JPH11141298A - 道路トンネルの換気自動制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 トンネル換気量制御として、フィードフォワ
ード方式にフィードバック方式を併用し、所要換気量か
ら算出できない煤煙透過率の変動に対応するのでは、フ
ィードバックによるハンチング（不安定）現象を起こす
ことがある。 【解決手段】 トンネルに入る車両台数と、車速と、ト
ンネルの交通換気力と、トンネルの通気抵抗及び抵抗自
然風から必要換気量をフィードフォワード方式で演算
し、トンネル内の煤煙透過率の平均値から必要換気量を
フィードバック方式で演算し、フィードフォワード方式
の演算による必要換気量と、フィードバック方式の演算
による必要換気量とからファジイ推論により必要換気量
を決定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、道路トンネル内の
汚染濃度が許容値を越えないように換気機運転を行う道
路トンネルの換気自動制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】現在、道路トンネルの換気自動制御装置
の自動制御機能には、トンネル内の現在煤煙濃度から制
御量を決定するフィードバック制御方式と、トンネルに
進入する交通量から煤煙発生量を計算し制御量を演算す
るフィードフォワード制御方式の２方式がある。

【０００３】フィードバック制御方式の基本構成例は、
図３に示すように、トンネル内に設置した煤煙透過率計
１で一定周期（制御周期）毎に計測した煤煙透過率ＶＩ
に従って制御量演算部２が所要換気量Ｉ１を求めて換気
機３の換気量を制御する。また、制御量演算部２は、下
記表に例を示す制御量決定テーブルで構成され、煤煙透
過率（汚染状況）に応じて換気機の運転量を算出してい
る。

【０００４】

【表１】

【０００５】フィードフォワード制御方式の基本構成例
は、図４に示すように、トンネル手前に設置した交通量
計（トラフィックカウンタ）４による車両台数Ｎと速度
計５による車両通行速度Ｖから所要換気量演算部６がト
ンネル内の所要換気量Ｉ１を求める。所要風速演算部７
は、所要換気量Ｉ１をトンネル断面積で除して所要風速
量Ｉ２を求める。さらに、交通量Ｎと速度Ｖ及び風向風
速計８による風向と風速ＷＳから、交通換気力演算部９
が車両の走行による交通換気力Ｉ３を求める。そして、
所要風速量Ｉ２と交通換気力Ｉ３と通気抵抗及び抵抗自
然風から換気機台数演算部１０が所要の換気機運転台数
を求め、換気機の運転指令出力を得る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来のフィードバック
制御方式又はフィードフォワード制御方式によるトンネ
ル換気制御装置では、以下に示す問題点があった。

【０００７】（１）フィードバック制御方式の問題点 フィードバック制御方式は、現在のトンネル内の汚染状
況から制御量を決定するものであり、言い換えれば汚れ
てから制御するという方式である。このため、換気に時
間がかかる距離の長いトンネルには一般的に適さない。
また、制御の安定性が低く、ハンチングを招きかねない
という問題点も挙げられている。

【０００８】但し、このハンチングに関しては、計測値
の平準化や制御変化量の制限などを設けて、防止する対
策も採用されている。

【０００９】（２）フィードフォワード制御方式の問題
点 フィードフォワード制御方式は、フィードバック制御方
式の欠点である後追い制御を解消することを目的とし、
より安定した制御のために採用されている。あらかじめ
トンネル内に進入する車両台数から所要換気量を計算し
て換気機を運転制御する方式であるため、煤煙の滞留を
未然に防ぐことが一般的に可能とされている。

【００１０】しかしながら、所要換気量や交通換気力
は、車両台数や走行速度だけで単純に計算できるもので
はなく、車両の進入方法によって大きく左右されてお
り、正確な計算を行うことが非常に困難である。

【００１１】また、現状のトンネル内の汚染状況を考慮
せずに制御を行っているために、場合によっては換気量
の過不足を招くこともあった。

【００１２】したがって、フィードフォワード方式で
は、フィードフォワード項以外にフィードバック項を並
列に設け、割り込み制御として所要換気量から算出でき
ない煤煙透過率の変動に対応しているのが一般的であ
る。このため、フィードバック制御特有のハンチング現
象が発生する弊害が避けられなかった。

【００１３】本発明の目的は、フィードフォワード方式
にフィードバック方式を併用するのに、安定制御にしな
がら効率の良い換気自動制御装置を提供することにあ
る。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記課題を解
決するため、所要換気量によるフィードフォワード方式
で求めた必要換気量と、煤煙透過率によるフィードバッ
ク方式で求めた必要換気量とからファジイ推論により必
要換気量を求めるようにしたもので、以下の構成を特徴
とする。

【００１５】道路トンネル内の汚染濃度が許容値を越え
ないように換気機運転を行う道路トンネルの換気自動制
御装置において、トンネルに入る車両台数とその車速か
ら所要換気量を演算し、この所要換気量をトンネル断面
積で除して所要風速を演算し、前記車両台数と車速およ
び風速値から交通換気力を演算し、前記所要風速及び交
通換気力とトンネルの通気抵抗及び抵抗自然風から必要
換気量を演算するフィードフォワード方式の演算手段
と、トンネル内の煤煙透過率の平均値から必要換気量を
演算するフィードバック方式の演算手段と、前記フィー
ドフォワード方式の演算による必要換気量と、フィード
バック方式の演算による必要換気量とからファジイ推論
により必要換気量を決定するファジイ演算手段とを備え
たことを特徴とする。

【００１６】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の実施形態を示す
装置構成図であり、図３又は図４と同じ部分は同一符号
で示す。

【００１７】フィードフォワード項の演算は、図３と同
様に、トンネル手前に設置した交通量計（トラフィック
カウンタ）４から取り込んだトンネルに入る車両台数Ｎ
と速度計５から取り込んだトンネルに入る車両の車速Ｖ
から所要換気量演算部６において所要換気量Ｉ１を演算
する。所要風速演算部７は、演算部６で求めた所要換気
量Ｉ１をトンネル断面積で除して所要風速Ｉ２を演算す
る。交通換気力演算部９は、交通量Ｎと車速Ｖおよび風
向風速計８から取り込んだＷＳ（風速値）から交通換気
力Ｉ３を演算する。換気機台数演算部１０は、所要風速
Ｉ２及び交通換気力Ｉ３とトンネルの通気抵抗及び抵抗
自然風から換気機の運転台数を求め換気機の運転量（必
要換気量）Ｉ４を演算する。

【００１８】以上のフィードフォワード項の演算機能と
並列に設けるフィードバック項の演算機能として、トン
ネル内に設置した煤煙透過率計１から煤煙透過率ＶＩを
取込み、平準化部１１で平均処理を行い、換気機台数演
算部１２で必要な換気量Ｉ５を演算する。

【００１９】制御量決定部１３は、制御量演算部１０で
算出したフィードフォワード制御からの要求量Ｉ４と制
御量演算部１２で算出したフィードバック制御からの要
求量Ｉ５を比較し、ファジイ推論により総合的な換気量
の算出を行う。

【００２０】このためのファジィルールベース１４に
は、ファジィ推論に用いるための各種データがあらかじ
め設定されている。そのうちの１つがメンバシップ関数
である。本実施形態では、フィードフォワードによる必
要換気量Ｑｆ（Ｉ４）とフィードバックによる必要換気
量Ｑｂ（Ｉ５）及び最終の換気制御量Ｑｓが定義されて
いる。例として図２の（ａ）に必要換気量Ｑｆ、（ｂ）
に必要換気量Ｑｂ、（ｃ）に換気制御量Ｑｓのメンバシ
ップ関数を示す。

【００２１】これらメンバシップ関数のうち、フィード
フォワードによる必要換気量Ｑｆについて記述する。横
軸が必要換気量（台数）を示し、縦軸がメンバシップ関
数の成立度合いである。換気量には、５つのファジィ集
合（ラペル）が定義されている。

【００２２】各ファジィラベルの意味は次の通りであ
る。

【００２３】・ＺＥ：無し ・Ｓ：少し ・Ｍ：中位 ・Ｂ：多い ・ＢＢ：非常に多い 例えば、必要換気量Ｑｆが２台のときはメンバシツブ関
数のＳにだけ所属し、その成立度合いは１.０である。
また、Ｑｆが５台のときは、ＭとＢの両方に所属し、そ
の成立度合いはそれぞれ０.５である。

【００２４】このようなメンバシップ関数が同様に必要
換気量Ｑｂ、換気制御墨Ｑｓについても定義されてい
る。下記表に換気制御量Ｑｓの演算を行うための取り決
め（ファジィルールテーブル）の一例を示す。

【００２５】

【表２】

【００２６】このテーブルは、必要換気量Ｑｆと必要換
気量Ｑｂの組み合わせから換気制御量Ｑｓを算出するも
のである。ここでは、フィードフォワード項から演算し
た必要換気量とフィードバック項から演算した必要換気
量の相互補完を行うことを目的としている。

【００２７】例えば、急激に交通量が少なくなり今後換
気機の運転が必要ないと判断される状態（ＱｆがＺＥ）
のとき、前回までの換気制御により煤煙がまだ完全に抜
けきっていない状態（ＱｂがＢ）のときは、換気機を停
止はさせずに運転状態を維持すること（ＱｓをＭ）が定
義されている。

【００２８】従来のフィードフォワード制御方式であれ
ば、換気機を急激に停止させるために、次の制御周期で
また換気機を運転し直す等のハンチング現象が避けられ
ないが、本実施形態による制御方式では、相互補完の関
係から滑らかで安定した制御を実施することができる。

【００２９】

【発明の効果】以上のとおり、本発明によれば、所要換
気量によるフィードフォワード方式で求めた必要換気量
と、煤煙透過率によるフィードバック方式で求めた必要
換気量とからファジイ推論により必要換気量を求めるよ
うにしたため、フィードフォワード制御とフィードバッ
ク制御の利点を融合することができ、安定化制御で効率
的にも優れる換気機の運転制御ができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態を示す装置構成図。

【図２】実施形態におけるファジイ推論のメンバシップ
関数。

【図３】従来のフィードバック方式の制御装置例。

【図４】従来のフィードフォワード方式の制御装置例。

【符号の説明】

１…煤煙透過率計 ４…交通量計 ５…速度計 ６…所要換気量演算部 ７…所要風速演算部 ８…風向風速計 ９…交通換気力演算部 １０、１２…換気機台数演算部 １１…平準化部 １３…制御量決定部 １４…ファジイルールベース

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 道路トンネル内の汚染濃度が許容値を越
   えないように換気機運転を行う道路トンネルの換気自動
   制御装置において、 トンネルに入る車両台数とその車速から所要換気量を演
   算し、この所要換気量をトンネル断面積で除して所要風
   速を演算し、前記車両台数と車速および風速値から交通
   換気力を演算し、前記所要風速及び交通換気力とトンネ
   ルの通気抵抗及び抵抗自然風から必要換気量を演算する
   フィードフォワード方式の演算手段と、 トンネル内の煤煙透過率の平均値から必要換気量を演算
   するフィードバック方式の演算手段と、 前記フィードフォワード方式の演算による必要換気量
   と、フィードバック方式の演算による必要換気量とから
   ファジイ推論により必要換気量を決定するファジイ演算
   手段とを備えたことを特徴とする道路トンネルの換気自
   動制御装置。