(57)【要約】【課題】予測対象領域の土地利用状態が変化した場合に、この土地利用状態の変化を自動的に検知し、流入量の予測に用いられるパラメータを変更し、予測精度を確保する。【解決手段】本発明の一態様において、流入量予測装置１は、予測対象領域の衛星画像データ１１ａ〜１１ｄを受け付ける手段２と、衛星画像データ１１ａ〜１１ｄに基づいて、土地の利用状態の種別を表す土地利用カテゴリに応じて予測対象領域を区分けした土地利用データ１２を作成する分類手段３と、土地利用データ１２に基づいて、土地利用カテゴリごとの面積を求める面積算出手段４と、面積に基づいて、予測対象領域における下水道への流入量の予測に用いられるパラメータを変更するパラメータ変更手段６とを具備する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
予測対象領域の衛星画像データを受け付ける手段と、
前記衛星画像データに基づいて、土地の利用状態の種別を表す土地利用カテゴリに応じて前記予測対象領域を区分けした土地利用データを作成する分類手段と、
前記土地利用データに基づいて、前記土地利用カテゴリごとの面積を求める面積算出手段と、
前記面積に基づいて、前記予測対象領域における下水道への流入量の予測に用いられるパラメータを変更するパラメータ変更手段と
を具備する流入量予測装置。
【請求項２】
請求項１記載の流入量予測装置において、
前記衛星画像データは、可視光域のマルチスペクトルデータと赤外域のマルチスペクトルデータとを含む
ことを特徴とする流入量予測装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２記載の流入量予測装置において、
直前のパラメータ変更時における土地利用カテゴリの面積と、前記面積算出手段によって新たに求められた前記土地利用カテゴリの面積との差が所定の範囲を超えるか判断する比較手段をさらに具備し、
前記パラメータ変更手段は、前記比較手段によって前記差が前記所定の範囲を超えると判断された場合に、前記パラメータを変更する
ことを特徴とする流入量予測装置。
【請求項４】
コンピュータを、
予測対象領域の衛星画像データを受け付ける手段、
前記衛星画像データと分類アルゴリズムとに基づいて、土地の利用状態の種別を表す土地利用カテゴリに応じて前記予測対象領域を区分けした土地利用データを作成する手段、
前記土地利用データに基づいて、前記土地利用カテゴリごとの面積を求める手段、
前記面積に基づいて、前記予測対象領域における下水道への流入量を予測する流入量予測装置に用いられるパラメータを変更する手段
として機能させるためのプログラム。
【請求項５】
予測対象領域における下水道への流入量を予測する流入量予測装置に用いられるパラメータを変更するパラメータ変更方法において、
前記予測対象領域の衛星画像データを受け付け、
前記衛星画像データと分類アルゴリズムとに基づいて、土地の利用状態の種別を表す土地利用カテゴリに応じて前記予測対象領域を区分けした土地利用データを作成し、
前記土地利用データに基づいて、前記土地利用カテゴリごとの面積を求め、
前記面積に基づいて、前記下水道流入量予測装置に用いられる前記パラメータを変更する
ことを特徴とするパラメータ変更方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばポンプ場などの下水道設備への下水の流入量を予測する流入量予測装置及びプログラム並びにパラメータ変更方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的な流入量予測装置では、降雨量などの観測データと予め設定されているパラメータとに基づいて、下水道への流入量が自動的に予測される。
【０００３】
パラメータを変更する必要が生じた場合、流入量予測装置は一旦停止され、オペレータの人為的作業により新規のパラメータが設定される。パラメータが変更されることにより、予測精度の確保が図られる。
【０００４】
流入量予測装置に関連する技術として、下水道について測量・設計・施工段階のシステムと、ＧＩＳシステムや図面管理システムとを連動させ、さらに敷設された下水道の管理についても一元化するための下水道敷設設計支援システムがある（特許文献１参照）。
【０００５】
また、他の技術として、ランドサット衛星より得られた地上の画像データと、地形及び気象データとから観測対象地域の積雪量を推定する積雪量推定装置がある（特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００１−３２５３１０号公報（段落［００１０］）
【特許文献２】特開昭５８−６０３７０号公報（第２頁）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記のような従来の流入量予測装置の予測精度は、予測対象の領域に降った雨のうち、下水道に流入する雨の割合（有効降雨）を精度よく把握できるか否かにより大きな影響を受ける。
【０００７】
予測対象領域の土地利用状態は、経年により変化する。土地利用状態の変化に伴って、有効降雨も変化する。このため、従来の流入量予測装置においては、有効降雨の変化が原因で予測精度が低下する場合がある。
【０００８】
しかしながら、上記の特許文献１では、土地利用状態の変化による予測精度の低下に関しては何ら検討されていないといえる。
【０００９】
また、上記の特許文献２では、積雪量は推定されるが、下水道設備への下水の流入量については予測されておらず、土地利用状態の変化についても何ら検討されていない。
【００１０】
本発明は、以上のような実情に鑑みてなされたもので、予測対象領域の土地利用状態が変化した場合に、この土地利用状態の変化を自動的に検知し、流入量の予測に用いられるパラメータを変更し、予測精度を確保する流入量予測装置及び方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の第１の態様によれば、予測対象領域の衛星画像データを受け付ける手段と、衛星画像データに基づいて、土地の利用状態の種別を表す土地利用カテゴリに応じて予測対象領域を区分けした土地利用データを作成する分類手段と、土地利用データに基づいて、土地利用カテゴリごとの面積を求める面積算出手段と、面積に基づいて、予測対象領域における下水道への流入量の予測に用いられるパラメータを変更するパラメータ変更手段とを具備する流入量予測装置が提供される。
【００１２】
本発明の第２の態様によれば、コンピュータを、予測対象領域の衛星画像データを受け付ける手段、衛星画像データと分類アルゴリズムとに基づいて、土地の利用状態の種別を表す土地利用カテゴリに応じて予測対象領域を区分けした土地利用データを作成する手段、土地利用データに基づいて、土地利用カテゴリごとの面積を求める手段、面積に基づいて、予測対象領域における下水道への流入量を予測する流入量予測装置に用いられるパラメータを変更する手段として機能させるためのプログラムが提供される。
【００１３】
本発明の第３の態様によれば、予測対象領域における下水道への流入量を予測する流入量予測装置に用いられるパラメータを変更するパラメータ変更方法において、予測対象領域の衛星画像データを受け付け、衛星画像データと分類アルゴリズムとに基づいて、土地の利用状態の種別を表す土地利用カテゴリに応じて予測対象領域を区分けした土地利用データを作成し、土地利用データに基づいて、土地利用カテゴリごとの面積を求め、面積に基づいて、下水道流入量予測装置に用いられるパラメータを変更するパラメータ変更方法が提供される。
【発明の効果】
【００１４】
本発明においては、予測対象領域の土地利用状態が変化した場合に、この土地利用状態の変化を自動的に検知し、流入量の予測に用いられるパラメータを変更し、経年による土地利用状態の変化により予測精度が低下することを防止でき、流入量の予測精度を確保することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図面を参照しながら実施の形態について説明する。
【００１６】
（第１の実施の形態）
本実施の形態では、衛星画像データに基づいて予測対象領域の土地利用の種別を検出し、土地利用の種別を表す土地利用カテゴリごとの面積を求め、この面積に基づいて流入量の予測に用いられるパラメータを変更する流入量予測装置について説明する。
【００１７】
図１は、本実施の形態に係る流入量予測装置の一例を示すブロック図である。
【００１８】
流入量予測装置１は、画像受付部２、分類部３、面積算出部４、比較部５、パラメータ変更部６、予測部７、出力部８、記憶部９を具備する。この流入量予測装置１における各種機能は、例えばコンピュータがプログラムを読み込み、実行することで実現されるとしてもよい。
【００１９】
画像受付部２は、人工衛星１０によって撮影された予測対象領域の衛星画像データ１１ａ〜１１ｄを受け付け、衛星画像データ１１ａ〜１１ｄを記憶部９に記憶する。衛星画像データ１１ａ〜１１ｄは、例えば、マルチスペクトルで構成される。本実施の形態において、衛星画像データ１１ａ〜１１ｃは、可視光域のマルチスペクトルデータであり、衛星画像データ１１ｅは、近赤外域のマルチスペクトルデータであるとするが、他の種類の画像データであってもよい。
【００２０】
可視光域のマルチスペクトルデータは、土地利用と地表面環境などの調査に利用されるバンド帯のデータである。
【００２１】
なお、本実施の形態においては、可視光域のマルチスペクトルデータとして、可視光域における複数の波長について撮影されたマルチスペクトルデータを用いるとしているが、この数は任意に変更可能である。
【００２２】
近赤外域のマルチスペクトルデータは、海、河川、湖、池などの水の領域と陸地との識別に使用されるバンド帯のデータである。
【００２３】
分類部３は、記憶部９から衛星画像データ１１ａ〜１１ｄを読み出し、分類アルゴリズムに基づいて予測対象領域を各種の土地利用カテゴリＣ１〜Ｃｎに応じて区分けした結果を表す土地利用データ１２を記憶部９に記憶する。土地利用カテゴリＣ１〜Ｃｎには、例えば、森林、空き地、田畑、住宅地、都市、山地、海、河川、湖、池などがあるとする。
【００２４】
図２は、土地利用データ１２の一例を示す図である。
【００２５】
この土地利用データ１２は、衛星画像データ１１ａ〜１１ｄの各画素（画像データを構成する最小単位）が、土地利用カテゴリＣ１〜Ｃｎのいずれに該当するか判断することにより作成される。
【００２６】
例えば、分類アルゴリズムとしては、教師付き分類アルゴリズムを適用できる。本実施の形態において、上記の各種の土地利用カテゴリＣ１〜Ｃｎは予め定義されている。例えば、記憶部９は、土地利用カテゴリＣ１〜Ｃｎの特徴を表す特徴データ１３を記憶する。分類アルゴリズムは、特徴データ１３に基づいて、各画素の特徴がどの各土地利用カテゴリＣ１〜Ｃｎの特徴に最も整合するか判断し、各画素を最も整合すると判断された土地利用カテゴリに分類する。
【００２７】
面積算出部４は、記憶部９に記憶されている土地利用データ１２に基づいて、各土地利用カテゴリＣ１〜Ｃｎの面積を示す新規の面積データ１４を作成し、記憶部９に記憶する。
【００２８】
比較部５は、記憶部９に記憶されている直前のパラメータ変更時における各土地利用カテゴリＣ１〜Ｃｎの面積を示す直前変更面積データ１５と新たに面積算出部４によって作成された新規の面積データ１４とを比較する。
【００２９】
そして、比較部５は、直前のパラメータ変更時における各土地利用カテゴリＣ１〜Ｃｎの面積と現在の予測対象領域の各土地利用カテゴリＣ１〜Ｃｎの面積との差が所定の範囲（面積差許容範囲）を超えるか否か判断する。
【００３０】
パラメータ変更部６は、上記差が所定の範囲を超える場合、記憶部９から新規の面積データ１４を読み出し、この新規の面積データ１４の内容により直前変更面積データ１５を更新するとともに、新規の面積データ１４又は上記差に基づいて、予測部７における予測に用いられる新規のパラメータ（予測係数）を求め、このパラメータを予測部７に設定する。
【００３１】
予測部７は、パラメータ変更部６によって設定されたパラメータと、例えば予測対象領域の降雨量などのような観測データとに基づいて、下水道への流入量を算出し、出力部８を用いて出力する。
【００３２】
以下に、パラメータと流入量との第１の関係について説明する。
【００３３】
例えば、図３に示すように、土地利用カテゴリＣ１〜Ｃｎごとの下水道への流出係数が設定されているとする。土地利用カテゴリＣ１〜Ｃｎごとの流出係数は、例えば過去の経験・実績や、シミュレーションに基づいて定義される。
【００３４】
この場合、パラメータとして各土地利用カテゴリＣ１〜Ｃｎの面積がパラメータ変更部６から予測部７に提供されると、予測部７は、以下の（１）式により、下水道への流入量を算出可能である。
【数１】
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【００３５】
以下に、パラメータと流入量との第２の関係について説明する。
【００３６】
降雨のうち予測対象領域の下水道管に実際に流入する降雨分を有効降雨という。有効降雨を算出するためには、適切なパラメータを与えて降雨量と有効降雨量との関係を導く必要がある。
【００３７】
降雨量と有効降雨量とパラメータとの関係には、以下の（２）、（３）式により定義される。
【００３８】
Ｒ1（ｔ）＝Ｒ（ｔ）−Ｒ2（ｔ）  …（２）
ｋ（ｔ）＝Ｒ1（ｔ）／Ｒ（ｔ）  …（３）
この（２）式、（３）式において、Ｒ（ｔ）は降雨量、Ｒ1（ｔ）は有効降雨量、Ｒ2（ｔ）は損失降雨量、ｋ（ｔ）はパラメータである。
【００３９】
なお、ｋ（ｔ）は、土地利用カテゴリＣ１〜Ｃｎごとに、固有の非線型関数として定義される。
【００４０】
図４は、本実施の形態に係る流入量予測装置１によるパラメータ変更処理の一例を示すフローチャートである。
【００４１】
ステップＳ１において、画像受付部２は、人工衛星１０によって撮影された予測対象領域の衛星画像データ１１ａ〜１１ｄを受け付ける。
【００４２】
ステップＳ２において、分類部３は、衛星画像データ１１ａ〜１１ｄと特徴データ１３とに基づいて、予測対象領域を各種の土地利用カテゴリＣ１〜Ｃｎに分類した結果を示す土地利用データ１２を作成する。
【００４３】
ステップＳ３において、面積算出部４は、土地利用データ１２に基づいて、各土地利用カテゴリＣ１〜Ｃｎの面積を示す面積データ１４を作成する。
【００４４】
ステップＳ４において、比較部５は、面積データ１４と直前変更面積データ１５とに基づいて、直前のパラメータ変更時における各土地利用カテゴリＣ１〜Ｃｎの面積（直前変更時の面積）と、新たに面積算出部４によって求められた各土地利用カテゴリＣ１〜Ｃｎの面積（新規の面積）との差が、所定の範囲を超えるか判断する。
【００４５】
差が所定の範囲を超える場合は、ステップＳ５において、パラメータ変更部６は、新規のパラメータを予測部７に対して設定する。
【００４６】
差が所定の範囲を超えない場合は、処理は、ステップＳ６に移る。
【００４７】
ステップＳ６において、流入量予測装置１は、処理を継続する場合には、ステップＳ１を実行し、他の場合に処理を終了する。
【００４８】
以上説明した本実施の形態では、衛星画像データ１１ａ〜１１ｄに基づいて土地利用データ１２が作成され、土地利用データ１２の内容に所定の変化が現れた場合に、予測部７のパラメータが自動変更される。
【００４９】
これにより、予測対象領域の土地利用状態が変更した場合であっても、下水道管への水の流入量の予測悪化を防止することができ、下水道への流入量を正確にかつ容易に予測することができ、メンテナンスの労力を軽減できる。また、システムを停止してパラメータを変更する必要もない。
【００５０】
本実施の形態に係る流入量予測装置を用いることで、ポンプ場に流れ込む水量も予測可能であるため、下水道分野におけるポンプ場の運転を支援することができる。
【００５１】
（第２の実施の形態）
本実施の形態では、オンラインシステムにより上記第１の実施の形態に係る流入量予測装置を実現する場合について説明する。
【００５２】
図５は、本実施の形態に係るオンラインシステムの一例を示すブロック図である。
【００５３】
本実施の形態において、雨量計１６、分類処理装置１７、予測装置１８は、ネットワーク１９経由でデータ送受信可能に接続されている。
【００５４】
伝送装置２０は、上記画像受付部２として機能し、分類処理装置１７は、上記分類部３、面積算出部４、比較部５、パラメータ変更部６として機能し、記憶装置２１は、上記記憶部９として機能し、予測装置１８は、予測部７として機能し、表示装置２２は出力部８として機能する。
【００５５】
雨量計１６は、予測対象領域の降雨量を示す降雨量データをネットワーク１９経由で予測装置１８に提供する。
【００５６】
伝送装置２０は、衛星画像データ１１ａ〜１１ｄを受け付け、分類処理装置１７に提供する。
【００５７】
分類処理装置１７は、衛星画像データ１１ａ〜１１ｄと記憶装置２１に記憶されている内容とに基づいて、パラメータを求め、パラメータをネットワーク１９経由で予測装置１８に提供する。
【００５８】
予測装置１８は、受け付けた降雨量データとパラメータとに基づいて、流入量を予測し、表示装置２２に表示させる。
【００５９】
これにより、流入量予測装置がオンラインシステムに組み込まれている場合であっても、上記第１と同様の作用により同様の効果を得ることができる。
【００６０】
なお、上記各実施の形態において、各構成要素は同様の動作を実現可能であれば配置を変更させてもよく、また各構成要素を自由に組み合わせてもよく、各構成要素を自由に分割してもよく、いくつかの構成要素を削除してもよい。すなわち、上記各実施の形態については、上記の構成そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。
【００６１】
例えば、流入量予測装置１における記憶部９と出力部８のうち少なくとも一方は、流入量予測装置１の外付けの装置であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る流入量予測装置の一例を示すブロック図。
【図２】土地利用データの一例を示す回路図。
【図３】土地利用カテゴリごとの下水道への流出係数の一例を示す図。
【図４】同実施の形態に係る流入量予測装置によるパラメータ変更処理の一例を示すフローチャート。
【図５】本発明の第２の実施の形態に係るオンラインシステムの一例を示すブロック図。
【符号の説明】
【００６３】
１…流入量予測装置、２…画像受付部、３…分類部、４…面積算出部、５…比較部、６…パラメータ変更部、７…予測部、８…出力部、９…記憶部、１０…人工衛星、１１ａ〜１１ｄ…衛星画像データ、１２…土地利用データ、１３…特徴データ、１４…面積データ、１５…直前変更面積データ、１６…雨量計、１７…分散処理装置、１８…予測装置、１９…ネットワーク、２０…伝送装置、２１…記憶装置、２２…表示装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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