(57)【要約】【課題】交通状況の過渡期の変化状況に対しても遅れなく換気制御を行え、トンネル周辺の環境をより改善することができるようにする。【解決手段】トンネル内の交通量および車両の平均速度を予測し、その予測結果からトンネル内の車両存在台数を予測する。そして、この車両存在台数の予測結果と１台あたりの有害物質の発生量とを用いてトンネル内の有害物質の発生量を演算し、この有害物質発生量の演算結果とトンネル内の風速計測値とから、トンネルの分岐および合流部での有害物質の分布状況を演算する。そして、このトンネル内の有害物質分布状況の演算結果と有害物質の漏れ出し率とを用いて有害物質の漏れ出し量を演算し、この有害物質漏れ出し量の演算結果と漏れ出し量の制御目標値とを用いて、有害物質の漏れ出し量を漏れ出し量の制御目標値以下にするための換気設備の風量の目標を演算し、この目標を換気設備に設定する。【選択図】図２
2013185396.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トンネルの本線の坑口と少なくとも前記本線からの１カ所の分岐部の出口坑口を有するトンネル内の空気を換気する換気設備を制御するトンネル換気制御装置において、
前記トンネル内に設置された各種センサからその計測値を取得するトンネル内計測値取得手段と、
前記トンネル内の交通状況を計測する複数のセンサによる計測結果に基づいて、前記トンネル内の交通量を予測する交通量予測手段と、
前記複数のセンサによる車両の平均速度の計測結果に基づいて、前記トンネル内の車両の平均速度を予測する平均速度予測手段と、
前記交通量予測手段による交通量予測結果と前記平均速度予測手段による平均速度予測結果とから、前記トンネル内の車両存在台数を予測するトンネル内存在台数予測手段と、
前記トンネル内存在台数予測手段による車両存在台数予測結果と１台あたりの有害物質の発生量とを用いて、前記トンネル内の有害物質の発生量を演算する有害物質発生量演算手段と、
前記有害物質発生量演算手段による有害物質発生量の演算結果と、前記トンネル内の風速計測値とから、前記トンネルの分岐および合流部での有害物質の分布状況を演算する有害物質分布演算手段と、
前記有害物質分布演算手段によるトンネル内の有害物質分布状況の演算結果と、有害物質の漏れ出し率とを用いて、有害物質の漏れ出し量を演算する有害物質漏れ出し量演算手段と、
有害物質の漏れ出し量の制御目標値を設定する漏れ出し制御目標値設定手段と、
前記有害物質漏れ出し量演算手段による有害物質漏れ出し量の演算結果と、前記漏れ出し制御目標値設定手段にて設定された漏れ出し量の制御目標値とを用いて、前記有害物質の漏れ出し量を前記漏れ出し量の制御目標値以下にするための換気設備の風量の目標を演算する制御目標演算手段と、
前記換気設備に、前記制御目標演算手段による前記風量の目標を設定する風量設定手段と、
を有するトンネル換気制御装置。
【請求項２】
前記有害物質分布演算手段は、前記本線と前記分岐部の風量の割合から有害物質の分布演算を行う請求項１に記載のトンネル換気制御装置。
【請求項３】
前記目標値設定手段は、本トンネル換気制御装置における制御周期単位に基づいて、前記有害物質の漏れ出し量の制御目標値を設定する請求項１または請求項２に記載のトンネル換気制御装置。
【請求項４】
前記制御目標演算手段は、本トンネル換気制御装置における制御周期毎に算出した漏れ出し量の総和に基づいた前記換気設備の風量の目標を演算する請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のトンネル換気制御装置。
【請求項５】
前記制御目標演算手段は、１日終了までに許容される有害物質の総漏れ出し量の制御周期あたりの総漏れ出し量から前記制御周期毎に算出した漏れ出し量の総和を差し引いて算出された値に基づいて、前記換気設備の風量の目標を演算する請求項４に記載のトンネル換気制御装置。
【請求項６】
前記制御目標演算手段は、制御目的として、トンネル坑口からの有害物質の漏れ出し量に加え、前記トンネル内の煤煙濃度および前記換気設備の使用電力を評価し、前記トンネル坑口からの有害物質の漏れ出し量およびトンネル内の煤煙濃度を許容値以下となるように、かつ、そのときの換気設備の使用電力が最小となるように、前記換気設備の風量の目標を設定する請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のトンネル換気制御装置。
【請求項７】
前記制御目的としてのトンネル坑口からの有害物質の漏れ出し量、トンネル内の煤煙濃度、および換気設備の使用電力の優先順位を設定するための手段を備えた請求項６に記載のトンネル換気制御装置。
【請求項８】
前記トンネルが合流部を有する場合、前記交通量予測演算手段、前記有害物質発生量演算手段、および前記有害物質漏れ出し量演算手段において、前記合流部からの流入交通量を考慮した演算を行う請求項１から請求項７のいずれか１項に記載のトンネル換気制御装置。
【請求項９】
トンネルの本線の坑口と少なくとも前記本線からの１カ所の分岐部の出口坑口を有するトンネル内の空気を換気する換気設備を制御するためのトンネル換気制御方法であって、
トンネル内計測値取得手段により、前記トンネル内に設置された各種センサからその計測値を取得する工程と、
交通量予測手段により、前記トンネル内の交通状況を計測する複数のセンサによる計測結果に基づいて、前記トンネル内の交通量を予測する工程と、
平均速度予測手段により、前記複数のセンサによる車両の平均速度の計測結果に基づいて、前記トンネル内の車両の平均速度を予測する工程と、
トンネル内存在台数予測手段により、前記交通量予測手段による交通量予測結果と前記平均速度予測手段による平均速度予測結果とから、前記トンネル内の車両存在台数を予測する工程と、
有害物質発生量演算手段により、前記トンネル内存在台数予測手段による車両存在台数予測結果と１台あたりの有害物質の発生量とを用いて、前記トンネル内の有害物質の発生量を演算する工程と、
有害物質分布演算手段により、前記有害物質発生量演算手段による有害物質発生量の演算結果と、前記トンネル内の風速計測値とから、前記トンネルの分岐および合流部での有害物質の分布状況を演算する工程と、
有害物質漏れ出し量演算手段により、前記有害物質分布演算手段によるトンネル内の有害物質分布状況の演算結果と、有害物質の漏れ出し率とを用いて、有害物質の漏れ出し量を演算する工程と、
制御目標値設定手段により、有害物質の漏れ出し量の制御目標値を設定する漏れ出し工程と、
制御目標演算手段により、前記有害物質漏れ出し量演算手段による有害物質漏れ出し量の演算結果と、前記漏れ出し制御目標値設定手段にて設定された漏れ出し量の制御目標値とを用いて、前記有害物質の漏れ出し量を前記漏れ出し量の制御目標値以下にするための換気設備の風量の目標を演算する工程と、
風量設定手段により前記換気設備に、前記制御目標演算手段による前記風量の目標を設定する工程と、
を含むトンネル換気制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、トンネル換気制御装置およびトンネル換気制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の道路トンネルは、入口である坑口（入口坑口）から出口である坑口（出口坑口）までの間に分岐部や合流部を含まないものが多く、一方通行トンネルでは出口坑口に集中排風機による排気口を設け、集中的に排気するようにして汚染物質等の有害物質の坑口漏れ出し量を制御しているものが多い。
【０００３】
近年の道路トンネルは、５kmを超える長大なものも増えてきており、トンネル内に複数の分岐部、合流部を有するものも増えてきている。このような道路トンネルの場合、複数の入口坑口、出口坑口が存在することになる。分岐部、合流部に対して換気設備が設置されていない道路トンネルでは、汚染物質等の有害物質の漏れ出し量の制限ができない場合がある。このような場合は、分岐部、合流部の坑口において汚染物質等の有害物質の漏れ出し量が過剰化するという問題がある。そのため、立坑あるいはダクト内の送排風機やジェットファン等の換気設備を必要に応じて運転することにより、車両から排出されてトンネル内に滞留する汚染物質等の有害物質の濃度を許容値以下に抑えるようにしている道路トンネルもある。
【０００４】
道路トンネルでは、換気制御の対象が地理的状況によって異なる。例えば、山間部ではトンネル内の有害物質濃度及び換気設備の使用電力量が主な制御対象となる。都市部では、道路トンネルの坑口周辺に住宅や商業施設等が存在することが考えられるので、周辺環境への配慮が必要であり、山間部の場合の制御対象に加え、道路トンネルの坑口における汚染物質等の有害物質の漏れ出し量も制御対象となる。近年では特に、都市部における周辺環境への配慮が重要視されてきており、道路トンネル本線部坑口から排出される汚染物質等の有害物質の漏れ出し量を厳しく制限している状況である。
【０００５】
このような状況に対して、分岐部を有する道路トンネルにおいて、トンネル内の風速の予測値をもとに、トンネル本線の坑口と分岐部の坑口から有害物質が漏れ出さないように制御する技術などが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−２６７０８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来技術においては交通量の将来の増減傾向は考慮されておらず、渋滞の発生時、または解消時などの交通状況が過渡状況にある場合は、換気制御に遅れが生じ、想定していた制御性能が得られない可能性がある。さらに、トンネル内の風速の予測値をもとに換気制御をする場合、換気に利用する換気機自体の換気風量も大きく影響するため、仮想で換気機風量を設定し収束演算をする必要があるなど、演算負荷が大きくなる問題がある。
【０００８】
本発明が解決しようとする課題は、交通状況の過渡期の変化状況に対しても遅れなく換気制御を行え、汚染物質等の有害物質漏れ出し量を制限しトンネル周辺の環境をより改善することができるトンネル換気制御装置およびトンネル換気制御方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
実施形態のトンネル換気制御装置は、トンネルの本線の坑口と少なくとも前記本線からの１カ所の分岐部の出口坑口を有するトンネル内の空気を換気する換気設備を制御する制御装置である。
【００１０】
このトンネル換気制御装置は、トンネル内計測値取得手段と、交通量予測手段と、平均速度予測手段と、トンネル内存在台数予測手段と、有害物質発生量演算手段と、有害物質分布演算手段と、有害物質漏れ出し量演算手段と、漏れ出し制御目標値設定手段と、制御目標演算手段と、を有する。
【００１１】
トンネル内計測値取得手段は、トンネル内に設置された各種センサからその計測値を取得する。交通量予測手段は、トンネル内の交通状況を計測する複数のセンサによる計測結果に基づいて、トンネル内の交通量を予測する。平均速度予測手段は、上記複数のセンサによる車両の平均速度の計測結果に基づいて、トンネル内の車両の平均速度を予測する。トンネル内存在台数予測手段は、交通量予測手段による交通量予測結果と平均速度予測手段による平均速度予測結果とから、トンネル内の車両存在台数を予測する。
【００１２】
有害物質発生量演算手段は、トンネル内存在台数予測手段による車両存在台数予測結果と１台あたりの有害物質の発生量とを用いて、トンネル内の有害物質の発生量を演算する。有害物質分布演算手段は、有害物質発生量演算手段による有害物質発生量の演算結果と、トンネル内の風速計測値とから、トンネルの分岐および合流部での有害物質の分布状況を演算する。有害物質漏れ出し量演算手段は、有害物質分布演算手段によるトンネル内の有害物質分布状況の演算結果と、有害物質の漏れ出し率とを用いて、有害物質の漏れ出し量を演算する。
【００１３】
漏れ出し制御目標値設定手段は、有害物質の漏れ出し量の制御目標値を設定する。制御目標演算手段は、有害物質漏れ出し量演算手段による有害物質漏れ出し量の演算結果と、漏れ出し制御目標値設定手段にて設定された漏れ出し量の制御目標値とを用いて、有害物質の漏れ出し量を漏れ出し量の制御目標値以下にするための換気設備の風量の目標を演算する。風量設定手段は、換気設備に、制御目標演算手段による前記風量の目標を設定する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、実施形態のトンネル換気制御装置が対象とする道路トンネルの概要図である。
【図２】図２は、同実施形態のトンネル換気制御装置の機能構成図である。
【図３】図３は、同実施形態のトンネル換気制御装置の動作概要を説明するためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
はじめに、本実施形態のトンネル換気制御装置が換気制御の対象とする道路トンネルについて説明する。図１は、その道路トンネルの一例である。なお、図１の構成は、説明のため簡略化したものである。
【００１６】
図１では、分岐線につながる２箇所の分岐部と本線部とから構成される道路トンネルを示している。想定の道路トンネルは、トンネル全体に、風向風速計１と、トンネル内ＣＯ濃度の計測が可能なＣＯ計２と、トンネル内煤煙透過率の計測が可能なＶＩ計３と、トンネル内の交通状況に関する情報（交通量（単位時間あたりの走行車両台数）、密度（オキュパンシ：単位距離あたりの走行車両台数）、車両の平均速度、大型車混入率等）の計測が可能な車両感知器４など各種センサが複数設置されており、トンネル内の風速や交通状況に関する情報等が計測可能である。また換気設備としては、図１の例では、ジェットファン５×１台、及び集中排風機６×１台を有するものを想定しているが、必要に応じて設置される。なお、車両が排出する汚染物質等の有害物質には、一酸化炭素や煤煙濃度の他に窒素酸化物などもあり、窒素酸化物等、その他の有害物質を検出するためのセンサを設ける構成とすることもできる。
【００１７】
トンネル換気制御装置７は、いわゆる計算機であり、上記各種センサに接続され、それらからその計測結果を取得可能である。また、ジェットファン５および排風器６にも接続され、その風量を制御可能である。このトンネル換気制御装置７が、道路トンネルの全ての坑口からの有害物質漏れ出し量を算出する際には、将来のトンネル内の交通量予測値及び平均速度予測値を用いて有害物質総発生量を演算し、各坑口の坑口漏れ出し率を利用して、各坑口において漏れ出すであろう漏れ出し量を算出する。そして、この漏れ出し量が目標値以下となるよう換気制御する（詳細は後述）。
【００１８】
続いて、図２にトンネル換気制御装置の機能構成図を示し、各部の機能について説明する。
【００１９】
図２に示すように、トンネル換気制御装置７は、トンネル内計測値取得部８、交通量予測部９、平均速度予測部１０、トンネル内存在台数予測部１１、有害物質発生量演算部１２、有害物質分布演算部１３、有害物質漏れ出し量演算部１４、ＧＵＩ１５、漏れ出し制御目標値設定部１６、制御目標演算部１７、および換気設備風量設定部１８を有する。
【００２０】
トンネル内計測値取得部８は、上記各計測器による計測結果を取得管理するものであり、必要に応じて必要な情報（計測結果）を抽出可能である。
【００２１】
交通量予測部９は、トンネル内計測値取得部８から過去の交通量データを取得し、このデータを用いて将来の交通量を予測する。
【００２２】
平均速度予測部１０は、トンネル内計測値取得部８から過去の平均速度データを取得し、そのデータを用いて将来の平均速度を予測する。
【００２３】
トンネル内存在台数予測部１１は、交通量予測部９から得られる交通量予測値と、平均速度予測部１０から得られる平均速度予測値とから、トンネル内の車両存在台数の予測値を演算する。
【００２４】
有害物質発生量演算部１２は、トンネル内存在台数予測部１１から得られるトンネル内の車両存在台数の予測値と、平均速度予測部１０から得られる平均速度予測値とから、１台の車両が排出する有害物質の換算係数等を用いて、車両個々が排出する排気ガスの有害物質量を演算し、有害物質発生量を演算する。
【００２５】
有害物質分布演算部１３は、有害物質発生量演算部１２から得られる有害物質発生量と、トンネル内計測値取得部８から得られるトンネル内の風速計測値とから、トンネルの分岐・合流部での有害物質の分布状況を演算する。
【００２６】
有害物質漏れ出し量演算部１４は、有害物質分布演算部１３から得られるトンネル内の有害物質分布状況と、有害物質の漏れ出し率とを用いて、漏れ出すであろう有害物質の漏れ出し量を演算する。
【００２７】
ＧＵＩ１５は、トンネル換気制御装置７のマンマシンインターフェースであり、ユーザーは、このＧＵＩ１５を利用して換気制御用のパラメータおよび設定値を入力する。
【００２８】
漏れ出し制御目標値設定部１６は、有害物質漏れ出し量演算部１４から得られる有害物質漏れ出し量の演算結果と、ユーザーがＧＵＩ１５を利用して入力した換気制御用のパラメータおよび設定値から、漏れ出し制御目標値を設定する。
【００２９】
制御目標演算部１７は、有害物質漏れ出し量演算部１４から得られる有害物質漏れ出し量の演算結果と、漏れ出し制御目標値設定部１６にて設定された漏れ出し制御目標値を用いて、有害物質の漏れ出し量を制御の目標値以下にするための最も効果の高い換気設備の風量の目標を演算する。
【００３０】
換気設備風量設定部１８は、制御目標演算部１７にて演算された換気設備の換気目標（風量）を換気設備に設定する。
【００３１】
以上の各部による処理（詳細は後述）を、１日２４時間を通してトンネル内の全坑口に対する換気制御に適用することで、交通状況の過渡期の変化状況にも対応して、トンネルの各坑口での漏れ出し量を最小限に制御することができる。その結果、トンネル周辺環境をより改善することができる。
【００３２】
上記構成を有するトンネル換気制御装置７は、上記各部の機能により、換気制御に係る一連の処理を実行する。この一連の処理は、次のようになる。以下では、図３を参照し説明する。
【００３３】
まずトンネル内に設置されている車両感知器４にて得られる交通状況を示す情報（交通量、大型車混入率）から、交通量予測部９にてトンネル内の交通量を予測する（ステップＳ１０１）。なお、必要な情報は、各計測器による計測結果を取得管理しているトンネル内計測値取得部８により得られる（以下、同様）。
【００３４】
さらに、車両感知器４にて得られる情報である平均速度情報から平均速度予測部１０にてトンネル内の車両の平均速度予測値を演算する（ステップＳ１０２）。その後、交通量予測部９にて演算された交通量予測値と、平均速度予測部１０にて演算された平均速度予測値に基づいて、トンネル内存在台数予測部１１にて、トンネル内の車両存在台数（トンネル内に存在する車両の台数）の予測値を演算する（ステップＳ１０３）。
【００３５】
そして、車両存在台数の予測値を基に、有害物質発生量演算部１２にてトンネル内の車両から発生する有害物質の発生量を演算し（ステップＳ１０４）、有害物質分布演算部１３にて、有害物質の発生量と風速計測値とからトンネルの分岐・合流部での有害物質の分布状況を演算する（ステップＳ１０５）。そして、有害物質漏れ出し量演算部１４にて、有害物質分布状況と有害物質の漏れ出し率から、有害物質の漏れ出し量を演算する（ステップＳ１０６）。
【００３６】
また、漏れ出し制御目標値設定部１６にて、トンネルの本線の出口抗口と少なくとも１カ所の分岐部の出口抗口に対し、有害物質の漏れ出し量の制御の目標値を設定し（ステップＳ１０７）、制御目標演算部１７が、有害物質の漏れ出し量を制御の目標値以下にするための最も効果の高い換気設備の風量の目標を演算する（ステップＳ１０８）。そして、換気設備風量設定部１８が、制御目標演算部１７にて演算された換気設備の換気目標（風量の目標）を換気設備に設定することで（ステップＳ１０９）、トンネルの各坑口での漏れ出し量を最小限に制御する。
【００３７】
ここで、上記交通量の予測および車両平均速度の予測から、換気設備の換気目標を換気設備に設定するまでの一連の演算および処理の詳細に関して説明する。
【００３８】
交通量予測部９による交通量予測に関しては、車両感知器４で得られた過去の単位時間毎の交通量データをもとに、自己回帰モデルなどの統計手法により予測を行う方法を用いることで可能である。例えば、交通量Ｑを自己回帰モデルで予測する場合、以下の様な式を利用する方法がある。なお、自己回帰モデルの係数および定数項は、統計的に最小二乗法等を用いて決定する。
【００３９】
Q(t＋Δt)＝α1×Q(t)＋α2×Q(t−Δt)＋α3×Q(t−2Δt)＋…＋β
ただし、
Q(t)：時刻ｔの交通量計測値
Q(t＋Δt)：時刻(t＋Δt)の交通量予測値
Δt：演算周期
α1，α2，…：自己回帰モデルの係数
β：自己回帰モデルの定数項
【００４０】
また、平均速度予測部１０においても、車両感知器４で得られた過去の単位時間毎の平均速度データをもとに、自己回帰モデルなどの統計手法により予測を行うことが可能である。この場合も、前述の交通量予測にて記載の自己回帰モデルによる演算が利用可能である。
【００４１】
交通量および平均速度の予測値は、有害物質発生量の演算において重要な要素である。よって、自己回帰モデル等の統計モデルを利用する場合、対象トンネルの交通状況によっては車両感知器４の実績値を用いて、自己回帰モデルのパラメータを更新するなどの方法により、精度向上をはかることができる。また、対象のトンネルが合流部を有する場合、合流部に設置された車両感知器４の計測値（交通量等）を基に、自己回帰モデル等の統計モデルを用いて合流部から流入する流入交通量を予測することも可能である。
【００４２】
この様にして交通量予測値と平均速度予測値が演算されれば、トンネル内存在台数予測部１１にてトンネル内の車両存在台数の予測値を演算する。最初に交通量予測値、および平均速度予測値を用いて、以下に示す交通量、密度、平均速度の関係より、密度の予測値を演算する（参考文献：「交通工学通論（９３ページ）」越正毅編著  技術書院発行  １９８９年９月３０日発行）。
【００４３】
K＝Q／V
ただし、
K：密度［台/km］
Q：交通量［台/h］
V：平均速度［km/h］
【００４４】
上式より、交通量予測値と平均速度予測値とから、密度予測値は以下で演算できる。
【００４５】
Kp＝Qp／Vp
ただし、
Kp：密度予測値［台/km］
Qp：交通量予測値［台/h］
Vp：平均速度予測値［km/h］
【００４６】
上式より得られた密度予測値より、以下の式でトンネル内の存在台数の予測値が演算可能である。なお、トンネル内がある長さの区間に分割されている場合も、それぞれの区間を代表する車両感知器４の計測値と、区間長を用いることで対応可能である。
【００４７】
Ep＝Kp×L
ただし、
Ep：存在台数予測値［台］
Kp：密度予測値［台/km］
L：長さ［km］
【００４８】
このような処理で、トンネル内存在台数予測部１１にて、トンネル内の車両の存在台数予測値が演算される。また、合流部が存在する場合、合流部に設置された車両感知器４の計測値（交通量）を用いて、トンネル本線に流入する単位時間あたりの車両台数を演算し、存在台数に加味することで、合流部の考慮も可能である。
【００４９】
ここで得られた存在台数予測値をもとに、有害物質発生量演算部１２では、車両単位の有害物質発生量を演算し、これらをもとにトンネル内の有害物質発生量予測値を演算する。
【００５０】
ここで、汚染物質などの有害物質発生量は以下により演算する。トンネル内を走行する車両からは汚染物質等の有害物質が含まれた排気ガスが排出される。この排気ガスの成分や濃度は車種や走行状態により大きく異なるため、表１に従い大型車および小型車の一酸化炭素および煤煙の発生量を算出する。算出方法について、以降に示す。
【００５１】
【表１】
2013185396.tif 000003
【００５２】
以降の有害物質発生量の計算では、以下のパラメータを使用する。
【００５３】
L1：セクション1  区間長[m]
L2：セクション2  区間長[m]
Ar：断面積[m2]
Dr：代表寸法[m]
Nph：時間交通量[台/h]
Gam：大型車混入率[-]
Vt：車速[km/h]
Acl(=7.11)：大型車前面投影面積[m2]
Acs(=2.31)：小型車前面投影面積[m2]
Un：自然風速[m/s](交通方向を正)
Qe：排風機風量[m3/s]
VIref：VI目標値[%]
Muvil(=5.1)：大型車の走行距離1[km]あたりの煤煙発生量[m3/(km・m・台)]
Muvis(=0.5)：小型車の走行距離1[km]あたりの煤煙発生量[m3/(km・m・台)]
Sgvil(=2.3)：大型車煤煙発生量の標準偏差[m3/(km・m・台)]
Sgvis(=0.7)：小型車煤煙発生量の標準偏差[m3/(km・m・台)]
Kgvi11：煤煙勾配補正係数[-]
Mucol(=0.005)：大型車の走行距離1[km]あたりのCO発生量[m3/(km・台)]
Mucos(=0.005)：小型車の走行距離1[km]あたりのCO発生量[m3/(km・台)]
渋滞時には0.007[m3/(km・台)]
Rho(=1.2)：空気密度[kg/m3]
Lam(=0.025)：壁面摩擦損失係数[-]
Zte(=0.6)：入口損失係数[-]
Vts(=(Vt*1000)/3600)：車速[m/s]
Ur1：車道内風速[m/s]
【００５４】
まず最初に以下の式にて等価抵抗面積を演算する。
【００５５】
○等価抵抗面積の計算
Gcl：大型車等価抵抗面積(=0.0786*(Acl/Ar*100)+0.35)
Gcs：小型車等価抵抗面積(=0.0786*(Acs/Ar*100)+0.35)
Am：平均等価抵抗面積[m2](=(1-Gam)*(Acs*Gcs)+Gam*(Acl*Gcl))
Aml：大型車等価抵抗面積[m2](=Acl*Gcl)
Ams：小型車等価抵抗面積[m2](=Acs*Gcs)
【００５６】
次に以下の式にて坑口外静圧を演算する。
【００５７】
○坑口外静圧の計算
Pn1：坑口外静圧(=(1+Zte+Lam*(L1+L2)/Dr)*(1/2)*Rho*Un^2)
【００５８】
次に以下の式にて、煤煙発生量、大型車・小型車を平均した煤煙発生量・標準偏差、および分散を考慮した煤煙発生量の計算、並びに単位長さ・単位時間あたりの煤煙発生量を演算する。
【００５９】
○煤煙発生量の計算
Kviref=-(1/100)*log(VIref/100);
A=Ar*1000;
K=Kviref;
【００６０】
○大型車・小型車を平均した煤煙発生量・標準偏差の計算
Muvi：煤煙発生量(=(1-Gam)*Muvis+Gam*Muvil)
Sgvi：煤煙発生量標準偏差(=((1-Gam)*(Sgvis^2+(Muvis-Muvi)^2)
+Gam*(Sgvil^2+(Muvil-Muvi)^2))^0.5)
【００６１】
○分散を考慮した煤煙発生量の計算
Muvi＿l：大型車煤煙発生量（分散あり）[m3/(km・m・台)]
(=((3*Sgvil+(9*Sgvil^2+8*Muvil*A*K)^0.5)/(8*A*K)^0.5)^2)
Muvi＿s：小型車煤煙発生量（分散あり）[m3/(km・m・台)]
(=((3*Sgvis+(9*Sgvis^2+8*Muvis*A*K)^0.5)/(8*A*K)^0.5)^2)
【００６２】
○単位長さ・単位時間あたりの煤煙発生量の計算
Muvi11：単位長さ・単位時間あたりの煤煙発生量(=(Nph*Muvi*Kgvi11)/(3600*1000))
【００６３】
次にCOに関しては、以下の式にて大型車・小型車を平均したCO発生量、単位長さ・単位時間あたりのCO発生量を演算する。
【００６４】
○大型車・小型車を平均したCO発生量の計算
Muco：大型車・小型車を平均したCO発生量(=(1-Gam)*Mucos+Gam*Mucol)
【００６５】
○単位長さ・単位時間あたりのCO発生量の計算
Muco11：単位長さ・単位時間あたりのCO発生量(=(Nph*Muco)/(3600*1000))
【００６６】
○自然換気の計算
ΔPt：交通換気力(=((Nph*L)/(Vts*1000))*(Rho/2)*(Am/Ar)*(Vts-Ur)^2)
ΔPmt：気圧差(=1+Zte+Lam*(L/D)*(Rho/2)*(Vts-Ur)^2)
ΔPr：通気抵抗(=ΔPt±ΔPmt)
【００６７】
○自然換気と車道内風速の関係
(1+Zte+Lam*(L/D))*(Rho/2)*Ur^2+((Rho*Qe*Ur))=ΔPmt+ΔPt
【００６８】
以上の計算をもとに、汚染濃度の計算を以下の式で行う。
【００６９】
○汚染濃度の計算
VI1：VI値(=100*exp(-100*((Muvi11*L1)/(Ar*Ur1))))
CO1：CO濃度(=((Muco11*L1)/(Ar*Ur1))*10^6)
【００７０】
次に有害物質分布演算部１３にて、上記有害物質の発生量とトンネル内の風速計測値とを用いて、トンネル内の有害物質の分布を下記のようにして演算する。本実施形態において例示したトンネルは本線部と２つの分岐部から構成されているため、まず本線部について説明する。
【００７１】
トンネルでは、分岐部の風が本線部へ吹く場合、出口分岐部の有害物質は本線部に流入する。また分岐部の風がその出口坑口方向へ吹出る場合は、本線部で発生した有害物質が分岐部に流出する。このことから、分岐後の本線部と分岐部への流出量の割合は、分岐後の本線部と分岐部における風量の割合として算出する。本線部の有害物質発生量は、有害物質分布演算部１３により以下のように算出される。
【００７２】
（１）分岐部の風速が順風（坑口側へ向っている）の場合
Ｃmm＝Ｃmb−｛Ｃmb×（AV１×Ar１／AV２×Ar２）｝
ただし、
Ｃmm：分岐前の有害物質発生量
Ｃmb：分岐後の有害物質発生量
AV１：分岐前の風速計測値
AV２：分岐後の風速計測値
Ar１：本線分岐前の断面積
Ar２：本線分岐後の断面積
【００７３】
（２）分岐部の風速が逆風（本線側に向かっている）の場合
Ｃmb＝Ｃmm＋Ｃbb
ただし、
Ｃmm：分岐前の有害物質発生量
Ｃmb：分岐後の有害物質発生量
Ｃbb：分岐部の有害物質発生量
【００７４】
以上の演算にて、分岐部を含むトンネル内の有害物質分布状況が演算できる。
【００７５】
次に有害物質漏れ出し量演算部１４にて、有害物質分布状況演算結果と漏れ出し率を用いて、トンネルの本線の出口抗口と分岐部の出口抗口からの漏れ出しているであろう有害物質の漏れ出し量を算出する。ここで坑口からの有害物質坑口漏れ出し率Ｅ０としては、例えば、「道路トンネル坑口における汚染物質の漏れ出し特性」  山田隆司  他著、日本機械学会論文集（Ｂ編）６０巻５７７号（１９９４−９）に記載されている公知の式等を用いればよい。
【００７６】
上述のように有害物質発生量が演算され、上記坑口漏れ出し率が演算された後に、これらを掛け合わせることにより本線部坑口での漏れ出し量を得ることができる。また、坑口漏れ出し率は上述の公知の式を用いる他、経験則に基づく値を予め設定しておいて利用しても良い。
【００７７】
次に分岐部での有害物質の漏れ出し量は本線部と切り離して考え、分岐部の有害物質発生量を使用する。分岐部の風速が坑口側へ向っている場合、前述の坑口漏れ出し率を使用する。一方、本線側に向かって風速がある場合は坑口漏れ出し率を０とし、分岐部坑口での有害物質の漏れ出し量はないものとする。
【００７８】
以上によりトンネルの全坑口での漏れ出し量が算出可能となる。
【００７９】
次に、ユーザーがマンマシンインターフェースであるＧＵＩ１５にて入力した換気制御パラメータや設定値をもとに、漏れ出し制御目標値設定部１６にて漏れ出し制御の目標値を算出する。図１に示すトンネルではトンネル本線坑口および２カ所の分岐部に対して設定を行う。これらの設定値は、１日当りの有害物質の総漏れだし量を直接設定する。１日当りの有害物質の総漏れだし量は交通量や道路の勾配等の諸条件を考慮した値を設定する。
【００８０】
この漏れ出し制御の目標値Htは、出口坑口からの制限にあたる１日あたりの有害物質の漏れ出し量の合計をHsumとすると、トンネル換気制御装置７における制御周期Δtより以下で表される。
【００８１】
Ht＝Hsum／（２４時間×６０分／Δt）
【００８２】
この様に、有害物質の漏れ出し量の制御の目標値は、上記の制御周期Δtと、１日あたりの有害物質の漏れ出し量の合計を用いて演算することができる。
【００８３】
上述の様に演算した漏れ出し量の制御の目標値と、有害物質分布演算部１３により算出した漏れ出し量とを用いて、制御目標演算部１７において、制御周期毎に算出した漏れ出し量の総和である制御周期のはじまりから現在までの有害物質の総漏れだし量に基づいた制御目標、すなわち換気設備の風量の目標を演算する。具体的には、例えば、１日終了までに許容される有害物質の総漏れ出し量Hsumの制御周期あたりの総漏れ出し量（漏れ出し制御の目標値）Htから、制御周期毎に算出した漏れ出し量の総和を差し引いて算出された値に基づいて、有害物質の漏れ出し量を漏れ出し制御の目標値以下にするための最も効果の高い換気設備の風量の目標を演算する。
【００８４】
本実施形態では、上記の様に、有害物質の漏れ出し量の制御の目標値は、１日分で許容される有害物質の総漏れ出し量に基づいて算出する方法を採用している。また、トンネル内の換気制御においては、坑口からの有害物質の漏れ出し量のみでなく煤煙濃度を許容値以下に抑制することや換気設備の使用電力量を最小限に抑制することなどの複数の目的を考慮する必要がある。この場合、煤煙濃度の許容値を制御目標としたり、坑口からの有害物質漏れ出し量およびトンネル内の煤煙濃度を許容値以下に抑制する中で換気設備の使用電力が最も小さくなるような換気機の運転を考慮したりする。なお、図１に示した構成例では、ＶＩ計３を設置しており煤煙濃度を検出することが可能である。
【００８５】
この算出された制御目標（換気設備の風量の目標）をもとに、換気設備風量設定部１８では、坑口からの有害物質の漏れ出し量を抑制するように換気設備の風量を設定する。
【００８６】
以上のようにして、トンネル換気制御装置７は一連の換気制御を行う。
【００８７】
なお、トンネル内に合流部を有する場合は、交通量予測を行う際に、合流部からの流入交通量を加味することで、交通量予測の精度が向上する。合流部の流入交通量は、合流部に設置されている車両感知器４の計測結果を用いる方法もあるが、この合流部の交通量計測値を用いて自己回帰モデルを用いて合流部の流入交通量を予測することも可能である。
【００８８】
以上、上述した手法を用いることで、本実施形態のトンネル換気制御装置７は、交通状況の過渡期の変化状況にも対応して、トンネル内に分岐部を有するトンネルの全坑口からの有害物質の漏れ出し量を抑制することが可能になり、トンネル周辺環境をより改善することができる。
【００８９】
（その他の実施形態）
前述の漏れ出し制御目標設定部１６にて設定される有害物質の漏れ出し制御の目標値は、あらかじめＧＵＩ１５にて入力したものを加工して制御周期毎に設定する形態としてもよい。
【００９０】
また、漏れ出し制御目標値設定部１６での有害物質の漏れ出し量の制御目標演算にて、制御周期毎の演算の総和を用いるようにしてもよい。
【００９１】
また、上記有害物質の漏れ出し制御の目標値は、制御周期毎の演算の総和から、制御周期毎に修正を加えるようにしてもよい。
【００９２】
また、換気設備の風量を設定する換気設備風量設定部１８にて、換気制御の目的としてトンネルの坑口からの有害物質の漏れ出し量のみでなく、有害物質発生量演算結果をもとにした煤煙濃度分布や換気設備の使用電力等の複数の要素を総合的に評価し、換気設備の風量を設定するようにしてもよい。
【００９３】
また、トンネルの坑口からの有害物質の漏れ出し量のみでなく、煤煙濃度分布や換気設備の使用電力等、複数の制御目的を換気制御の目的とする場合、ＧＵＩ１５などに、その制御目的の優先順位をユーザーが設定できるようにする手段を設けるようにしてもよい。そして、設定された優先順位は、換気設備風量設定部１８が換気設備にその風量を設定する際に使用することができる。優先順位に関してはパラメータとして持ち、システム構築の際に設定しておいたり、ユーザがＧＵＩ１５を使用してシステム運用中も設定できるようにする方法もある。
【００９４】
また、有害物質分布演算部１３は、分岐部または合流部の交通量予測演算結果をもとにした割合から、有害物質の分布演算を行うようにしてもよい。ここで、汚染物質等の有害物質は、窒素酸化物（NOx）の他、煤煙，一酸化炭素（CO）等があげられる。
【００９５】
また、トンネル本線部の出口坑口に対してのみ有害物質の漏れ出し制御の目標値を設定してもよいし、トンネルの全坑口に対し、漏れ出し制御目標値設定部１６により漏れ出し制御の目標値を設定するようにしてもよい。
【００９６】
以上説明したように、上述のトンネル換気制御装置７によれば、トンネル内に分岐部を有するトンネルにおいて、汚染物質等の有害物質漏れ出し量を制限し、トンネル周辺の環境をより改善できる効果を奏する。
【００９７】
また、トンネル内の交通量の予測値を算出し、この交通量の予測値を利用してトンネル内の有害物質発生量を演算するため、トンネル内交通量の将来の変動を考慮した換気制御が可能であり、渋滞開始時や解消時等の交通流の変動がある場合においても、換気に遅れを生じさせない換気制御が可能となる。これにより過剰換気なども防止することが可能であり、換気機の省エネにも貢献できる。
【００９８】
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】
【００９９】
１  風向風速計
２  ＣＯ計
３  ＶＩ計
４  車両感知器
５  ジェットファン
６  集中排風機
７  トンネル換気制御装置
８  トンネル内計測値取得部
９  交通量予測部
１０  平均速度予測部
１１  トンネル内存在台数予測部
１２  有害物質発生量演算部
１３  有害物質分布演算部
１４  有害物質漏れ出し量演算部
１５  ＧＵＩ
１６  漏れ出し制御目標値設定部
１７  制御目標演算部
１８  換気設備風量設定部
【図１】
2013185396.tif 000004
【図２】
2013185396.tif 000005
【図３】
2013185396.tif 000006