して異なる
強度の反射電波を受信するレーダ雨量計であって、この
レーダ雨量計１には予め所要の広がり例えば半径数１０
キロメートルの対象地域ごとに例えば数万個に分割した
メッシュをもつメッシュメモリが内蔵され、レーダ雨量
計１による所定時間間隔例えば５分ごとに各対象地域か
ら得られる反射電波の強度の雨滴分布データをメッシュ
メモリに格納し、かつ、出力する機能をもっている。こ
のレーダ雨量計１は、降雨集中現象を把握するために広
範囲の対象地域にわたる面的雨量分布を得ることにあ
る。

【００１９】２は地上雨量計であって、これは各対象地
域ごとに所要数Ｎ個設置され、各地上雨量計２ごとに所
定時間間隔例えば５分ごとに雨量データを測定し出力す
る機能をもっている。通常、対象地域ごとのメッシュメ
モリのメッシュ数は数万個からなり、地上雨量計１の個
数Ｎよりもはるかに多い。そこで、メッシュメモリのメ
ッシュ数をＮ個に分割し、これら各分割メッシュ群に相
当する地域に予め地上雨量計２が配置される。

【００２０】これらレーダ雨量計１および地上雨量計２
によって測定された雨滴分布データおよび雨量データは
それぞれ降雨量予測部３に送出される。

【００２１】すなわち、レーダ雨量計１および地上雨量
計２による所定時間間隔を△ｔ分（例えば５分）とし、
かつ、当該△ｔ分おきの間の離散時間をＫで表せば、降
雨量予測部３では次のような時間関係の下に演算処理を
実行するものとする。

【００２２】 Ｋ0 ＋１＞Ｋ＞Ｋ0 …… （１） ここで、Ｋ0 は初期時刻（現在時刻）、＋１は次の△ｔ
分後の時刻を意味する。つまり、降雨量予測部３は今回
時刻Ｋ0 と次回の時刻Ｋ0 ＋１との間で所要の演算処理
を行う。この演算処理では、ある時刻Ｋ＝Ｋp −Ｋp
（Ｋp ≧２）から現在までの（Ｋp ＋１）組の降雨量デ
ータを得ることにある。Ｋp は過去△ｔ分おきのデータ
使用個数に相当する時刻を意味する。ゆえに、Ｋp ＝２
のときには５分×２＝１０分を意味する。従って、Ｋ0
−Ｋp の意味は、初期時刻から５分前のデータ、１０分
前のデータを演算処理すること、さらに（Ｋp ＋１）は
５分前のデータ、１０分前のデータの他、「＋１」に基
づく現在のデータ，つまり３組の降雨量データを演算処
理することを意味する。

【００２３】この降雨量予測部３は、データ修正手段
４、移動軌跡演算手段５、変移軌跡演算手段６および降
雨量予測算出手段７によって構成されている。

【００２４】このデータ修正手段４は、所定の時間間隔
ごとにレーダ雨量計１から得られる雨滴分布データを地
上雨量計２から得られる雨量データを用いて修正し所定
の時間間隔毎の降雨量分布を得るものである。さらに、
具体的には、予めレーダ雨量計１の過去雨滴分布データ
と地上雨量計２の過去雨量データとから補正式が記憶さ
れ、レーダ雨量計１によるある地域の１／Ｎ分割された
ある分割地域の雨滴分布データについて当該分割地域の
地上雨量計２の雨量データを用いて修正し、これを分割
地域ごとに行って対象地域全体の所定時間間隔毎の降雨
量分布を得る。

【００２５】前記移動軌跡演算手段５は、現在から過去
の降雨量分布に基づいて移動速度を算出し、得られた移
動速度から降雨量分布の移動軌跡を求めるものである。
前記変移軌跡演算手段６は、現在から過去の降雨量分布
に基づき、移動分だけさかのぼった地域の降雨量分布と
比較し、降雨量分布の変移軌跡を求める。

【００２６】前記降雨量予測算出手段７は、降雨量分布
の移動軌跡と降雨量分布の変移軌跡とから将来の降雨量
分布を算出する。

【００２７】８は降雨量予測部３で得られる降雨量予測
曲線に基づいてポンプの運転制御を実施するポンプ運転
装置である。

【００２８】次に、以上のように構成された装置の動作
について図２を参照しながら説明する。

【００２９】レーダ雨量計１および地上雨量計２にて所
定時間間隔ごとに対象地域の雨滴分布データである雨滴
分布図Ｃk および雨量データを測定し、降雨量予測部３
に送出する。この降雨量予測部３は、レーダ雨量計１お
よび地上雨量計２から送られてくる雨滴分布図Ｃk およ
び雨量データを図示しない記憶手段に記憶した後、前述
したデータ修正手段４によるデータ修正処理を実行す
る。

【００３０】このデータ修正処理は、ＳＴ１〜ＳＴ４に
示すごとく現在の降雨量分布だけでなく、前記（Ｋ0 −
Ｋp ）時刻の降雨量分布を求めるものであって、過去お
よび現在を含んだ（Ｋp −１）組の面的データの個別処
理を行うことにある。

【００３１】先ず、現在時刻Ｋ＝Ｋ0 を設定した後（Ｓ
Ｔ１）、記憶手段に記憶されているレーダ雨量計１の雨
滴分布図Ｃk を読み出し、この雨滴分布図Ｃk と当該雨
滴分布図Ｃk に対応する地上雨量計２の雨量データとか
ら前記補正式に従って修正し、降雨量分布Ｄk を算出す
る（ＳＴ２）。さらに、過去の（Ｋ0 −Ｋp ）組の降雨
量分布データを求めたか否かを判断する（ＳＴ３）。こ
こで、過去の（Ｋ0 −Ｋp ）組の降雨量分布データを求
めていない場合、Ｋ＝Ｋ−１の時刻を設定し（ＳＴ
４）、過去の所定時間間隔前（例えば５分前）の降雨量
分布データを求める。このように過去については（Ｋ0
−Ｋp ）組の降雨量分布データを求める。

【００３２】次に、ＳＴ５〜ＳＴ８においては、２つの
時刻の間の降雨量分布の移動軌跡および変移軌跡を計算
する。この処理はデータ修正処理と同様に過去および現
在を含んだ（Ｋp −１）組の面的データの処理を行うこ
とにある。ここでは、先ず、Ｋ＝Ｋ0 を設定し（ＳＴ
５）、２つの時刻であるＫ0 と（Ｋ0 −１）との移動速
度Ｖk の他、変移軌跡Ｒk を算出する（ＳＴ６）。

【００３３】先ず、移動速度の算出には幾つかの方法が
ある。その１つは２つの降雨量分布の重心を求めた後、
これら２つの重心距離と予め定められている所定時間間
隔とから重心の移動速度を求める方法、他の１つは降雨
量分布を平行移動させた場合の相関係数が最大となるよ
うに速度を求める方法、或いは直交変換（フーリェ変
換）を用いる方法などがある。

【００３４】例えば直交変換（フーリェ変換）を用いて
降雨量分布の移動速度を求める方法は、図３に示すよう
に二次元降雨量データのある分割メッシュ群データｒｒ
（ｘ，ｙ）を直交変換して現在データを求めた後、過去
の１つの所定時間間隔前データを求め、移動ベクトルを
算出する。

【００３５】

【数１】 ゆえに、移動速度Ｖk は、移動ベクトル／所定時間間隔
から求めることができる。

【００３６】引き続き、移動速度Ｖk から移動軌跡Ｖを
算出する。この移動軌跡Ｖの算出には、（Ｋp ＋１）個
のデータを用いて２つの時刻のデータ対について演算
し、Ｋp 個のデータを求める。

【００３７】具体的には、各時刻での移動速度をＶk と
する。このｋは時刻を意味する。その結果、現在時刻の
移動速度Ｖk は、 Ｖk ＝ｆ（Ｖk-1 ，Ｖk-2 ，… ） ……（５） で表せる（図４参照）。ここで、Ｖk-1 ，Ｖk-2 ，…
は過去の所定時間間隔前時刻の移動速度である。ゆえ
に、各時刻に対する移動速度が線形の場合には、次のよ
うな移動軌跡Ｖが得られる。

【００３８】 Ｖk （＝Ｖ）＝ａ1 Ｖk-1 ＋ａ2 Ｖk-2 ＋… ……（６） 但し、ａ1 ，ａ2 ，…は過去のデータから最小二乗法で
求めることができる。

【００３９】次に、降雨量分布の変移軌跡Ｒk を算出す
る。この降雨量分布の変移軌跡の算出は、現在の降雨量
分布と移動速度だけさかのぼった対象地域の降雨量分布
（過去の降雨量分布）とを比較し求めるものである。こ
の場合にも、（Ｋp ＋１）個のデータを用いて２つの時
刻のデータ対について演算し、Ｋp 個のデータを求め
る。

【００４０】具体的には、例えば二次元離散フーリェ変
換のような直交関数展開を行い、各展開係数を用いて変
移軌跡Ｒk を求めることができる。このような関数展開
においては高次の項の影響が少ないので無視できる。

【００４１】例えば直交変換したデータがＲrk（ｕ，
ｖ），Ｒrk-1（ｕ，ｖ），…とする。Ｒrkは現在デー
タ、Ｒrk-1, …は過去データである。そこで、各成分
（ｕ，ｖ）について、 Ｒrk＝Ｆr （Ｒrk-1，Ｒrk-2, …） ……（７） となる関数を求めた後、移動軌跡と同様な処理により、
変移軌跡Ｒk を求めることができる。このような一連の
処理は、（Ｋ0 ＋Ｋp ）までさかのぼって順次移動速度
Ｖk および変移軌跡Ｒk を求めていく。

【００４２】次に、ステップＳＴ９による処理を行う。
この処理は、過去の（Ｋp ＋１）組のデータを同時に扱
う処理である。つまり、この処理は時刻Ｋ0 から時刻
（Ｋ0−Ｋp ）までの降雨量の動的挙動の特徴を把握す
る演算である。降雨域の移動方向を予測するために、移
動軌跡を直線で把握し、近い将来もその直線にそって移
動するものとする。

【００４３】移動速度は過去移動速度データＶk の変化
の特性を接続するものとし、曲線あてはめにより当該特
性を表す曲線ｆV を求める。変移軌跡は過去変移軌跡デ
ータＲk についても、曲線あてはめにより曲線ｆR を求
める。

【００４４】さらに、降雨量予測算出手段７にて降雨量
分布を予測する（ＳＴ１０〜ＳＴ１３）。なお、予測す
る時間は例えば数１０分であり、ここでは離散時間Ｋ＝
Ｋ0＋ＫF までとする。

【００４５】この降雨量分布予測のための準備を行う。
予測期間における移動速度Ｖk は曲線ｆV を外挿し、時
刻（Ｋ0 ＋１）のときの値ＶＫ0+1 を読み取る。また、
降雨量分布の変移Ｒk についても、曲線ｆR を外挿し、
時刻（Ｋ0 ＋１）のときの降雨量分布の変移ＲＫ0+1 を
得るものである。

【００４６】降雨域が対象地域の頭上に来るであろう予
測軌跡は、将来の移動速度Ｖk+1 と将来の変移軌跡Ｒrk
+1とから求められる。そのうち、将来の移動速度Ｖk+1
は、 Ｖk+1 ＝ｆ（Ｖk ，Ｖk-1 ，…） ……（８） の移動軌跡から求められ、将来の変移軌跡Ｒrk+1は、 Ｒrk+1＝Ｆr （Ｒrk，Ｒrk-1，…） ……（９） の各成分から求める。そして、これら２つの移動速度Ｖ
k+1 と変移軌跡Ｒrk+1とから将来的な所定時間間隔後の
降雨量分布を得ることができる。このときの降雨量分布
は、直交関数展開を行い、各展開係数を得、降雨量分布
の変移Ｒk+1 から各展開係数の予測値を得る。そして、
その展開係数を逆変換し、ある分割メッシャ群の予測降
雨量分布ｒrk+1（ｘ，ｙ）＝Ｄk+1 を得るものである。

【００４７】

【数２】 なお、上式において前段項は移動分，後段項は直交変換
した変移分（ｕ，ｖ）を逆変換し（ｘ，ｙ）に戻したも
のである。

【００４８】同様にして時刻（Ｋo ＋２），つまり例え
ば１０分後の予測降雨量分布Ｄk+2を得、これを繰り返
すことにより、時刻Ｋ0 ＋ＫF の予測降雨量分布Ｄを求
めるものである。

【００４９】このようにして降雨量予測装置３で得られ
た予測降雨量をポンプ運転装置８に渡すと、このポンプ
運転装置８では、流出解析を行い、流入流量曲線が予測
可能となる。この流入流量とポンプ井水位計のデータと
を組合わせた運転アルゴリズムが構成可能であるので、
流入流量に依存したポンプ吐出量の決定が容易となり、
さらにポンプ井水位から所定の目標水位への水位修正が
考慮可能になる。

【００５０】従って、以上のような実施例の構成によれ
ば、レーダ雨量計１による対象地域の雨滴分布図と当該
対象地域の地上雨量計２の雨量データとから降雨量分布
を求めた後、現在から過去の降雨量分布から求めた移動
速度から降雨量分布の移動軌跡を求め、また現在から過
去の降雨量分布から降雨量分布の変移軌跡を求める。そ
して、これら移動軌跡，変移軌跡から将来の所要時刻の
移動速度予測値および変移予測値とを得、さらに移動軌
跡上の予測対象地域から移動速度予測値だけさかのぼっ
た対象地域の降雨量分布と変移予測値とから降雨量分布
予測値を算出するので、十分先の時間まで適確に降雨量
を予測することができ、例えばポンプ所のポンプ運転制
御に有効に利用できる。

【００５１】なお、降雨量分布の移動軌跡を得る手段と
して、対象地域上空の風速を測定し、この風速を用いて
移動軌跡を得るようにしてもよい。

【００５２】その他、本発明はその要旨を逸脱しない範
囲で種々変形して実施できる。

【００５３】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、レ
ーダ雨量計の雨滴分布データと地上雨量計の雨量データ
とから短時間間隔で広い地域にわたって最新の降雨量デ
ータを容易に取得でき、しかも数時間先の時間まで降雨
量を適切に予測可能であり、例えばポンプ所の少ないポ
ンプ運転台数を用いて安全、かつ、適切なポンプ運転制
御を行うことができ、集中豪雨などの場合でも迅速に雨
水排水を行うことにより、住居などの浸水を未然に回避
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わる降雨量予測装置の一実施例を示
すブロック図。

【図２】図１に示す降雨量予測装置の動作を説明するフ
ローチャート。

【図３】移動速度を求める例を説明する図。

【図４】移動軌跡を求める例を説明する図。

【符号の説明】

１…レーダ雨量計、２…地上雨量計、３…降雨量予測
部、４…データ修正手段、５…移動軌跡演算手段、６…
変移軌跡演算手段、７…降雨量予測算出手段、８…ポン
プ運転装置。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 難波 栄作 東京都府中市東芝町１番地 株式会社東芝 府中工場内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 所定時間間隔ごとの複数の降雨量分布か
   ら移動軌跡および変移軌跡を求め、将来の降雨量分布を
   算出する降雨量予測装置を設けたことを特徴とする降雨
   量予測装置。
2. 【請求項２】 対象地域の雨滴分布データを取り込んで
   所定の時間間隔ごとに出力するレーダ雨量計と、 前記対象地域に設置され、雨量データを取り込んで出力
   する地上雨量計と、 前記レーダ雨量計の雨滴分布データについて前記地上雨
   量計の雨量データを用いて所定時間間隔ごとの降雨量分
   布データを得るデータ修正手段と、 このデータ修正手段によって得られる現在から過去の降
   雨量分布データに基づいて移動速度を算出し、この算出
   された移動速度から降雨量分布の移動軌跡を求める移動
   軌跡演算手段と、 前記データ修正手段によって得られる現在から過去の降
   雨量分布データに基づき、現在地域の降雨量分布と移動
   分だけさかのぼった地域の降雨量分布とを比較し降雨量
   分布の変移軌跡を求める変移軌跡演算手段と、 この変移軌跡演算手段で求めた降雨量分布の変移軌跡と
   前記降雨量分布の移動軌跡とから将来の降雨量分布を算
   出する降雨量予測算出手段と、 を備えたことを特徴とする降雨量予測装置。