(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
火源位置を検出する火源位置検出部と、
前記火源位置に、放水銃から放水された消火用水が落下できるように前記放水銃の方向を制御する放水制御部と、
を備え、前記放水銃を用いて監視区域で発生した火災を消火する消火装置に於いて、
前記放水制御部は、
前記放水銃から放水された消火用水の落下点を検出する落下点検出部と、
前記放水銃から放水された消火用水の放水軌道の最高点の高さを検出する最高点検出部と、を備え、
前記火源位置に前記放水銃で放水した際の放水流について外気流の影響を考慮した数学モデルを作成し、前記落下点検出部により検出された落下点、および前記最高点検出部により検出された放水軌道の最高点の高さの実測値と該数学モデルに基づいて実際の放水流に対する外気流の横風速度成分、下降風速成分、向かい風速度成分を実時間で推定して、前記放水銃の方向を制御することを特徴とする消火装置。
【請求項２】
請求項１記載の消火装置に於いて、前記放水制御部は、更に、
監視空間に放水した場合の放水軌道の運動特性を表わす数学モデルを作成する数学モデル作成部と、
前記数学モデルから求めた外気流が作用しない時の放水軌道の最高点の高さＺｍａｘ及び到達距離η１と各実測値との偏差を所定閾値以下とする前記数学モデルのチューニングにより高さ方向の抗力係数ｋ１と放水方向の抗力係数ｋ２を推定する抗力係数推定部と、
前記数学モデルから求めた外気流が作用したときの放水軌道の軌道ずれと到達不足距離及び各実測値に基づいて、放水軌道に対し水平面で直角に作用する外気流の横風速度成分Ｖ２を推定する横風成分推定部と、
前記数学モデルから求めた外気流が作用したときの放水軌道の最高点の高さＺｍａｘとその実測値に基づいて、前記放水軌道に対し垂直面で鉛直下向きに作用する外気流の下降風速度成分Ｖ３を推定する下降風速度成分推定部と、
前記数学モデルから求めた外気流が作用したときの放水軌道の放水到達距離と実測値の差に基づいて、放水軌道に対向する向い風速度成分Ｖ１を推定する向い風速度成分推定部と、
前記外気流の横風速度成分Ｖ２と向い風速度成分Ｖ１とに基づいて外気流によりずれた前記放水軌道のパニング補正角ｄφを演算して前記放水銃のパニング角を補正するパニング角補正部と、
前記パニング補正角の補正状態で実測された放水不足距離を補うチルト補正角ｄθを、前記数学モデルによる向い風速度成分Ｖ１とチルト角θの関係から演算して前記放水銃のチルト角を補正するチルト角補正部と、
を備えたことを特徴とする消火装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、放水銃を用いて屋外競技場、屋外展示場等の監視区域で発生した火災を消火する消火装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ドーム等の大空間構造物にあっては、火災感知器やスプリンクラー消火設備等では対応が難しく、火災感知システムとしては発熱体から発生する赤外線の検出を空間全体に渡って走査することによって火災を監視し、また火災の消火は放水銃を用いて消火用水を放水散布する放水銃消火設備が開発されている。
【０００３】
しかし、開閉式ドームのような大空間構造物の場合、天井を開放した使用状態で火源を検出すると、火源位置の周辺では様々な風向きのしかも強風が予想され、風の影響を受けて放水位置が火源位置から大きくずれる恐れがある。この問題を解決するため特公平７−１０００７６号にあっては、放水銃から放水された消火用水の落下位置を検出して火源位置との誤差を検出し、この誤差を最小化するように放水銃の指向方向をフィードバック制御している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このように放水落下位置と火源位置との誤差を最小化する従来のフィードバック制御にあっては、放水銃を出た消火用水が火源位置に落下するまでに放水距離が長くなると数秒程度の時間がかかり、しかも風向や風力は絶えず変化しており、放水銃の方向を誤差を最小とするようにフィードバック制御しても、火源位置に落下するまでの間に風向及び風力が変わると、落下位置は火源から大きく外れてしまう。
【０００５】
また放水圧力は法令によって上限を例えば１０Kgf／cm2に制限されており、放水距離が長くなると放水圧力が低いために風の影響を強く受け、野外での使用は極めて困難であった。
【０００６】
本発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされたもので、風の影響を受けることなく確実に火源位置に消火用水を落下させて消火できる放水銃を用いた消火装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するため本発明は次のように構成する。本発明は、火源位置を検出する火源位置検出部と、火源位置に、放水銃から放水された消火用水が落下できるように放水銃の方向を制御する放水制御部と、を備え、前記放水銃を用いて監視区域で発生した火災を消火する消火装置であり、放水制御部は、放水銃から放水された消火用水の落下点を検出する落下点検出部と、放水銃から放水された消火用水の放水軌道の最高点の高さを検出する最高点検出部とを備え、火源位置に前記放水銃で放水した際の放水流について外気流の影響を考慮した数学モデルを作成し、落下点検出部により検出された落下点、および最高点検出部により検出された放水軌道の最高点の高さの実測値とこの数学モデルに基づいて実際の放水流に対する外気流の横風速度成分、下降風速成分、向かい風速度成分を実時間で推定して、放水銃の方向を制御することを特徴とする。
【０００９】
更に放水制御部は、数学モデル作成部、抗力係数推定部、横風速度成分推定部、下降風速度成分推定部、向い風速度成分推定部、パニング角補正部、及びチルト補正部を備える。
【００１０】
数学モデル作成部は、対象空間に放水した場合の放水軌道の運動特性、例えば
【００１１】
【数１】
0003812785.tif 000002
を表わす数学モデルを作成する。
【００１２】
抗力係数推定部は、数学モデルから求めた外気流が作用しない時の放水軌道の最高点の高さZmax及び到達距離η1と各実測値との偏差を所定閾値以下とする数学モデルのチューニングにより高さ方向の抗力係数k1と放水方向の抗力係数k2を推定する。
【００１３】
次に強制外気流が作用した時、図５に示すように、横風速度成分推定部は、数学モデルから求めた外気流が作用したときの放水軌道の軌道ずれと到達不足距離及び各実測値に基づいて、放水軌道に対し水平面で直角に作用する外気流の横風速度成分V２を推定する。
【００１４】
下降風速速度成分推定部は、数学モデルから求めた外気流が作用したときの放水軌道の最高点の高さZmaxとその実測値に基づいて、前記放水軌道に対し垂直面で鉛直下向きに作用する外気流の下降風速度成分V３を推定する。
【００１５】
更に、向い風速度成分推定部は、数学モデルから求めた外気流が作用したときの放水軌道の放水到達距離と実測値の差に基づいて、放水軌道に対向する向い風速度成分V１を推定する。
【００１６】
パニング角補正部は、外気流の横風速度成分V２と向い風速度成分V１とに基づいて外気流による放水軌道のパニング補正角dφを演算して放水銃のパニング角を補正する。
【００１７】
チルト角補正部は、パニング角の補正状態で実測された不足距離を補うチルト補正角dθを、数学モデルによる向い風速度成分V１とチルト角θの関係から演算して放水銃のチルト角を補正する。
【００１８】
このような対象空間に放水した時の放水軌道の数学モデルに実測値を適用して軌道ずれを推定することで、外気流の風向・風力の検出値に応じて軌道ずれを補正する放水銃の指向制御が行われ、強い外気流を受けても正確に火源に消火用水を到達落下させて確実に消火する。
【００１９】
【発明の実施の形態】
＜目次＞
１．装置構成
２．放水制御の原理
（１）数学モデルと抗力係数
（２）外気流による軌道ずれ
（３）外気流によるずれの補正
３．放水制御処理
１．装置構成
図１は本発明による放水銃を用いた消火装置の全体的な装置構成の説明図である。図１において、消火装置全体の制御を行うコントローラ１が設けられ、コントローラ１には放水制御部１ａが設けられる。放水制御部１ａは、火源位置に放水銃で放水した際の放水流について外気流の影響を考慮した数学モデルを作成し、この数学モデルに基づいて実際の放水流に対する外気流の影響を実時間で推定して前記放水銃の方向を制御する。
【００２０】
コントローラ１に対しては消火対象区域を監視する火源検出赤外線カメラ２ａ，２ｂ、放水落下位置監視カメラ３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄが接続されている。また消火対象区域には例えば２台の放水銃５ａ，５ｂが設置されており、放水銃５ａにはパン及びチルトに指向方向を制御可能なノズル６ａ，６ｂが設けられている。
【００２１】
この放水銃５ａ，５ｂに対してはパン・チルト制御部７ａ，７ｂが設けられ、コントローラ１からの制御目標値の設定による指向制御を受けて、ノズル６ａ，ｂを指定された指向方向にサーボ制御する。
【００２２】
放水銃５ａ，５ｂのそれぞれに対しては、モータ１０により駆動されるポンプ１１からの給水配管が放水圧制御部８ａ，８ｂを介して接続されている。ポンプ１１のモータ１０はポンプ制御盤９に接続され、ポンプ制御盤９はコントローラ１からのポンプ制御指令を受けてポンプ運転・停止を行う。ポンプ１は貯水槽１２からの消火用水を汲み上げ、放水圧制御部８ａ，８ｂを介して放水銃５ａ，５ｂに供給している。
【００２３】
放水圧制御部８ａ，８ｂはコントローラ１による火源までの放水距離に基づいて得られた放水圧力の指定を受けて、指定された放水圧力となるように放水銃５ａ，５ｂに供給するポンプ１１からの加圧消火用水の圧力、即ち放水圧力を制御する。
【００２４】
図２は、図１の消火装置のコントローラ１に接続しているカメラ及びセンサ、更に放水銃の消火対象区域における設置状態の一例である。図２は消火対象区域として屋外球技場を例にとっており、中央のグランド部分が消火対象区域１４に定められ、その周囲を囲んだ観客席の背後の所定高さの位置に２台の放水銃５ａ，５ｂを消火対象区域１４を挟んで配置している。
【００２５】
またスタンド側の放水銃５ａ，５ｂの設置側に直交する２箇所には火源検出赤外線カメラ２ａ，２ｂが設置されている。更に観客席側の４箇所に分けて放水落下位置監視カメラ３ａ〜３ｄが設置される。
【００２６】
このような消火対象区域１４において、例えば火源１５のように火災が発生したとすると、火源１５が火源検出赤外線カメラ２ａ，２ｂで検出され、消火対象区域１４の座標系における火源１５の位置が求められ、この火源位置に対し近い方の放水銃例えば放水銃５ａが選択され、放水銃５ａから火源１５までの放水距離により放水圧力を設定し、更に放水銃５ａのパニング制御（水平旋回制御）及びチルト制御（垂直旋回制御）により指向方向を決め、オペレータによる火源１５の確認の下に放水軌道操作を行って、放水軌道１７のように消火用水を散水して火源１５に上方から落下させる。
【００２７】
このとき例えば外気流１６が矢印のようにあったとすると、放水軌道１７は外気流１６の影響を受けて放水位置及び放水距離にずれを起こすが、本発明にあってはコントローラ１の放水制御部１ａにおいて、消火対象空間に放水した場合の放水軌道の特性を数学モデルとして作成し、この数学モデルに外気流１６の影響を受けた実測値を適用してチューニングすることで、外気流１６による放水軌道１７のずれ量と到達不足距離を求め、このずれ量と到達不足距離を補正するように放水銃５ａのタイミング制御とチルト制御の補正制御を行うことで、外気流１６の影響を受けることなく最適な放水軌道により、火源１５に散水領域１８のように消火用水を放水落下させることができる。
２．放水制御の原理
（１）数学モデルと抗力係数
図３は、図１のコントローラ１に設けた放水制御部１ａの機能ブロック図である。図３において、放水制御部１ａは、演算制御部２０、数学モデル作成部２１、抗力係数推定部２２、外気流速度成分推定部２３、パニング角補正部２４、不足距離測定部２５及びチルト角補正部２６で構成される。
【００２８】
まず図４（Ａ）のような対象空間に放水した場合の放水軌跡を考える。図４（Ａ）において、高さ方向となるＺ軸上には放水銃を設置した放水点３０が設けられ、放水点３０よりチルト角θにより初速度Ｖ0で流量ｍの消火用水を無風状態で放水すると放水軌道３１が得られる。このときの放水銃のパニング角はφであることから、η軸上に放水軌道３１の落下点３２が生ずる。
【００２９】
この放水軌道３１をＺ−η面について見ると図４（Ｂ）のようになり、放水点２６から落下点２８までの水平方向の到達距離はη1となっている。この図４のような放水軌道２７について、外気流を想定しない無風状態で次の運動方程式が成立すると仮定する。
【００３０】
【数２】
0003812785.tif 000003
この（１）（２）式について、時間ｔの経過に対する放水軌道３１の高さＺと到達距離ηを求めると次式のようになる。
【００３１】
【数３】
0003812785.tif 000004
そこで、放水軌道３１において、放水点３０で放水してから落下点３２に落下するまでの時間Ｔ1を求めると、即ちＺ＝０となる時間Ｔ1を（３）式から求めると次のようになる。
【００３２】
【数４】
0003812785.tif 000005
ここで
【００３３】
【数５】
0003812785.tif 000006
であって、１と比較してexp[（−ｋ1／ｍ）Ｔ1｝は十分小さな値なので無視できる。よって、放水軌道３１によって放水点３０から落下点３２に到達するまでの時間Ｔ1は次式で近似できる。
【００３４】
【数６】
0003812785.tif 000007
このときの飛翔距離即ち水平方向の到達距離η1は次のようになる。
【００３５】
【数７】
0003812785.tif 000008
また放水軌道３１の最高高さＺmaxは前記（３）式を時間で微分してｄｚ／ｄｔ＝０を満たす到達時間τ1は次式を満足する。
【００３６】
【数８】
0003812785.tif 000009
したがって、最高高さZmaxまでの到達時間τは
【００３７】
【数９】
0003812785.tif 000010
となる。このため、最高高さZmaxは（８）式を（３）式に代入して求められる。
即ち、
【００３８】
【数１０】
0003812785.tif 000011
ここで（９）式から放水軌道３１の最高高さZmaxが実測できれば、これを（９）式に代入することで放水軌道２７における高さZ方向の抗力係数k1を算出できる。
【００３９】
また高さＺ方向の抗力係数ｋ1が算出できたならば、（６）式から放水軌道３１の放水点３０から落下点３２までの飛翔時間Ｔ1を求めることができ、更に落下点３２までの水平方向の飛翔距離即ち到達距離η1を実測すれば、（７）式に飛翔距離η1、（６）式から求めた飛翔時間Ｔ1、及び（９）式から求めた高さＺ方向の抗力係数ｋ1を代入することで、放水方向ηの抗力係数ｋ2を算出することができる。
【００４０】
（２）外気流による軌道ずれ
図４のような無風状態での放水軌道３１に対し外気流が作用すると、例えば図５（Ａ）のような軌道ずれを起こす。図５（Ａ）において、無風放水軌道３１に対し外気流が作用した結果、例えば偏向放水軌道３１ａのように軌道ずれを起こす。この軌道ずれは落下点３２が落下点３２ａとずれ量Δηだけ短くなり、またｘｙ平面上にずれ角ζだけ右回りにずれている。
【００４１】
この図５（Ａ）の無風放水軌道３１に対する外気流によりずれた偏向放水軌道３１ａについて、ｄｔ秒間にｄζの角度ずれが生じるとする。この時の運動量の変化は力積に等しい。  ここで図５（Ｂ）のように、ある時刻ｔにおいて円柱で示す単位時間当たりの放水流３３ａに加わる外気流による速度分力を速度成分Ｖ１，Ｖ２、Ｖ３とする。速度成分Ｖ１は、放水流３３ａの放水方向に対向して加わる向い風速度成分である。また速度成分Ｖ２は、放水流３３ａに対し水平面で横方向から加わる横風速度成分である。更に速度成分Ｖ３は放水流３３ａの垂直面において鉛直方向、即ち下向きに加わる下降風速度成分である。
【００４２】
このある時刻ｔの放水流３３ａについて、時刻ｔと次の時刻（ｔ＋ｄｔ）の位置を考えると、無風の場合は放水流３３ｂの位置となり、これに対し外気流を受けた場合は放水流３３ｃのように角度ずれを起こす。この放水流３３ａから放水流３３ｃに移動したときの外気流による角度ずれをｄζとすれば、この角度ずれは主に横風速度成分Ｖ２によって生ずるものと見なすことができる。
【００４３】
このため水平方向での運動量の増加分は図５（Ｃ）のようになり、外気流の速度分力Ｖ２に比例して放水軌道に力が加わる「比例定数ξ2」と仮定すると、次式で与えられる。
【００４４】
【数１１】
0003812785.tif 000012
ここで  Δν＝｜ν(t)｜ｄζ  が表わされるから
【００４５】
【数１２】
0003812785.tif 000013
この（１１）式より、時間変化ｄｔ当たりの角度ずれｄζは
【００４６】
【数１３】
0003812785.tif 000014
となる。したがって、落下点２８までの到達時間Ｔ1におけるずれ量ζは次式で与えられる。
【００４７】
【数１４】
0003812785.tif 000015
この（１２）式の算出は解析的には極めて難しいことから、簡単な数値積分で達成すると次にようになる。
【００４８】
【数１５】
0003812785.tif 000016
ここで前記（３）（４）式から、ｄｚ／ｄｔ，ｄη／ｄｔは次式で与えられる。
【００４９】
【数１６】
0003812785.tif 000017
また前記（１３）（１４）（１５）式からν(t)は次式で与えられる。
【００５０】
【数１７】
0003812785.tif 000018
したがって、（１２）式よりずれ角ζは次式で求まる。
【００５１】
【数１８】
0003812785.tif 000019
この（１７）式について、ずれ角ζを実測して代入することにより、外気流により放水軌道に加わる水平方向での横風速度成分Ｖ２を推定することができる。
【００５２】
次に外気流が飛翔距離に及ぼす影響を考える。図５（Ｂ）における下降風速度成分Ｖ３と向い風速度成分Ｖ１が飛翔距離に及ぼす影響が大きいと考える。即ち、放水軌道に対する高さＺ方向、及び水平η方向に作用する抗力として下降風速度成分Ｖ３と向い風速度成分Ｖ１を反映させると、これによる新たな運動方程式は次のようになる。
【００５３】
【数１９】
0003812785.tif 000020
この（１８）（１９）の運動方程式について、図４の無風の放水軌道の場合と同様、それぞれ時間について解いて、高さＺ及び水平距離ηの時間変化は次のようになる。
【００５４】
【数２０】
0003812785.tif 000021
次に偏向放水軌道２７ａが地面に落下するまでの到達時間Ｔ2を求めるため、Ｚ＝０とすると、
【００５５】
【数２１】
0003812785.tif 000022
ここで（ｋ1／ｍ）Ｔ2＞２と見なすと、
【００５６】
【数２２】
0003812785.tif 000023
となることから、地面到達時間Ｔ2は次式で与えられる。
【００５７】
【数２３】
0003812785.tif 000024
したがって、到達距離ηnは次のようになる。
【００５８】
【数２４】
0003812785.tif 000025
また（２０）式より、ｄｚ／ｄｔは
【００５９】
【数２５】
0003812785.tif 000026
となり、ｄｚ／ｄｔ＝０となる時刻ｔ２までの到達時間をτ2とすると、次式で与えられる。
【００６０】
【数２６】
0003812785.tif 000027
また、この時の最高高さＺ2maxは次のようになる。
【００６１】
【数２７】
0003812785.tif 000028
したがって、落下点までの到達距離の変化Δηは、（７）式の無風状態での到達距離η1から（２３）式で求めた外気流の影響を受けたときの到達距離ηnを差し引くことで、次のようになる。
【００６２】
【数２８】
0003812785.tif 000029
この（２６）式において、exp｛（−k1／m）T1｝、及びexp｛（−k2／m）T2｝を１と比較して十分小さいことから無視すると、次のように近似できる。
【００６３】
【数２９】
0003812785.tif 000030
この（２７）式を見ると、外気流によるずれ量Δηは放水軌道に真向いから対向する向い風速度成分Ｖ１に比例している。また（２２）式を見るに、放水軌道に下向きに作用する下降風速度成分Ｖ３は、放水されてから地上に落下するまでの到達時間Ｔ2に影響を与えていることがわかる。
（３）外気流によるずれの補正
本発明における放水軌道の修正にあっては、まず（１７）式に基づいてずれ角ζを実測する。いま外気流によりパニング角φが（φ＋ｄφ）に変化したときの水平面における向い風速度成分Ｖ１と横風速度成分Ｖ２は、相互に力を打ち消し合うように作用するから次式Ｖ1´，Ｖ2´のようになる。
【００６４】
【数３０】
0003812785.tif 000031
上記の近似は、sinδ＝ｆ（δ）とするとマクローリン展開して
【００６５】
【数３１】
0003812785.tif 000032
δ→微小にすると、３項目目以降は０に近づくから、
ｆ（δ）＝０＋δ
δ＝ｄφと置き換えるとsinｄφ≒ｄφ
同様にcosｄφ≒１となることに基づいている。
【００６６】
ここで前記（１７）式に（２８）式の横風速度成分Ｖ2´を代入すると、
【００６７】
【数３２】
0003812785.tif 000033
となる。ここでずれ角ζ＝０とすると、
【００６８】
【数３３】
0003812785.tif 000034
となり、このときのパニング角変化量ｄφは
ｄφ＝Ｖ２／Ｖ１          （３２）
となる。
【００６９】
したがって、（１７）式から推定した水平面での横風速度成分Ｖ２と（２７）式から推定した向い風速度成分Ｖ１を（３２）式に代入することで、外気流により生じたずれ角ζを補正するためのパニング補正角ｄζを算出することができる。
【００７０】
次に外気流によりずれた到達距離の補正を説明する。外気流による到達距離は前記（２３）式で与えられるが、これをチルト角δθの変化に対する距離変化量ηnを求めると次のようになる。
【００７１】
【数３４】
0003812785.tif 000035
これに基づき距離変化量Δηnに対するチルト角変化量Δθは、次式で与えられる。
【００７２】
【数３５】
0003812785.tif 000036
そこで、（３２）式で得られたパニング補正角ｄφだけ増加するように放水銃のパニング補正した状態で放水軌道の落下点までの到達距離＊ηを実測し、この実測値＊ηから（７）式で求めた無風状態での到達距離η1を引いて、ずれ量（不足距離）Δηを求める。このようにして実測で得られた落下点のずれ量Δηを前記（３５）式のΔηnに代入することで、ずれ量Δηnだけ伸ばすのに必要なチルト補正角Δθを求めることができ、このチルト補正角Δθだけ放水銃をチルト制御することで落下点をずれ量分延ばすことができる。
３．放水制御処理
図６のフローチャートは、外気流の影響を受けないように火源に消火用水を放水する図１のコントローラ１による放水制御の全体的なフローチャートである。まずステップＳ１〜Ｓ３で、無風状態の放水軌道の数学モデルに基づいて、高さ方向Ｚの抗力係数ｋ1の推定、地面到達時間Ｔ1の演算、及び放水方向ηの抗力係数ｋ2の推定を行う。
【００７３】
次にステップＳ４〜Ｓ７で、外気流の影響を受けてずれた放水軌道の数学モデルに基づいて、放水軌道における水平面での横風速度成分Ｖ２の推定、放水軌道の垂直面での下降風速度成分Ｖ３の推定、外気流を考慮した地面到達時間Ｔ2の演算、及び放水軌道の水平面における対向する向い風速度成分Ｖ１の推定を行う。
【００７４】
このようにして抗力係数ｋ1，ｋ2、及び外気流速度成分Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３の推定ができたならば、ステップＳ３で修正パニング角ｄφの演算と補正を行う。そしてステップＳ９で到達距離の実測から不足距離Δηを求め、ステップＳ１０で修正チルト角Δθの演算と補正を行う。このようなステップＳ１〜Ｓ１０の処理を、ステップＳ１１で放水停止指示があるまで、実時間処理で繰り返す。
【００７５】
図７は図６のステップＳ１の高さ方向Ｚの抗力係数ｋ1の推定処理の詳細である。抗力係数ｋ1の推定処理にあっては、まずステップＳ１でノズルのチルト角θ、放水流量ｍ、放水銃設置高さｈ0、初速度Ｖ0を読み込む。次にステップＳ２で、前記（９）式を用いて放水軌道の最高到達時間の高さＺmaxを演算する。次にステップＳ３で、コントローラ１に接続している放水落下位置監視カメラ３ａ〜３ｄの撮影画像から得られた放水軌道の最高到達点高さ＊Ｚmaxを実測する。
【００７６】
ステップＳ４で、ステップＳ３の理論値と実測値との偏差（Ｚmax−＊Ｚmax）＝ε1を算出し、ステップＳ５で偏差ε1の絶対値が予め定めた閾値δ1以内か否かチェックする。閾値δ１以内であれば、そのとき（９）式に使用している抗力係数ｋ1は適正な値と判断して処理を終了する。ステップＳ５で偏差ε1の絶対値が閾値δ1以上であった場合には、ステップＳ６に進み、零以下か零より大きいかをチェックする。
【００７７】
偏差ε1が零より大きければ現在の抗力係数ｋ1の値が大きすぎることから、ステップＳ７で所定値Δｋ1だけ減らし、再びステップＳ２に戻って（９）式から放水軌道の最高到達点の高さＺmaxを演算し、同様の処理を繰り返す。逆にステップＳ６で偏差ε1が０以下のマイナスであった場合には現在の抗力係数ｋ1が小さすぎることから、ステップＳ８で所定値Δｋ1を加算し、ステップＳ２に戻って再度計算をやり直す。このようなステップＳ５〜Ｓ８の抗力係数ｋ1の修正ルーチンを繰り返すことで、最適値にチューニングされた抗力係数ｋ1が推定できる。
【００７８】
図７の抗力係数ｋ1の推定処理に続いて、図６のステップＳ２で行われる地面到達時間Ｔ1の演算は、図７の推定処理で求めた抗力係数ｋ1を用いた前記（６）式の演算により地面到達時間Ｔ1を求める。
【００７９】
図８は図６のステップＳ２の放水方向ηの抗力係数ｋ2の推定処理の詳細である。この抗力係数ｋ2の推定処理にあっては、まずステップＳ１でチルト角θ、放水流量ｍ、設置高ｈ0、及び図６のステップＳ２で求めた地面到達時間Ｔ1を読み込み、次のステップＳ２で、前記（１）式に基づいて落下点までの飛翔到達距離η1を演算する。
【００８０】
次にステップＳ３で、図１のコントローラ１に対し設けている放水落下位置監視カメラ３ａ〜３ｄのいずれかの監視画像から落下点までの飛翔到達距離＊η1を実測する。続いてステップＳ４で、飛翔到達距離の偏差ε2をε2＝（η1−＊η1）として算出し、ステップＳ３で偏差ε2の絶対値が所定の閾値δ2より小さいか否かチェックする
偏差ε2の絶対値が閾値δ2より小さければ、この時（７）式の演算に使用している抗力係数ｋ2は適正値として確定処理を終了する。偏差ε2の絶対値が閾値δ２以上であった場合には、ステップＳ６で０より大きいか否かチェックし、０より大きければステップＳ７で所定値Δｋ2を差し引いて、ステップＳ２からの処理を繰り返す。偏差ε2が０またはマイナスであれば、ステップＳ８で所定値Δｋ2を加算し、ステップＳ２からの処理を繰り返す。
【００８１】
図９は図６で次に行われるステップＳ４の外気流の影響を受けた放水軌道の水平面での横風速度成分Ｖ２の推定処理の詳細である。この速度成分Ｖ２の推定処理にあっては、ステップＳ１が抗力係数ｋ1，ｋ2、初速度Ｖ0、チルト角θ、放水流量ｍ、到達時間Ｔ1、及び所定の時間変化Δｔを読み込み、次にステップＳ２で図１のコントローラに設けた放水落下位置監視カメラ３ａ〜３ｄのいずれかの画像から落下点のずれ角ζを実測する。次にステップＳ３で、前記（１６）（１７）式を用いて横風速度成分Ｖ２の推定演算を行う。
【００８２】
図１０は図６のステップＳ５における放水軌道に対する下降風速度成分Ｖ３の推定処理の詳細である。図１０にあっては、まずステップＳ１でチルト角θ、方すり流量ｍ、設置高ｈ0、抗力係数ｋ1を読み込む。次にステップＳ２において、前記（２４）式から放水軌道における最高到達点までの到達時間τ2を算出する。続いてステップＳ３で、前記（２５）式から放水軌道の指向到達点の高さＺ2maxを算出する。
【００８３】
続いてステップＳ４で、図１のコントローラ１に対し設けている放水落下位置監視カメラ３ａ〜３ｄのいずれかの画像から放水軌道の最高点の高さ＊Ｚ2maxを実測する。続いてステップＳ５で最高到達点の偏差ε3をε3＝（Ｚ2max−＊Ｚ2max）として算出し、ステップＳ６で、その絶対値を閾値Δ３と比較する。偏差ε3の絶対値が敷地δ3より小さければ、そのとき（２４）（２５）式に使用している下降風速度成分Ｖ３は適正値と見なして、図６のメインルーチンに戻る。
【００８４】
ステップＳ６で偏差ε3の絶対値が閾値δ3以上であった場合には、ステップＳ７で偏差ε3が０より大きいか以下かチェックし、大きければステップＳ８で下降風速度成分Ｖ３を所定値ΔＶ３だけ減らして、ステップＳ２からの処理を繰り返す。逆に偏差ε3が０またはマイナスであった場合には、ステップＳ９で下降風速度成分Ｖ３を所定値ΔＶ３だけ増加させ、ステップＳ２からの処理を繰り返す。
【００８５】
この図１０の下降風速度成分Ｖ３の推定処理がすむと、図６のステップＳ６において外気流を考慮した地面到達時間Ｔ2の演算が前記（２２）式に基づいて行われ、次のステップＳ７における水平面での放水軌道に対向する向い風速度成分Ｖ１の推定を行う。
【００８６】
図１１は図６のステップＳ７における向い風速度成分Ｖ１の推定処理の詳細である。この向い風速度成分Ｖ１の推定処理にあっては、まずステップＳ１でチルト角θ、放水流量ｍ、設置高ｈ0、初速度Ｖ0、下降風速度成分Ｖ３及び地面到達時間Ｔ2を読み込み、次のステップＳ２で前記（２３）式に基づいて外気流を考慮した落下点までの到達距離η2を算出する。続いてステップＳ３で、図１のコントローラ１に対し設けている放水落下位置監視カメラ３ａ〜３ｄのいずれかの画像から落下点までの地面到達距離＊η2を実測する。
【００８７】
そしてステップＳ４で到達距離の偏差ε4をε4＝（η2−＊η2）として算出する。次に、ステップＳ５で、偏差ε4の絶対値が所定の閾値δ4より小さいか否かチェックし、小さければ、この時ステップＳ２の（２３）式の演算に使用している向い風速度成分Ｖ１は適正と推定して、図６のメインルーチンに戻る。
【００８８】
これに対しステップＳ５で偏差ε4の絶対値が閾値δ4以上であった場合には、ステップＳ６で０より大きいか否かチェックし、０より大きければステップＳ７で向い風速度成分Ｖ１から所定値ΔＶ１を引いた後、ステップＳ２からの処理を繰り返す。またステップＳ６で偏差ε4が０かマイナスであった場合には、ステップＳ８で所定値ΔＶ４を加算した後のステップＳ２からの処理を繰り返す。
【００８９】
この図１１の速度成分Ｖ１の推定処理が済むと、図６のステップＳ８に戻り、前記（３２）式から修正パニング角ｄφを演算し、この修正パニング角ｄφ分だけ増加させる放水銃のパニング補正制御を行う。次にステップＳ９で、修正パニング角ｄφの補正が済んだ状態で図１のコントローラに対し設けている放水落下位置監視カメラ３ａ〜３ｄのいずれかの画像から、落下点から火源までの不足距離Δηを実測する。
【００９０】
次にステップＳ１０で、前記（３５）式に不足距離Δηを代入して修正チルト角Δθを演算して放水銃のチルト角放水を行う。これによって、この時点での外気流による火点からのずれを補正するように放水銃のタイミング角及びチルト角の補正が行われ、外気流を受けていても消火用水を火点からずれることなく確実に火源位置に落下させることができる。
【００９１】
【発明の効果】
以上説明してきたように本発明によれば、放水軌道に対する外気流の影響を考慮した運動方程式で定義される簡単な数学モデルを作成し、実際に放水している状態での放水軌道に対する外気流の影響を実時間で推定しながら放水銃の放水方向を補正することで、外気流を受けていても火源に精度よく消火用水を到達させて確実に消火することができる。
【００９２】
このため、屋外設置の建築構造物についても、放水圧力が比較的低圧で外気流の影響を受け易い放水銃を用いた消火装置を適用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の装置構成の説明図
【図２】屋外球技場に対する消火設備の設置状態の説明図
【図３】図１のコントローラに設けた放水制御部の機能ブロック図
【図４】数学モデルとして作成される放水軌道の説明図
【図５】外気流によりずれを起こした放水軌道の説明図
【図６】図３の放水制御部による全体的な制御の処理のフローチャート
【図７】図６の抗力係数ｋ1の推定処理のフローチャート
【図８】図６の抗力係数ｋ2の推定処理のフローチャート
【図９】図６の横風速度成分Ｖ２の推定処理のフローチャート
【図１０】図６の下降風速度成分Ｖ３の推定処理のフローチャート
【図１１】図６の向い風速度成分Ｖ１の推定処理のフローチャート
【符号の説明】
１：コントローラ
１ａ：放水制御部
２ａ，２ｂ：火源検出赤外線カメラ
３ａ〜３ｄ：放水落下位置監視カメラ
５ａ，５ｂ：放水銃
６ａ，６ｂ：ノズル
７ａ，７ｂ：パン・チルト制御部
８ａ，８ｂ：放水圧制御部
９：ポンプ制御盤
１０：モータ
１１：ポンプ
１２：貯水槽
１３：モニタ
１４：消火対象区域
１５：火源
１７：放水軌道
１８：散水領域
２０：演算制御部
２１：数学モデル作成部
２２：抗力係数推定部
２３：外気流速度成分推定部
２４：パニング角補正部
２５：不足距離測定部
２６：チルト角補正部
２７：向い風速度成分推定部（Ｖ１推定部）
２８：横風速度成分推定部（Ｖ２推定部）
２９：下降風速度成分推定部（Ｖ３推定部）
３０：放水点
３１：放水軌道
３２：落下点
【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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