專利名稱：雨水排水支援系統(tǒng)和支援方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及根據(jù)多個地點(diǎn)的時(shí)間序列的現(xiàn)在的降雨量或?qū)淼慕涤炅浚A(yù) 測流入泵設(shè)施(泵場)或下水處理廠等對象設(shè)施的流入水的流入量用的雨水排 水支援系統(tǒng)或雨水排水支援方法、預(yù)測降雨時(shí)流入泵設(shè)施等對象設(shè)施的流入水 的水質(zhì)用的雨水排水支援系統(tǒng)或雨水排水支援方法、以及對泵設(shè)施等對象設(shè)施 的雨水泵進(jìn)行控制用的雨水排水控制系統(tǒng)或雨水排水控制方法。
背景技術(shù)：
首先，說明用于預(yù)測流入泵設(shè)施(泵場)等對象設(shè)施的流入水的流入量的關(guān) 聯(lián)技術(shù)。
作為預(yù)測流入下水道泵設(shè)施和下水處理設(shè)備等對象設(shè)施的雨水流入量的 方法，已知例如作為考慮基于土地鋪路狀態(tài)和下水管道敷設(shè)狀態(tài)的物理模型的 方法的RRL法(參考專利文獻(xiàn)1:日本國專利公開平6 — 322808號公報(bào))、或利 用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的方法(參考專利文獻(xiàn)2:日本國專利公開2000 — 257140號公報(bào)) 以及采用面向塊模型的方法(參考專利文獻(xiàn)3:日本國專利公開2000 — 56835號 公報(bào))等基于黒盒模型的方法。基于黒盒模型的方法中，利用過去的輸入輸出 數(shù)據(jù)預(yù)先建立流入量預(yù)測模型，該模型將雷達(dá)雨量計(jì)和多個地面雨量計(jì)測量的 降雨量用作輸入變量，同時(shí)將雨水流入量用作輸出變量，并且根據(jù)現(xiàn)在降雨量 或?qū)眍A(yù)測降雨量，使用該流入量預(yù)測模型，預(yù)測雨水流入量。
這里，雷達(dá)雨量計(jì)的降雨量測量能密集捕捉測量對象區(qū)域的降雨強(qiáng)度，因 而與多個地面雨量計(jì)的降雨量測量相比，能獲得細(xì)致的降雨量信息。通過將這 樣利用雷達(dá)雨量計(jì)測量的降雨量或根據(jù)該降雨量預(yù)測的將來預(yù)測降雨量當(dāng)作 對上述RRL法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法等流入量預(yù)測模型的輸入變量，能高精度進(jìn)行對象
設(shè)施的雨水流入量預(yù)測。
接著，說明用于預(yù)測降雨時(shí)流入泵設(shè)施的對象設(shè)施的流入水的數(shù)量和水質(zhì) 等的關(guān)聯(lián)技術(shù)。
匯流式的下水道設(shè)備中，在下水管道設(shè)置區(qū)域有雨時(shí)，通常雨水流入下水 管道內(nèi)。在下水管道終端部設(shè)置泵設(shè)施等，將包含雨水的流入水排放到規(guī)定排 水處。
這種下水道設(shè)備在從雨水泵井直接排放到河川時(shí)，必須進(jìn)行處理，使河川 污染極少。即，需要根據(jù)雨水流入量和流入水質(zhì)分別適當(dāng)控制管渠內(nèi)等處的儲 水和對河川等的放水。降雨時(shí)，在其初期產(chǎn)生下水管道內(nèi)等堆積的臟物流出并 流入到流入渠的初涌。對該初涌也需要捕捉其發(fā)生并適當(dāng)處理。
以往，已提出對這種下水道設(shè)備根據(jù)降雨量預(yù)測水質(zhì)并控制臟物成分去除
裝置操作量的發(fā)明(例如參考專利文獻(xiàn)4:日本國專利公開2004 — 249200號公 報(bào))。
下面說明用于對泵設(shè)施等對象設(shè)施的雨水泵進(jìn)行控制的關(guān)聯(lián)技術(shù)。
作為雨水泵控制裝置的控制方法，已知的方法有預(yù)先設(shè)定雨水泵的開通 水位和關(guān)斷水位，并且在設(shè)在儲蓄從下水管道流下來的雨水的雨水泵井的水位 計(jì)的測量值達(dá)到這些設(shè)定的水位的時(shí)刻，使雨水泵開通或關(guān)斷。
為了抑制急劇雨水流入造成的雨水泵井水位升高，例如在專利文獻(xiàn)5(專利 文獻(xiàn)5:日本國專利公開2000 — 328642號公報(bào))中看到的那樣，提供預(yù)測控制 裝置，可根據(jù)地面雨量計(jì)和雷達(dá)雨量計(jì)的測量值預(yù)測泵設(shè)施的雨水流入量，計(jì) 算排水所需的雨水泵運(yùn)轉(zhuǎn)數(shù)量，實(shí)時(shí)修改雨水泵的開通、關(guān)斷水位，從而在判 斷為需要追加開通雨水泵時(shí)，從低于預(yù)先設(shè)定水位的水位開通雨水泵。
又，匯流式下水道的泵設(shè)施為了抑制排放處的河川的水質(zhì)污染，已有的方 法通過在小雨時(shí)或泵設(shè)施的預(yù)測雨水流入量不大時(shí)，提高雨水泵的開通、關(guān)斷 水位，抑制雨水泵排放。
首先，說明用于預(yù)測流入泵設(shè)施(泵場)等對象設(shè)施的流入水的流入量的上 述關(guān)聯(lián)技術(shù)的問題。上述神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法等基于黒盒模型的流入量預(yù)測中，建立流 入量預(yù)測模型時(shí)根據(jù)輸入輸出數(shù)據(jù)使用最小平方法鑒別系數(shù)參數(shù)的情況下，輸 入變量之間具有高的相關(guān)關(guān)系時(shí)，難以鑒別參數(shù)，存在難以建立高精度流入量 預(yù)測模型的問題。流入量預(yù)測模型的輸入變量個數(shù)多時(shí)，存在對象設(shè)施流入量 預(yù)測中不容易選擇適當(dāng)參數(shù)、不容易研究適應(yīng)該選擇的流入量預(yù)測模型的建立
的問題。用雷達(dá)雨量計(jì)進(jìn)行降雨量測量時(shí)，相互具有高的相關(guān)關(guān)系的輸入變量 個數(shù)飛躍增多，因而顯著發(fā)生上述問題。
其次，說明用于預(yù)測降雨時(shí)流入泵設(shè)施等對象設(shè)施的流入水的水質(zhì)等的上 述關(guān)聯(lián)技術(shù)的問題。上述專利文獻(xiàn)4等發(fā)明中，由于根據(jù)水質(zhì)模型式制訂流入 水質(zhì)預(yù)測方法，存在公式繁雜的問題。
接著，說明用于對泵設(shè)施等對象設(shè)施的雨水泵進(jìn)行控制的關(guān)聯(lián)技術(shù)的問 題。降落到地上的雨從地表流入下水管道，并經(jīng)下水管道內(nèi)流下去而到達(dá)泵設(shè) 施。此過程復(fù)雜且龐大。因此，將降雨量測量值作為輸入的流入量預(yù)測模型、 泵井水位預(yù)測模型、雨水泵運(yùn)轉(zhuǎn)數(shù)量預(yù)測模型中，作為其輸出的預(yù)測值很多， 有時(shí)產(chǎn)生誤差。例如，實(shí)際流入量比預(yù)測小的情況下，運(yùn)轉(zhuǎn)數(shù)量過多臺數(shù)的雨 水泵，而實(shí)際流入量比預(yù)測大時(shí)，發(fā)生水淹危險(xiǎn)。
本發(fā)明是考慮上述問題而完成的，其目的在于提供一種能減少流入量預(yù)測 部的流入量預(yù)測模型輸入變量的個數(shù)、能使該流入量預(yù)測部的雨水流入量預(yù)測 方便且精度高的雨水排水支援系統(tǒng)和雨水排水支援方法。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種能方便且準(zhǔn)確地預(yù)測降雨帶來的流入水 的水質(zhì)的流入水水質(zhì)預(yù)測方法，同時(shí)還提供一種能用該預(yù)測的水質(zhì)或該水質(zhì)和 降雨時(shí)的流入量兩者適當(dāng)控制流入水的積存和排放以減少對環(huán)境的影響的雨 水排水支援系統(tǒng)和雨水排水支援方法。
本發(fā)明的又一目的在于提供一種在修改雨水泵開通、關(guān)斷水位以便急劇雨 水流入量變動時(shí)也能進(jìn)行適當(dāng)排水的泵控制裝置中，通過除使用流入量和水位 的預(yù)測值外還同時(shí)使用可靠性高的指標(biāo)進(jìn)行修改，使排水系統(tǒng)穩(wěn)定工作的雨水 排水控制系統(tǒng)和雨水排水控制方法。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述課題，第l方面的本發(fā)明的雨水排水支援系統(tǒng)，包含測量多 個地點(diǎn)的降雨量的降雨量測量部、根據(jù)該降雨量測量部測量的多個地點(diǎn)的降雨 量，取得表示各地點(diǎn)時(shí)間序列降雨量的降雨量時(shí)間序列數(shù)據(jù)矩陣，并進(jìn)行將降 雨量時(shí)間序列數(shù)據(jù)矩陣的較多變量數(shù)據(jù)變換成較少變量數(shù)據(jù)的線性映射處理， 以獲得線性映射數(shù)據(jù)矩陣的線性映射部、以及流入量預(yù)測部，該流入量預(yù)測部 利用將線性映射部獲得的線性映射數(shù)據(jù)矩陣作為輸入的流入量預(yù)測模型，預(yù)測 流入對象設(shè)施的雨水流入量，該線性映射部通過用包含過去降雨量時(shí)間序列數(shù) 據(jù)矩陣中的方差矩陣或協(xié)方差矩陣的固有矢量單元的表現(xiàn)矩陣進(jìn)行線性映射， 取得線性映射數(shù)據(jù)矩陣。
第7方面的本發(fā)明的預(yù)測流入泵場和下水處理廠的雨水流入量的雨水排水 支援方法，包含以下步驟降雨量測量部測量多個地點(diǎn)的降雨量的步驟、線性
映射部根據(jù)該降雨量測量部測量的多個地點(diǎn)的降雨量，取得表示各地點(diǎn)時(shí)間序 列降雨量的降雨量時(shí)間序列數(shù)據(jù)矩陣，并進(jìn)行將降雨量時(shí)間序列數(shù)據(jù)矩陣的較 多變量數(shù)據(jù)變換成較少變量數(shù)據(jù)的線性映射處理，以獲得線性映射數(shù)據(jù)矩陣的 步驟、以及流入量預(yù)測部利用將所述線性映射部獲得的線性映射數(shù)據(jù)作為輸入 的流入量預(yù)測模型，預(yù)測流入對象設(shè)施的雨水流入量的步驟，在獲得線性映射 數(shù)據(jù)矩陣的步驟中，所述線性映射部通過用包含過去降雨量時(shí)間序列數(shù)據(jù)矩陣 中的方差矩陣或協(xié)方差矩陣的固有矢量單元的表現(xiàn)矩陣進(jìn)行線性映射，取得線 性映射數(shù)據(jù)矩陣。
根據(jù)這種雨水排水支援系統(tǒng)和雨水排水支援方法，線性映射部中，對作為 kXn矩陣的降雨量時(shí)間序列數(shù)據(jù)矩陣進(jìn)行線性映射，變換成作為kXm(m 〈 n)
的線性映射數(shù)據(jù)矩陣，所以能減少流入量預(yù)測部的流入量預(yù)測模型輸入變量的 個數(shù)，從而能使該流入量預(yù)測部的雨水流入量預(yù)測容易且精度高。
第2方面的本發(fā)明的雨水排水支援系統(tǒng)，時(shí)間序列地包含預(yù)測將來的多個 地點(diǎn)的降雨量的降雨量預(yù)測部、根據(jù)該降雨量預(yù)測部預(yù)測的將來的多個地點(diǎn)的 降雨量，取得表示各地點(diǎn)時(shí)間序列降雨量的降雨量時(shí)間序列數(shù)據(jù)矩陣，并進(jìn)行 將降雨量時(shí)間序列數(shù)據(jù)矩陣的較多變量數(shù)據(jù)變換成較少變量數(shù)據(jù)的線性映射 處理，以獲得線性映射數(shù)據(jù)矩陣的線性映射部、以及流入量預(yù)測部，該流入量 預(yù)測部利用將所述線性映射部獲得的線性映射數(shù)據(jù)矩陣作為輸入的流入量預(yù) 測模型，預(yù)測流入對象設(shè)施的雨水流入量，該線性映射部通過用包含過去降雨 量時(shí)間序列數(shù)據(jù)矩陣中的方差矩陣或協(xié)方差矩陣的固有矢量單元的表現(xiàn)矩陣 進(jìn)行線性映射，取得線性映射數(shù)據(jù)矩陣。
第8方面的本發(fā)明的預(yù)測流入泵場和下水處理廠的雨水流入量的雨水排水 支援方法，包含以下步驟降雨量預(yù)測部預(yù)測將來的多個地點(diǎn)的降雨量的步驟、 線性映射部根據(jù)該降雨量預(yù)測部預(yù)測的將來的多個地點(diǎn)的降雨量，取得表示各 地點(diǎn)時(shí)間序列降雨量的降雨量時(shí)間序列數(shù)據(jù)矩陣，并進(jìn)行將降雨量時(shí)間序列數(shù) 據(jù)矩陣的較多變量數(shù)據(jù)變換成較少變量數(shù)據(jù)的線性映射處理，以獲得線性映射 數(shù)據(jù)矩陣的步驟、以及流入量預(yù)測部利用將所述線性映射部獲得的線性映射數(shù) 據(jù)作為輸入的流入量預(yù)測模型，預(yù)測流入對象設(shè)施的步驟，在獲得線性映射數(shù) 據(jù)矩陣的步驟中，所述線性映射部通過用包含過去降雨量時(shí)間序列數(shù)據(jù)矩陣中 的方差矩陣或協(xié)方差矩陣的固有矢量單元的表現(xiàn)矩陣進(jìn)行線性映射，取得線性 映射數(shù)據(jù)矩陣。
根據(jù)這種雨水排水支援系統(tǒng)和雨水排水支援方法，線性映射部中，對作為 kXn矩陣的降雨量時(shí)間序列數(shù)據(jù)矩陣進(jìn)行線性映射，變換成作為kXm(ra 〈 n)
的線性映射數(shù)據(jù)矩陣，所以能減少流入量預(yù)測部的流入量預(yù)測模型輸入變量的 個數(shù)，從而能使該流入量預(yù)測部的雨水流入量預(yù)測容易且精度高。
上述雨水排水支援系統(tǒng)和雨水排水支援方法中，最好線性映射部通過用包 含過去降雨量時(shí)間序列數(shù)據(jù)矩陣中的方差矩陣或協(xié)方差矩陣的固有矢量單元 的表現(xiàn)矩陣進(jìn)行線性映射，取得線性映射數(shù)據(jù)矩陣。
根據(jù)這種雨水排水支援系統(tǒng)和雨水排水支援方法，用于線性映射的表現(xiàn)矩 陣組合過去降雨量時(shí)間序列數(shù)據(jù)矩陣中的方差矩陣或協(xié)方差矩陣的固有矢量 單元，因而能使線性映射得到的線性映射數(shù)據(jù)矩陣的單元成為相互不相關(guān)的線 性獨(dú)立時(shí)間序列數(shù)據(jù)。
上述雨水排水支援系統(tǒng)和雨水排水支援方法中，最好根據(jù)構(gòu)成所述表現(xiàn)矩 陣的固有矢量中與該固有矢量單元的固有值算出的累積貢獻(xiàn)率大于預(yù)定閾值。
根據(jù)這種雨水排水支援系統(tǒng)和雨水排水支援方法，建立表現(xiàn)矩陣，使根據(jù) 與固有矢量單元的固有值算出的累積貢獻(xiàn)率大于預(yù)定閾值，因而能以線性映射 前的降雨量時(shí)間序列數(shù)據(jù)矩陣具有的信息盡可能不損失的方式取得線性映射 數(shù)據(jù)矩陣。
上述雨水排水支援系統(tǒng)和雨水排水支援方法中，最好線性映射部通過用分 析過去降雨量時(shí)間序列數(shù)據(jù)矩陣的主單元過程中得到的負(fù)載矩陣組成的表現(xiàn) 矩陣進(jìn)行線性映射，取得線性映射數(shù)據(jù)矩陣。
根據(jù)這種雨水排水支援系統(tǒng)和雨水排水支援方法，除了能以線性映射前的 降雨量時(shí)間序列數(shù)據(jù)矩陣具有的信息盡可能不損失的方式取得線性映射數(shù)據(jù) 矩陣外，還能使獲得的線性映射數(shù)據(jù)矩陣的單元成為相互不相關(guān)的線性度量時(shí) 間序列數(shù)據(jù)。
上述雨水排水支援系統(tǒng)和雨水排水支援方法中，最好還包含根據(jù)將降雨量 時(shí)間序列數(shù)據(jù)矩陣的多變量數(shù)據(jù)變換成少變量數(shù)據(jù)的過去降雨量時(shí)間序列數(shù) 據(jù)矩陣以及過去時(shí)間序列雨水流入量，建立流入量預(yù)測模型的模型鑒定部。
根據(jù)這種雨水排水支援系統(tǒng)和雨水排水支援方法，輸入到模型鑒定部的過 去降雨量時(shí)間序列數(shù)據(jù)的個數(shù)少，能方便地進(jìn)行流入量預(yù)測模型的建立。而且， 由于根據(jù)相互不相關(guān)的線性獨(dú)立的過去降雨量時(shí)間序列數(shù)據(jù)建立流入量預(yù)測 模型，能得到精度高的流入量預(yù)測模型。
第13方面的本發(fā)明的預(yù)測從下水管道流入泵場和下水處理廠的水的水質(zhì) 的雨水排水支援方法，包含以下步驟按規(guī)定周期測量所述下水管道的設(shè)置區(qū) 域的降雨量的步驟、按規(guī)定周期測量流入泵場或下水處理廠的流入水的水質(zhì)的 步驟、以及根據(jù)現(xiàn)在水質(zhì)、若干過去水質(zhì)、若干過去降雨量和若干過去降雨量 的乘方值通過使用非線性Haramerstein模型的系統(tǒng)鑒別方法，預(yù)測將來的水質(zhì)
的步驟。
第14方面的本發(fā)明的泵場或下水處理廠的雨水排水支援系統(tǒng)，包含測量 下水管道設(shè)置區(qū)域的降雨量測量裝置、測量流入所述泵場或下水處理廠的流入 水的水質(zhì)的水質(zhì)測量裝置、周期性分別收集并存儲所述降雨量測量裝置和水質(zhì)
測量裝置周期性測量的降雨量和流入水質(zhì)的數(shù)據(jù)收集與存儲裝置、根據(jù)該數(shù)據(jù) 收集與存儲裝置存儲的數(shù)據(jù)中的現(xiàn)在水質(zhì)、若干過去水質(zhì)、若干過去降雨量和
若干過去降雨量的乘方值通過使用非線性Hammerstein模型的系統(tǒng)鑒別方法， 預(yù)測將來的水質(zhì)的預(yù)測裝置、以及用該預(yù)測裝置預(yù)測的流入水質(zhì)產(chǎn)生有關(guān)污水 泵井、雨水泵井或雨水積水池的流入水的積存和排放的運(yùn)轉(zhuǎn)指令的運(yùn)轉(zhuǎn)支援裝 置。
上述雨水排水支援系統(tǒng)中，最好所述預(yù)測裝置預(yù)測將來的水質(zhì)，同時(shí)還通 過使用非線性Hammerstein模型的系統(tǒng)鑒別方法，根據(jù)存儲裝置存儲數(shù)據(jù)中的 現(xiàn)在流入量、若干過去流入量、若干過去降雨量和若干過去降雨量的乘方值預(yù) 測雨水流入量；運(yùn)轉(zhuǎn)支援裝置不僅用流入水質(zhì)而且用預(yù)測裝置預(yù)測的雨水流入 量產(chǎn)生有關(guān)污水泵井、雨水泵井或雨水積水池的流入水的積存和排放的運(yùn)轉(zhuǎn)指 令。
上述雨水排水支援系統(tǒng)中，最好在下水管道內(nèi)設(shè)置水質(zhì)測量裝置，數(shù)據(jù)收 集與存儲裝置還周期性收集并存儲在下水管道內(nèi)測量的水質(zhì)；預(yù)測裝置通過使 用非線性Haramerstein模型的系統(tǒng)鑒別方法根據(jù)現(xiàn)在下水管道內(nèi)的水質(zhì)和若干 過去下水管道內(nèi)的水質(zhì)、若干過去降雨量和若干過去降雨量的乘方值預(yù)測流入 泵場或下水處理廠前的下水管道內(nèi)的水質(zhì)；運(yùn)轉(zhuǎn)支援裝置還用預(yù)測的流入泵場 或下水處理廠前的下水管道內(nèi)的水質(zhì)產(chǎn)生有關(guān)污水泵井、雨水泵井或雨水積水 池的流入水的積存和排放的運(yùn)轉(zhuǎn)指令。
上述雨水排水支援系統(tǒng)中，最好在下水管道內(nèi)設(shè)置流量測量裝置，數(shù)據(jù)收 集與存儲裝置還周期性收集并存儲在下水管道內(nèi)測量的流量；預(yù)測裝置通過使 用非線性Hammerstein模型的系統(tǒng)鑒別方法根據(jù)現(xiàn)在下水管道內(nèi)的流量和若干 過去下水管道內(nèi)的流量、若干過去降雨量和若干過去降雨量的乘方值預(yù)測流入 泵場或下水處理廠前的下水管道內(nèi)的流量；運(yùn)轉(zhuǎn)支援裝置還用預(yù)測的流入泵場 或下水處理廠前的下水管道內(nèi)的流量產(chǎn)生有關(guān)污水泵井、雨水泵井或雨水積水 池的流入水的積存和排放的運(yùn)轉(zhuǎn)指令。
上述雨水排水支援系統(tǒng)中，最好在下水管道內(nèi)設(shè)置管內(nèi)水位量測量裝置， 數(shù)據(jù)收集與存儲裝置還周期性收集并存儲下水管道內(nèi)測量的水位，而且能獲取
并存儲來自氣象信息系統(tǒng)的氣象信息；預(yù)測裝置從存儲裝置得到晴天在下水管 道內(nèi)的水位，以計(jì)算下水管道內(nèi)砂土和堆積物的高度，并根據(jù)雨天下水管道內(nèi) 的流量和水質(zhì)預(yù)測流入泵場或下水處理廠的流量和水質(zhì)。
上述雨水排水支援系統(tǒng)中，最好運(yùn)轉(zhuǎn)支援裝置在預(yù)測的流入水的水質(zhì)比預(yù) 定的閾值差時(shí)，產(chǎn)生運(yùn)轉(zhuǎn)指令，在不超過降雨量上限閾值的范圍內(nèi)，使設(shè)在污 水泵井的污水泵運(yùn)轉(zhuǎn)，而設(shè)在雨水泵井的雨水泵不運(yùn)轉(zhuǎn)。
上述雨水排水支援系統(tǒng)中，最好運(yùn)轉(zhuǎn)支援裝置根據(jù)預(yù)測的流入水的流入量 判別初涌，并產(chǎn)生運(yùn)轉(zhuǎn)指令，使該初涌的水積存在雨水積水池，并且降雨量小 于預(yù)定值時(shí)，設(shè)在雨水積水池的泵使所述積存的水返回污水泵井。
第21方面的本發(fā)明的雨水排水控制系統(tǒng)，根據(jù)雨水流入泵場的流量決定
雨水泵運(yùn)轉(zhuǎn)數(shù)量，并根據(jù)泵場中水位變化控制雨水泵開通和關(guān)斷，包含檢測水 流入泵設(shè)施的規(guī)定上流點(diǎn)的水位的檢測裝置、以及根據(jù)水流下來的狀況修改雨 水泵的預(yù)定開通水位和預(yù)定關(guān)斷水位中的至少一方的修改裝置。
上述雨水排水支援系統(tǒng)中，最好所述規(guī)定點(diǎn)的水位超過預(yù)定閾值時(shí)，所述 修改裝置修改雨水泵的預(yù)定開通水位和預(yù)定關(guān)斷水位中的至少一方。
上述雨水排水支援系統(tǒng)中，最好所述規(guī)定點(diǎn)的水位低于預(yù)定閾值時(shí)，所述 修改裝置修改雨水泵的預(yù)定開通水位和預(yù)定關(guān)斷水位中的至少一方。
上述雨水排水支援系統(tǒng)中，最好將所述規(guī)定點(diǎn)的水位和所述規(guī)定點(diǎn)的水位 變化速度都用作表示所述規(guī)定點(diǎn)的水位的指標(biāo)。
上述雨水排水支援系統(tǒng)中，還包含預(yù)測所述泵設(shè)施的雨水流入量的預(yù)測裝 置、以及計(jì)算排出預(yù)測的雨水流入量的水所需的雨水泵運(yùn)轉(zhuǎn)數(shù)量的計(jì)算裝置。
第26方面的本發(fā)明的雨水排水控制方法，包含以下步驟根據(jù)流入泵設(shè)
施的預(yù)測雨水流量決定雨水泵運(yùn)轉(zhuǎn)數(shù)量的步驟、根據(jù)泵設(shè)施的水位變化控制雨 水泵開通和關(guān)斷的步驟、以及將靠近泵場的規(guī)定上流點(diǎn)處下水管道內(nèi)的水位作 為指標(biāo)修改雨水泵的開通水位和關(guān)斷水位使雨水泵的開通在時(shí)間上錯開的步 驟。
第27方面的本發(fā)明的雨水排水支援方法，預(yù)測從下水管道至泵場或下水 處理廠的流入水的流入量，包含以下步驟按規(guī)定周期測量所述下水管道的設(shè)
置區(qū)域的降雨量的步驟、按規(guī)定周期測量流入所述泵場或下水處理廠的流入水 的流入量的步驟、以及用這些測量值中的現(xiàn)在流入量、若干過去流入量、若干
過去降雨量和若干過去降雨量的乘方值，借助使用非線性Hammerstien模型的 系統(tǒng)鑒別方法，預(yù)測將來流入水的流入量的步驟。
第28方面的本發(fā)明的雨水排水控制系統(tǒng)，用第7方面的本發(fā)明中所述的 雨水排水支援方法預(yù)測的雨水流入量，根據(jù)流入到泵設(shè)施的雨水流入量決定運(yùn) 轉(zhuǎn)的雨水泵的數(shù)量，并根據(jù)所述泵設(shè)施的水位變化控制所述雨水泵的開通和關(guān) 斷，其中包含檢測出水往所述設(shè)施流入的規(guī)定上流地點(diǎn)的水位的檢測裝置、根 據(jù)水流下的狀況修改預(yù)定的雨水泵開通水位和關(guān)斷水位中的至少一方的修改 裝置、以及計(jì)算排出預(yù)測的雨水流入量的水所需的雨水泵運(yùn)轉(zhuǎn)數(shù)量的裝置。
根據(jù)本發(fā)明的雨水排水支援系統(tǒng)和雨水排水支援方法，線性映射部中，對 作為kXn矩陣的降雨量時(shí)間序列數(shù)據(jù)矩陣或?qū)淼念A(yù)測降雨量時(shí)間序列數(shù)據(jù) 矩陣進(jìn)行線性映射，變換成kXm(m < n)，使信息盡可能不損失，而且形成相 互不相關(guān)的變量，所以能減少流入量預(yù)測部中流入量預(yù)測模型的輸入變量個 數(shù)，從而能使該流入量預(yù)測部的雨水流入量預(yù)測容易且精度高。
根據(jù)本發(fā)明另一雨水排水支援系統(tǒng)和雨水排水支援方法，利用系統(tǒng)鑒別方 法(非線性Hammerstien模型)依據(jù)流入水質(zhì)測量值、過去降雨量等預(yù)測流入水 質(zhì)，因而能方便地進(jìn)行該預(yù)測。由于能利用這些預(yù)測結(jié)果適當(dāng)控制流入水的積 存和排放，其運(yùn)用可減少對環(huán)境的影響。
根據(jù)本發(fā)明的雨水排水控制系統(tǒng)和雨水排水控制方法，在泵設(shè)施流入量預(yù) 測的基礎(chǔ)上，隨水流下狀況修改雨水泵的開通水位和關(guān)斷水位，因而能使排水 系統(tǒng)穩(wěn)定工作。


圖1是示出本發(fā)明實(shí)施方式的雨水排水系統(tǒng)的組成的說明圖。
圖2是說明圖1的雨水排水系統(tǒng)的控制系統(tǒng)總體組成用的框圖。
圖3是示出圖2的控制系統(tǒng)中流入量預(yù)測機(jī)構(gòu)的組成的框圖。
圖4是示出圖3的流入量預(yù)測機(jī)構(gòu)中的表現(xiàn)矩陣建立部的作用的流程圖。
圖5是示出圖2的控制系統(tǒng)中流入水質(zhì)預(yù)測機(jī)構(gòu)的組成的框圖。
圖6是示出圖2的控制系統(tǒng)中雨水泵控制機(jī)構(gòu)的組成的框圖。
圖7是示出圖6的雨水泵控制機(jī)構(gòu)的作用的流程圖。
圖8是示出圖6的雨水泵控制機(jī)構(gòu)中修改雨水泵開通和關(guān)斷水位的狀況的 模式圖。
圖9是示出圖6的雨水泵控制機(jī)構(gòu)中使多臺雨水泵開通和關(guān)斷水位移位的
狀況的模式圖。
圖10是圖6的雨水泵控制機(jī)構(gòu)中表示水位升高指標(biāo)的表。 圖11是圖6的雨水泵控制機(jī)構(gòu)中對下水管道上流的水位時(shí)間序列數(shù)據(jù)和 下水管道下流水位時(shí)間序列數(shù)據(jù)進(jìn)行比較的圖。
圖12是示出本發(fā)明雨水排水系統(tǒng)中流入量預(yù)測機(jī)構(gòu)另一組成的框圖。 圖13是示出本發(fā)明雨水排水系統(tǒng)中的雨水泵控制機(jī)構(gòu)另一組成的框圖。 標(biāo)號說明
IO是降雨量測量部，ll是雷達(dá)雨量計(jì)，12是地面雨量計(jì)，15是降雨量預(yù) 測部，20是下水管道，21是流入渠，23、 27是水位計(jì)，24、 25是水質(zhì)計(jì)，26 是流量計(jì)，30是沉沙池雨水泵井，31是污水泵井，32是雨水積水池，34是河 川，35是雨水泵，36是污水泵，37是雨水積水池泵，38是水位計(jì)，40、 40p 是流入量預(yù)測機(jī)構(gòu)，41是線性映射部，42是流入量預(yù)測部，43是表現(xiàn)矩陣建 立部，44是模型鑒定部，50、 50p是流入水質(zhì)預(yù)測機(jī)構(gòu)，52是數(shù)據(jù)收集裝置， 52a是雷達(dá)雨量計(jì)數(shù)據(jù)，52b是地面雨量計(jì)數(shù)據(jù)，52c是水位數(shù)據(jù)，52d是流入 水質(zhì)數(shù)據(jù)，52e是泵信息，52f是排出量，52p是數(shù)據(jù)收集裝置，53是數(shù)據(jù)存 儲裝置，54是預(yù)測裝置，55是運(yùn)算裝置，56是運(yùn)轉(zhuǎn)支援裝置，57是控制裝置， 58是天氣模型預(yù)測裝置，60是雨水泵控制機(jī)構(gòu)，62是運(yùn)轉(zhuǎn)臺數(shù)計(jì)算裝置，63 是開通關(guān)斷水位修改裝置，64是水位計(jì)選擇裝置。
具體實(shí)施例方式
下面，參照

本發(fā)明實(shí)施方式。本發(fā)明不受下面說明的實(shí)施方式限 定，包括含有本發(fā)明的技術(shù)思想的各種實(shí)施方式。
圖l是示出本發(fā)明實(shí)施方式的雨水排水系統(tǒng)的組成的說明圖，圖2是說明 圖1的雨水排水系統(tǒng)的控制系統(tǒng)的總體組成用的框圖。
如圖1所示，本實(shí)施方式的雨水排水系統(tǒng)，具有對下水管道20等的設(shè)置 區(qū)域中多個地點(diǎn)進(jìn)行降雨量測量用的降雨量測量部10。在下水管道20的下流 方，設(shè)置包含流入渠21和雨水泵井30的泵設(shè)施。
降雨量測量部10包含例如雷達(dá)雨量計(jì)11或多個地面雨量計(jì)12。降雨量測 量部10由雷達(dá)雨量計(jì)ll組成時(shí)，利用電波的直線傳播和碰到雨就反射的特性， 一座雷達(dá)基站成批測量n個區(qū)域的降雨量。如圖1所示，按觀測網(wǎng)格將降雨量
測量對象區(qū)域劃分成例如n個一條邊為大致幾百米至幾千米的正方形，分別測 量該劃分的n個區(qū)域的降雨量。
這里，降雨量測量部10由雷達(dá)雨量計(jì)11組成時(shí)，與由多個地面雨量計(jì)12 組成時(shí)相比，能以更細(xì)致的觀測網(wǎng)格劃分降雨量測量對象區(qū)域，可增多雨量計(jì) 測量對象區(qū)域的數(shù)量n。
下水管道20由例如匯流式管道組成，其設(shè)置區(qū)域中降落的雨水連同該區(qū) 域內(nèi)的生活廢水和工業(yè)廢水一起往下流。在該下水管道20的下流方設(shè)置流入 泵設(shè)施(泵場)，在該泵設(shè)施內(nèi)，設(shè)置流入渠21。該流入渠21暫時(shí)積存下水管 道20送來的雨水。如圖11所示，流入渠21附近的下水管道20內(nèi)分別設(shè)置水 質(zhì)計(jì)25、流量計(jì)26和水位計(jì)27。
泵設(shè)施中，在流入渠21的下流方設(shè)有沉沙池雨水泵井30。還在泵設(shè)施內(nèi) 設(shè)置污水泵井31和雨水積水池32。來自下水管道20的流入水通過流入渠21 和沉沙池(未示出)流入這些沉沙池雨水泵井30、污水泵井31和雨水積水池32。 通常在沉沙池雨水泵井30與流入渠21之間有溢流堰，平時(shí)的流入水流入到污 水泵井31。反之，降雨時(shí)包括雨水的大量流入水流入時(shí)，流入渠21的水位升 高，流入水溢出水位高的溢流堰流進(jìn)沉沙池雨水泵井30。雨水積水池32積存 泵場的流入水，并且通過設(shè)在與污水泵井31之間的溢流堰(未示出)和/或設(shè) 在與流入渠21之間的閘接納流入水。
在沉沙池雨水泵井30設(shè)置雨水泵35，利用雨水泵35將流入沉沙池雨水泵 井30的流入水(雨水)排放到河川34等處。在污水泵井31設(shè)有污水泵36，利 用污水泵36將流入污水泵井31積存的流入水(污水)送到未示出的下水處理設(shè) 備加以水處理后，排放到河川等處。這時(shí)，超過下水處理設(shè)備的處理量的污水 原樣從污水泵井31溢出，因而將其送到雨水積水池32停留。在雨水積水池32 設(shè)有雨水積水池泵37，在流入渠21的流入水充分減少的階段利用所述雨水積 水池泵37將該停留在雨水積水池32的停留水送回污水泵井31。
艮P，將來自下水管道20的流入水通過設(shè)在其終端部的流入渠21和未示出 的沉沙池停留在沉沙池雨水泵井30、污水泵井31和雨水積水池32中的任一方 或?qū)υ?方分別停留后，排放到規(guī)定排水處。
在流入渠21分別設(shè)置水位計(jì)23和水質(zhì)計(jì)24。水位計(jì)23測量流入渠21中 積存的流入水的水位。水質(zhì)計(jì)24測量流入渠21中的流入水的流入水質(zhì)。
如圖1所示，在沉沙池雨水泵井30設(shè)有測量該沉沙池雨水泵井30的水位
用的水位計(jì)38?？蓪?shí)時(shí)利用設(shè)在流入渠21的水位計(jì)23和設(shè)在沉沙池雨水泵井 30的水位計(jì)38的測量值。
接著，用圖2的框圖說明雨水排水系統(tǒng)中的控制系統(tǒng)。
如圖2所示，雨水排水系統(tǒng)具有用多個地點(diǎn)的時(shí)間序列的現(xiàn)在降雨量預(yù)測 流入泵設(shè)施(泵場)等對象設(shè)施的流入水的流入量用的流入量預(yù)測機(jī)構(gòu)40、用所 述降雨量預(yù)測流入泵設(shè)施等對象設(shè)施(例如流入渠21)的流入水的水質(zhì)等用的 流入水質(zhì)預(yù)測機(jī)構(gòu)50、以及用流入量預(yù)測機(jī)構(gòu)40等預(yù)測的流入水的流入量調(diào) 整雨水泵35的開通水位和關(guān)斷水位中的至少一方的雨水泵控制機(jī)構(gòu)60。
首先，用圖3和圖4說明流入量預(yù)測機(jī)構(gòu)40的詳細(xì)組成。
如圖3所示，流入量預(yù)測機(jī)構(gòu)40具有對所述降雨量測量部10測量的多個 地點(diǎn)的降雨量時(shí)間序列數(shù)據(jù)矩陣進(jìn)行線性映射的線性映射部41、以及根據(jù)線性 映射部41得到的線性映射數(shù)據(jù)預(yù)測流入對象區(qū)域的雨水流入量的流入量預(yù)測 部42。線性映射部41連接建立用于該線性映射部41的線性映射的表現(xiàn)矩陣的 表現(xiàn)矩陣建立部43。流入量預(yù)測部42連接建立用于該流入量預(yù)測部42的雨水 流入量預(yù)測的流入量預(yù)測模型的模型鑒定部44。
線性映射部41根據(jù)降雨量測量部10測量的多個地點(diǎn)的降雨量數(shù)據(jù)，取得 表示各地點(diǎn)的時(shí)間序列降雨量的降雨量時(shí)間序列數(shù)據(jù)矩陣X，同時(shí)還對該降雨 量時(shí)間序列數(shù)據(jù)矩陣X進(jìn)行線性映射，將多變量數(shù)據(jù)變換成少變量數(shù)據(jù)，以取 得線性映射數(shù)據(jù)矩陣Y。
具體而言，線性映射部41進(jìn)行下面的式(1)的運(yùn)算。
Y = X P ……式(l)
其中，X是降雨量時(shí)間序列數(shù)據(jù)的k(離散時(shí)間點(diǎn))X n(降雨量檢測對象區(qū) 域編號)的矩陣，P是后面闡述的表現(xiàn)矩陣建立部43建立的nXm矩陣(m < n) 的表現(xiàn)矩陣。
降雨量時(shí)間序列數(shù)據(jù)矩陣X中，各時(shí)間點(diǎn)t的各區(qū)域降雨量對應(yīng)于行矢量 x t(t = 1、……、k)。這里，將最新降雨量數(shù)據(jù)規(guī)定為x ,，將q(l S q S k 一l)階段前的降雨量數(shù)據(jù)規(guī)定為x q+1。
通過在線性映射部41進(jìn)行上述式(l)的運(yùn)算取得作為kXra矩陣的線性映 射數(shù)據(jù)矩陣Y。
流入量預(yù)測部42將線性映射部41獲得的線性映射數(shù)據(jù)作為輸入，利用后 面闡述的模型鑒定部44建立的流入量預(yù)測模型預(yù)測雨水流入量。該流入量預(yù)
測部42的雨水流入量預(yù)測中，如圖3所示，也參考流入量時(shí)間序列數(shù)據(jù)。
這里，本發(fā)明用的流入量預(yù)測模型是由過去測量的降雨量數(shù)據(jù)與該降雨量 所對應(yīng)的流入量數(shù)據(jù)的關(guān)系決定的黒盒模型，流入量預(yù)測部利用根據(jù)過去降雨
量數(shù)據(jù)與流入量數(shù)據(jù)的關(guān)系預(yù)先產(chǎn)生的流入量預(yù)測模型，并參考線性映射部41
獲得的以往降雨量線性映射數(shù)據(jù)和以往流入量時(shí)間序列數(shù)據(jù)，預(yù)測將來雨水流
表現(xiàn)矩陣建立部43利用作為一種多變量分析法的主分量分析，根據(jù)過去 降雨量時(shí)間序列數(shù)據(jù)求出計(jì)算該主分量用的負(fù)載矩陣，并將求出的矩陣?yán)闷?特性轉(zhuǎn)用到線性映射部41的線性映射中用的表現(xiàn)矩陣P。具體而言，組合過去 降雨量時(shí)間序列數(shù)據(jù)的方差、協(xié)方差矩陣的固有矢量，從而建立nXm矩陣的 表現(xiàn)矩陣P。
用圖4詳細(xì)說明該表現(xiàn)矩陣建立部43的細(xì)節(jié)。
首先，由表現(xiàn)矩陣建立部43的步驟11根據(jù)降雨量測量對象時(shí)的n個地點(diǎn) 的過去降雨量時(shí)間序列數(shù)據(jù)算出方差、協(xié)方差矩陣。用k hXn矩陣X h表示過 去降雨量時(shí)間數(shù)據(jù)，則構(gòu)成表現(xiàn)矩陣P的單元形成將Xh的方差、協(xié)方差矩陣S h的n次固有矢量p j(j = 1、 、 n)中的p,、……、p m(m < n)作為列矢量
排列。其中，對固有矢量p」(J:l、……、n)使用對應(yīng)的固有值入j(j、1、……、 n)滿足人^人2 2入2…… 2 X 的關(guān)系的。
該步驟11中，如下面的式(2)所示，離散時(shí)間點(diǎn)i的第1主分量 第m 主分量表示為k hX m矩陣T的m次行矢量t i(i = 1、……、k)。
X h = T P' + E ……式(2)
其中，E為因在第m(m〈n)主分量進(jìn)行舍位而產(chǎn)生的誤差。"'"是表示置 換矩陣的標(biāo)號。
接著，如圖4所示，由步驟12計(jì)算累積貢獻(xiàn)率a。該累積貢獻(xiàn)率a是表 示主分量T具有多少源矩陣X h包含的信息的值。由下面的式(3)算出該累積貢 獻(xiàn)率a。
隱l]
...式(3)
接著，由步驟13選擇固有矢量，使累積貢獻(xiàn)率a大于預(yù)先設(shè)定的閾值。
最后，由步驟14排列選擇的固有矢量，從而獲得nXm矩陣的表現(xiàn)矩陣P。
這樣，表現(xiàn)矩陣建立部43就在進(jìn)行過去降雨量時(shí)間序列數(shù)據(jù)矩陣X h的主
分量分析的過程中得到由負(fù)載矩陣組成的表現(xiàn)矩陣P。
模型鑒定部44根據(jù)進(jìn)行線性映射并將多變量數(shù)據(jù)變換成少變量數(shù)據(jù)的過
去多個降雨量時(shí)間序列數(shù)據(jù)和過去多個流入量時(shí)間序列數(shù)據(jù)，建立流入量預(yù)測模型。
本發(fā)明用的流入量預(yù)測模型是黒盒模型，但在該模型鑒定部中，應(yīng)用系統(tǒng) 鑒別方法進(jìn)行以最小平方法等鑒別系數(shù)參數(shù)等，將進(jìn)行線性映射后的過去降雨 量時(shí)間序列數(shù)據(jù)與對象設(shè)施的雨水流入量時(shí)間序列數(shù)據(jù)的輸入輸出關(guān)系模型 化。作為模型化方法，可用例如基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的方法和采用后面闡述的 Hamraerstein模型等的方法。
接著，用圖5說明流入水質(zhì)預(yù)測機(jī)構(gòu)50的詳細(xì)組成。如圖5所示，流入 水質(zhì)預(yù)測機(jī)構(gòu)50具有數(shù)據(jù)收集裝置52、數(shù)據(jù)存儲裝置53、預(yù)測裝置54、運(yùn)算 裝置55、運(yùn)轉(zhuǎn)支援裝置56和控制裝置57。此外，還可設(shè)置天氣模型預(yù)測裝置 58。
數(shù)據(jù)收集裝置52周期性地分別收集取得上述降雨量測量部10測量的降雨 量(雷達(dá)雨量計(jì)數(shù)據(jù)52a和地面雨量計(jì)數(shù)據(jù)52b)、流入水量用的流入渠水位52c 和流入水質(zhì)52d以及有關(guān)上述各泵35、 36、 37的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)的泵信息52e和各 泵35、 36、 37的排放量52a。數(shù)據(jù)存儲裝置53分別存儲數(shù)據(jù)收集裝置52周期 性收集的各種數(shù)據(jù)。
預(yù)測裝置54用所述數(shù)據(jù)存儲裝置53存儲的各種數(shù)據(jù)，借助非線性 Hamraerstein模型預(yù)測流入水質(zhì)和流入水量。將非線性Hammerstein模型簡化 表示，則該模型由下面的模型式組成。即，由下面的式(4)求出流入水質(zhì)，由 式(5)求出流入水量。
預(yù)測流入水質(zhì)=現(xiàn)狀(t)流入水質(zhì)Xal十過去(t一l)流入水質(zhì)X ot2 +過
去(t一2)流入水質(zhì)Xa3十......
+過去"一1)降雨量乂(51 +過去(1: —2)降雨量乂(52 +…… 十(過去(t—1)降雨量)2Xyl+(過去(t-2)降雨量)2XY2十…… + (過去"一1)降雨量)、51+(過去(1:一2)降雨量)^52 +……
……式(4)
預(yù)測流入水量二現(xiàn)狀(t)流入水量Xotll十過去(t一l)流入水量X otl2 +過去(1:一2)流入水量乂0013+……
+過去(1:一1)降雨量乂(311 +過去(1:一2)降雨量乂(312+……
+ (過去^一1)降雨量)、711+(過去(1一2)降雨量)2乂丫12+……
十(過去(t—1)降雨量)3xSll+(過去(t —2)降雨量)^512+……
……式(5)
上述式(4)、 (5)中，t表示當(dāng)前時(shí)間點(diǎn)，t-l表示過去第l次，t-2表
示過去第2次，al、 ct2、 a3、 ......、 odl、 a12、 od3、......、卩l(xiāng)、 p2、......、
(311、卩12、 ......、 yl、 y2、 ......、 yll、 y12、 ......、 51、 52、 ......、 511、 S12、......
分別是系數(shù)，每一設(shè)備根據(jù)下水道20和流入渠21等的規(guī)模和特性等設(shè)定。
艮P，流入水質(zhì)和流入水量按與過去降雨量的規(guī)定非線性關(guān)系仿效，因而用 現(xiàn)在流入水質(zhì)、若干過去流入水質(zhì)、若干過去降雨量、若干過去降雨量的乘方 值，根據(jù)上述模型式(4)預(yù)測將來流入水質(zhì)。同樣，也用現(xiàn)在流入水量、若干 過去流入水量、若干過去降雨量、若干過去降雨量的乘方值，根據(jù)上述模型式 (5)求出將來流入水量。
運(yùn)算裝置55根據(jù)預(yù)測裝置54預(yù)測的流入水質(zhì)和流入水量算出所示各泵 35、 26、 37的運(yùn)轉(zhuǎn)量(運(yùn)轉(zhuǎn)臺數(shù)和旋轉(zhuǎn)速度)等。這里，在后面闡述的雨水泵控 制機(jī)構(gòu)60的說明中詳細(xì)闡述雨水泵35的運(yùn)轉(zhuǎn)量計(jì)算。運(yùn)轉(zhuǎn)支援裝置56根據(jù) 預(yù)測裝置54預(yù)測的流入水量和流入水質(zhì)產(chǎn)生有關(guān)沉沙池雨水泵井30、污水泵 井31、雨水積水池32的流入水的積存和排放的運(yùn)轉(zhuǎn)與關(guān)斷指令?？刂蒲b置57 根據(jù)所述運(yùn)轉(zhuǎn)指令產(chǎn)生對相應(yīng)設(shè)備的控制輸出。天氣模型預(yù)測裝置58預(yù)測普 通降雨模型和豪雨模型等天氣模型，可利用預(yù)測的天氣模型修改運(yùn)算裝置55 求出的值。
下面，用圖6說明雨水泵控制機(jī)構(gòu)60的詳細(xì)組成。
這里，雨水泵控制機(jī)構(gòu)60是指可編程邏輯控制器(PLC)、工作站、個人計(jì) 算機(jī)、微計(jì)算機(jī)等可編程裝置。雨水泵控制機(jī)構(gòu)有時(shí)是多部計(jì)算機(jī)組成的計(jì)算 機(jī)系統(tǒng)的一種功能。
如圖6所示，雨水泵控制機(jī)構(gòu)60具有運(yùn)轉(zhuǎn)數(shù)量計(jì)算裝置62、開通、關(guān)斷 水位修改裝置63和水位計(jì)選擇裝置64。
運(yùn)算數(shù)量計(jì)算裝置62將所述流入量預(yù)測機(jī)構(gòu)41預(yù)測的雨水流入量預(yù)測值 Q、泵井水位Hp、泵排放量Qp中的至少l個作為輸入，對雨水流入量預(yù)測值Q
計(jì)算需要的泵運(yùn)轉(zhuǎn)數(shù)量。
接著，開通、關(guān)斷水位修改裝置63利用下水管道的各上流水位H,、……、 H 。中的至少l個、預(yù)測的泵運(yùn)轉(zhuǎn)數(shù)量和現(xiàn)在泵井水位H p修改預(yù)先決定的泵開 通、關(guān)斷水位。
然后，水位計(jì)選擇裝置64根據(jù)雷達(dá)雨量計(jì)11等降雨量測量部10測量的 對象下水道區(qū)域的平面降雨分布選擇成為泵開通、關(guān)斷水位修改指標(biāo)的水位 計(jì)。
雨水泵控制機(jī)構(gòu)60還對雨水泵35發(fā)送以開通、關(guān)斷(通斷)信號為代表的 各種控制信號，以控制原動機(jī)和閥等的泵機(jī)械設(shè)備。
接著，說明上述那樣組成的本實(shí)施方式的作用。
首先，用圖3和圖4說明流入量預(yù)測機(jī)構(gòu)40的作用。
如圖1所示，首先在降雨量測量部10分別測量按觀測網(wǎng)格劃分的n個區(qū) 域的降雨量。
另一方面，如圖3所示，利用表現(xiàn)矩陣建立部43建立線性映射的表現(xiàn)矩 陣P。具體而言，如圖4所示，在該表現(xiàn)矩陣建立部43中，首先由步驟ll根 據(jù)降雨量測量對象區(qū)域的n個地點(diǎn)的過去降雨量時(shí)間序列數(shù)據(jù)計(jì)算方差、協(xié)方 差矩陣，同時(shí)還算出方差、協(xié)方差矩陣的固有矢量p j(j = 1、……、n)及其 對應(yīng)的固有值入j(j = 1、……、n)。
接著，由步驟12根據(jù)固有值人j利用上述式(3)算出累積貢獻(xiàn)率a后，由 步驟13選擇固有值人j，使累積貢獻(xiàn)率a大于預(yù)先設(shè)定的閾值。最后，由步驟 14排列選擇的固有值入j，從而建立nXm矩陣(m < n)的表現(xiàn)矩陣P。
接著，線性映射部41根據(jù)降雨量測量部10測量的現(xiàn)在多個地點(diǎn)的降雨量 數(shù)據(jù)取得表示各地點(diǎn)時(shí)間序列降雨量的降雨量時(shí)間序列數(shù)據(jù)矩陣X，同時(shí)還根 據(jù)上述式(l)對降雨量時(shí)間序列數(shù)據(jù)矩陣X進(jìn)行線性映射，將多變量數(shù)據(jù)變換 成少變量數(shù)據(jù)，從而取得線性映射數(shù)據(jù)矩陣Y。
這里，降雨量時(shí)間序列數(shù)據(jù)矩陣X是kXn矩陣(k:離散時(shí)間點(diǎn)，n:降雨 量測量對象區(qū)域編號)，表現(xiàn)矩部43建立的表現(xiàn)矩陣P是nXm矩陣(m 〈 n)， 因而所得的線性映射數(shù)據(jù)矩陣Y是k Xm矩陣。
這樣，就能利用線性映射部41使降雨量時(shí)間序列數(shù)據(jù)的數(shù)量從kXn個減 少至U kXm個。
模型鑒定部44根據(jù)進(jìn)行線性映射并將多變量數(shù)據(jù)變換成少變量數(shù)據(jù)后的
過去多個降雨量時(shí)間序列數(shù)據(jù)和過去多個流入量時(shí)間序列數(shù)據(jù)，建立流入量預(yù) 測模型。
然后，流入量預(yù)測部42將線性映射部41取得的線性映射數(shù)據(jù)作為輸入， 用模型鑒定部41建立的流入量預(yù)測模型預(yù)測雨水流入量。 接著，用圖5說明流入水質(zhì)預(yù)測機(jī)構(gòu)50的作用。
下水道設(shè)備中， 一般降雨初期的初涌成為問題。初涌發(fā)生在初期降雨時(shí)， 但不知道下水道管渠堆積的污泥在什么時(shí)刻流出并到達(dá)泵場。因此，流入水質(zhì) 預(yù)測機(jī)構(gòu)50中構(gòu)成通過在降雨時(shí)等預(yù)測含有堆積的污泥的流入水的流入水質(zhì) 和流入量，也能對初涌作適當(dāng)處理。例如，對初涌通過盡量在下水道管渠內(nèi)或 雨水積水池中積存含有污泥等的雨水，盡量抑制往河川排水，將水送到下水設(shè) 備，遵守排水規(guī)則，進(jìn)行環(huán)境負(fù)載小的處理。
這里，流入水質(zhì)預(yù)測機(jī)構(gòu)50中的下水流入水的水質(zhì)預(yù)測方法根據(jù)降雨量 求出流入水質(zhì)，將降雨量或降雨強(qiáng)度作為輸入，流入水質(zhì)(大腸菌、COD、 B0D、 磷、氮等)作為輸出，利用系統(tǒng)鑒別方法提供流入水質(zhì)預(yù)測值。即，根據(jù)上述 模型式(4)，用現(xiàn)狀流入水質(zhì)測量值和若干過去流入水質(zhì)測量值進(jìn)行遞歸運(yùn)算， 同時(shí)還用若干過去降雨實(shí)測值進(jìn)行重遞歸運(yùn)算，進(jìn)而添加若干過去流入水質(zhì)測 量值的乘方(例如2次方、3次方)值，從而預(yù)測對降雨形成非線性關(guān)系的流入 水質(zhì)。
這樣，由于能這樣預(yù)測流入渠21的流入水的水質(zhì)，可由運(yùn)轉(zhuǎn)支援裝置56 根據(jù)預(yù)測的流入水質(zhì)對流入水的積存和排放進(jìn)行適當(dāng)控制。預(yù)測裝置54中， 能根據(jù)上述模型式(5)預(yù)測流入渠21的流入水量，因而可通過用該預(yù)測流入水 量和預(yù)測流入水質(zhì)進(jìn)行更適當(dāng)?shù)倪\(yùn)轉(zhuǎn)控制。下面進(jìn)行詳細(xì)說明。
下水道設(shè)備中，在下水管道20的設(shè)置區(qū)域降雨時(shí)，如上文所述，雨水流 入下水管道內(nèi)20內(nèi)，從設(shè)在其終端部的流入渠21通過未示出的沉沙池積存在 沉沙池雨水泵井30、污水泵井31、雨水積水池32。沉沙池雨水泵井30有高于 污水泵井31的溢流堰，因而平時(shí)的流入水流入污水泵井31，由污水泵36排放 到下水處理設(shè)備，受下水處理設(shè)備處理后，排放到河川34等處。
降雨時(shí)，流入包括雨水的大量流入水，則流入渠21的水位升高，流入水 也流入沉沙池雨水泵30。積存在沉沙池雨水泵井30的雨水被雨水泵35排放到 河川34等處。然而，降雨時(shí)的初涌等造成的流入水使下水管道20內(nèi)堆積的堆 積污泥流出，所以該水流入沉沙池雨水泵井30并由雨水泵36排放到河川34
時(shí)，排出含有堆積污泥的水質(zhì)差的雨水，在環(huán)境方面不理想。因此，根據(jù)降雨 狀況預(yù)測含有初涌的流入水質(zhì)，并預(yù)測下水流入量，從而判斷積存或排放，進(jìn) 行安全且考慮環(huán)境的控制。
如上文所述，降雨時(shí)，在雷達(dá)雨量計(jì)11和多個地面雨量計(jì)12等的降雨量 測量部10測量降雨量，用數(shù)據(jù)收集裝置52收集它們的數(shù)據(jù)52a、 52b，存儲到 數(shù)據(jù)存儲部53。同樣，也從設(shè)在流入渠21的水位計(jì)23收集水位數(shù)據(jù)52c以獲 得流入渠水位，并從水質(zhì)計(jì)24收集流入水質(zhì)數(shù)據(jù)52d，將這些數(shù)據(jù)存儲到數(shù)據(jù) 存儲裝置53。按規(guī)定周期進(jìn)行這些數(shù)據(jù)收集裝置52的數(shù)據(jù)收集，將各周期收 集的數(shù)據(jù)分別存儲到數(shù)據(jù)存儲裝置53。
預(yù)測裝置54根據(jù)數(shù)據(jù)存儲裝置53記錄的降雨量和流入水質(zhì)的數(shù)據(jù)，利用 上述非線性Hammerstien模型式(4) 、 (5)對流入水質(zhì)和流入水量進(jìn)行預(yù)測運(yùn)算。 非線性Hammerstien模型是著眼于降雨量與流入水質(zhì)或流入水量的非線性關(guān)系 的模型，將降雨量增加時(shí)流入水質(zhì)和流入水量與降雨量的乘方(例如2次方、3 次方)成正比的結(jié)構(gòu)用于流入水質(zhì)和流入水量。
運(yùn)轉(zhuǎn)支援裝置56根據(jù)這樣預(yù)測的流入水質(zhì)的預(yù)測值，決定雨水積水池32 的積存、包括流入渠21的管渠的積存、雨水泵35的通斷和運(yùn)轉(zhuǎn)數(shù)量、污水泵 36的通斷和運(yùn)轉(zhuǎn)數(shù)量等。例如，預(yù)測的流入水的水質(zhì)比規(guī)定的閾值差時(shí)，在不 超過降雨量上限閾值的范圍內(nèi)，發(fā)出運(yùn)轉(zhuǎn)指令，使設(shè)在沉沙池雨水泵井30的 雨水泵35不進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)，設(shè)在污水泵井31的污水泵36進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)。在預(yù)測為流 入水質(zhì)變差時(shí)，也可使其作為提早下水處理設(shè)備(高級處理、標(biāo)準(zhǔn)活性污泥法、 氧化槽法等)的運(yùn)轉(zhuǎn)等的前饋進(jìn)行運(yùn)作。
接著，用圖6至圖11說明雨水泵控制機(jī)構(gòu)60。
具體而言，雨水泵控制機(jī)構(gòu)60的執(zhí)行步驟包含圖7所示的流程圖記述的 運(yùn)作內(nèi)容。
首先，在步驟21由所述流入量預(yù)測機(jī)構(gòu)40進(jìn)行流入量預(yù)測后，在步驟22 根據(jù)其結(jié)果算出雨水泵35的運(yùn)轉(zhuǎn)數(shù)量。關(guān)于用于該步驟的運(yùn)轉(zhuǎn)數(shù)量計(jì)算裝置 62，日本國專利申請2000 — 328642號公報(bào)等中有詳細(xì)內(nèi)容，但闡述其梗概如 下。
運(yùn)轉(zhuǎn)數(shù)量計(jì)算裝置62將流入量預(yù)測機(jī)構(gòu)40預(yù)測的泵設(shè)施雨水流入量和沉 沙池雨水泵30的水位測量值等作為輸入?yún)?shù)，預(yù)測并計(jì)算幾分鐘處(例如5分 鐘處)至幾十分鐘處(例如30分鐘處)的適當(dāng)泵運(yùn)轉(zhuǎn)數(shù)量。然后，運(yùn)轉(zhuǎn)數(shù)量計(jì)算
裝置62根據(jù)式(6)，用流入量預(yù)測機(jī)構(gòu)40輸出的規(guī)定時(shí)間點(diǎn)t +1處的流入量 預(yù)測值Q r，(t + l)計(jì)算泵的運(yùn)轉(zhuǎn)數(shù)量。
N，(t + l)二 Q r,(t + 1)/ R ......(6)
其中，N(t)是泵的運(yùn)轉(zhuǎn)數(shù)量(臺)，R是泵的額定值(m 3 / s)， Q r'(t + 1) 是規(guī)定時(shí)間點(diǎn)t +1處所流入量預(yù)測值。
接著，說明步驟23的開通水位與關(guān)斷水位的修改。開通水位與關(guān)斷水位 修改裝置63在需要對排放預(yù)測流入量的水所需的運(yùn)轉(zhuǎn)數(shù)量追加泵運(yùn)轉(zhuǎn)數(shù)量時(shí)， 修改運(yùn)轉(zhuǎn)預(yù)定泵的預(yù)定開通水位，以提早或延遲泵的開通、關(guān)斷。
如圖8的例子所示，對根據(jù)運(yùn)轉(zhuǎn)數(shù)量判斷為需要開通的泵將該泵的預(yù)定開 通水位H 。n、關(guān)斷水位H 。ff分別修改為H 。n - AH、 H 。
- AH。
作為AH具體的值，例如專利文獻(xiàn)5(日本國專利公開2000 — 328642號公報(bào)) 所記述那樣，已有的方法是以當(dāng)前時(shí)間點(diǎn)的泵井水位Hp與預(yù)定的泵開通水位H M之差作為AH，即AH = H 。n - H p。
， A, '…'J. ■.式(7)
有的方法如上面的式(7)那樣，將其定義為以泵井水位、上流下水管道水 位和它們的時(shí)間變化率作為變量的映射f。
有的方法如圖9那樣，在決定多臺泵的通斷水位時(shí)將通斷水位移位。
與專利文獻(xiàn)5記述的泵開通、關(guān)斷水位修改裝置不同，本實(shí)施方式的特征 在于，泵通斷水位修改使用下水管道上流的水位。
返回圖7，在其步驟24判斷表示下水管道上流水位升高的指標(biāo)是否超過閾 值，并且步驟25僅在超過閾值時(shí)降低該泵的通斷水位。
步驟26中，判斷表示下水管道上流水位升高的指標(biāo)是否低于閾值，并且 步驟25僅在低于閾值時(shí)升高該泵的通斷水位。如果下水管道上流水位升高指 標(biāo)在上下限以內(nèi)，步驟27就根據(jù)預(yù)先設(shè)定的水位進(jìn)行泵的通斷。然后，步驟 28中，在泵井水位Hp達(dá)到設(shè)定的水位的時(shí)間點(diǎn)，從泵控制裝置輸出雨水排水 泵通斷信號。
圖10示出有關(guān)作為表示水位升高的指標(biāo)的水位測量值和水位升高速度的 表?？蛇@樣預(yù)先決定水位測量值和水位升高速度的關(guān)系，用于判斷水位和水位
升高速度是否超過閾值。
圖11是下水管道上流的水位時(shí)間序列數(shù)據(jù)和泵場周邊的下流水位數(shù)據(jù)序 列數(shù)據(jù)的模式圖。這里，可將上流與下流的水位升高時(shí)間差當(dāng)作在下水管道往 下流的雨水的傳送時(shí)間。即，在從觀測下水管道上流水位升高的時(shí)刻提前傳送 時(shí)間的時(shí)刻，下流水位應(yīng)確實(shí)升高。
綜上所述，利用本實(shí)施方式的雨水排水支援方法，能進(jìn)行以下事項(xiàng)。首先，
通過用上述流入量預(yù)測機(jī)構(gòu)40，在線性映射部41對作為kXn矩陣的降雨量時(shí) 間序列數(shù)據(jù)矩陣X進(jìn)行線性映射，將其變換成作為kXm(ra < n)矩陣的線性映 射數(shù)據(jù)矩陣Y,因而能減少流入量預(yù)測部42的流入量預(yù)測模型的輸入變量個數(shù)， 可使該流入量預(yù)測部42的流入量預(yù)測容易。
線性映射部41用過去降雨時(shí)間序列數(shù)據(jù)矩陣X h的方差協(xié)方差矩陣S h的 固有矢量單元組成的表現(xiàn)矩陣P并進(jìn)行線性映射，取得線性映射數(shù)據(jù)矩陣Y， 因而能使線性映射取得的線性映射數(shù)據(jù)矩陣Y的單元為相互不相關(guān)的獨(dú)立時(shí)間 序列數(shù)據(jù)。
又，通過使構(gòu)成表現(xiàn)矩陣的單元的固有矢量中，根據(jù)該固有矢量算出的累 積貢獻(xiàn)率a大于設(shè)定的閾值，能以盡量不損失線性映射前的降雨量時(shí)間序列數(shù)
據(jù)矩陣X具有的信息的方式取得線性映射數(shù)據(jù)矩陣Y。
線性映射部41用對過去降雨量時(shí)間序列數(shù)據(jù)矩陣X h的主分量進(jìn)行分析 的過程中得到的負(fù)載矩陣組成的表現(xiàn)矩陣P進(jìn)行線性映射，取得線性映射數(shù)據(jù) 矩陣Y，因而能以盡量不損失線性映射前的降雨量時(shí)間序列數(shù)據(jù)矩陣X具有的
信息的方式取得線性映射數(shù)據(jù)矩陣Y，同時(shí)還能使得到的線性映射數(shù)據(jù)矩陣Y 的單元為相互不相關(guān)的線性獨(dú)立時(shí)間序列數(shù)據(jù)。
模型鑒定部44根據(jù)進(jìn)行線性映射并從多變量數(shù)據(jù)變換成少變量數(shù)據(jù)的過 去降雨量時(shí)間序列數(shù)據(jù)、以及過去流入量時(shí)間序列數(shù)據(jù)，建立流入量預(yù)測模型， 因而輸入到模型鑒定部44的過去降雨量時(shí)間序列數(shù)據(jù)的數(shù)量少，能方便地進(jìn) 行流入量預(yù)測模型的建立，又由于根據(jù)相互不相關(guān)的線性獨(dú)立的過去降雨量時(shí) 間序列數(shù)據(jù)建立流入量預(yù)測模型，能取得精度高的流入量預(yù)測模型。
根據(jù)本實(shí)施方式的雨水排水支援系統(tǒng)和雨水排水支援方法，通過用流入水 質(zhì)預(yù)測機(jī)構(gòu)50，根據(jù)雷達(dá)雨量計(jì)11和地面雨量計(jì)12的任一方或雙方的降雨量 預(yù)測流入水質(zhì)和流入水量，因而能預(yù)測初涌的產(chǎn)生。即，運(yùn)轉(zhuǎn)支援裝置56能 根據(jù)預(yù)測的流入水量判別初涌，并發(fā)出運(yùn)轉(zhuǎn)指令，使雨水積水池32積存該初
涌的水，并且在降雨量變成規(guī)定值以下時(shí)，利用雨水積水池32的泵37使積存 的水返回污水泵井31。例如，產(chǎn)生初涌時(shí)，打開流入渠21至雨水積水池32的 閘(未示出)，使初涌的水開頭先積存在雨水積水池32。在流入水量充分降低的 時(shí)間點(diǎn)，例如在雷達(dá)雨量計(jì)11或地面雨量計(jì)12的雨量測量不能測到的時(shí)間點(diǎn)， 可使用雨水積水池泵37將停留的初涌水從雨水積水池32送回污水泵井31。用 污水泵36從污水泵井31送到未示出的下水處理設(shè)備，進(jìn)行下水處理(高級處 理、標(biāo)準(zhǔn)活性污泥法、氧化槽法)后排放到河川34，能進(jìn)行對環(huán)境不良影響小 的運(yùn)轉(zhuǎn)。
根據(jù)本實(shí)施方式的雨水排水控制系統(tǒng)和雨水排水控制方法，通過使用雨水 泵控制機(jī)構(gòu)60，將雨水往下流到泵場需要幾分鐘的時(shí)間的地點(diǎn)的下水管道水位 作為指標(biāo)，修改泵的通斷水位，例如使泵早開通，從而能在實(shí)際產(chǎn)生急劇流入 沉沙池雨水泵井的時(shí)間點(diǎn)抑制沉沙池雨水泵井水位升高。或反之，使雨水泵延 遲開通，從而能減少雨水泵排水量，使受水區(qū)域的水質(zhì)污染減小。
而且，除流入量預(yù)測值等有可能產(chǎn)生大誤差的指標(biāo)外，還將實(shí)際測量的下 水管道上流和沉沙池雨水泵井的水位取為雨水泵通斷的指標(biāo)，因而減小雨水泵 運(yùn)轉(zhuǎn)指令差錯的危險(xiǎn)性。
本發(fā)明的雨水排水系統(tǒng)不限于上述方式，能添加各種變換。
下面利用圖12說明本發(fā)明雨水排水系統(tǒng)的變換例。圖12中，對與圖l至 圖ll所示的實(shí)施方式相同的部分標(biāo)注相同的標(biāo)號，省略詳細(xì)說明。
如圖12所示，本變換例的雨水排水系統(tǒng)，其不同點(diǎn)僅為流入量預(yù)測機(jī)構(gòu) 40p中，在降雨量測量部10與線性映射部41之間設(shè)置降雨量預(yù)測部15，其它 方面實(shí)質(zhì)上與圖1至圖11所示的實(shí)施方式相同。
下面，用圖12說明該流入量檢測結(jié)果40p。
如圖12所示，降雨量預(yù)測部15連接降雨量測量部10，發(fā)送降雨量測量部 10測量的n個區(qū)域的時(shí)間序列降雨量數(shù)據(jù)。
而且，降雨量預(yù)測部15根據(jù)該測量的降雨量時(shí)間序列數(shù)據(jù)，預(yù)測將來各 區(qū)域的時(shí)間序列降雨量。
接著，將降雨量預(yù)測部15預(yù)測的將來的多個地點(diǎn)的降雨量數(shù)據(jù)送到連接 該降雨量預(yù)測部15的線性映射部41。然后，該線性映射部41中，對將來的預(yù) 測降雨量時(shí)間序列數(shù)據(jù)的矩陣Z進(jìn)行線性映射，將多變量數(shù)據(jù)變換成少變量數(shù) 據(jù)，并取得線性映射數(shù)據(jù)矩陣Y。
綜上所述，根據(jù)本變換例流入量預(yù)測機(jī)構(gòu)40p，在線性映射部41對作為k Xn矩陣的將來預(yù)測降雨量時(shí)間序列數(shù)據(jù)矩陣Z進(jìn)行線性映射，變換成作為k Xra(ra < n)的線性映射數(shù)據(jù)矩陣Y，因而能減少流入量預(yù)測部42的流入量預(yù)測 模型的輸入變量個數(shù)，可使該流入量預(yù)測部42的流入量預(yù)測容易。
接著，用圖13說明本發(fā)明的另一變換例。
如圖13所示，本變換例雨水排水系統(tǒng)僅在流入水質(zhì)預(yù)測機(jī)構(gòu)50p中，數(shù) 據(jù)收集裝置52p的組成與圖5所示的數(shù)據(jù)收集裝置52不同，其它方面實(shí)質(zhì)上 與圖1至圖11所示的實(shí)施方式相同。
下面，用圖13說明該流入水質(zhì)預(yù)測機(jī)構(gòu)50p。
本變換例的雨水排水系統(tǒng)，對圖5所示的實(shí)施方式使用設(shè)在下水道上20 內(nèi)水質(zhì)計(jì)25、流量計(jì)26、水位計(jì)27，由數(shù)據(jù)收集裝置52p按規(guī)定周期收集它 們的測量數(shù)據(jù)25a、 26a、 27a，將該收集的數(shù)據(jù)存儲到數(shù)據(jù)存儲裝置53。數(shù)據(jù) 收集裝置52p和數(shù)據(jù)存儲裝置53還從未示出的氣象信息系統(tǒng)取得氣象信息加 以存儲。
預(yù)測裝置54除預(yù)測上述流入渠21的流入水質(zhì)和流入量外，還分別預(yù)測下 水管道20內(nèi)的水質(zhì)、下水管道20內(nèi)的流量、以及從下水管道20內(nèi)流入到流 入渠21的砂土或堆積物數(shù)量。
艮P，預(yù)測裝置54根據(jù)上述模型式(4)，用現(xiàn)在下水管道20內(nèi)的水質(zhì)、若 干過去下水管道20內(nèi)的水質(zhì)、若干過去降雨量、若干過去降雨量的乘方值預(yù) 測流入到流入渠21前在下水管道20內(nèi)的水質(zhì)計(jì)25的設(shè)置點(diǎn)上的水質(zhì)。
預(yù)測裝置54根據(jù)上述模型式(5)，用現(xiàn)在下水管道20內(nèi)的流量、若干過 去下水管道20內(nèi)的流量、若干過去降雨量、若干過去降雨量的乘方值預(yù)測流 入到流入渠21前在下水管道20內(nèi)的流量計(jì)26的設(shè)置點(diǎn)上的流量。
進(jìn)而，預(yù)測裝置54從數(shù)據(jù)存儲裝置53取得晴天下在水管道20內(nèi)的水位、 求出下水管道20內(nèi)的砂土或堆積物高度，并根據(jù)雨天在下水管道20內(nèi)的流量 和水質(zhì)預(yù)測流入到流入渠21的初涌水的流量和水質(zhì)。
本實(shí)施方式中，使用設(shè)在下水管道20內(nèi)的水質(zhì)計(jì)25、流量計(jì)26、水位計(jì) 27，按規(guī)定周期收集它們的測量數(shù)據(jù)25a、 26a、 27a并加以存儲，因而從雷達(dá) 雨量計(jì)11和地面雨量計(jì)12中的任一方或雙方取得降雨量，能預(yù)測下水管道20 內(nèi)的所述測量裝置的設(shè)置位置上的流量和水質(zhì)。即，能預(yù)測流入到流入渠21 前的流入量和水質(zhì)。因此，能更可靠且準(zhǔn)確地對雨水積水池32的積存、雨水
泵35的通斷、污水泵36的通斷進(jìn)行支援與控制。
又，根據(jù)雷達(dá)雨量計(jì)數(shù)據(jù)52a、地面雨量計(jì)數(shù)據(jù)52b或氣象信息系統(tǒng)的天 氣預(yù)報(bào)等運(yùn)算連續(xù)天晴的天數(shù)，測量連續(xù)天晴的日子的下水管道20內(nèi)的水位 27a，預(yù)測下水管道20內(nèi)囤積的砂土和堆積物的高度。然后，根據(jù)雨天的下水 管道20內(nèi)的水質(zhì)25a和流量26a預(yù)測流入到流入渠21的流入水量和流入水質(zhì)。 晴天連續(xù)時(shí)，通常存在下水管道20內(nèi)附著堆積物并進(jìn)行堆積的趨勢，雨天則 該堆積物流入到流入渠21內(nèi)，因而如果上文所述那樣預(yù)先求出堆積量，就能 準(zhǔn)確預(yù)測初涌水的流入水量和流入水質(zhì)。
還可根據(jù)流入水質(zhì)算出BOD - SS負(fù)載(處理場所每一生物重量的有機(jī)污濁 物質(zhì)BOD的流入負(fù)載量)。
權(quán)利要求
1、一種雨水排水支援方法，用于預(yù)測從下水管道流入泵場和下水處理廠的水的水質(zhì)，其特征在于，包含以下步驟按預(yù)定頻度測量下水管道所在地點(diǎn)的降雨量的步驟、測量流入泵場或下水處理廠的流入水的水質(zhì)的步驟、以及根據(jù)現(xiàn)在水質(zhì)、若干過去水質(zhì)、若干過去降雨量和若干過去降雨量的乘方值，通過使用非線性Hammerstein模型的系統(tǒng)鑒別方法，預(yù)測將來的水質(zhì)的步驟。
2、 一種雨水排水支援系統(tǒng)，用于泵場或下水處理廠，其特征在于，包含 測量下水管道所在地點(diǎn)的降雨量的降雨量測量裝置、 測量流入泵場或下水處理廠的流入水的水質(zhì)的第1水質(zhì)測量裝置、 取得并存儲該降雨量測量裝置和第1水質(zhì)測量裝置周期性測量的降雨量和水質(zhì)的數(shù)據(jù)獲取與存儲裝置、根據(jù)該數(shù)據(jù)獲取與存儲裝置提供的現(xiàn)在水質(zhì)、若干過去水質(zhì)、若干過去降 雨量和若干過去降雨量的乘方值，通過使用非線性Hammerstein模型的系統(tǒng)鑒 別方法，預(yù)測將來的流入水的水質(zhì)的預(yù)測裝置、以及用該預(yù)測裝置預(yù)測的將來水質(zhì)產(chǎn)生有關(guān)流入污水泵井、雨水泵井或雨水積 水池的流入水的積存和排放的運(yùn)轉(zhuǎn)指令的運(yùn)轉(zhuǎn)支援裝置。
3、 如權(quán)利要求2中所述的雨水排水支援系統(tǒng)，其特征在于， 該預(yù)測裝置不僅預(yù)測將來的水質(zhì)，而且通過使用非線性Hamraerstein模型的系統(tǒng)鑒別方法，根據(jù)數(shù)據(jù)獲取與存儲裝置提供的現(xiàn)在水質(zhì)、若干過去水質(zhì)、 若干過去降雨量和若干過去降雨量的乘方值預(yù)測將來的流入水的流入量；該運(yùn)轉(zhuǎn)支援裝置不僅用該預(yù)測裝置預(yù)測的將來水質(zhì)而且用其預(yù)測的流入 水的流入量，產(chǎn)生有關(guān)流入污水泵井、雨水泵井或雨水積水池的流入水的積存 和排放的運(yùn)轉(zhuǎn)指令。
4、 如權(quán)利要求2中所述的雨水排水支援系統(tǒng)，其特征在于， 在下水管道內(nèi)設(shè)置第2水質(zhì)測量裝置，該數(shù)據(jù)獲取與存儲裝置還周期性獲取并存儲該第2水質(zhì)測量裝置測量的下水管道內(nèi)的水質(zhì)；該預(yù)測裝置通過使用非線性Hammerstein模型的系統(tǒng)鑒別方法根據(jù)現(xiàn)在水 質(zhì)、若干過去水質(zhì)、若干過去降雨量和若干過去降雨量的乘方值，預(yù)測流入泵 場或下水處理廠前的將來下水管道內(nèi)的水質(zhì)；該運(yùn)轉(zhuǎn)支援裝置還用流入泵場或下水處理廠前的將來下水管道內(nèi)的水質(zhì)， 產(chǎn)生有關(guān)流入污水泵井、雨水泵井或雨水積水池的流入水的積存和排放的運(yùn)轉(zhuǎn) 指令。
5、 如權(quán)利要求2中所述的雨水排水支援系統(tǒng)，其特征在于， 在下水管道內(nèi)設(shè)置水量測量裝置，該數(shù)據(jù)獲取與存儲裝置還周期性獲取并存儲該水量測量裝置測量的下水管道內(nèi)的水流量；該預(yù)測裝置通過使用非線性Hamraerstein模型的系統(tǒng)鑒別方法，根據(jù)現(xiàn)在 下水管道內(nèi)的水流量、若干過去下水管道內(nèi)的水流量、若干過去降雨量和若干 過去降雨量的乘方值，預(yù)測流入泵場或下水處理廠前的將來下水管道內(nèi)的水流該運(yùn)轉(zhuǎn)支援裝置還用流入泵場或下水處理廠前的下水管道內(nèi)的將來水流 量，產(chǎn)生有關(guān)流入污水泵井、雨水泵井或雨水積水池的流入水的積存和排放的 運(yùn)轉(zhuǎn)指令。
6、 如權(quán)利要求5中所述的雨水排水支援系統(tǒng)，其特征在于， 在下水管道內(nèi)設(shè)置水位測量裝置，數(shù)據(jù)獲取與存儲裝置還周期性獲取并存儲該水位測量裝置測量的下水管道內(nèi)的水位；預(yù)測裝置從數(shù)據(jù)獲取與存儲裝置得到晴天在下水管道內(nèi)的水位，以計(jì)算下 水管道內(nèi)砂土或堆積物的高度，并根據(jù)雨天在下水管道內(nèi)的流量和水質(zhì)以及所 述計(jì)算的下水管道內(nèi)砂土或堆積物高度，預(yù)測流入泵場或下水處理廠的將來流量和水質(zhì)。
7、 如權(quán)利要求2中所述的雨水排水支援系統(tǒng)，其特征在于， 運(yùn)轉(zhuǎn)支援裝置在流入水的水質(zhì)的預(yù)測值比預(yù)定的閾值小時(shí)，產(chǎn)生運(yùn)轉(zhuǎn)指令，使設(shè)在污水泵井的污水泵工作，而設(shè)在雨水泵井的雨水泵關(guān)斷，除非降雨 量大于上限閾值。
8、 如權(quán)利要求3中所述的雨水排水支援系統(tǒng)，其特征在于， 運(yùn)轉(zhuǎn)支援裝置根據(jù)預(yù)測的流入水的流入量判別初涌，并產(chǎn)生運(yùn)轉(zhuǎn)指令，使該初涌的水積存在雨水積水池，并且降雨量小于預(yù)定值時(shí)，設(shè)在雨水積水池的 泵使所述積存的水返回污水泵井。
全文摘要
本發(fā)明揭示能使對流入量預(yù)測部的流入量預(yù)測模型的輸入變量個數(shù)減少從而能方便地預(yù)測該流入量預(yù)測部的流入量、以及能方便且準(zhǔn)確地預(yù)測降雨帶來的流入水的水質(zhì)的雨水排水支援系統(tǒng)和支援方法，能使排水系統(tǒng)穩(wěn)定工作的雨水排水控制系統(tǒng)和控制方法。雨水排水支援系統(tǒng)包含測量多個地點(diǎn)的降雨量的降雨量測量部(10)和對測量的降雨量時(shí)間序列數(shù)據(jù)矩陣進(jìn)行線性映射的線性映射部(41)，流入量預(yù)測部(42)預(yù)測流入對象設(shè)施的雨水流入量。另一支援系統(tǒng)裝置使用非線性Hammerstein模型的系統(tǒng)鑒別方法，預(yù)測流入水質(zhì)。雨水排水控制系統(tǒng)具有檢測出水對泵場流入的規(guī)定上流地點(diǎn)的水位的檢測裝置、以及根據(jù)水流狀況修改預(yù)先設(shè)定的雨水泵開通水位和關(guān)斷水位中的至少一方的修改裝置。
文檔編號F04B47/02GK101387128SQ20081017504
公開日2009年3月18日 申請日期2005年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月14日
發(fā)明者君島和彥, 堤正彥, 小林義孝, 小野洋一, 山本勝也, 松井公一, 梅田賢治, 片山恭介, 長巖明弘 申請人:株式會社東芝