JPS58121000A - 集中排気式道路トンネルの換気制御方法 - Google Patents

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】 （１）　　技術分野の説明 本発明は道路トンネルの換気制御方法Ｃ二係シバ、排風
機、及びジェットファン、サツカルドファン、又は排風
機１：よｐ換気制御を行なう集中排気式道路トンネルの
換気制御方法の改良：＝関する。

Φ）従来技術の説明 周知のように道路トンネルにおいては、自動車の排気ガ
スから道路利用者、および保守員を安全（＝守ることが
必要である。換気の対象となるのは、人体に有害な汚染
物質である一酸化巌素、および安全走行に障害となる煤
煙である。これらの汚染濃度を予め定められた許容上限
以内に保持する九めζ二、換気風量が必要である。一方
、換気ＩＩＩＩＩの消費する電力量は、他の照明眸の設
備が消費する電力量に比較して大きい。この丸め換気制
御口おいては、できる限り省電力を考慮することが望壇
しい。また、機器の寿命、保守のためには、換気機器の
台数制御頻度が小さいことが望ましいａ集中排気式道路
トンネルＣ二おける換気機器としては、排風機とジェッ
トファン、サツヵルド７アンの併用、オたは排風機単独
の場合がある。排風機とサツカルド７アンの駆動４電動
機の容量は比較的大きく、極数変換方式と台数制御方式
、または台数制御方式（二よｐ段階的（二制御されるか
、または、サイリストモータ等により可変周波数制御方
式として無段階的ζ；制御される。一方、ジェットファ
ンは、台数制御される場合が多い。

との集中排気式道路トンネルにおいて、従来は、トンネ
ル内の汚染濃度を検出し、濃度が高くなれば風量を増し
、低くなれば風景を減少させる方法がｌｌ！施されてい
た。しかしながらこの方法は、一時的な交通量の変動Ｃ
二よる換気機器の運転変更のため必要以上）：機器の始
動・停止頻度を増加させ斧り、制御パラメータの調整Ｃ
二よってはハンチング現象を起こしてしまう欠点を有し
た。を九、各時点で、どの換気機器を、どの程度運転す
れば濃度基準を保つ中で最も１動カシ−なるかを演算し
得ない丸め、必要以上の動力を消費してしまう欠点をも
有した。

さらＣ；又、交通量計測器を装備した換気制御方法も従
来、考えられてはいたが交通量計測器が高価であや、全
体として高価となってしまう欠点を有した。

（Ｃ）　　発明の目的 本発明は上記事由（＝鑑みてなされ、時々刻とプロセス
の状態を推定し、系の変動（＝応じてデータフイタ処理
を行ない、短時間光のプロセスの状態を予測することに
より、トンネル内の汚染濃度を詐容値内Ｃ二保持し、機
器の始動・停止頻度を考慮（７ながら換気機器の省動力
を図った、前記欠点のない集中排気式道路トンネルの換
気制御方法を提供することを目的とする。

（ｄ）　　発明の概要 上記目的を達成するため（二本発明では、集中排気式道
路トンネルＣ二おける煙霧透過率、−酸化炭素濃度、お
よび風向風速を検出し、これらの検出量（：基づいてト
ンネル内（二股は九換気機器を操作して換気制御を行な
う道路トンネルの換気制御（：おいて、煙霧透過率、を
九は一酸化炭素濃度、及び風向風速と車道内風量、交通
状態、及び換気機器の特性との関数関係を求め制御対象
の交通特性を推定算出し、この算出した交通特性の時系
列データに対して予測フィルタ処理を行ない、短時間光
の交通特性を算出し、この予測値に基づいて短時間光の
プロセスシミュレーションを行なうこと（二より、始動
・停止頻度を考慮し、所要動力の最も少なくて済む換気
制御を行なうものである。

（ｅ）　　発明の実施例 以下、図面を参照して本発明の一実施例（二ついて説明
する。第１図は、制御対象としての集中排気道路トンネ
ルの換気制御系の構成例を示した説明図である。なお、
本実施例では、対面交通時で、トンネル換気の２区間の
距離が異なシ、長い区間の方（二装置されているジェッ
トファンと、排気状（＝設置されている排風機のそれぞ
れを、台数制御により換気を行う場合のものである。

同図Ｃ二おいて、集中排気式トンネル１（二おける交通
２は、一方向交通の場合と対面交通の場合の２通りある
が、本実施例では、対面交通を考える。

一方向交通の場合は、文面交通の特殊な場合として取）
扱うことができる。また本実施例では換気機器としては
、排風機４とジェットファン５が・設置されている場合
を考える。通常の集中排気状態ではトンネル内風量３は
図のように流れる０検出器としては、煙霧透過率計６、
−酸化炭素濃度計７、風向風速計８が、それぞれ排風坑
下に設値されている。

これらの検出器６．７．８に上や検出されたプ冒セス量
としての煙霧透過率、−酸化炭素濃度、風向風速信号は
入出力装置９を介して、電子計算機等からなる演算制＠
装［１０１＝、おのおの入力される。演算制御装［１０
では、予め内蔵されているアルゴリズム；二基づいて、
制御演算を実施し、その演算結果が入出力装置９を介し
、排風機とジェットファンの始動・停止信号として出力
する。

本発明においては、これらの一連の動作Ｃ：よって、汚
染濃度と風向風速の変動；二対して排風機４、ジェット
ファン５を制御し、結果として、トンネル内風量３を変
化させて、汚染濃度を制御するよう１；構成される。

以下、上記演算制御装置１０（二内蔵するアルゴリズム
について説明する。第２図は本発明（ユおける、制御演
算動作の概略流れ図を示すものである。

概略流れ図は初期化演算プロセス値入力２台数制御出力
、遅延のブロックを除き８ａのブロック（二分けて説明
することができる。

（イ）１換気状態の判定” 風向風速計８（二よ如、集中排気状態が、風がトンネル
坑口から流出してしまう縦流式状態かを判定する。もし
、後者ならば、例えば、状態保持として制御をホールド
するなどの縦流式処理を行う。

前者の場合は、以下の制御演算を実行する。

（ロ）１制御指標の選択” 制御指標としては、煤煙濃度と一酸化炭素濃度がある。

煤煙濃度Ｃτは煙霧透過率丁から次式で演算される。

Ｃτ＝−Ｊ−２０２勝（τ）　　　　　　　　　　・・
・・・・（１）００ ここ（二、τは１００ｍ煙霧透過率（Ｐ、Ｕ、）両指標
）二は、それぞれ許容上限が存在するので、各濃度を許
容上限値で除した比の大きい方を制御指標として選択す
る。

（う１車道内風量の推定” 以下の換気現象（二関しては、制−周期（＝比して比較
的速い応答を示すので、定常特性を取り扱うものとする
。但し、交通状態の変化に関しては、制御周期と同程度
の周波数特性部を持つので、時系列的な取り扱いを行う
ものとする。

定常状態（＝おける排気坑下の濃度は、Ｃ１＝ｑ１ｘＬ
ｉ（ｉ−１，２）曲・・（２）ここｉｎ、Ｌｉは各換気
区間の距離Ｃｍ）、Ｐは平均汚染発生量［ｍ’／　ｓｅ
ｃ／ｍ　）、Ｑｉは各換気区間の車道内風量１ｊ／５ａ
ｃ）、ｃｔは選択された指標濃度、 又、風量収支から、 Ｑｌ（ｎｍ　）　＝　Ｑｔ＋　Ｑｔ　　　　　　’−”
０．（３）こと（二、Ｑｌ：排風量（ｊＩＩＩ／５ｅｃ
）ｎ１１：排風機運転台数〔台〕 排風量はほぼ排風機の運転台数で決まるので、Ｑｍ　（
ｎ−）は与えられる量として取り扱い、（２＞、　（３
）式を連立すると、 として、風量が推定できる。

に）１交通量の推定” 上記（２）、　（３）式を連立すると、同時（二次式が
得られる。

ここに、α量は（５）式によシ得られる。

一方、平均汚染発生量は ここに、ｎｌ　’　　各区間のトンネル内在車台数冶〕
Ｐ０：　　標準汚染発生量［ｎ／／　Ｓｅｃ／台〕トン
ネル内在車台１ｋｎｓは、 ここに、　　＝Ｔ秒間の交通量［台／５ｅｃ）ｖｔ：車
速度［ｍ／５ｅｃ） 車速は、通常はほぼ一定値として取り扱える。

（６１、（７）　、　（８）式を連立すれば、として、
交通量が推定できる。

（ホ）競上下交通量比の推定” 今、自然風を無視し、排風機の運転台数ｎｍ〔台〕と、
ジェットファンの運転台数（ｌＪ［台〕は既知であり、
排風機による排風机下昇圧カＰｍ［鳳Ａｇ）と、ジェッ
トファン昇圧力ΔＦ、　［厘Ａｇ）が与えられているも
のとすれば、各区間の交通換気力ΔＰｔ＋　［８１Ａｇ
　）は、 ここに、ΔＰｒｌ　ｌ車道内抵抗し麿Ａｇ）であシ、次
式％式％ ここに、ｖｒｌは車道内風速しｒｒＶ／ｓｅｃ　）Ａｒ
は車道断面積〔−〕 Ｄｒは車道断面の代表寸法（ｍ） ρ２　ζｅｐλは定数〇 一方、各区間の交通換気力は、 ・・・・・・α漕 ・・・・・・Ｉ ここに、ＡＣ車の等価抵抗面積−〕 γ暑　各区間の等値上下文通量比率 本来、上下交通量比は各区間で同等、すなわち、ｒｌ；
γ鵞となるべきであるが、大塵・小型車の平均化処理、
自然風勢の影響（二よりγ、〜ｒ、となってしまうので
、あえて等値上下交通量比率として、各区間毎に求める
ものとする。（１Ｇ、αυ、αａ式にて得られた交通換
気力ΔＩ’ｔｓとトンネル内在車台数０１より、として
、上下交通量比の等測的推定値が得られる。

（へ）１予測フイルタ処還曽 上下交通量は各区間毎にＮ＊　ｒｉｒ　ｒ！で推定でき
る。

これらの値［台〕は自然現象的な時系列傾向を示す。

従って、予測フィルタとして、自己回帰型のモデルを仮
定するとする。

仝（ｔ＋Δｔ）＝ａ、・ｙ（ｔ）＋ａ＋・ｙ（ｔ−△ｔ
）＋・・・・・・・・・ａｅここ（二、ｙ（ｔ）は時刻
ｔ　（ｓｅｃ）における各種交通量〔台〕 ９（ｔ＋△ｔ）　ハ制御局期△１（ｓｅｃ）先の交通量
予測値〔台〕 ａｌ　ｌ　ａ、　”’　＋　ａｍ−１は定数ａ・ａｌ　
は予め与えることも可能であるが、実時間で逐次的に最
小分散推定することもできる。自己回帰モデルのパラメ
ータを、実時間で逐次最小２乗推定する方法の正当性は
既（：公知の事実である０ （））　＠プロセスシミュレーション”状態の推定（＝
おいては、濃度−風量−交通量→上下交通量比の順で求
めたが、台数制御のためのプロセスシミュレーションで
は、交通量と上下交通量比の予測値→風量→濃度の順で
演算するとと（＝なる。

既に述べた＋８）　、　Ｑｌ　、　ＢＩＪ式に対し、（
”ｍ　、ｎｊ）　”　組合せ毎（−交通量、上下交通量
比の予測値を大刀すると、 Ａｔ−ｖ＋−２Ｆｈ−Ｖｔ　＋Ｃｔ＝０　　　　　　　
、曲、αυここに、 Ａｔ−ｔ　弁・（ｎ　・ｎｉ−（１−ｒｔ）ｎｉ）　−
ｋｒし・曲α樽ρＭ ”＝２”　Ａｒ　”　”°Ｖｔ、、、、、、　＜Ｌ（Ｊ
Ｃ＊＝”　”　”　（ｒｘ・ｎｘ−（１−ｒｌ）”　ｎ
ｓ）　・Ｖｔ”　Ａｒ ＋ΔＦ、（ｎ！Ｉ） １ ｋｔＳ＝２・（１＋ζｅ十入・−５）・（２１）ことに
、（ｉ−１，２） なる方程式が得られるので、これを解き、正の解を答え
と見なすことができる。なお、（３）式と矛盾の無いよ
うに で、補正しておく。

（イ）１換気組合せ決定” 全ての組合せ（ｎｌ＋ｎＪ）　　に対するプロセスシミ
ュレーションの結果、動力が最小となる組合せを選定す
る。この時、排風機とジェットファンの始動停止数（：
制限を予め設けておいて、始動・停止頻度が過多となら
ないようＥ　しておく。但し、濃度基準ヤ集中排気状態
が保持できない場合は、始動・停止数の制限は無視する
ものとする。

以上（＝記した、（イ）〜−のブロック毎の演算を中核
とした第２図に示すような制御演算Ｃ：よって、系の変
動Ｃ；対して自動的Ｃ二省動カを考慮した台数制御を行
うことができる。また、同時に状態に応じて始動へ停止
頻度が過多となることを避けることができる。さらＣ二
、本方法１：よれば、交通量計測を行なわす：：済むの
で安価（−実現することができる。

（ｆ）　　他の実施例 上記実施例では排風機とジェットファンの台数制御によ
る換気制御を採用したが、この他、排風機駆動電動機を
極数変換制御や可変周波数制御をした場合、トンネル坑
口のサツカルドファン駆動電動機の台数制御、まえは極
数変換制御、または可変周波数制御を併用したシ、ジェ
ットファンの代替利用した場合、あるいは排風機駆動電
動機の台数制御または極数変換制御、または可変周波数
制御単独の場合の換気制御系にも適用可能である。

さら（＝、上記実施例（二おいては対面交通を取り扱っ
たが、一方向交通時も、対面交通の特殊な場合として同
様に取り扱うことができる。この場合、上下交通比の推
定は必要なく、それぞれ一方向として予め設定すれば良
い。さらに又、交通量や上下交通量比率が概略一定パタ
ーンとして取９扱うことが可能ならば、それらの推定部
分を削除し、予め設定しておくことも可能である。

そうでない場合は、交通量の予測フィルタ演算を行ない
、上記実施例では予測フィルタのパラメータを逐次最小
二乗法で推定するとしたが、これらのパラメータ値も予
め得られている場合は、予め設定しておくことも可能で
ある。

（２）総合的な効果 以上説明したように本発明（−よれば、汚染濃度を基準
内（＝確保して、省動力を図ると共（二機器の長寿命化
を実現した、効果的な集中排気式道路トンネルの換気制
御方法が提供できる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の一実施例を示し、第１図は本発明の制御
対象たる集中排気式道路トンネルの説明図、第２図は本
発明の制御演算、の概略を示す流れ図である。 １、・・集中排気式トンネル ２・・・交通　　　　　　３・・・トンネル内風量４・
・・排風＠　　　　　　５・・・ジェットファン６・・
・煙霧透過率計　　７・・・−酸化炭素濃度計８・・・
風向風速計　　　９・・・入出力装置１０・・演算制御
装置

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. トンネル内の゛鑑霧透過率−ぼ化炭嵩濃度風向風連郷を
   検出し、ヒれらの検出１に基づいて複数の換気機器を操
   作して換気制御ｔ行なう集中排気式道路トンネル（二お
   いて、前記ｌＩ＃Ｉ透過率、または−酸化嶽素濃度、風
   向風速と４．！内風景交通状態換気機ｌＩ４１１性との
   関数関係等を求めてトンネル内の交通特性を推定算出し
   、この算出した交通特性の時系列データに対して予測フ
   ィルタ処理を行ない、短時間光の交通特性を算出し、こ
   の予欄値（＝基づいて短時間光の道路トンネルの換気制
   御系プロセスシミュレーシ璽ンを行なって換気制御出力
   を決定することを特徴とし友集中排気式道路トンネルの
   換気制御方法。