(57)【要約】【課題】効率的な換気設備の運転案を生成することで、全体的に満足することができるトンネル換気制御装置を提供する。【解決手段】トンネル本線と少なくとも1個の分岐部または合流部を有し、トンネル内に少なくとも２個以上の換気所を有する道路トンネル換気制御装置であり、トンネルの換気所内に設置された換気設備と、この換気設備の運転を決定する運転案生成部を備えている。そして、運転案生成部は、トンネル出口からの汚染物質の流出を予測するための汚染物質流出予測区間と、トンネル内の汚染物質の濃度と換気設備の消費電力を予測するためのトンネル内濃度・消費電力予測区間とに分けて運転案を作成することにより、ユーザーが意図する自動制御を実現できるようにする。【選択図】図１
2012219524.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも1個の分岐部または合流部を有する一方向通行型のトンネル本線のトンネル内に、少なくとも２個以上の換気所を有する道路トンネル換気制御装置において、
前記トンネルの前記換気所内に設置された換気設備の運転を決定する運転案生成処理部と、
前記トンネルを走行する車両の数を含む交通情報及び前記トンネル内の風向及び風速値を入力し、前記トンネル内の風向分布と風速分布を予測する風速予測処理部と、
前記風速予測処理部による風速予測結果及び前記トンネル内の汚染物質の濃度計測値から、前記車両が排出する前記汚染物質の量を予測する汚染濃度予測処理部と、
前記風速予測結果から、トンネル出口から流出する前記汚染物質の流出量を予測する汚染物質流出量予測処理部と、を備え、
前記運転案生成処理部は、前記トンネル出口からの前記汚染物質の流出を予測するための汚染物質流出予測区間と、前記トンネル内の前記汚染物質の濃度と前記換気設備の消費電力を予測するためのトンネル内濃度・消費電力予測区間とに分けて運転案を作成することを特徴とする道路トンネル換気制御装置。
【請求項２】
前記運転案生成処理部は、前記トンネル出口からの逆風を確保するため、前記分岐部または合流部から前記トンネル出口の間に設置された前記換気設備を対象にして前記汚染物質流出予測区間における運転案を作成することを特徴とする請求項１に記載の道路トンネル換気制御装置。
【請求項３】
前記運転案生成処理部は、前記トンネル出口からの汚染物資の流出を予測するために必要な逆風を確保できる換気量を探索し、前記汚染物質流出予測区間における前記換気設備の運転案を作成して基準運転案とすることを特徴とする請求項２に記載の道路トンネル換気制御装置。
【請求項４】
前記運転案生成処理部は、トンネル入口と前記分岐部または合流部の間に設置された前記換気設備を対象にして、前記トンネル内濃度・消費電力予測区間の運転案を生成することを特徴とする請求項１に記載の道路トンネル換気制御装置。
【請求項５】
前記運転案生成処理部は、前記トンネル内の濃度を管理目標値以上に維持するため、フィードバック演算を用いて前記トンネル内濃度・消費電力予測区間における前記換気設備の運転案を作成することを特徴とする請求項４に記載の道路トンネル換気制御装置。
【請求項６】
前記フィードバック演算の指標となる制御目標値は、前記換気設備の消費電力を抑制するために、前記管理目標値に設定されることを特徴とする請求項５に記載の道路トンネル換気制御装置。
【請求項７】
前記運転案生成処理部は、複数の換気設備の消費電力を合計した合計消費電力を最小化することを特徴とする請求項１に記載の道路トンネル換気制御装置。
【請求項８】
前記運転案生成処理部は、前記汚染物質流出予測区間における前記換気設備の運転案または前記トンネル内濃度・消費電力予測区間における前記換気設備の運転案を作成する際の演算時間を短くするために、複数の前記換気設備に設置された排風機または送風機を一括して制御する運転案を換気制御の目的に沿って作成することを特徴とする請求項１に記載の道路トンネル換気制御装置。
【請求項９】
前記運転案生成処理部、前記汚染濃度予測処理部及び前記汚染濃度予測処理部の結果を評価する運転評価部を更に備え、
前記換気制御の目的を総合的に満足させるようにしたことを特徴とする請求項１に記載の道路トンネル換気制御装置。
【請求項１０】
前記運転評価部は、ユーザーの意思により制御目的の優先順位を任意に変更可能とする、請求項９に記載の道路トンネル換気制御装置。
【請求項１１】
前記運転案により制御されたトンネル出口付近の風速を監視し、予測風速結果と実績風速との誤差補正を行うことを特徴とする請求項１に記載の道路トンネル換気制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トンネル本線と接続する少なくとも１つの分岐部または合流部を有するトンネル内の換気制御に関し、少なくとも２箇所の換気所内に排風機または送風機を有するトンネル内の換気制御を行う道路トンネル換気制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、道路トンネル（以下、単に「トンネル」と記載する）では、送風機、排風機、ジェットファン等の換気設備がトンネルの規模に応じて設置されている。そして、これらの換気設備をその必要性に応じた制御を行いつつ運転することにより、車両が排出する汚染物質の濃度を許容値以下に抑えている。
【０００３】
従来のトンネルは、通常は入口から出口までの距離も短く、また換気所も出口付近に1箇所設置されるだけの一方通行形のトンネルが一般的であり、このようなトンネルでは、従来型の手法で換気制御しても、特段の問題がなかった。
【０００４】
近年、道路トンネルが長大化しており、トンネルの入口から出口までの距離は、１０ｋｍにも及ぶ長いトンネルが多くなっている。このため、昼夜を問わず車両が頻繁に走行する都市部では、複数の換気所を設置し、トンネル環境の異変に対して迅速に対応できるように、長大トンネルを複数に分割した各区間毎に換気設備を備えている。
【０００５】
また、トンネルが建造される地理的状況によっては、換気制御の目的が変化する。例えば、山間部ではトンネル内の汚染物質濃度の最小化や換気設備の消費電力の最小化が主たる換気制御の目的とされる。
【０００６】
一方、都市部におけるトンネルでは、上述の山間部における制御目的に加え、トンネル外に汚染物質を排出しないなどの周辺環境への配慮が重要な要素となる。このように、トンネル内の換気制御の目的は多様化しており、特に都市部における周辺環境の配慮は、近年重要視されている。このため、トンネル本線部の出口（トンネルの入口または出口は、通常「坑口」と呼ばれる）から排出される汚染物質の流出量を極力少なくすることが極めて重要になっている。
【０００７】
そこで、特に、坑口（入口）から坑口（出口）までの間に分岐部や合流部を含むトンネルにおいて、分岐・合流部の坑口における有害物質の漏れ出し量を制限して、トンネル周辺環境を改善したトンネル換気制御装置が提案されている（例えば、特許文献１を参照）。また、分岐部や合流部を有するトンネルの換気状態に関する予測演算の精度を向上させて、換気設備の効率的な運用を実現したトンネル換気制御装置もある（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００８−２６７０８８号公報
【特許文献２】特開２００２−２２７５９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、複数の換気所を備えたトンネルでは、各換気所における換気設備の運転組み合わせが膨大になる。このため、全ての組み合わせを運転案として制御装置で最適な運転案を求めるためには、膨大な時間がかかり、制御装置のリアルタイム性が失われるという問題があった。また、トンネル内に分岐部や合流部があると、それを考慮した最適な運転案の生成は、更にむずかしくなっていた。
【００１０】
特許文献１に記載の技術は、全坑口からの有害物質の漏れ出し量を抑制することによって、トンネル内の周辺環境を保全するための技術であるが、この技術では、長大トンネルの中に設置された数多くの排風機をどのように運転すれば効率的な運転案が得られるかという視点での検討はなされていない。
【００１１】
また、特許文献２に記載の技術は、分岐部や合流部を有するトンネルの換気状態に関する予測演算の精度を向上させて、換気設備の効率的な運用を実現しようとするものであるが、この技術でも様々な運転案の中から、最適な運転案を生成するという考えについては検討されていない。
【００１２】
そこで本発明の目的は、上記従来技術の問題を解消するために、長大トンネル内に複数配設された換気設備の運転案を複数作成し、その複数の運転案の中からユーザーの要求にかなった最適な運転案を生成することで、ユーザーの要求を総合的に満足することができるトンネル換気制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決し、本発明の目的を達成するため、本発明の道路トンネル換気制御装置は、トンネル本線と少なくとも1個の分岐部または合流部を有し、トンネル内に少なくとも２個以上の換気所を有する道路トンネル換気制御装置において、トンネルの換気所内に設置された換気設備の運転案を決定する運転案生成部と、を備える。
【００１４】
また、トンネルを走行する車両の数を含む交通情報、トンネル内の汚染物質の濃度計測値及びトンネル内の風向及び風速値に基づいて、トンネル内の風向分布と風速分布を予測する風速予測処理部と、この風速予測処理部による風速予測結果から、車両が排出する汚染物質の量を予測する汚染濃度予測処理部と、この風速予測結果から、トンネル出口から流出する汚染物質の流出量を予測する汚染物質流出量予測処理部と、を備えている。
【００１５】
そして、運転案生成処理部は、トンネル出口からの汚染物質の流出を予測するための汚染物質流出予測区間と、トンネル内の前記汚染物質の濃度と換気設備の消費電力を予測するためのトンネル内濃度・消費電力予測区間とに分けて運転案を作成することを特徴としている。
【００１６】
また、本発明の好ましい形態のトンネル換気制御装置では、運転案生成処理部は、トンネル出口からの逆風を確保するため、分岐部または合流部からトンネル出口の間に設置された換気設備を、汚染物質流出予測区間における換気設備として、その運転案を作成する。特に、この汚染物質流出予測区間における換気設備の運転案作成に際しては、トンネル出口からの汚染物資の流出を予測するために必要な逆風を確保できる換気量を探索して基準運転案とする。
【００１７】
また、本発明の好ましい形態のトンネル換気制御装置では、運転案生成処理部は、トンネル入口と分岐部または合流部の間に設置された換気設備をトンネル内濃度・消費電力予測区間の換気設備として、その運転案を生成する。そして、このトンネル内濃度・消費電力予測区間の運転案の作成に際しては、トンネル内の濃度を管理目標値以上に維持するため、フィードバック演算を用いて換気設備の運転案を作成するようにしている。ここで、フィードバック演算の指標となる制御目標値は、換気設備の消費電力を抑制するための管理目標値に設定される。
【００１８】
また、本発明の好ましい形態のトンネル換気制御装置では、運転案生成処理部は、１か所の換気設備の消費電力を最小化するのではなく、複数の換気設備の消費電力を合計した合計消費電力を最小化するようにしている。更に、運転案生成部は、汚染物質流出予測区間における前記換気設備の運転案またはトンネル内濃度・消費電力予測区間における換気設備の運転案を作成する際の演算時間を短くするために、複数の換気設備に設置された排風機または送風機を一括して制御する運転案を換気制御の目的に沿って作成している。
【００１９】
更に、本発明の好ましい形態のトンネル換気制御装置では、運転案生成処理部が生成した複数の運転案を評価する運転評価部を備え、換気制御の目的を総合的に満足させる運転案を選定するとともに、ユーザーの意思に基づいて、制御目的の優先順位を任意に変更できるようにしている。  
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、トンネル本線と接続する少なくとも１つの分岐部または合流部を有するトンネル内の換気設備の運転案を効率的に作成できるとともに、作成した運転案数の中から次の制御周期の最適な運転案を選定することができるので、制御装置のリアルタイム性を維持することが可能である。また、トンネル換気制御の目的にかなった道路トンネルの運用を確保することが可能となる。
【００２１】
また、本発明によれば、換気設備の運転案が効率的に作成できるので、ユーザーが意図する自動制御を実現することができるとともに、道路トンネル換気制御装置の安全稼働を行うことができるという効果もある。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施の形態例の道路トンネルとトンネル換気制御装置の全体構成図である。
【図２】本発明の実施の形態例に用いられる、運転案生成処理部の内部構成図である。
【図３】本発明の実施の形態例のトンネル換気制御装置における制御対象となる各区間内の空気挙動を説明するための図である。
【図４】本発明の実施の形態例のトンネル換気制御装置における換気設備の複数の運転案の生成を説明するための図である。
【図５】本発明の実施の形態例に用いられる運転評価部における評価結果を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
＜本発明の実施の形態例の全体構成＞
以下、図１〜図５を参照して、本発明の実施の形態例（以下、「本例」ということもある）の道路トンネル換気制御装置について説明する。
【００２４】
図１は、本例の道路トンネル換気制御装置を、トンネル内に1つの分岐部がある道路トンネルに適用した場合の全体構成を示した図である。
対象となる道路トンネルは、例えば長さが１０ｋｍにも及ぶ長大な道路トンネルであり、このような長大トンネルでは、通常約１００ｍの区間毎に換気設備の運転案が生成される。なお、双方向に車両が通行するタイプのトンネルにおける換気設備の運転案の生成は、非常に複雑になるので、ここで対象とするトンネルは一方向通行型の縦流トンネルとする。
【００２５】
このような一方向通行型の縦流トンネル内部には、トンネル内の煤煙の状態を監視するための透過率計１が複数箇所に配置されている。この透過率計１は、長大トンネルの各区間に配置される排風機の前後に設けられる。なお、透過率計１では汚染物質の濃度測定はできないので、特に最も有毒な一酸化炭素の濃度を測定するために、トンネル内に一酸化炭素計２を設けている。図１では、２個の一酸化炭素計が示されているが、通常は、一酸化炭素計２も透過率計１と同じ数だけ用意される。
【００２６】
更に、トンネル内には車両の台数と車の速度を測定するための交通量計４が配置される。この交通量計４の数はユーザーが任意に決めるものであるが、少なくともトンネルの入口と出口には設けられる。また、トンネル内の分岐部の近辺には風向風速計３が配置されている。図１では、１個の風向風速計３が示されているが、トンネル内の断面積が変わると風速が変わるので、分割した各区間の中の複数区間に設ける場合もある。少なくとも、出入口と分岐部があるところには、風向風速計３が設けられる。
【００２７】
また、図１に示すように、トンネル内には、換気設備としての７つの換気所５（換気所Ａ〜Ｇ）が設けられており、それぞれの換気所Ａ〜Ｇには排風機６と、この排風機６を動作させるためのシーケンス制御機能を備えた換気連動盤７が備えられている。ここで、排風機６は、その直径が５ｍにも及ぶ大型のものであり、各換気所では、これが約３０ｍの高さになる程に積み上げられて、地下に埋め込まれている。
【００２８】
また、排風機６の運転には、約６６００Ｖの電圧が必要となることから、その切換制御を頻繁に行うのは消費電力の浪費につながりかねない。したがって、排風機６の切り替え運転は慎重に行わなければならない。この排風機６も、通常長大トンネルの各区間（例えば１００ｍ）に１個ないし数個が設けられる。
【００２９】
各換気所Ａ〜Ｇは、広域ネットワーク８を介して、トンネル全体の制御演算を行う道路トンネル換気制御装置９に接続されている。図１に示すように、道路トンネル換気制御装置９は、後述する計測情報処理部１０、運転案生成処理部１１、風速予測処理部１２、汚染濃度予測処理部１３、汚染物質流出量予測処理部１４、及び運転評価部１５を備えている。
【００３０】
ここで、本例の道路トンネル換気制御装置に設けられる各換気所Ａ〜Ｇの排風機運転可能領域を０％〜１００％まで１０％刻みとすると各換気所Ａ〜Ｇについて１１パターンの運転可能領域が得られる。図１では、換気所の数は７つであるから、排風機運転案の全ての組み合わせ数は、約２千万通り（１１７通り）となる。このような約２千万通りもの運転案に対して予測演算を行うためには、道路トンネル換気制御装置に膨大な演算時間が課せられ、短期間に最適な運転案を選定することは、ほとんど不可能に近い。
【００３１】
このため、本例のように、複数の換気所Ａ〜Ｇを備えたトンネルの道路トンネル換気制御装置では、如何にして効率的な運転案を生成することかが極めて重要になる。つまり、運転案を効率的に複数作成して、その複数の運転案の中から、当該道路トンネル換気制御装置の換気制御の目的を満足させる運転案を短期間に生成することが必要となる。
【００３２】
図１に示す計測情報処理部１０は、トンネル内に配置した透過率計１、一酸化炭素計２、風向風速計３及び交通量計４からサンプリングデータを抽出し、この抽出したサンプリングデータのデータチェックを行う。ここでは、複数のサンプリングデータを平均処理した制御データを得るようにしている。
【００３３】
一般に、道路トンネル換気制御装置の制御周期は、５分〜１０分程度が適当とされている。以下、本例における道路トンネル換気制御装置の制御周期は５分とし、計測情報処理部１０において生成される計測情報の平均値としては、５分平均の制御データを使用することとする。つまり、現時点で獲得した制御データは、５分後の次の制御周期に使われるデータとなる。
【００３４】
＜運転案生成処理部における運転案の生成＞
図２は、運転案生成処理部１１（図１参照）のブロック構成図とその処理の流れを示した図である。ここで、運転案生成処理部１１では、それぞれの制御周期毎（５分毎）に、次回の制御周期に出力する換気設備の運転案が複数生成される。
図２に示すように、運転案生成処理部１１は、運転条件反転処理部１６と、区間選定処理部１７と、区間分岐部（区分け部）１８と、基準換気量探索処理部１９と、フィードバック演算処理部２０からなる機能ブロックで構成されている。これらの機能ブロックの実体は、コンピュータの処理機能をブロックで表したものである。
【００３５】
まず、運転案生成処理部１１は、運転案を作成する前に、運転条件判定処理部１６で当該換気所Ａ〜Ｇの制御状態と換気設備の稼働状態を確認し、それぞれの換気所Ａ〜Ｇの排風機６を自動制御運転（通常運転）してよいか否かを判定する。ここで、換気所の制御状態とは、その換気所が、例えば急速に悪くなって自動制御運転ができない“悪化制御中”であって、その運転モードが手動になっているとか、換気所の運転モードが“自動”であることなどの制御状態をいう。また、換気設備の稼働状態とは、排風機及び補機の故障などを含む排風機の運転モード条件がどのような稼働状態に設定されているかをいう。
なお、補機と言っているのは、排風機を駆動させるための油ポンプ等を指している。この補機が故障すると主機である排風機を駆動させることができない。
【００３６】
そして、運転条件判定処理部１６での判定処理の結果、自動制御が可能であるということになった場合は、次に区間選定処理部１７により、当該換気所Ａ〜Ｇのうちの、どの換気所が汚染物質流出抑止区間（ａ）に該当し、どの換気所がトンネル内濃度・消費電力抑制区間（ｂ）であるかどうかを決定する。この決定は、トンネル内の分岐部と換気所Ａ〜Ｇの位置に基づいて予め行われる。ここでは、トンネル入口から分岐部までの間に存在する換気所Ａ〜Ｅをトンネル内濃度・消費電力抑制区間（ｂ）の換気所として数字“０”で示し、分岐部からトンネル出口の間にある換気所Ｆ、Ｇを汚染物質流出抑止区間（ａ）の換気所であるとして数字“１”で示している。
【００３７】
このように、汚染物質流出抑止区間（ａ）とトンネル内濃度・消費電力抑制区間（ｂ）の設定は、シミュレーション等で事前に検証され、どの換気所が“１”でどの換気所が“０”になるかは、トンネル内全体の換気制御の設計段階で決まるものである。例えば、本例のようなトンネルでは、分岐部の手前（トンネル入口側）にある換気所では、排風機６で空気の吸引をしても、分岐部からの空気が吸引される割合が多くなり、トンネル出口からの空気の吸引につながらない。したがって、トンネル出口からの汚染物質流出抑制に対する貢献度は少ない。
【００３８】
そこで、トンネル出口からの汚染物質流出抑制に対する貢献度が比較的大きい、分岐部からトンネル出口間にある換気所Ｆ、Ｇを汚染物質流出抑止区間（ａ）の換気所として運転し、トンネル入口から分岐部までに存在する換気所Ａ〜Ｅをトンネル内濃度と消費電力を抑制するための換気所として運転することにしている。
【００３９】
次に、区間分岐部（区分け部）１８において、数字“１” が付加された汚染物質流出抑止区間（ａ）の換気所であるか、数字“０”が付加されたトンネル内濃度・消費電力抑制区間（ｂ）の換気所であるかが分岐され（区分けされ）、数字“１”が付加された汚染物質流出抑止区間（ａ）の換気所は、基準案探索処理部１９での演算処理でその運転案が生成される。
【００４０】
一方、区間分岐部１８において、数字“０”が付加されたトンネル内濃度・消費電力抑制区間（ｂ）の換気所は、フィードバック演算処理部２０の演算処理により、運転案の生成がなされる。
【００４１】
なお、汚染物質流出抑止区間（ａ）では、トンネル出口（坑口）から汚染物質が流出するのを抑止するために、出口（坑口）からトンネル内部に向けての空気の流れが流出抑制風速となる微弱な逆風を得ることが望ましい。
本例では、この流出予測風速として-1.0m/sを設定しているが、この設定はユーザーに開示され、運用開始後のユーザーの調整パラメータとされる。ユーザーはこのパラメータを調整することにより、更なる消費電力の効率化を図ることが可能となる。
【００４２】
＜汚染物質流出抑止区間（ａ）に存在する換気所の制御＞
次に、汚染物質流出抑止区間（ａ）に存在する換気所Ｆ、Ｇにおいて、図１で示す計測情報処理部１０で算出された交通量がトンネル内に進入したと仮定して、流出抑制風速（-1.0m/s）を得るための基準換気量を探索する。この基準換気量の探索は、図２の基準換気量探索処理部１９で行われる。
【００４３】
すなわち、基準換気量探索処理部１９は、汚染物質流出抑止区間（ａ）に含まれる換気所Ｆ、Ｇの換気量を０％から１０％刻みに増加させる仮運転案を生成し、交通量を入力としてトンネル出口の風速予測を行う。そして、トンネル出口で流出抑制風速以下となる換気量を探索する。ここでは、計測情報処理部１０で算出した交通量の車両がトンネル内に進入したと想定し、更に流出抑制風速を-1.0m/sとして、基準換気量を求める。なお、このときトンネル内濃度・消費電力抑制区間（ｂ）に該当する換気所Ａ〜Ｅは全て停止状態として運転案が生成される。
【００４４】
ここで、基準換気量探索処理部１９による風速予測は、公知の数１式を用いて行うことができる。この式は、図３に示すように、単位時間当たりのトンネルへの空気流入量と空気流出量は等しいという風量保存則に基づいている。
【００４５】
以下、図３に基づいて、基準換気量探索処理部１９による風速予測の手法について説明する。図３は、長大トンネルをいくつかの区間に区切ったときの各区間Ｘにおける入口と出口の断面積（ｍ２）、風速（ｍ／ｓ）及び排気量（ｍ３／ｓ）の関係を図式化したものである。
区間Ｘは、長さが１００ｍの区間として示した例であり、長さが１０ｋｍに及ぶ長大トンネルではこの区間の数が１００となる。そして、風速予測はこの各区間Ｘ（例えばＸ１〜Ｘ１００の１００区間）のそれぞれで行われる。
【００４６】
図３に示すように、区間Ｘの始点の断面積をＡｒｓ（ｍ２）、区間Ｘの終点断面積をＡｒｅ（ｍ２）、区間Ｘの始点風速をＶｒ（ｍ／ｓ）、区間Ｘの終点風速をＶe（ｍ／ｓ）、区間Ｘの排気量をＱｏ（ｍ３／ｓ）とすると、風量保存則から数１式が成立する。
【００４７】
（数１）   Ａｒｓ・Ｖｓ＝Ａｒｅ・Ｖｅ＋Ｑｏ       （１）
【００４８】
次に、トンネル内の空気粒子に加わる圧力による運動方程式について考える。トンネル内の空気質量をｍ（ｋｇ）、車道内風速の時間変化量をｄＶ／ｄｔ（ｍ／ｓ２）、車道内昇圧効果をＦｅ（ｋｇ・ｍ／ｓ２）、壁面摩擦効果をＦｒ（ｋｇ・ｍ／ｓ２）として、運動方程式をつくると、数２式が成立する。
【００４９】
（数２）      ｍ・ｄＶ／ｄｔ＝Ｆｅ−Ｆｒ               （２） 
【００５０】
区間Ｘの空気質量ｍ（ｋｇ）、車道内昇圧効果Ｆｅ（ｋｇ・ｍ／ｓ２）、壁面摩擦効果Ｆｒ（ｋｇ・ｍ／ｓ２）は、始点風速Ｖｒ（ｍ／ｓ）、終点風速Ｖe（ｍ／ｓ）は、いずれも図１に示す交通量計４、風向風速計３で計測することができ、更に、排気量（ｍ３／ｓ）は、換気所の消費電力からわかるので、この数１式と数２式を連立させて、車道内風速Ｖについて解くと、予測風速Ｖを求めることができる。
ここで、車道内昇圧効果Ｆｅ（ｋｇ・ｍ／ｓ２）は交通量計４の値を入力としてまた、壁面摩擦効果Ｆｒ（ｋｇ・ｍ／ｓ２）は風向風速計３の値を入力として計算で求めることができる。
【００５１】
＜トンネル内濃度・消費電力抑制区間（ｂ）に存在する換気所の制御＞
次に、トンネル内濃度・消費電力抑制区間（ｂ）に該当する換気所Ａ〜Ｅの制御について、再び図２に戻って説明する。上述したように、図２の区間選定処理部１７で番号“０”が付与された換気所Ａ〜Ｅは、区間分岐部１８で分岐され、フィードバック演算処理部２０において、フィードバック演算がなされる。
【００５２】
このフィードバック演算により求められる、トンネル内濃度・消費電力抑制区間（ｂ）に該当する換気所Ａ〜Ｅの基準換気量は、各換気所区間に設置された透過率計１または一酸化炭素計２（図１参照）で計測したトンネル内の汚染物質濃度の実績を考慮して算出される。なお、このフィードバック演算には、数３で示す公知の式が用いられる。
【００５３】
すなわち、トンネル内濃度・消費電力抑制区間の運転の割合をＱ（％）、ゲインをＧ、透過率制御目標値ＶＩｋ（％）、透過率実績値ＶＩ（％）、透過率時間変化項をΔＱｄ（％）とすると、数３式が成立する。
【００５４】
（数３）      Ｑ＝Ｇ（ＶＩｋ−ＶＩ）＋ΔＱｄ          （３）
【００５５】
本例では、透過率計１の実績と制御目標値との偏差、及び時間変化による傾きを考慮し、フィードバック演算の精度向上を図るようにしている。
すなわち、透過率制御目標値ＶＩｋ（％）＝４０、透過率実績値ＶＩ（％）＝５０とすると、現時点では、トンネル内濃度・消費電力抑制区間（ｂ）における換気所Ａ〜Ｅの運転は、１０％だけ余裕を持って運転していることになる。
したがって、５分ごとに換気設備の運転を切り換える場合には、次の制御周期（５分）は、制御目標値ＶＩｋ（％）＝４０に近づけて運転できることになり、その結果、排風機６の消費電力を現時点より抑えることができる。なお、上述のように透過率制御目標値は、消費電力を極力抑えるために、トンネル管理目標値と同じ４０％に設定している。
【００５６】
＜全換気所の影響を考慮した運転案の作成＞
上述したように、汚染物質流出抑止区間（ａ）に該当する換気所Ｆ、Ｇは、演算式（１）、（２）により算出される基準換気量で運転され、トンネル内濃度・消費電力抑制区間（ｂ）に該当する換気所Ａ〜Ｅは、演算式（３）で算出される基準換気量で運転される。このように、各区間の換気所について基準換気量の運転がなされた場合には、トンネル内環境は正常に維持され、また周辺環境への汚染物質の流出を極力抑えることができる。
【００５７】
しかしながら、上述の運転案では、汚染物質流出抑止区間（ａ）とトンネル内濃度・消費電力抑制区間（ｂ）を個別に算出しているため、トンネル内濃度・消費電力抑制区間（ｂ）における換気所Ａ〜Ｅの排風機を運転することによる、汚染物質流出抑止区間（ａ）の換気所Ｆ、Ｇの運転への影響は考慮されていない。言い換えると、汚染物質流出抑止区間（ａ）における換気所Ｆ、Ｇの運転案を生成する際に、トンネル内濃度・消費電力抑制区間（ｂ）における換気所Ａ〜Ｅの運転を考慮することで、更に消費電力の小さい運転案を生成することができる場合がある。
【００５８】
図４は、上記の点を考慮して、更に消費電力の小さい運転案を生成するために、汚染物質流出抑止区間（ａ）とトンネル内濃度・消費電力抑制区間（ｂ）の運転量を、基準換気量から１０％小さくした場合と、２０％小さくした場合の運転案を示した図である。
【００５９】
図４に示すように、トンネル内濃度・消費電力抑制区間（ｂ）の換気所Ａ〜Ｅの換気量を３パターン（制御目標値４０％、制御目標値３０％、制御目標値２０％）とした運転案と、汚染物質流出抑止区間（ａ）の換気所Ｆ、Ｇの換気量を３パターン（制御目標値６０％、制御目標値５０％、制御目標値４０％）とした運転案を用意する。そして、これら３パターンの組み合わせで９パターンの運転案（３×３通り）を作成する。  
【００６０】
このように、図１に示した運転案生成処理部１１で９通りの運転案が生成されたと仮定する。そして、この運転案生成処理部１１で生成された運転案と計測情報処理部１０で計測された交通量とに基づいて、図１で示した風速予測処理部１２でトンネル全体の風速分布を算出し、汚染濃度予測処理部１３でトンネル全体の汚染濃度分布を算出する。
【００６１】
また、トンネル出口（坑口）から排出される汚染物質流出量を、汚染物質流出量予測処理部１４を用いて算出する。
この処理は、上述の９通りの運転案パターンのそれぞれについて個別に行われ、風速予測がなされる。なお、この処理の計算式は、数１式から数３式と同様に、公知の式を用いて計算される。
【００６２】
次に、図１の運転評価部１５における処理の概要を説明する。運転評価部１５は、上述した運転案毎の予測演算結果に、ユーザーが目的とする重要度に応じて重み付けを加えて評価する。すなわち運転評価部１５は、数４式に示すように、複数の評価項目に予め定めたゲインを掛けて得点を出し、各評価項目の得点を加算して、総合得点を算出する。この総合得点が総合評価になる。
【００６３】
（数４）  Ｈｔ＝Ｇｖｉ・ＶＩｔ＋Ｇｅ・ＥＨ＋Ｇｍ・Ｍｒ       （４）
ただし、      Ｈｔ：総合評価
Ｇｖｉ：汚染物質濃度管理目標値適合性ゲイン
ＶＩｔ：トンネル内汚染物質濃度適合評価
Ｇｅ：消費電力適合性ゲイン
ＥＨ：消費電力適合評価
Ｇｍ：汚染物質流出量適合性ゲイン
Ｍｒ：汚染物質流出量適合評価
【００６４】
なお、数４式で、各種ゲインはトンネルの建設場所やユーザーの種類により様々な値をとるため、容易に設定変更が可能とされるものである。
本発明によれば、上述した手法を用いることにより、制御装置のリアルタイム性が確保でき、かつユーザー目的を満足させることができる換気設備の運転案の生成が可能となる。
【００６５】
図５は、図１の運転評価部１５における９パターンの評価結果を比較して示した図である。評価項目としては、トンネル内の汚染物質濃度、トンネル外への汚染物質流出防止、及び消費電力の３つが挙げられている。この３つの評価項目の中で、どれを優先させるかはユーザーが決めるものであるが、ここでは、一例として、トンネル内の汚染物質濃度の重み（ゲイン）を４０％、トンネル外への汚染物質流出防止の重み（ゲイン）を４５％、そして消費電力の重み（ゲイン）を１５％に設定している。消費電力を重視する場合には、この割合を高くすればよいことはいうまでもない。
総合評価は、各運転案の項目毎の点数にゲインを掛けた数字をトータルして点数を出し（最高点は１００点）、総合評価の最も高い運転案を次回の制御周期の運転案とする。
【００６６】
図５では、運転案のパターンをNo.1〜No.9として示し、各評価項目に対して100点満点で評価結果の点数が記載されている。トンネル内の汚染物質濃度に着目すると、運転案No.1〜３及び運転案No.6〜9は、100点満点が付けられている。それに対して、運転案No.4は80点、運転案No.5は90点となっており、他の運転案よりも低くなっている。
【００６７】
また、トンネル外への汚染物質流出防止を見ると、運転案No.6、7、9が100点と高く、運転案No.4、5は０点となっている。一方、消費電力では、運転案No.3〜5が100点と高く、運転案No.1、2、と運転案No.6〜9は評価が低くなっている。
【００６８】
以上のような評価結果を見る限り、例えば運転案No.4では、トンネル内の汚染物質濃度とトンネル外への汚染物質流出防止ともに、低い点数になっており、総合評価も低い。これに対して、運転案No.9では、トンネル内の汚染物質濃度とトンネル外への汚染物質流出防止ともに、最高点が維持されているものの、消費電力という観点でみると評価が低くなっている。しかし、この運転評価部１５の重み（ゲイン）を考えると、運転案No.9が91点と最高得点を獲得しているので、次回の制御周期では、運転案No.9が採用されることになる。
【００６９】
以上のように、本発明の実施形態例における道路トンネル換気装置の運転案生成方法によれば、短期間に最適な運転案を生成することができるので、制御装置のリアルタイム性を維持することが可能である。
【００７０】
なお、本発明は、上述の実施形態例に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した本発明の要旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更例、応用例を含むものである。
【符号の説明】
【００７１】
１・・・透過率計、２・・・一酸化炭素計、３・・・風向風速計、４・・・交通量計、５・・・換気所、６・・・排風機、７・・・換気連動盤、８・・・広域監視ネットワーク、９・・・道路トンネル換気制御装置、１０・・・計測情報処理部、１１・・・運転案生成処理部、１２・・・風速予測処理部、１３・・・汚染濃度予測処理部、１４・・・汚染物質流出量予測処理部、１５・・・運転評価部、１６・・・運転条件判定処理部、１７・・・区間選定処理部、１８・・・区間分岐部（区分け部）、１９・・・基準換気量探索処理部、２０・・・フィードバック演算処理部
【図３】
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【図５】
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【図１】
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【図２】
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【図４】
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