(57)【要約】【課題】正確な降雨量予測を行い稼動すべき排水設備を確実に予測する。そして、稼動すべき排水設備を事前に知らせて運転準備に対する確実な支援を行う。【解決手段】配信される気象予測データを受け取り、より細かい空間分解能とより短い時間間隔の細密数値予測データを、より短い周期で求める気象予測用計算機７と、この気象予測用計算機から配信される細密数値予測データに基づいて加工された降雨量予測値の時系列データを入力し、各種排水設備を設けた排水施設に流入する水量を予測する流入量予測手段１０６と、各種排水設備の設備情報を管理するデータベース１０３と、予測した流入水量から稼動すべき設備を予測する稼動設備予測手段１０７と、予測した稼動すべき設備の情報とデータベースが管理している設備情報から該当する稼動排水設備の点検、整備を知らせるガイダンスを作成し手知らせるガイダンス作成手段１０５を備えている。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの気象情報提供機関より配信される気象観測データおよび気象予測データから、前記気象情報提供機関からの気象予測データと同等以上に細かい空間分解能と同等以上に短い時間間隔の細密数値予測データを、前記気象情報提供機関からの気象予測データと同等以上に短い周期で演算して求める気象予測演算手段と、
前記気象予測演算手段から配信される細密数値予測データに基づいて加工された降雨量予測値の時系列データを１つの入力として取り込み、各種排水設備を設けた排水施設に流入する水量を予測する流入量予測手段と、
前記各種排水設備の運転履歴を含む設備情報を管理するデータベースと、
前記流入量予測手段が予測した流入水量から前記各種排水設備のうちの稼動すべき設備を予測する稼動設備予測手段と、
この稼動設備予測手段が予測した稼動すべき設備の情報と前記データベースが管理している設備情報から該当する稼動排水設備の点検、整備を知らせるガイダンスを作成し、出力するガイダンス作成手段と、
を備えたことを特徴とする雨水排水設備運転準備支援システム。
【請求項２】
気象予測演算手段をデータセンタに設け、流入量予測手段、データベース、稼動設備予測手段、ガイダンス作成手段を排水施設に設けたことを特徴とする請求項１記載の雨水排水設備運転準備支援システム。
【請求項３】
データセンタは、各排水施設に対して該当する対象地域の細密数値予測データを含む気象情報を配信することを特徴とする請求項１又は２記載の雨水排水設備運転準備支援システム。
【請求項４】
排水施設は各種排水設備としてポンプ、発電機、内燃機関等を設け、データベースはこれらの排水設備の設備情報を管理し、稼動設備予測手段はポンプ、発電機、内燃機関等の各種排水設備のうちの稼動すべき設備を予測することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１記載の雨水排水設備運転準備支援システム。
【請求項５】
流入量予測手段は排水施設の運転をシミュレートしてこの排水施設に流入する水量を予測し、稼動設備予測手段は排水施設の運転をシミュレートしてこの排水施設の稼動すべき排水設備を予測することを特徴とする請求項４記載の雨水排水設備運転準備支援システム。
【請求項６】
ガイダンス作成手段は、稼動すべき排水設備の休止期間が予め設定した閾値期間以上の場合はアラームによって報知することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１記載の雨水排水設備運転準備支援システム。
【請求項７】
ガイダンス作成手段は、稼動すべき排水設備の稼動回数や稼動期間等の稼動頻度を表す指標が予め設定した閾値以上の場合はアラームによって報知することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１記載の雨水排水設備運転準備支援システム。
【請求項８】
データベースは、さらに、排水設備に付属する消耗品等の付属部品の備蓄状況を管理し、ガイダンス作成手段は、前記データベースが管理している付属部品の備蓄量が閾値以下の状態で該当する排水設備の稼動が指摘された場合はアラームによって報知することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１記載の雨水排水設備運転準備支援システム。
【請求項９】
排水施設は、さらに、降雨量予測値、流入量予測値、稼動すべき設備の情報等を大まかに抽象化してランク分けするランク分け手段を設け、ガイダンス作成手段は、前記ランク分け手段がランク分けした抽象化情報に基づいてガイダンスを作成し出力することを特徴とする請求項２記載の雨水排水設備運転準備支援システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、下水道や河川に設置される雨水排水施設に設けた雨水排水設備の運転準備支援システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
下水道や河川に設置される雨水排水施設では、その目的上、大雨時以外に使用しない排水設備や無人の施設などがある。従って、これらの排水設備は運転に先立って準備等を行う必要があり、また、無人の施設では運転に先立ってさらに人員を配置する必要がある。このようなことから、降雨開始前の時点で長時間に渡る正確な降雨予測情報を得ることが望まれる。
【０００３】
降雨予測情報としては、例えば、気象庁発表の各種気象予報がある。しかし、都市型水害をもたらす局地的な集中豪雨は、数ｋｍ四方の強い雨域が移動して行くことにより、僅か１ｋｍほど離れた地点でも雨の降り方が全く異なるという現象が起こり得ることが知られている。従って、市街地の冠水を防ぐことを目的とした雨水排水施設では、ポンプなどの排水設備の運転支援のために、数百ｍから数ｋｍ四方の水平方向の空間分解能を持つ雨量データの観測情報を提供するシステムが開発されている。例えば、雨量レーダの観測値から雨域の移動予測を行い、対象地域の数十分先までの降雨量を予測する装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
また、気象庁などの気象情報提供機関から配信される天気予報、注意報・警報は対象地域が広く抽象化された情報である。同様に配信される数値気象予報においても、表１に示すように、例えば、気象庁が（財）気象業務支援センタを介して一般向けに配信している領域モデル（ＲＳＭ）と呼ばれる気象予報モデルの場合は、水平方向の空間分解能が２０ｋｍで、予報期間が５１時間、配信周期が１２時間で、かつ１時間単位のデータであり、格子点値（Grid Point value − GPV）で提供される。また、メソ数値予報モデル（ＭＳＭ）の場合は、水平方向の空間分解能が１０ｋｍで、予報期間が１８時間、配信周期が６時間で、かつ１時間単位のデータである。これらの予報モデルは、局地的な集中豪雨を対象とした雨水排水に用いるには粗いデータである。
【０００５】
また、降水短時間予報は、水平方向の空間分解能が５ｋｍで、予報期間が６時間、配信周期が１時間のデータであり、数時間先までの予測値しか配信せず、排水のために降雨予測を行う長時間の予報としては不十分である。また、レーダ雨量を基にした移動予測に至っては数十分先までしか有効でなく、排水のために降雨予測を行うには不十分である。
【表１】
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【特許文献１】特開平８−５０１８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来は、気象情報提供機関から配信される気象予報モデルをそのまま使用して降雨予測を行い、排水施設に流入する水量を予測するため、局地的な集中豪雨に対して排水のための正確な降雨予測ができず、従って、稼動すべき排水設備を予測するのに不十分さがあった。また、長時間の予報ができないので、稼動すべき排水設備を事前に運転準備させるには不十分であった。  
本発明は、局地的な集中豪雨に対しても正確な降雨量予測を行うことで稼動すべき排水設備を確実に予測することができ、また、細かい空間分解能で長時間の予報ができることで稼動すべき排水設備を事前に知らせて運転準備に対する確実な支援ができる雨水排水設備運転準備支援システムを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、少なくとも１つの気象情報提供機関より配信される気象観測データおよび気象予測データから、気象情報提供機関からの気象予測データと同等以上に細かい空間分解能と同等以上に短い時間間隔の細密数値予測データを、気象情報提供機関からの気象予測データと同等以上に短い周期で演算して求める気象予測演算手段と、気象予測演算手段から配信される細密数値予測データに基づいて加工された降雨量予測値の時系列データを１つの入力として取り込み、例えば、ポンプ、発電機、内燃機関等の各種排水設備を設けた排水施設に流入する水量を予測する流入量予測手段と、各種排水設備の運転履歴を含む設備情報を管理するデータベースと、流入量予測手段が予測した流入水量から各種排水設備のうちの稼動すべき設備を予測する稼動設備予測手段と、この稼動設備予測手段が予測した稼動すべき設備の情報とデータベースが管理している設備情報から該当する稼動排水設備の点検、整備を知らせるガイダンスを作成し、出力するガイダンス作成手段とを備えた雨水排水設備運転準備支援システムにある。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、局地的な集中豪雨に対しても正確な降雨量予測を行うことで稼動すべき排水設備を確実に予測することができ、また、細かい空間分解能で長時間の予報ができることで稼動すべき排水設備を事前に知らせて運転準備に対する確実な支援ができる雨水排水設備運転準備支援システムを提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。  
（第１の実施の形態）
図１は雨水排水設備運転準備支援システムを含む全体の構成を示すブロック図で、１は通信網２を介して気象観測データや領域モデル（ＲＳＭ）の粗い気象予測データを配信する気象情報提供機関、３は前記気象情報提供機関１が提供する項目には含まれない細密雨量レーダ４や地上雨量計５等を備え、前記通信網２を介して気象観測データを配信する気象観測装置である。
【００１０】
前記気象情報提供機関１および気象観測装置３から配信される気象観測データや気象予測データを、データセンタ６に１台又は複数台設けた気象予測演算手段としての気象予測用計算機７が受信し、この気象予測用計算機７で細かい気象予測データを作成し、通信網８を介して配信する構成になっている。
【００１１】
前記気象予測用計算機７は、配信先の雨水排水区を含む地域の地理データや気象観測データ、空間分解能と時間間隔の粗い気象予測データを一定期間保持するデータベース７１と、前記通信網２を介して配信される空間分解能と時間間隔が粗い気象予測データに比べて同等以上、例えば、より細かい空間分解能と、より短い時間間隔の気象予測データを作成するために細密気象予測モデルを演算する細密気象予測モデル演算手段７２と、前記気象情報提供機関１および気象観測装置３から配信される気象観測データや粗い気象予測データおよび前記データベース７１から読み込んだ配信先の雨水排水区を含む地域の地理データや気象観測データから前記細密気象予測モデル演算手段７２が演算する入力データを作成する入力データ作成手段７３を備えている。
【００１２】
前記データベース７１、細密気象予測モデル演算手段７２、入力データ作成手段７３は、それぞれ１つ以上の計算機プログラムが実装され、１つの手段を複数の計算機で実行しても、逆に１台の計算機で複数の手段を実行してもよい。
【００１３】
前記気象予測用計算機７は細密気象予測モデル演算手段７２が演算した細密気象予測モデルの予測データを、前記通信網８を介して雨水排水施設９に１台又は複数台設けた排水設備運転支援計算機１０に配信している。
【００１４】
前記雨水排水施設９は、下水道や河川に１箇所以上設置されるもので、前記排水設備運転支援計算機１０の他、１台以上のポンプ９１、ゲート９２、発電機９３、内燃機関９４等からなる雨水排水設備９５およびガイダンス表示等に使用するディスプレイ９６を設けている。
【００１５】
前記排水設備運転支援計算機１０は、前記データセンタ６からの細かい気象予測データを加工して降雨量予測値の時系列データｄ１を出力する気象情報加工手段１０１と、この気象情報加工手段１０１からの降雨量予測値の時系列データｄ１を入力の１つとして、稼動すべき設備の情報ｄ２を出力するために、排水設備の運転をシミュレーションする運転シミュレータ１０２と、設備の運転履歴、点検履歴、消耗品・燃料などの備蓄状況を管理するデータベース１０３と、このデータベース１０３の情報と稼動すべき設備の情報ｄ２から適切な点検、整備のガイダンスを作成して前記ディスプレイ９６に出力し、また、必要に応じてアラーム１０４を駆動するガイダンス作成手段１０５を備えている。
【００１６】
前記運転シミュレータ１０２は、前記気象情報加工手段１０１から降雨量予測値の時系列データｄ１を取り込み、当該排水施設９への流入量を予測し、流入量予測値の時系列データｄ３を出力する流入量予測手段１０６と、この流入量予測手段１０６からの時系列データｄ３を取り込み、予測される流入量に応じて稼動すべき設備の情報ｄ２を予測して出力する稼動設備予測手段１０７を備えている。
【００１７】
前記流入量予測手段１０６による流入量予測については、従来周知の、例えば、特願平６−２６２４９８号公報に開示されている修正ＲＲＬ法と管内流下モデルを組み合わせた手法や、特願平１０−２２４７６６号公報に開示されているシステム同定の手法を用いて非線形モデルの一種であるHammerstein型のBlock-orientedモデルを同定する方法、特願平３−２９５７２９号公報に開示されているニューラルネットワークを用いた手法、文献「雨天時汚濁負荷量流出モデル比較検討調査（１９９４年度、下水道振技術研究所年報２／２巻、財団法人  下水道新技術推進機構発行）で公知であるシミュレーション・ソフトウエアで採用されている雨水流出過程を水文学的に模擬したモデルと水理学に基づく偏微分方程式モデルを組み合わせて数値計算により特方法などで実現できる。
【００１８】
前記気象情報加工手段１０１、運転シミュレータ１０２、データベース１０３、ガイダンス作成手段１０５は、それぞれ１つ以上の計算機プログラムが実装され、１つの手段を複数の計算機で実行しても、逆に１台の計算機で複数の手段を実行してもよい。
【００１９】
前記データベース１０３には、図２に示すように、個々の設備とその種別が予め登録されており、これに点検履歴と運転履歴が１対１に対応付けて記録するようになっている。また、図４に示すように、個々の設備種別と、それに対応する点検項目および点検内容が予め登録されている。
【００２０】
また、前記データベース１０３は、設備の電気的な接続情報を含んだ図面情報や運転履歴、点検履歴などの記録形式の異なる膨大なデータを保持する必要がある。このため、例えば、特願平１１−５４３８号公報に開示されているように、プラント設備を図３のように機場区分、設備区分、機器区分のように階層的に分類した設備機器分類データベースとして管理する。
【００２１】
前記気象情報提供機関１の代表としては（財）気象業務支援センタがあり、この気象業務支援センタは、気象庁が観測および解析する各種予報、注意報・警報、アメダス観測値、レーダ雨量観測値等の気象観測データや気象予測データを専用回線やインターネットで事業者に配信している。
【００２２】
前記気象予測用計算機７が前記気象情報提供機関１および気象観測装置３から配信を受ける主な気象情報は表１に示す予報項目の数値予報である。前記気象予測用計算機７は、気象情報提供機関１および気象観測装置３から気象観測データや気象予測データをリアルタイムで取り込み、この気象観測データや気象予測データから数値気象予測モデルを用いて、提供された気象予測データよりも細かい空間分解能と短い時間間隔の数値予報を作成し、同等若しくはそれ以上に短い配信周期でリアルタイムに雨水排水施設９に配信する。
【００２３】
すなわち、前記気象予測用計算機７は、気象情報提供機関から配信される気象予測データよりも細かい空間分解能と短い時間間隔の数値予報を作成するモデルとして、運動方程式（ナビエ・ストークス方程式）、熱力学方程式、圧縮系の連続方程式、水蒸気混合比の式、雲・降水粒子の混合比の式、雲・降水粒子数密度の式などの非線形微分方程式を中心として記述された非静力学気象モデルを使用している。例えば、雲解像モデルＣＲｅＳＳ(Cloud Resolving Storm Simulator)を使用している。この雲解像モデルＣＲｅＳＳは、雲およびその中で起こっている降水の物理過程をシミュレーションするために開発されたモデルで、表２に示すように、予報項目が雨量、気温、風で、水平方向の空間分解能が５ｋｍで、予報期間が５１時間、配信周期が１２時間になっている。これにより、前記気象予測用計算機７は、細密な数値気象予測データを雨水排水施設９の排水設備運転支援計算機１０に配信できる。
【表２】
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【００２４】
前記雨水排水施設９においては、排水設備運転支援計算機１０が細密な数値気象予測データを利用し、予測時間内に対象となる対象地域である雨水集水区に降ると予想される降雨に対して雨水排水設備９５の運転準備を支援するのに有用な設備保全管理や点検のためのガイダンスを作成して知らせることを行う。通常、雨水排水施設９の機械設備や電気設備は定期的に点検が行われている。ここでのガイダンスは、降雨が予想される数十時間前から直前までの間に実施可能な設備の点検整備に対するものである。
【００２５】
前記排水設備運転支援計算機１０によるガイダンスの作成は、気象情報加工手段１０１が加工した降雨量予測値の時系列データｄ１を運転シミュレータ１０２の流入量予測手段１０６が取り込んで当該排水施設９への流入量を予測し、流入量予測値の時系列データｄ３を出力し、続いて、運転シミュレータ１０２の稼動設備予測手段１０７が予測される流入量に応じて稼動すべき設備の情報ｄ２を予測して出力する。
【００２６】
すなわち、稼動設備予測手段１０７は、ポンプに関しては、流入量予測値の時系列データｄ３に応じた図５の(a)に示すようなポンプ井の水位変動に対して、例えば、１号ポンプＰ１、２号ポンプＰ２、３号ポンプＰ３の３台のポンプがそれぞれ図に示す水位でオン、オフを行うように運転ルールが設定されているとすると、図５の(a)に示すようなポンプ井の水位変動に対して各ポンプＰ１、Ｐ２、Ｐ３は図５の(b)に示すタイミングでオン、オフ動作することになる。すなわち、先ず時刻ｔ1において１号ポンプＰ１がオンし、続いて時刻ｔ2において２号ポンプＰ２がオンし、さらに、時刻ｔ3において３号ポンプＰ３がオンする。そして、水位が下がることで、先ず時刻ｔ4において３号ポンプＰ３がオフし、続いて時刻ｔ5２号ポンプＰ２がオフする。以降は、１号ポンプＰ１のみが動作する。従って、時刻と共にポンプの運転台数は図５の(c)に示すように変化することになる。
【００２７】
稼動設備予測手段１０７は、このように、流入量予測値の時系列データｄ３に応じてポンプ井の水位変動を予測し、その予測によりどの時刻にどのポンプをオンさせ、また、オフさせるのかを選択する。なお、ポンプの運転ルールがない場合も、過去の運転履歴からポンプの起動、停止時刻とその時点のポンプ井水位を見て各ポンプＰ１、Ｐ２、Ｐ３をどの水位でオンさせ、どの水位でオフさせるかを決めることができる。
【００２８】
また、稼動設備予測手段１０７は、発電機に関しては、例えばポンプの運転台数の変化が図５の(c)に示すように変化すると予測されたときには、必要な電力量も見積もることができ、施設の契約電力や配電系統による制約を加味して運転すべき発電機を予測することができる。  
このように、運転シミュレータ１０２は、降雨量予測値の時系列データｄ１を入力の１つとして雨水排水設備９５の運転をシミュレートし、稼動すべき設備の情報ｄ２を予測する。
【００２９】
運転シミュレータ１０２が出力する稼動すべき設備の情報ｄ２はガイダンス作成手段１０５により取り込まれる。前記ガイダンス作成手段１０５は、稼動すべき設備の情報ｄ２を検索キーとして排水設備の運転履歴、点検履歴、消耗品・燃料などの備蓄状況を管理するデータベース１０３を参照し、稼動すべき設備やその消耗品、予備品の充足状況を前記ディスプレイ９６に提示し、降雨が予想されるまでに実施可能な点検整備の項目を運転員に対して知らせ注意を促す。従って、運転員はディスプレイ９６に表示された内容を確認し、予想される降雨に対処するために、稼動すべき設備の事前の点検や整備、消耗品や予備品の準備等行うことになる。これにより、実際の設備稼動をより確実なものにできる。
【００３０】
また、設備によっては休止期間の閾値を予め設定したものや稼動回数あるいは稼動期間の閾値を予め設定したものがある。休止期間の閾値を設定したものにおいては、その設備が稼動すべき設備として選択され、その休止期間が閾値として設定した数値以上のときには、さらに、アラーム１０４を駆動して運転員に特に注意を促す。また、稼動回数あるいは稼動期間の閾値を設定したものにおいても、その設備が稼動すべき設備として選択され、その稼動回数あるいは稼動期間が閾値として設定した数値以上のときには、さらに、アラーム１０４を駆動して運転員に特に注意を促す。
【００３１】
これにより、休止期間が閾値以上に長かった設備や稼動回数が閾値以上に多かった設備や稼動期間が閾値以上長かった設備については、特に点検や整備を入念に行い、場合によっては予備品、消耗品などの部品の交換を行う。
【００３２】
このように雨水排水施設９の排水設備運転支援計算機１０は、データセンタ６から長時間にわたる細密な数値気象予測データを受け取ることで局地的な集中豪雨に対して排水のための正確な降雨量予測を行って降雨量予測値の時系列データｄ１を作成できる。そして、この時系列データｄ１に基づいて運転シミュレーションを実行し、当該排水施設９への流入量を予測して稼動すべき設備の情報ｄ２を予測する。こうして、正確な降雨量予測に基づいて稼動すべき排水設備を正確に予測することができる。さらに、稼動すべき設備の情報ｄ２とデータベース１０３の管理情報によって稼動すべき設備やその消耗品、予備品の充足状況をディスプレイ９６に表示する。これにより、降雨が予想されるまでに実施可能な点検整備の項目を運転員に対して知らせ、稼動すべき排水設備の運転準備に対する確実な支援ができる。
【００３３】
（第２の実施の形態）
図６に示すように、排水設備運転支援計算機１０にランク分け手段１０８を追加したもので、その他の構成は前述した第１の実施の形態と同じである。  
前記ランク分け手段１０８は、気象情報加工手段１０１から出力される降雨量予測値の時系列データｄ１を取り込んでランク分けし、また、流入量予測手段１０６から出力される流入量予測値の時系列データｄ３を取り込んでランク分けし、さらに、稼動設備予測手段１０７において得られるポンプ運転台数の変化データを取り込んでランク分けする。
【００３４】
すなわち、降雨量予測値の時系列データｄ１の場合は、図７の(a)に示すように、例えば、毎時何ミリメートルの降雨になるかという降雨強度のランクに分け、これをさらに大まかに抽象化して、豪雨、大雨、小雨という３段階の降り方にランク分けする。  
また、流入量予測値の時系列データｄ３の場合は、図７の(b)に示すように、例えば、最大流入量が毎分何立方メートルかという流入量のランクに分け、これをさらに大まかに抽象化して、流入量傾向が大きいか小さいかの２段階にランク分けする。  
また、ポンプ運転台数の変化データの場合は、図７の(c)に示すように、例えば、ポンプ運転台数と消費電力と必要な発電機台数との関係にランク分けし、これをさらに大まかに抽象化して、ポンプ運転台数については多い、少ない、０の３段階にランク分けし、発電機運転については運転が必要か、不要かの２段階にランク分けする。
【００３５】
このようなランク分けを行い、最終的に抽象化してランク分けした内容をディスプレイ９６に表示する。このようなランク分けを行うことで降雨予測精度や運転シミュレーションの精度が十分でない場合にも対処することができる。また、設備保全管理や点検のためのガイダンスの精度を調整することもできる。  
なお、この実施の形態においても前述した第１の実施の形態と同様の作用効果が得られるのは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る、雨水排水設備運転準備支援システムを含む全体の構成を示すブロック図。
【図２】同実施の形態におけるデータベースに記録される情報を示す図。
【図３】同実施の形態におけるプラント設備の管理フォーマットを示す図。
【図４】同実施の形態におけるデータベースに予め登録される情報を示す図。
【図５】同実施の形態における稼動設備予測手段によるポンプの稼動予測例を示すグラフ。
【図６】本発明の第２の実施の形態に係る、排水設備運転支援計算機の構成を示すブロック図。
【図７】同実施の形態におけるランク分け手段のランク分け処理を説明するための図。
【符号の説明】
【００３７】
１…気象情報提供機関、３…気象観測装置、７…気象予測用計算機、９…雨水排水施設、１０…排水設備運転支援計算機、９５…雨水排水設備、９６…ディスプレイ、１０２…運転シミュレータ、１０３…データベース、１０５…ガイダンス作成手段、１０６…流入量予測手段、１０７…稼動設備予測手段。
【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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【図６】
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【図７】
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