(57)【要約】【課題】雨水排水ポンプを好適に制御すること。【解決手段】一実施形態の雨水排水ポンプ制御装置は、起動順序が設定されている複数の雨水排水ポンプを制御する。雨水排水ポンプ制御装置は、ポンプ制御部と、水位設定部とを備える。ポンプ制御部は、雨水が流入する貯留部の水位が、前記複数の雨水排水ポンプのそれぞれについて設定される起動水位以上となったときに、対応する雨水排水ポンプを起動する。水位設定部は、前記複数の雨水排水ポンプのうち少なくとも１つの雨水排水ポンプについて、前記貯留部への雨水の流入量の予測値と、起動水位の設定対象である雨水排水ポンプよりも起動順序が上位の雨水排水ポンプの吐出量の合計値との差分、第１の想定時間、および第１の所定水位に基づいて、前記起動水位を設定する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
起動順序が設定されている複数の雨水排水ポンプを制御するポンプ制御装置であって、  雨水が流入する貯留部の水位が、前記複数の雨水排水ポンプのそれぞれについて設定される起動水位以上となったときに、対応する雨水排水ポンプを起動するポンプ制御部と、
前記複数の雨水排水ポンプのうち少なくとも１つの雨水排水ポンプについて、前記貯留部への雨水の流入量の予測値と、起動水位の設定対象である雨水排水ポンプよりも起動順序が上位の雨水排水ポンプの吐出量の合計値との差分、第１の想定時間、および第１の所定水位に基づいて、前記起動水位を設定する水位設定部と、
を備える雨水排水ポンプ制御装置。
【請求項２】
前記水位設定部は、前記差分と前記第１の想定時間とに基づいて、前記第１の想定時間の間に上昇する前記貯留部の水位を導出し、前記導出した水位を前記第１の所定水位から差し引いた水位に基づいて、前記起動水位を設定する、
請求項１記載の雨水排水ポンプ制御装置。
【請求項３】
前記第１の所定水位は、前記複数の雨水排水ポンプについて共通の値である、
請求項１または２記載の雨水排水ポンプ制御装置。
【請求項４】
前記第１の所定水位は、起動水位の設定対象である雨水排水ポンプよりも起動順序が１つ下位の雨水排水ポンプの起動水位である、
請求項１または２記載の雨水排水ポンプ制御装置。
【請求項５】
前記ポンプ制御部は、前記貯留部の水位が、前記複数の雨水排水ポンプのそれぞれについて設定される停止水位未満となったときに、対応する雨水排水ポンプを停止させ、
前記水位設定部は、前記複数の雨水排水ポンプにのうち少なくとも１つの雨水排水ポンプについて、停止水位の設定対象である雨水排水ポンプおよび前記停止水位の設定対象である雨水排水ポンプよりも停止順序が下位の雨水排水ポンプの吐出量の合計値と、前記貯留部への雨水の流入量の予測値との差分、第２の想定時間、および第２の所定水位に基づいて、前記停止水位を設定する、
請求項１から４のうちいずれか１項記載の雨水排水ポンプ制御装置。
【請求項６】
前記水位設定部は、前記差分と前記第２の想定時間とに基づいて、前記第２の想定時間の間に低下する前記貯留部の水位を導出し、前記導出した水位を前記第２の所定水位に加算した水位に基づいて、前記停止水位を設定する、
請求項５記載の雨水排水ポンプ制御装置。
【請求項７】
前記第２の所定水位は、前記複数の雨水排水ポンプについて共通の値である、
請求項５または６記載の雨水排水ポンプ制御装置。
【請求項８】
前記第２の所定水位は、停止水位の設定対象である雨水排水ポンプよりも起動順序が１つ上位の雨水排水ポンプの停止水位である、
請求項５または６記載の雨水排水ポンプ制御装置。
【請求項９】
前記貯留部への雨水の流入量の予測値には、予測最大値と予測最小値が含まれ、
前記水位設定部は、前記予測最大値に基づいて各雨水排水ポンプの起動水位を設定し、前記予測最小値に基づいて各雨水排水ポンプの停止水位を設定する、
請求項５から８のうちいずれか１項記載の雨水排水ポンプ制御装置。
【請求項１０】
前記水位設定部は、前記複数の雨水排水ポンプのそれぞれにについて設定した起動水位のうち最も低い起動水位が、所定の下限水位を下回る場合、各雨水排水ポンプ間の起動水位差の比率を保ったまま、前記最も低い起動水位が前記所定の下限水位を上回るように、各雨水排水ポンプについての起動水位を修正する、
請求項１から９のうちいずれか１項記載の雨水排水ポンプ制御装置。
【請求項１１】
前記貯留部への雨水の流入量の予測値を導出する予測部であって、複数個の要因に基づいてそれぞれ導出される予測値から、ロバスト統計を用いた代表値抽出処理によって前記貯留部への雨水の流入量を予測する予測部を備える、
請求項１から１０のうちいずれか１項記載の雨水排水ポンプ制御装置。
【請求項１２】
前記予測部は、尺度母数抽出処理によって得られた値を用いて、前記貯留部への雨水の流入量の予測最大値と予測最小値をそれぞれ導出する、
請求項１１記載の雨水排水ポンプ制御装置。
【請求項１３】
起動順序が設定されている複数の雨水排水ポンプと、
雨水が流入する貯留部と、
前記貯留部の水位が、前記複数の雨水排水ポンプのそれぞれについて設定される起動水位となったときに、対応する雨水排水ポンプを起動するポンプ制御部と、
前記複数の雨水排水ポンプのうち少なくとも１つの雨水排水ポンプについて、前記貯留部への雨水の流入量の予測値と、起動水位の設定対象である雨水排水ポンプよりも起動順序が上位の雨水排水ポンプの吐出量の合計値との差分、第１の想定時間、および第１の所定水位に基づいて、前記起動水位を設定する水位設定部と、
を備える雨水排水システム。
【請求項１４】
起動順序の設定されている複数の雨水排水ポンプを制御する雨水排水ポンプ制御装置に、
雨水が流入する貯留部の水位が、前記複数の雨水排水ポンプのそれぞれについて設定される起動水位となったときに、対応する雨水排水ポンプを起動させ、
前記複数の雨水排水ポンプのうち少なくとも１つの雨水排水ポンプについて、前記貯留部への雨水の流入量の予測値と、起動水位の設定対象である雨水排水ポンプよりも起動順序が上位の雨水排水ポンプの吐出量の合計値との差分、第１の想定時間、および第１の所定水位に基づいて、前記起動水位を設定させる、
雨水排水ポンプ制御プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、雨水排水ポンプ制御装置、雨水排水システム、および雨水排水ポンプ制御プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、局地的かつ短時間に降る大雨（局所豪雨）が多発している。局地的豪雨による典型的な被害として、都市の内部で水が溢れる内水氾濫が発生している。洪水を未然に防ぐための取り組みとしては、築堤、河道掘削、護岸整備やダム建設など、主に大規模河川の増水や決壊による洪水を想定した対策が講じられてきた。河川の氾濫は外水氾濫と呼ばれ、従来は外水氾濫に対する対策が重点的に行われてきたが、今後は、内水氾濫も考慮した対策が重要になってくると考えられる。実際、比較的堤防の整備が進んだ都市部では、内水氾濫の被害の方が多い傾向にあり、内水氾濫の防止が新たな課題となっている。
【０００３】
内水氾濫の対策の一つとして、雨水排水施設の制御が挙げられる。雨水排水施設では、雨水排水ポンプによって流入した雨水を河川等に排出することが行われている。こうした雨水排水施設では、雨水が貯留される雨水ポンプ井水位に対して基準水位を設定しておき、雨水ポンプ井水位と基準水位の比較に基づいて雨水排水ポンプの起動または停止を行うという制御が行われることが多い。これに関連し、その基準水位を可変にする技術が開示されている（例えば、特許文献１、２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平０９−２９１８８８号公報
【特許文献２】特開平０７−２５９１７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の技術では、雨水排水ポンプを好適に制御することができない場合があった。
本発明が解決しようとする課題は、雨水排水ポンプを好適に制御することが可能な雨水排水ポンプ制御装置、雨水排水システム、および雨水排水ポンプ制御プログラムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
一実施形態の雨水排水ポンプ制御装置は、起動順序が設定されている複数の雨水排水ポンプを制御する。雨水排水ポンプ制御装置は、ポンプ制御部と、水位設定部とを備える。ポンプ制御部は、雨水が流入する貯留部の水位が、前記複数の雨水排水ポンプのそれぞれについて設定される起動水位以上となったときに、対応する雨水排水ポンプを起動する。水位設定部は、前記複数の雨水排水ポンプのうち少なくとも１つの雨水排水ポンプについて、前記貯留部への雨水の流入量の予測値と、起動水位の設定対象である雨水排水ポンプよりも起動順序が上位の雨水排水ポンプの吐出量の合計値との差分、第１の想定時間、および第１の所定水位に基づいて、前記起動水位を設定する。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】一実施形態に係る雨水排水ポンプ制御装置１００と、これに接続される機器とを模式的に示す図である。
【図２】雨水排水ポンプ制御装置１００の機能構成の一例を示す図である。
【図３】各ポンプについて設定される起動水位および停止水位の一例を示す図である。
【図４】流入量予測モデル構築部１１４により実行される処理の流れの一例を示す図である。
【図５】雨水の流入量に対する予測最大値と予測最小値の推移を模式的に示すイメージ図である。
【図６】流入量予測部１１０による処理を模式的に示す図である。
【図７】式（１５）に基づいて雨水排水ポンプＰ１〜ＰＮの起動水位Ｈ（１）〜Ｈ（Ｎ）が求められる様子を模式的に示す図である。
【図８】式（１７）に基づいて雨水排水ポンプＰ１〜ＰＮの停止水位Ｌ（１）〜Ｌ（Ｎ）が求められる様子を模式的に示す図である。
【図９】式（１９）に基づいて雨水排水ポンプＰ１〜ＰＮの起動水位Ｈ（１）〜Ｈ（Ｎ）が求められる様子を模式的に示す図である。
【図１０】式（２０）に基づいて雨水排水ポンプＰ１〜ＰＮの停止水位Ｌ（１）〜Ｌ（Ｎ）が求められる様子を模式的に示す図である。
【図１１】起動水位を設定した後に、全体を上昇させる様子を模式的に示す図である。
【図１２】４台の雨水排水ポンプの起動水位をできる限り下げ、低い起動水位で制御を実施した例を示す図である。
【図１３】４台の雨水排水ポンプの起動水位をできる限り下げ、低い起動水位で制御を実施した例を示す図である。
【図１４】４台の雨水排水ポンプの起動水位をできる限り下げ、低い起動水位で制御を実施した例を示す図である。
【図１５】流入量の予測値の推移と、起動水位や停止水位の推移とを、時間軸を合わせて表示する表示画面ＩＭの一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、図面を参照し、雨水排水ポンプ制御装置、雨水排水システム、および雨水排水ポンプ制御プログラムの実施形態について説明する。
［概略］
図１は、一実施形態に係る雨水排水ポンプ制御装置１００と、これに接続される機器とを模式的に示す図である。雨水排水ポンプ制御装置１００は、例えば、雨水排水施設（雨水排水システム）１内に設置され、雨水排水施設１の雨水排水ポンプＰ１〜ＰＮ（ｎは任意の自然数）を制御する。雨水排水施設１は、単独の施設であったり、下水処理場に併設される施設であったりする。雨水排水施設１では、流入幹線１０から流入する雨水や工場排水等が、雨水ポンプ井２０に貯留される。ポンプＰ１〜ＰＮは、雨水ポンプ井２０に貯留された雨水（工場排水等を除外するものではない）を、河川等に排出する。なお、雨水ポンプ井２０は、「貯留部」の一例である。
【０００９】
流入幹線１０には、幹線水位計１２および流速計１４が取り付けられており、これらの出力する水位および流速は、変換器１６により単位時間あたりの流量（幹線流量［ｍ3／ｓ］）の情報に変換された情報と共に、雨水排水ポンプ制御装置１００に入力される。なお、幹線流量は、「貯留部への雨水の流入量」の一例である。また、「貯留部への雨水の流入量」として、流入渠２１など、他の箇所の流量が計測されてもよい。
【００１０】
また、雨水排水ポンプ制御装置１００には、例えば、地上雨量計３０から降雨量の情報が、降雨レーダ４０からネットワークＮＷおよびコンピュータ５０を介して降雨強度の情報が、それぞれ入力される。降雨レーダ４０は、空中に電波を発信し、雨滴により反射された電波を受信することにより、ある観測範囲（例えば２５０［ｍ］×２５０［ｍ］）の降雨の状況を観測する。降雨レーダ４０の出力する信号は、図示しない信号処理サーバによって、メッシュ毎の降雨強度［ｍｍ／ｈ］に換算されて出力される。降雨量や降雨強度として、一地点の情報だけでなく、複数地点の情報が入力されてもよい。なお、上記説明した雨水排水ポンプ制御装置１００に入力される情報は、あくまで一例であり、これらの一部が省略されてもよいし、後述するように他の情報が雨水排水ポンプ制御装置１００に入力されてもよい。
【００１１】
雨水排水施設１は、流入幹線１０と雨水ポンプ井２０との間を遮断可能なゲート部２２と、雨水ポンプ井２０の水位Ｘを検出して出力する雨水ポンプ井水位計２４とを備える。ゲート部２２は、雨水の流入量が極端に多い場合には、遮断されて雨水ポンプ井２０への流入量を遮断する場合があるが、通常時には所定の高さに保たれている。なお、図１において、水位Ｘは雨水ポンプ井２０の底面を基準とした水位であるように記載したが、実際には、東京湾中等潮位（Tokyo  Peil）等を基準とした水位であってもよい。雨水ポンプ井水位計２４の検出値は、雨水排水ポンプ制御装置１００に入力される。雨水排水ポンプ制御装置１００は、上記入力される各種情報、雨水ポンプ井水位計２４の検出値、および下流側の情報（後述）に基づいて、雨水排水ポンプＰ１〜ＰＮやゲート部２２を制御する。
【００１２】
また、雨水排水ポンプ制御装置１００には、雨水排水施設１の上流側の情報と、下流側の情報とが入力される。上流側の情報としては、上記した幹線流量、降雨量、降雨強度の他、ダム水位情報、上流ポンプ施設のポンプ吐出量情報等が挙げられる。また、下流側の情報としては、河川水位情報、潮位情報等が挙げられる。流域におけるこれらの情報は、雨水排水施設１における運用に密接に関係しており、雨水排水ポンプ制御装置１００は、これらの情報を有効に活用しながら、雨水排水施設１における雨水排水ポンプＰ１〜ＰＮの制御を、適切かつ効率的に行っていく必要がある。
【００１３】
図２は、雨水排水ポンプ制御装置１００の機能構成の一例を示す図である。雨水排水ポンプ制御装置１００は、例えば、流入量予測部１１０と、流域監視データ記憶部１１２と、流入量予測モデル構築部１１４と、予測モデルパラメータ記憶部１１６と、起動・停止水位設定部１２０と、起動・停止順序設定部１２２と、ポンプ容量・ポンプ井情報記憶部１２４と、ポンプ制御部１３０とを備える。
【００１４】
これらのうち、流入量予測部１１０、流入量予測モデル構築部１１４、起動・停止水位設定部１２０、起動・停止順序設定部１２２、ポンプ制御部１３０は、例えば、ＣＰＵ（Central  Processing  Unit）等のプロセッサがプログラムを実行することにより機能するソフトウェア機能部である。また、これらの機能部のうち一部または全部は、ＰＬＣ（Programmable  Logic  Controller）により実現される機能部であってもよいし、ＬＳＩ（Large  Scale  Integration）やＡＳＩＣ（Application  Specific  Integrated  Circuit）等のハードウェア機能部であってもよい。また、流域監視データ記憶部１１２、予測モデルパラメータ記憶部１１６、ポンプ容量・ポンプ井情報記憶部１２４は、例えば、ＨＤＤ（Hard  Disk  Drive）やフラッシュメモリ、ＲＡＭ（Random  Access  Memory）、ＲＯＭ（Read  Only  Memory）などの記憶装置によって実現される。
【００１５】
流入量予測部１１０は、前述した幹線水位、幹線流速、幹線流量、降雨量、降雨強度等の情報（以下、流域監視データと称する）に基づいて、将来の雨水ポンプ井２０へ雨水の流入量を予測する。流域監視データは、流域監視データ記憶部１１２に格納される。流入量予測モデル構築部１１４は、流域監視データ記憶部１１２に格納された流域監視データに基づいて、流入量予測部１１０が予測に用いる予測モデルのパラメータを決定し、予測モデルパラメータ記憶部１１６に格納する。流入量の予測処理の詳細については後述する。
【００１６】
起動・停止水位設定部１２０は、流入量予測部１１０の予測結果、雨水排水ポンプＰ１〜ＰＮの起動順序や停止順序、ポンプ容量（単位時間あたりの吐出量）、雨水ポンプ井２０の構造情報などに基づいて、雨水排水ポンプＰ１〜ＰＮの起動水位と停止水位を設定する。雨水排水ポンプＰ１〜ＰＮの起動順序や停止順序は、例えば、起動・停止順序設定部１２２により設定される。起動・停止順序設定部１２２は、例えば、過去における各雨水排水ポンプＰ１〜ＰＮの起動時間の履歴を参照し、累積の起動時間が短い雨水排水ポンプの起動順序が上位に、且つ停止順序が下位になるように（すなわち、より早く起動され、より遅く停止されるように）、定期的に起動順序や停止順序の再設定を行う。なお、これに代えて、雨水排水ポンプＰ１〜ＰＮの起動順序や停止順序は、固定であってもよく、この場合、起動・停止順序設定部１２２は、単に順序を保持する記憶部であってよい。ポンプ容量・ポンプ井情報記憶部１２４には、雨水排水ポンプ井２０や流入渠２１の断面積や容積などの土木情報（構造情報）、雨水ポンプＰ１〜ＰＮの吐出容量、警戒水位（溢水水位）やインターロック水位などの情報が格納されている。起動・停止水位の設定処理の詳細については後述する。
【００１７】
ポンプ制御部１３０は、雨水ポンプ井２０の水位が、雨水排水ポンプＰ１〜ＰＮのそれぞれについて設定される起動水位以上となったときに、対応する雨水排水ポンプを起動し、雨水排水ポンプＰ１〜ＰＮのそれぞれについて設定される停止水位未満となったときに、対応する雨水排水ポンプを停止させる。図３は、各ポンプについて設定される起動水位および停止水位の一例を示す図である。ここでは、ポンプの数ｎが４つであるものとする。図中、Ｈ（１）はポンプＰ１の起動水位であり、Ｌ（１）はポンプＰ１の停止水位である。また、Ｈ（２）はポンプＰ２の起動水位であり、Ｌ（２）はポンプＰ２の停止水位である。また、Ｈ（３）はポンプＰ３の起動水位であり、Ｌ（３）はポンプＰ３の停止水位である。また、Ｈ（４）はポンプＰ４の起動水位であり、Ｌ（４）はポンプＰ４の停止水位である。例えば、ポンプ制御部１３０は、水位Ｘが上昇して起動水位Ｈ（１）以上になると、ポンプＰ１を起動させて雨水の排出を開始する。その後、水位Ｘが低下して停止水位Ｌ（１）を下回ると、ポンプ制御部１３０は、ポンプＰ１を停止させる。また、ポンプ制御部１３０は、水位Ｘが上昇して起動水位Ｈ（４）以上となると、その過程でポンプＰ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４を順に起動させ、ポンプＰ１のみ起動している状態よりも大量の雨水を排出させる。また、ポンプ制御部１３０は、水位Ｘが起動水位Ｈ（４）以上となった後、水位Ｘが低下して停止水位Ｌ（１）未満となると、その過程でポンプＰ４、Ｐ３、Ｐ２、Ｐ１を順に停止させ、少量の雨水のみ排出させる。このように、ポンプ制御部１３０は、水位Ｘが高くなるとより多くのポンプを起動させ、水位Ｘが低くなると少ないポンプのみ起動させるように、ポンプＰ１〜Ｐ４を制御する。なお、図中、ＨＨは警戒水位であり、ＬＬはインターロック水位（ポンプが機械的に停止する水位）である。
【００１８】
［流入量の予測処理］
以下、流入量予測部１１０による流入量の予測処理について説明する。式（１）、（２）は、流入量予測部１１０が流入量を予測する際の基本となる予測モデルを表している。式中、「ｉ」は、例えば、流域監視データに含まれる幹線水位、幹線流速、幹線流量、降雨量、降雨強度等（以下、「要因」と称する）の中から、流入量予測モデル構築部１１４により選択されたキーパラメータの識別子である。そして、ｍｖＹｉｍａｘ（ｋ）は、キーパラメータｉに基づく雨水の流入量の予測最大値であり、ｍｖＹｉｍｉｎ（ｋ）は、キーパラメータｉに基づく雨水の流入量の予測最小値である。後述するように、流入量予測部１１０は、これらキーパラメータ毎の予測値を統合し、雨水の流入量を予測する。式中、「ｋ」は時系列データにおける時間に相当するサンプル番号である。また、「ｍｖ」は移動平均等の処理によって平滑化された値であることを示す。なお、以下に説明する各式中の値が平滑化されていることは必須の構成でなく、流域監視データの値そのものが用いられても構わない。また、「Ｋｉ」はキーパラメータｉのゲイン、すなわちキーパラメータｉが雨水の流入量に及ぼす程度を示す。また、「Ｕｉ」はキーパラメータｉの値であり、「Ｌｉ」は遅れ時間、すなわち、キーパラメータｉの時間変化が雨水の流入量の変化として現れるまでの時間を示す。また、「Ｂｉ」はキーパラメータｉについてのバイアス、すなわち、キーパラメータｉの変動に拘わらず発生する雨水の流入量を示す。
ｍｖＹｉｍａｘ（ｋ）＝Ｋｉｍａｘ×ｍｖＵｉ（ｋ−Ｌｉ）＋Ｂｉｍａｘ  （ｉ＝１，２，‥，Ｍ）    ‥（１）
ｍｖＹｉｍｉｎ（ｋ）＝Ｋｉｍｉｎ×ｍｖＵｉ（ｋ−Ｌｉ）＋Ｂｉｍｉｎ  （ｉ＝１，２，‥，Ｍ）    ‥（２）
【００１９】
流入量予測モデル構築部１１４は、式（１）、（２）で表される予測モデルを構成するためのパラメータ（「Ｋｉ」、「Ｌｉ」、「Ｂｉ」）を、以下に例示する処理によって決定する。図４は、流入量予測モデル構築部１１４により実行される処理の流れの一例を示す図である。まず、流入量予測モデル構築部１１４は、流域監視データ記憶部１１２から、ゼロでない、或いは所定の閾値以上の降雨が認められる３個以上の降雨イベントに対応する、複数の期間を抽出する（ステップＳ２００）。降雨イベントは、幹線水位、幹線流速、幹線流量、降雨量、降雨強度等の「要因」を含んでいる。
【００２０】
次に、流入量予測モデル構築部１１４は、「要因」から雨水ポンプ井２０への流入量に及ぼす影響が大きいキーパラメータを抽出する（ステップＳ２０２）。流入量予測モデル構築部１１４は、例えば、雨水ポンプ井２０への雨水の流入量と、各「要因」とに、それぞれ移動平均処理などの適切な平滑化処理を施した上で、時間をずらして相関係数を求め、相関係数の最大値が所定値を超える「要因」を、キーパラメータとして抽出する。
【００２１】
次に、流入量予測モデル構築部１１４は、降雨イベント毎に、以下の処理（ステップＳ２０４〜Ｓ２１０）を行う。
まず、流入量予測モデル構築部１１４は、遅れ時間「Ｌｉ」をキーパラメータ毎に同定する（ステップＳ２０４）。流入量予測モデル構築部１１４は、式（３）で表されるキーパラメータのデータ行列Ｕｉｊ（ｊは降雨イベントの識別情報）中の各キーパラメータの時系列データと、式（４）で表される「降雨イベント毎の雨水ポンプ井流入量データ（ベクトル）Ｙｊとの相関係数を、遅れ時間Ｌｉｊをサンプル周期ｄＴ刻みで前後にずらしながら相関係数Ｒ（ｋ）を計算する。式中、「Ｅ」は平均値を、Ｔは転置を示す。相関係数は、式（５）で表される。流入量予測モデル構築部１１４は、式（５）で表される相関係数Ｒ（ｋ）が最大値となる遅れ時間Ｌｉｊを抽出し、同定値とする。
Ｙｊ＝［｛ｍｖＹｊ（１）―Ｅ（ｍｖＹｊ）｝，｛ｍｖＹｊ（２）―Ｅ（ｍｖＹｊ）｝，‥，｛ｍｖＹｊ（ｎ）―Ｅ（ｍｖＹｊ）｝］Ｔ    ‥（３）
Ｕｉｊ＝［｛ｍｖＵｉｊ（１―Ｌｉｊ）―Ｅ（ｍｖＵｉｊ）｝，｛ｍｖＵｉｊ（２−Ｌｉｊ）―Ｅ（ｍｖＵｉｊ）｝，‥，｛ｍｖＵｉｊ（ｎ−Ｌｉｊ）―Ｅ（ｍｖＵｉｊ）｝］    ‥（４）
【数１】
2015094322.tif 000003
【００２２】
次に、流入量予測モデル構築部１１４は、ゲインＫｉｊとバイアスＢｉｊの同定を行う（ステップＳ２０６〜Ｓ２１０）。
まず、流入量予測モデル構築部１１４は、ｍｖＹｊとｍｖＵｉｊから平均値除去処理（バイアス除去処理）を行う（ステップＳ２０６）。平均値除去処理は、式（６）が変形された式（７）によって表される。式（６）は、前述した式（１）、（２）から最大値と最小値の概念を除去した基本式である。そして、流入量予測モデル構築部１１４は、式（７）に最小二乗法を適用して得られる式（８）に基づいて、ゲインＫｉｊを同定する（ステップＳ２０８）。
ｍｖＹｉ（ｋ）＝Ｋｉ×ｍｖＵｉ（ｋ−Ｌｉ）＋Ｂｉ  （ｉ＝１，２，‥，Ｍ）    ‥（６）
ｍｖＹｊ（ｋ）―Ｅ（ｍｖＹｊ）＝Ｋｉｊ×｛ｍｖＵｉｊ（ｋ―Ｉｉｊ）―Ｅ（ｍｖＵｉｊ）｝    ‥（７）
Ｋｉｊ＝ＹＴＵｉｊ／ＵｉｊＴＵｉｊ    （ｉ＝１，２，‥，Ｍ、ｊ＝１，２，‥，Ｐ）‥（８）
【００２３】
ここで、式（７）においてバイアスが除去されているため、式（８）では１つのパラメータＫｉｊのみ同定すればよく、最小二乗法で通常必要となる逆行列演算を行う必要がなく、除算のみでパラメータＫｉｊの推定が可能となっている。ゲインＫｉｊとバイアスＢｉｊを同時に推定しようとすると、二変数の最小二乗法を行う必要があり、逆行列演算が必要となる。これに対し、本実施形態の流入量予測モデル構築部１１４では、上記の手順を採用することによって逆行列演算を回避し、処理負荷を低減することができる。
【００２４】
次に、流入量予測モデル構築部１１４は、同定したゲインＫｉｊを用いてバイアスＢｉｊを同定する（ステップＳ２１０）。流入量予測モデル構築部１１４は、式（６）と式（７）を比較することによって得られる式（９）に基づいて、バイアスＢｉｊを同定する。
Ｂｉｊ＝Ｅ（ｍｖＹｊ）―Ｋｉｊ×Ｅ（ｍｖＵｉｊ）  ‥（９）
【００２５】
このようにして、降雨イベントｊ毎に遅れ時間Ｌｉｊ、ゲインＫｉｊ、バイアスＢｉｊを同定すると、流入量予測モデル構築部１１４は、降雨イベントｊに依存しない、キーパラメータｉ毎の遅れ時間、ゲイン、バイアスの代表値を求める。流入量予測モデル構築部１１４は、例えば、ロバスト統計を用いた位置母数抽出処理、および尺度母数抽出処理によって、式（１０）〜（１２）で表される代表値を導出する（ステップＳ２１２）。式中、Ｌｉ、Ｋｉ、Ｂｉは、各キーパラメータについての、降雨イベントに依存しない遅れ時間、ゲイン、バイアスの代表値である。また、ＭＥＤｊはｊに関する中央値（Median）、ＭＡＤｊはｊに関する中央値絶対偏差（Median  Absolute  Deviation）、αＬ、αＫ、αＢは係数、Ｍはキーパラメータの数、Ｐは降雨イベントの数を示す。中央値は、ロバスト統計を用いた位置母数の一例である。また、中央値絶対偏差は、ロバスト統計を用いた尺度母数の一例であり、各データと中央値との差分を求め、その差分の中央値を求めたものである。係数αＬ、αＫ、αＢは、例えば―１〜＋１程度の範囲内でユーザにより、或いは自動的に設定される。式（１０）〜（１２）によれば、全降雨イベントについての同定値の中央値から、係数αに応じた偏りをもった推定値が導出される。
Ｌｉ＝ＭＥＤｊ（Ｌｉｊ）＋αＬ×ＭＡＤｊ（Ｌｉｊ）  ｉ＝１，２，‥，Ｍ、ｊ＝１，２，‥，Ｐ    ‥（１０）
Ｋｉ＝ＭＥＤｊ（Ｋｉｊ）＋αＫ×ＭＡＤｊ（Ｋｉｊ）  ｉ＝１，２，‥，Ｍ、ｊ＝１，２，‥，Ｐ    ‥（１１）
Ｂｉ＝ＭＥＤｊ（Ｂｉｊ）＋αＢ×ＭＡＤｊ（Ｂｉｊ）  ｉ＝１，２，‥，Ｍ、ｊ＝１，２，‥，Ｐ    ‥（１２）
【００２６】
このように、本実施形態の流入量予測モデル構築部１１４は、平均値ではなく中央値を用いて代表値を求めるため、ロバストな値を求めることができる。複数の降雨イベントを用いてパラメータの同定を行うと、降雨イベントによっては，現実的でないパラメータの推定値が得られるケースがしばしば現れる。そのため、平均化処理を行う場合、代表値が現実的でないパラメータ値に左右されて安定した代表値を算出することができないことがある。これに対し、中央値を用いる場合、中央値はロバスト統計の分野でロバストな代表値（位置母数）推定量として知られているので、現実的で無いパラメータ値に左右される可能性を低下させることができる。なお、流入量予測モデル構築部１１４は、中央値処理に代わる他のロバストな位置母数推定方法を用いてもよい。例えば、流入量予測モデル構築部１１４は、ＨＬ推定量（ホッジス・レーマン推定量）などを用いてもよいし、適切なパーセントで刈り込んだ刈込平均（トリム平均）を用いても良い。また、流入量予測モデル構築部１１４は、ブートストラップやサブサンプリングと呼ばれる方法でロバストに平均値を推定しても良い。更に、流入量予測モデル構築部１１４は、ＭＡＤに代えて、標準偏差に相当するロバストな尺度母数の推定量、例えば、刈込の標準偏差やブートストラップやサブサンプリングを用いた尺度推定量を用いてもよい。
【００２７】
ここで、係数αＬ、αＫ、αＢの意義について説明する。パラメータＬｉ、Ｋｉ、Ｂｉは、αＬ、αＫ、αＢを全てゼロとして偏りのない推定値としてもよいが、本実施形態におけるパラメータは、雨水ポンプ井２０への流入量を予測するためのものである。そして、予測された流入量は、雨水排水ポンプＰ１〜ＰＮの起動水位と停止水位を設定するために用いられる。ここで、起動水位の設定に関しては、溢水を防止するために、起動までに要する時間の間に流入する流入量をなるべく大きく見積もる必要があり、この逆に、停止時には、インターロック水位まで低下するのを防止するために、流入量をなるべく小さく見積もる必要がある。従って、流入量の予測最大値と予測最小値を、妥当な範囲内で導出することができると好適である。この観点から、本実施形態の流入量予測モデル構築部１１４は、ゲインＫｉとバイアスＢｉについては、αＫとαＢを適切な正の値（例えば０〜１程度）とすることで予測最大値を導出するための値を設定し、αＫとαＢを適切な負の値（例えば―１〜０程度）とすることで予測最小値を導出するための値を設定する。
【００２８】
なお、遅れ時間Ｌｉに関しては、流入量の最大値と最小値が、パラメータ符号に対していずれの方向に出るかが一般的にはわからないため、αＬを例えばゼロとして、流入量の最大値を予測する場合と、最小値を予測する場合とで共通した値を用いてよい。
【００２９】
係る手法によって、流入量の最大値と最小値を、妥当な範囲内で適切に導出することができる。図５は、雨水の流入量に対する予測最大値と予測最小値の推移を模式的に示すイメージ図である。
【００３０】
流入量予測モデル構築部１１４は、上記説明した手法によって、キーパラメータｉ毎の遅れ時間Ｌｉ、およびゲインＫｉの最大値および最小値、バイアスＢｉの最大値および最小値を決定すると、これらを予測モデルパラメータ記憶部１１６に格納する。流入量予測モデル構築部１１４による処理は、例えば、所望のタイミングで実行され、その後、必要に応じて定期的または不定期に実行される。
【００３１】
流入量予測部１１０は、前述したキーパラメータ毎の予測式（１）、（２）に対してロバスト統計を用いた代表値抽出処理を行った結果の式（１３）、（１４）に基づいて、予測最大値と予測最小値を導出し、起動・停止水位設定部１２０に提供する。式中、ＭＥＤｉはｉに関する中央値、ＭＡＤｉはｉに関する中央値絶対偏差である。βは、任意に設定可能な係数であり、例えば初期値としてゼロが設定され、降雨状況に応じて正または負に設定されてよい。なお、ＭＥＤやＭＡＤに関しては、式（１０）〜（１２）と同様に、任意のロバストな推定量に置換することができる。図６は、流入量予測部１１０による処理を模式的に示す図である。
ｍｖＹｍａｘ（ｋ）＝ＭＥＤｉ｛ｍｖＹｉｍａｘ（ｋ）｝＋β×ＭＡＤｉ｛ｍｖＹｉｍａｘ（ｋ）｝  ｉ＝１，２，‥，Ｍ    ‥（１３）
ｍｖＹｍｉｎ（ｋ）＝ＭＥＤｉ｛ｍｖＹｉｍｉｎ（ｋ）｝＋β×ＭＡＤｉ｛ｍｖＹｉｍｉｎ（ｋ）｝  ｉ＝１，２，‥，Ｍ    ‥（１４）
【００３２】
ここで、（１）、（２）はキーパラメータ毎の予測式であるが、これらはキーパラメータによって一様でないバラつきを示す場合がある。例えば、降雨量を用いて雨水の流入量予測を行う場合、あまり大きな降雨量を記録していないにも関わらず、雨水の流入量が増加するというようなケースが考えられる。このような現象が生じるケースとしては、計測地点での降雨量はあまり無いが、流域内の別の地域から雨水流入があるケースなどが考えられる。このような状況が生じることを考慮すると、単純にキーパラメータ毎の予測値に対して例えば平均化処理を行うよりも、式（１３）、（１４）で表されるような、ロバスト統計を用いた代表値抽出処理によって代表的な値を抽出する方が、予測精度が向上すると考えられる。
【００３３】
［起動・停止水位設定］
起動・停止水位設定部１２０は、流入量予測部１１０から提供される雨水の流入量の予測値、起動・停止順序設定部１２２により設定される起動順序および停止順序、および、ポンプ容量・ポンプ井情報記憶部１２４に格納されたポンプ容量や雨水ポンプ井２０の構造情報に基づいて、雨水排水ポンプＰ１〜ＰＮの起動水位および停止水位を設定する。なお、ポンプ容量・ポンプ井情報記憶部１２４には、雨水ポンプ井２０の警戒水位ＨＨやインターロック水位ＬＬなどの情報も格納されていてよい。以下の説明では、雨水排水ポンプの起動順序がＰ１→Ｐ２→‥→ＰＮ―１→ＰＮであり、その逆に、停止順序がＰＮ→ＰＮ―１→‥Ｐ２→Ｐ１と設定されているものとする。なお、起動・停止水位設定部１２０は、雨水排水ポンプＰ１〜ＰＮのうち一部についてのみ起動水位および停止水位を設定し、それ以外の雨水排水ポンプについては、起動水位および停止水位が固定値であっても構わない。
【００３４】
なお、起動・停止水位設定部１２０は、起動水位のみ動的に設定し、停止水位は固定値のまま変更しないものとしてもよい。この場合、ポンプ制御部１３０は、起動・停止水位設定部１２０から提供される起動水位と、任意の記憶部に格納された固定値としての停止水位とに基づいて、雨水排水ポンプＰ１〜ＰＮの制御を行う。
【００３５】
（第１の設定手法）
起動・停止水位設定部１２０は、例えば、以下に説明する手法で、起動水位および停止水位を設定する。起動・停止水位設定部１２０は、雨水排水ポンプＰｎ（ｎ＝１〜Ｎ）の起動水位Ｈ（ｎ）を、式（１５）に基づいて決定する。式中、ＨＨは前述したように警戒水位である。ここで、警戒水位ＨＨに代えて、制御に余裕を持たせるために、警戒水位ＨＨよりも低い水位に設定された上限水位を用いてもよい。また、Ｓ１（ｎ−１）（ｔ）は、雨水排水ポンプＰｎを起動するまでに必要な想定時間Ｔｐｒｅｄ１の間における、予測最大値の雨水が流入したと仮定した場合の流入量と、雨水排水ポンプＰ１〜Ｐｎ−１の吐出量との差分の積算値である。Ｓ１（ｎ−１）（ｔ）は、例えば式（１６）で表される。式中、Ｑｍａｘ（ｔ）は、その時点における雨水の流入量の予測最大値であり、Ｑｎ−１（ｔ）は、雨水排水ポンプＰ１〜Ｐｎ−１の吐出容量の合計である。ここで、流入量予測部１１０が予測最大値と予測最小値を区別せずに出力する場合は、予測最大値Ｑｍａｘ（ｔ）を単に予測値Ｑ（ｔ）と読み替える。
Ｈ（ｎ）＝ＨＨ―Ｓ１（ｎ−１）（ｔ）／Ａ    ‥（１５）
【数２】
2015094322.tif 000004
【００３６】
また、式（１５）におけるＡは、雨水ポンプ井２０の断面積である。従って、式（１５）におけるＳ１（ｎ−１）（ｔ）／Ａとは、「想定時間Ｔｐｒｅｄ１の間に上昇する雨水ポンプ井２０の水位」に相当する。起動・停止水位設定部１２０は、このＳ１（ｎ−１）（ｔ）／Ａを警戒水位ＨＨから差し引くことにより、雨水排水ポンプＰｎの起動水位を設定する。なお、Ｓ１（１）については、式（１５）においてＱｎ−１（ｔ）＝０として求めてよい。図７は、式（１５）に基づいて雨水排水ポンプＰ１〜ＰＮの起動水位Ｈ（１）〜Ｈ（Ｎ）が求められる様子を模式的に示す図である。
【００３７】
ここで、雨水ポンプ井２０の断面積が一定であれば、起動・停止水位設定部１２０はＡを一定値として演算を行ってよいが、実際はそうでないことがあり、また、流入渠２１や流入幹線１０の部分も含めた演算が必要となる場合がある。従って、起動・停止水位設定部１２０は、ポンプ容量・ポンプ井情報記憶部１２４に格納された構造情報を参照し、雨水ポンプ井２０の水位Ｘに応じて変化する値Ａ（Ｘ）を適用して、式（４）に相当する演算を行ってよい。
【００３８】
起動水位を設定する際の想定時間Ｔｐｒｅｄ１は、例えば、「雨水排水ポンプの起動時間＋制御周期」といった時間に設定される。また、流入量予測段階において移動平均等の平滑化処理が行われる場合には、移動平均処理に伴う遅れが移動平均時間の１／２生じるので、「雨水排水ポンプの起動時間＋制御周期＋移動平均時間÷２」といった時間に設定されてよい。ここで、遅れ時間Ｌｉが想定時間Ｔｐｒｅｄ１よりも長い場合には、実測データのみから予測を行うことができるが、遅れ時間Ｌｉが想定時間Ｔｐｒｅｄ１よりも短い場合には、その差分Ｔｐｒｅｄ１―Ｌｉの時間分の外挿処理を行っておく。外挿処理は、要因変数を外挿する方法と雨水の流入量予測値を外挿する方法があるが、いずれの方法を用いても良い。また、この処理には、自己回帰モデルを用いたり、もっとも単純な０次外挿（０次ホールド）や線形外挿（１次ホールド）などを施しても良い。なお、想定時間Ｔｐｒｅｄ１は、「第１の想定時間」の一例である。
【００３９】
このような手法により、「ある制御タイミングＴ１で雨水排水ポンプＰｎを起動しなかった場合、次に雨水排水ポンプＰｎを起動可能なタイミングＴ２において、雨水ポンプ井２０の水位が上昇して警戒水位ＨＨに到達することが予測される状況であれば、制御タイミングＴ１で雨水排水ポンプＰｎを起動する」という制御が実現されることになる。雨水排水ポンプＰｎの起動水位Ｈ（ｎ）は、警戒水位ＨＨから、制御タイミングＴ１からＴ２までの間に上昇すると見込まれる水位Ｓ１（ｎ−１）（ｔ）／Ａを差し引いた水位に設定されるからである。この結果、ちょうど良いタイミングで起動するように、雨水排水ポンプＰ１〜ＰＮの起動水位が設定される。
【００４０】
また、起動・停止水位設定部１２０は、雨水排水ポンプＰｎ（ｎ＝１〜Ｎ）の停止水位Ｌ（ｎ）を、式（１７）に基づいて決定する。式中、ＬＬは前述したようにインターロック水位である。ここで、インターロック水位ＬＬに代えて、制御に余裕を持たせるために、インターロック水位ＬＬよりも高い水位に設定された下限水位を用いてもよい。また、Ｓ２（ｎ）（ｔ）は、雨水排水ポンプＰｎを停止するまでに必要な想定時間Ｔｐｒｅｄ２の間における、雨水排水ポンプＰ１〜Ｐｎの吐出量の合計値と、予測最小値の雨水が流入したと仮定した場合の流入量との差分の積算値である。なお、想定時間Ｔｐｒｅｄ２は、「第２の想定時間」の一例である。Ｓ２（ｎ）（ｔ）は、例えば式（１８）で表される。式中、Ｑｍｉｎ（ｔ）は、その時点における雨水の流入量の予測最小値であり、Ｑｎ（ｔ）は、雨水排水ポンプＰ１〜Ｐｎの吐出容量の合計である。ここで、流入量予測部１１０が予測最大値と予測最小値を区別せずに出力する場合は、予測最小値Ｑｍｉｎ（ｔ）を単に予測値Ｑ（ｔ）と読み替える。また、式（１７）におけるＳ２（ｎ）（ｔ）／Ａとは、「想定時間Ｔｐｒｅｄ２の間に低下する雨水ポンプ井２０の水位」に相当する。起動・停止水位設定部１２０は、このＳ２（ｎ）（ｔ）／Ａをインターロック水位ＬＬに加算することにより、雨水排水ポンプＰｎの起動水位を設定する。図８は、式（１７）に基づいて雨水排水ポンプＰ１〜ＰＮの停止水位Ｌ（１）〜Ｌ（Ｎ）が求められる様子を模式的に示す図である。なお、外挿処理等に関しては、想定時間Ｔｐｒｅｄ１と同様である。
Ｌ（ｎ）＝ＬＬ＋Ｓ２（ｎ）（ｔ）／Ａ    ‥（１７）
【数３】
2015094322.tif 000005
【００４１】
このような手法により、「ある制御タイミングＴ１で雨水排水ポンプＰｎを停止しなかった場合、次に雨水排水ポンプＰｎを停止可能なタイミングＴ２において、雨水ポンプ井２０の水位が低下してインターロック水位ＬＬに到達することが予測される状況であれば、制御タイミングＴ１で雨水排水ポンプＰｎを停止する」という制御が実現されることになる。雨水排水ポンプＰｎの停止水位Ｌ（ｎ）は、インターロック水位ＬＬに、制御タイミングＴ１からＴ２までの間に低下すると見込まれる水位Ｓ２（ｎ）（ｔ）／Ａを加算した水位に設定されるからである。この結果、ちょうど良いタイミングで停止するように、雨水排水ポンプＰ１〜ＰＮの停止水位が設定される。
【００４２】
（第２の設定手法）
また、起動・停止水位設定部１２０は、以下に説明する手法で、起動水位および停止水位を設定してよい。起動・停止水位設定部１２０は、雨水排水ポンプＰｎ（ｎ＝１〜Ｎ）の起動水位Ｈ（ｎ）を、式（１９）に基づいて決定する。式中、Ｈ（ｎ＋１）は起動順序が１つ下位の雨水排水ポンプの起動水位である。ｎ＝Ｎの場合、警戒水位ＨＨがＨ（ｎ＋１）として用いられる。第１の設定手法と同様、警戒水位ＨＨに代えて、制御に余裕を持たせるために、警戒水位ＨＨよりも低い水位に設定された上限水位を用いてもよい。また、Ｓ１（ｎ−１）（ｔ）は、雨水排水ポンプＰｎを起動するまでに必要な想定時間Ｔｐｒｅｄ１の間における、予測最大値の雨水が流入したと仮定した場合の流入量と、雨水排水ポンプＰ１〜Ｐｎ−１の吐出量の合計値との差分の積算値である。Ｓ１（ｎ−１）（ｔ）は、上式（１６）で表される。起動・停止水位設定部１２０は、「想定時間Ｔｐｒｅｄ１の間に上昇する雨水ポンプ井２０の水位」であるＳ１（ｎ−１）（ｔ）／Ａを、起動順序が１つ下位の雨水排水ポンプＰｎ＋１の起動水位から差し引くことにより、雨水排水ポンプＰｎの起動水位を設定する。図９は、式（１９）に基づいて雨水排水ポンプＰ１〜ＰＮの起動水位Ｈ（１）〜Ｈ（Ｎ）が求められる様子を模式的に示す図である。
Ｈ（ｎ）＝Ｈ（ｎ＋１）―Ｓ１（ｎ−１）（ｔ）／Ａ    ‥（１９）
【００４３】
このような手法により、「ある制御タイミングＴ１で雨水排水ポンプＰｎを起動しなかった場合、次に雨水排水ポンプＰｎを起動可能なタイミングＴ２において、雨水ポンプ井２０の水位が上昇して起動順序が下位の雨水排水ポンプＰｎ＋１の起動水位Ｈ（ｎ＋１）に到達することが予測される状況であれば（ｎ＝Ｎの場合、警戒水位ＨＨに到達することが予測される状況であれば）、制御タイミングＴ１で雨水排水ポンプＰｎを起動する」という制御が実現されることになる。雨水排水ポンプＰｎの起動水位Ｈ（ｎ）は、起動水位Ｈ（ｎ＋１）から、制御タイミングＴ１からＴ２までの間に上昇すると見込まれる水位Ｓ１（ｎ−１）（ｔ）／Ａを差し引いた水位に設定されるからである。この結果、同じタイミングで２台以上の雨水排水ポンプが起動する事態が生じるのを抑制することができる。従って、ちょうど良いタイミングで起動するように、雨水排水ポンプＰ１〜ＰＮの起動水位が設定される。
【００４４】
ここで、第１の設定手法と比較すると、第２の設定手法を採用した場合、図７と図９の比較からも分かるように、より早いタイミングで雨水排水ポンプが順次起動されることになるため、浸水が生じるのを、より強力に予防することができる。第１の設定手法は、雨水排水ポンプＰｎを起動するタイミングで、雨水排水ポンプＰｎ−１が起動されていることを前提としている。しかしながら、雨水ポンプ井２０の水位上昇が急激である場合、雨水排水ポンプＰｎを起動するタイミングで、雨水排水ポンプＰｎ−１が起動されていないといった場面も考え得るので、第２の手法の方が浸水回避の観点では優位性がある。反面、第２の設定手法は、雨水ポンプ井２０の容量が十分でなければ、安全側に設定され過ぎる場合がある。すなわち、第２の設定手法は、雨水ポンプ井２０の容量が十分でなければ、起動順序の高い雨水排水ポンプの起動水位がインターロック水位ＬＬを下回る可能性がある。従って、第１の設定手法の方が、雨水ポンプ井２０の構造に対する制約が小さい。このように、第１の設定手法と第２の設定手法のいずれを採用するかは、雨水排水施設１の構造や地域の降雨傾向等に応じて適宜選択されてよく、これらの双方に基づいて起動水位を設定してもよい。例えば、第１の設定手法により設定された起動水位と、第２の設定手法により設定された起動水位との双方を加重平均して起動水位を決定してもよい。
【００４５】
また、起動・停止水位設定部１２０は、雨水排水ポンプＰｎ（ｎ＝１〜Ｎ）の停止水位Ｌ（ｎ）を、式（２０）に基づいて決定する。式中、Ｌ（ｎ−１）は、停止順序が１つ下位の雨水排水ポンプＰｎ―１の停止水位である。ｎ＝１の場合、インターロック水位ＬＬがＬ（ｎ−１）として用いられる。また、第１の設定手法と同様、インターロック水位ＬＬに代えて、制御に余裕を持たせるために、インターロック水位ＬＬよりも高い水位に設定された下限水位を用いてもよい。Ｓ２（ｎ）（ｔ）は、雨水排水ポンプＰｎを停止するまでに必要な想定時間Ｔｐｒｅｄ２の間における、雨水排水ポンプＰ１〜Ｐｎの吐出量の合計値と、予測最小値の雨水が流入したと仮定した場合の流入量との差分の積算値である。Ｓ２（ｎ）（ｔ）は、上式（１８）で表される。また、式（２０）におけるＳ２（ｎ）（ｔ）／Ａとは、「想定時間Ｔｐｒｅｄ２の間に低下する雨水ポンプ井２０の水位」に相当する。起動・停止水位設定部１２０は、このＳ２（ｎ）（ｔ）／Ａを、停止順序が１つ下位の雨水排水ポンプＰｎ−１の停止水位Ｌ（ｎ−１）に加算することにより、雨水排水ポンプＰｎの起動水位を設定する。図１０は、式（２０）に基づいて雨水排水ポンプＰ１〜ＰＮの停止水位Ｌ（１）〜Ｌ（Ｎ）が求められる様子を模式的に示す図である。
Ｌ（ｎ）＝Ｌ（ｎ−１）＋Ｓ２（ｎ）（ｔ）／Ａ    ‥（２０）
【００４６】
このような手法により、「ある制御タイミングＴ１で雨水排水ポンプＰｎを停止しなかった場合、次に雨水排水ポンプＰｎを停止可能なタイミングＴ２において、雨水ポンプ井２０の水位が低下して、停止順序が１つ下位の雨水排水ポンプＰｎ−１の停止水位Ｌ（ｎ−１）に到達することが予測される状況であれば（ｎ＝１の場合、インターロック水位ＬＬに到達することが予測される状況であれば）、制御タイミングＴ１で雨水排水ポンプＰｎを停止する」という制御が実現されることになる。雨水排水ポンプＰｎの停止水位Ｌ（ｎ）は、停止順序が１つ下位の雨水排水ポンプＰｎ−１の停止水位Ｌ（ｎ−１）に、制御タイミングＴ１からＴ２までの間に低下すると見込まれる水位Ｓ２（ｎ）（ｔ）／Ａを加算した水位に設定されるからである。この結果、同じタイミングで２台以上の雨水排水ポンプが停止する事態が生じるのを抑制することができる。従って、ちょうど良いタイミングで停止するように、雨水排水ポンプＰ１〜ＰＮの停止水位が設定される。
【００４７】
なお、第１の設定手法と第２の設定手法で起動水位を設定するいずれの場合においても、まず、式（１４）または（１８）で起動水位を設定した後、インターロック水位ＬＬを下回る起動水位がある場合には、それらがインターロック水位ＬＬを上回るように、起動水位間の比率を保ったまま、起動水位全体を上昇させてもよい。図１１は、起動水位を設定した後に、全体を上昇させる様子を模式的に示す図である。この場合、起動・停止水位設定部１２０は、インターロック水位ＬＬを上回る所望の水位に起動水位Ｈ（１）を設定し、起動水位間の比率Ｈ（Ｎ）―Ｈ（Ｎ−１）：Ｈ（Ｎ−１）―Ｈ（Ｎ−２）：‥：Ｈ（３）―Ｈ（２）：Ｈ（２）―Ｈ（１）が維持されるように各起動水位を修正する。図中、Ｃは起動水位Ｈ（１）の修正程度に応じて定まる定数である。
【００４８】
なお、起動・停止水位設定部１２０により設定される起動水位および停止水位は、雨水排水施設１が起動水位と停止水位の初期値を有している場合には、これらの「補正値」として出力されてもよい。
【００４９】
［実施形態の効果について］
雨水排水ポンプを制御する主な目的は、浸水を回避することである。従って、できる限り浸水を回避するためには、単純に考えれば、全ての雨水ポンプの起動水位をできる限り低下させ、できる限り早く雨水排水ポンプを起動させれば良いと考えられる。こうすることで、雨水の流入量が増加した場合には、速やかに多くの雨水排水ポンプを起動させて施設外に排出することができる。
【００５０】
ここで、停止水位は起動水位よりも低い水位に設定される必要があるため、起動水位を下げると、必然的に起動水位と停止水位の差が小さくなることになる。起動水位と停止水位の差が小さくなると、雨水排水ポンプの起動・停止頻度が非常に多くなり、いわゆるチャタリングという現象が生じる。チャタリングは、雨水排水ポンプに対してダメージを与えるだけでなく、雨水排水ポンプが熱を持ち、再起動時に非常に時間がかかるという弊害を生じさせる場合がある。
【００５１】
図１２〜１４は、４台の雨水排水ポンプの起動水位をできる限り下げ、低い起動水位で制御を実施した例を示している。これらの図は、制御周期を１分で固定、雨水排水ポンプの停止時間を３０秒で固定し、ポンプの起動時間を１分（図１２）、５分（図１３）、１０分（図１４）と変化させた場合の水位レベル制御のシミュレーション結果の例である。図１２の上図が、雨水ポンプ井への流入量を表しており、中央図はポンプ吐出量（４台ポンプに対応する４段階の離散量）、下図は雨水ポンプ井の水位を表している。図１３、１４の上図はポンプ吐出量を、下図は雨水ポンプ井の水位を表している。図１２から分かるように、雨水排水ポンプの起動時間が短いと、雨水ポンプ井の水位は十分低い値に制御できるが、ポンプの起動・停止頻度が非常に多くなり、前述したチャタリング現象が生じ得る。一方、雨水排水ポンプの起動時間が長くなると、チャタリング現象は抑えられるものの、水位の変動（の振幅）が大きくなり、起動時間が１０分の場合、警戒水位ＨＨを超えるまで水位が上昇してしまっている。
【００５２】
仮に、図１２の様な制御が初期に可能であったとしても、チャタリング現象によって雨水排水ポンプが熱を持つことで、やがては、図１３、１４に示す制御状態に移行してしまうことで、結果的に浸水が発生してしまう場合がある。つまり、ポンプの起動・停止頻度を抑制しておくことは、単にポンプへのダメージの問題だけでなく、浸水回避の観点からも重要な要素となってくる。
【００５３】
ポンプの起動・停止頻度を抑制するためには、各雨水排水ポンプについての起動水位と停止水位の差をできる限り大きくすることが望ましい。また、複数の雨水排水ポンプを同時に起動または停止させる場合、水位変動が増加するため、複数のポンプの起動水位もできるだけ離して設定することが望ましい。従って、（１）各雨水排水ポンプについての起動水位と停止水位をできるだけ離し、（２）雨水排水ポンプ間で起動水位をできるだけ離すという条件下で、（３）各雨水排水ポンプの起動水位をできるだけ低く設定することが望ましい。
【００５４】
本実施形態の雨水排水ポンプ制御装置１００は、想定時間Ｔｐｒｅｄ１の間に最大限積算しうる水量を警戒水位ＨＨから差し引くことによって起動水位を設定し、想定時間Ｔｐｒｅｄ２の間にどうしても減少してしまう最小の水量をインターロック水位ＬＬに加算することによってポンプの停止水位を設定するため、上記（１）〜（３）の条件を満たすことができる。これによって、雨水排水ポンプ制御装置１００は、雨水ポンプ井２０の水位が警戒水位ＨＨに達する可能性を低下させると共に、雨水排水ポンプの起動・停止回数を抑制することができる。
【００５５】
なお、前述したように、雨水排水ポンプ制御装置１００は、雨水排水ポンプの起動水位のみ動的に設定し、停止水位については固定値としてもよい。降雨状況に応じて動的に変更する必要があるのは、どちらかと言えば起動水位の方であり、停止水位については多少の遅れ等があっても、最も回避すべき浸水に対する影響が小さいからである。勿論、雨水排水ポンプ制御装置１００が起動水位と停止水位の双方を動的に設定することで、上記効果を最大限に発揮することができるのは、いうまでもない。
【００５６】
雨水排水ポンプ制御装置１００は、流入量の予測値の推移と、起動水位や停止水位の推移とを、時間軸を合わせてユーザに表示してもよい。図１５は、流入量の予測値の推移と、起動水位や停止水位の推移とを、時間軸を合わせて表示する表示画面ＩＭの一例を示す図である。
【００５７】
以上説明した少なくとも１つの実施形態によれば、雨水ポンプ井２０に流入する雨水の量の予測値と、起動水位の設定対象である雨水排水ポンプＰｎよりも起動順序が上位の雨水排水ポンプＰ１〜Ｐｎ−１の吐出量の合計値との差分、想定時間Ｔｐｒｅｄ１、および第１の所定水位（警戒水位ＨＨ、または起動順序が１つ上位のポンプの起動水位）に基づいて、雨水排水ポンプＰｎの起動水位を設定するため、雨水排水ポンプを好適に制御することができる。
【００５８】
より具体的には、実施形態によれば、上記差分と想定時間Ｔｐｒｅｄ１とに基づいて、想定時間Ｔｐｒｅｄ１の間に上昇する雨水ポンプ井２０の水位を導出し、導出した水位を第１の所定水位から差し引いた水位に基づいて雨水排水ポンプＰｎの起動水位を設定するため、雨水排水ポンプを好適に制御することができる。
【００５９】
また、実施形態によれば、更に、停止水位の設定対象である雨水排水ポンプＰｎおよび停止水位の設定対象である雨水排水ポンプＰｎよりも停止順序が下位の雨水排水ポンプＰ１〜Ｐｎ―１の吐出量の合計値と、雨水ポンプ井２０に流入する雨水の量の予測値との差分、想定時間Ｔｐｒｅｄ２、および第２の所定水位（インターロック水位または停止順序が１つ下位のポンプの停止水位）に基づいて、雨水排水ポンプＰｎの停止水位を設定するため、雨水排水ポンプの頻繁な起動・停止（チャタリング）が生じるのを抑制することができる。この結果、雨水排水ポンプの発熱により起動時間が延長されることによる施設の性能低下を予防することができる。
【００６０】
また、実施形態によれば、雨水の流入量の予測最大値に基づいて起動水位を設定し、雨水の流入量の予測最小値に基づいて停止水位を設定するため、より安全側で制御を行うことができる。
【００６１】
また、実施形態によれば、第１の設定手法を採用することにより、雨水ポンプ井２０の構造に対する制約を小さくすることができる。一方、第２の設定手法を採用することにより、浸水が生じるのを、より強力に予防することができる。
【００６２】
また、実施形態によれば、インターロック水位ＬＬを下回る起動水位がある場合には、それらがインターロック水位ＬＬを上回るように、起動水位間の比率を保ったまま、起動水位全体を上昇させるため、より現実的な起動水位を設定することができる。
【００６３】
また、実施形態によれば、代表値抽出処理や尺度母数を用いた処理によって雨水の流入量を予測するため、現実に即した予測値を算出することができる。この結果、雨水排水ポンプを更に好適に制御することができる。
【００６４】
なお、本実施形態は、以下のような態様で実現することができる。
複数個の要因に基づいてそれぞれ導出される予測値から、ロバスト統計を用いた代表値抽出処理によって所定の箇所への雨水の流入量を予測する予測部と、前記予測部が予測に用いる予測モデルであって、遅れ時間、ゲイン、バイアスを含むパラメータで表現される予測モデルを構築する構築部と、を備える雨水流入量予測装置。
上記構成において、予測部は、尺度母数抽出処理によって得られた値を用いて、前記雨水の流入量の予測最大値と予測最小値をそれぞれ導出する。
【００６５】
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００６６】
１  雨水排水施設（雨水排水システム）
２０  雨水ポンプ井
１００  雨水排水ポンプ制御装置
１１０  流入量予測部
１１２  流域監視データ記憶部
１１４  流入量予測モデル構築部
１１６  予測モデルパラメータ記憶部
１２０  起動・停止水位設定部
１２２  起動・停止順序設定部
１２４  ポンプ容量・ポンプ井情報記憶部
１３０  ポンプ制御部
Ｐ１〜ＰＮ  雨水排水ポンプ
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【手続補正書】
【提出日】平成26年11月26日(2014.11.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の雨水排水ポンプを制御するポンプ制御装置であって、
雨水が流入する貯留部の水位が、前記複数の雨水排水ポンプのそれぞれに設定される起動水位以上となったときに、水位が起動水位以上となった雨水排水ポンプを起動するポンプ制御部と、
流域監視データ、および起動対象の雨水排水ポンプよりも起動順序が上位の雨水排水ポンプの吐出量に基づいて、前記起動対象の雨水排水ポンプの起動水位を変更する水位設定部と、
を備える雨水排水ポンプ制御装置。
【請求項２】
前記水位設定部は、前記流域監視データと、起動対象の雨水排水ポンプよりも起動順序が上位の雨水排水ポンプの吐出量の合計値と、前記起動対象の雨水排水ポンプの起動時間に基づく想定時間とに基づいて、前記想定時間内に上昇する前記貯留部の水位を導出し、前記導出した前記想定時間内に上昇する前記貯留部の水位に基づいて、前記起動対象の雨水排水ポンプの起動水位を変更する、
請求項１記載の雨水排水ポンプ制御装置。
【請求項３】
前記水位設定部は、前記流域監視データに基づいた前記貯留部への雨水流入量の予測値と、起動対象の雨水排水ポンプよりも起動順序が上位の雨水排水ポンプの吐出量の合計値との差分、および、前記起動対象の雨水排水ポンプの起動時間に基づく想定時間とに基づいて、前記想定時間内に上昇する前記貯留部の水位を導出し、前記導出した前記想定時間内に上昇する前記貯留部の水位に基づいて、前記起動対象の雨水排水ポンプの起動水位を変更する、
請求項１または２記載の雨水排水ポンプ制御装置。
【請求項４】
前記水位設定部は、前記差分と前記想定時間とに基づいて、前記想定時間の間に上昇する前記貯留部の水位を導出し、前記導出した水位を所定水位から差し引いた水位に基づいて、前記起動水位を設定する、
請求項３記載の雨水排水ポンプ制御装置。
【請求項５】
前記所定水位は、前記複数の雨水排水ポンプについて共通の値である、
請求項４記載の雨水排水ポンプ制御装置。
【請求項６】
前記所定水位は、起動対象の雨水排水ポンプよりも起動順序が１つ下位の雨水排水ポンプの起動水位である、
請求項４記載の雨水排水ポンプ制御装置。
【請求項７】
前記ポンプ制御部は、前記貯留部の水位が、前記複数の雨水排水ポンプのそれぞれに設定される停止水位未満となったときに、水位が停止水位未満となった雨水排水ポンプを停止させ、
前記水位設定部は、流域監視データ、および停止対象の雨水排水ポンプよりも停止順序が下位の雨水排水ポンプの吐出量に基づいて、前記停止対象の雨水排水ポンプの停止水位を変更する、
請求項１から６のうちいずれか１項記載の雨水排水ポンプ制御装置。
【請求項８】
前記水位設定部は、前記流域監視データと、停止対象の雨水排水ポンプよりも停止順序が下位の雨水排水ポンプの吐出量の合計値と、前記停止対象の雨水排水ポンプの停止時間に基づく第２の想定時間とに基づいて、前記第２の想定時間内に低下する前記貯留部の水位を導出し、前記導出した前記第２の想定時間内に低下する前記貯留部の水位に基づいて、前記停止対象の雨水排水ポンプの停止水位を変更する、
請求項７記載の雨水排水ポンプ制御装置。
【請求項９】
前記水位設定部は、前記流域監視データに基づいた前記貯留部への雨水流入量の予測値と、停止対象の雨水排水ポンプよりも停止順序が下位の雨水排水ポンプの吐出量の合計値との差分、および、前記停止対象の雨水排水ポンプの停止時間に基づく第２の想定時間とに基づいて、前記第２の想定時間内に低下する前記貯留部の水位を導出し、前記導出した前記第２の想定時間内に低下する前記貯留部の水位に基づいて、前記停止対象の雨水排水ポンプの停止水位を変更する、
請求項７または８記載の雨水排水ポンプ制御装置。
【請求項１０】
前記水位設定部は、前記差分と前記第２の想定時間とに基づいて、前記第２の想定時間の間に低下する前記貯留部の水位を導出し、前記導出した水位を第２の所定水位に加算した水位に基づいて、前記起動水位を設定する、
請求項９記載の雨水排水ポンプ制御装置。
【請求項１１】
前記第２の所定水位は、前記複数の雨水排水ポンプについて共通の値である、
請求項１０記載の雨水排水ポンプ制御装置。
【請求項１２】
前記第２の所定水位は、停止対象の雨水排水ポンプよりも停止順序が１つ下位の雨水排水ポンプの停止水位である、
請求項１０記載の雨水排水ポンプ制御装置。
【請求項１３】
前記貯留部への雨水の流入量の予測値には、予測最大値と予測最小値が含まれ、
前記水位設定部は、前記予測最大値に基づいて各雨水排水ポンプの起動水位を設定し、前記予測最小値に基づいて各雨水排水ポンプの停止水位を設定する、
請求項７から１２のうちいずれか１項記載の雨水排水ポンプ制御装置。
【請求項１４】
前記水位設定部は、前記複数の雨水排水ポンプのそれぞれにについて設定した起動水位のうち最も低い起動水位が、所定の下限水位を下回る場合、各雨水排水ポンプ間の起動水位差の比率を保ったまま、前記最も低い起動水位が前記所定の下限水位を上回るように、各雨水排水ポンプについての起動水位を修正する、
請求項１から１３のうちいずれか１項記載の雨水排水ポンプ制御装置。
【請求項１５】
前記貯留部への雨水の流入量の予測値を導出する予測部であって、複数個の要因に基づいてそれぞれ導出される予測値から、ロバスト統計を用いた代表値抽出処理によって前記貯留部への雨水の流入量を予測する予測部を備える、
請求項１から１４のうちいずれか１項記載の雨水排水ポンプ制御装置。
【請求項１６】
前記予測部は、尺度母数抽出処理によって得られた値を用いて、前記貯留部への雨水の流入量の予測最大値と予測最小値をそれぞれ導出する、
請求項１５記載の雨水排水ポンプ制御装置。
【請求項１７】
起動順序が設定されている複数の雨水排水ポンプと、
雨水が流入する貯留部と、
前記貯留部の水位が、前記複数の雨水排水ポンプのそれぞれについて設定される起動水位となったときに、水位が起動水位以上となった雨水排水ポンプを起動するポンプ制御部と、
流域監視データ、および起動対象の雨水排水ポンプよりも起動順序が上位の雨水排水ポンプの吐出量に基づいて、前記起動対象の雨水排水ポンプの起動水位を変更する水位設定部と、
を備える雨水排水システム。
【請求項１８】
起動順序の設定されている複数の雨水排水ポンプを制御する雨水排水ポンプ制御装置に、
雨水が流入する貯留部の水位が、前記複数の雨水排水ポンプのそれぞれに設定される起動水位以上となったときに、水位が起動水位以上となった雨水排水ポンプを起動させ、
流域監視データ、および起動対象の雨水排水ポンプよりも起動順序が上位の雨水排水ポンプの吐出量に基づいて、前記起動対象の雨水排水ポンプの起動水位を変更させる、
雨水排水ポンプ制御プログラム。