JP2010203964A - 下水道施設の監視制御システム - Google Patents

Abstract

【課題】下水管の中の水位等を多点計測し、計測データを無線により安定して伝送して監視でき、これらの計測データを活用してポンプ等排水設備の自動制御や運転支援を行うことを課題とする。
【解決手段】下水管の中等のセンサノード３と計算機システム５を備え、センサノードは下水管内の水位等を計測してデータを無線により伝送するもので、伝送制御部１０を有し、計算機システムは受信したデータのエラー処理やデータを表示用に加工するデータ処理機能部１５、各種データを保存するデータベース，収集した計測データを基に下水管内の状態を表示する機能部２１、センサノードの無線伝送を制御する伝送制御機能部２０を有し、センサノードは下水管の中と地上の両方をその無線伝送路として利用可能なように設置され、伝送制御部で計測した下水管内の水位等の計測値に応じて、センサノードの無線局におけるデータの送信頻度等を変更することを特徴とするシステム。
【選択図】 図１

Description

本発明は、下水処理場やポンプ場など下水道施設の監視制御システムに係わる。

都市下水道には、降雨時に下水管や排水溝を流下してくる雨水を河川等に排水することを目的として、各所にポンプ場などの排水施設が設置されている。従来、これら排水施設の安全かつ効率的な運用のために、下水管の中の水位あるいは流量を計測し、計測データを伝送し、監視するシステム、およびこれらの計測データを活用してポンプなど排水設備の自動制御や運転支援を行うシステムが知られている。

ところで、下水管は地中深くに埋設され、長大な延長距離を擁しているため、監視範囲は広く、このような計測やデータ伝送は容易ではない。この問題の解決のため、近年の下水管網の多点水位計測では、下水管内に張り巡らされた光ファイバを利用した水位計測およびデータ伝送方式が大都市の一部で実用化されている（例えば、特許文献１，２参照）。また、計測データの伝送に関しては、ケーブルを用いず、携帯電話回線網や特定小力無線を用いて中央監視局に伝送する技術も知られている（例えば、特許文献３，４参照）。

一方、排水施設のポンプ井水位を基にポンプを自動制御するシステムは、旧来より実用化されている。しかし、近年は降雨量や予測降雨量から排水施設への流入量を前もって予測し、予測流入量が多い場合は、ポンプを早期に運転して、浸水をより確実に防止する方法も試みられている（例えば、特許文献５）。流入量を予測する方法としては、公知の自己回帰モデル（例えば、特許文献６）やニューラルネットワーク（例えば、特許文献７）を用いる方法、あるいは水理・水文モデルを用いる方法がある（例えば、特許文献８）。

特開２００３−１３２７７２号公報 特開平７−６２７１９号公報 特開２００３−６７８０号公報 特開２００７−２１８７４０号公報 特開２００６−２４６２号公報 特開２００１−３２３５３号公報 特開平５−１３４７１５号公報 特開平６−３２２８０８号公報

上述した光ファイバを利用した水位計測およびデータ伝送方式においては、地中深くに埋設された下水管に沿って光ファイバの敷設を行わなければならない。そのため、工事の手間と設置コストが大きいという問題があった。また、下水管の中は特に大雨時などには流下物が多く、光ファイバの破損がしばしば生じることが知られている。その際の伝送障害の回避とその復旧が課題となっていた。

また、計測データの伝送に無線を用いることで、上述の問題や課題が緩和される。しかし、特に携帯電話回線網を用いる場合は、通信コストを考慮すると、伝送データ量や伝送間隔に制約がある。さらに、無線局を下水管の外に引き出す必要があり、電波送受信状態も基地局設置状況に依存することから、設置場所に制約が生じる可能性があった。さらには、電源の確保も課題である。長距離の無線伝送を行う場合は消費電力が大きくなり、外部電源を必要としたり、電池を用いる場合は伝送距離や伝送頻度に制約が大きい。加えて、センサ設置箇所が増えれば、その分施工や情報処理システム構築の手間も大きくなる。
以上の課題により、安定して計測することが可能な下水管内の計測箇所は必ずしも多くできないという問題があった。

また、降雨量や予測降雨量から流入量を予測することに関しては、確かに予測流入量が得られればポンプの自動制御や運転支援に有用な場合もある。しかし、複雑な雨水流出プロセスをモデル化することは容易ではなく、必ずしも精度の高い予測モデルを構築できるとは限らないという問題があった。

本発明はこうした事情を考慮してなされたもので、上記課題を解決した上で、下水管の中において水位や流量などを多点計測し、計測データを無線により安定して伝送して監視でき、かつこれらの計測データを活用してポンプなど排水設備の自動制御や運転支援を行う下水道施設の監視制御システムを提供することを目的とする。

本発明に係る下水道施設の監視制御システムは、下水処理場やポンプ場など下水道施設の監視制御システムであって、下水管の中あるいはマンホールに設置された複数のセンサノードと、下水道施設に置かれた計算機システムを備え、前記センサノードは、下水管内の水位，流量，温度，傾斜，水質のうち少なくとも１つを計測して計測データを無線により伝送するものであり、センサと無線局と、無線局を制御する伝送制御部を有し、計算機システムは、受信した計測データのエラー処理や計測データを表示用に加工するデータ処理機能部、各種データを保存するデータベース，収集した計測データを基に下水管内の状態を表示する表示機能部、センサノードの無線伝送を制御する伝送制御機能部を有し、前記複数のセンサノードは下水管の中と地上の両方をその無線伝送路として利用可能なように設置され、前記伝送制御部において、センサにより計測した下水管内の水位，流量，温度，傾斜，水質の少なくとも一つの計測値に応じて、センサノードの無線局における計測データの送信頻度，計測データの送信電力，計測データ搬送波の周波数の少なくとも１つを変更することを特徴とする。

また、本発明に係る下水道施設の監視制御システムは、下水処理場やポンプ場など下水道施設の監視制御システムであって、下水管の中あるいはマンホールに設置された複数のセンサノードと、下水管の中あるいはマンホールに設置された複数または一つの中継ノードと、下水道施設に置かれた計算機システムを備え、前記センサノードは、下水管内の水位，流量，温度，傾斜，水質のうち少なくとも１つを計測して計測データを無線により伝送するものであり、センサと無線局と、無線局を制御する伝送制御部を有し、中継ノードは、センサノードからの送信データを中継するものであり、無線局と無線局を制御する伝送制御部を有し、計算機システムは、受信した計測データのエラー処理や計測データを表示用に加工するデータ処理機能部、各種データを保存するデータベース，収集した計測データを基に下水管内の状態を表示する表示機能部、センサノードおよび中継ノードの無線伝送を制御する伝送制御機能部を有し、前記複数のセンサノード又は中継ノードは下水管の中と地上の両方をその無線伝送路として利用可能なように設置され、前記伝送制御部において、センサにより計測した下水管内の水位，流量，温度，傾斜，水質の少なくとも一つの計測値に応じて、センサノード及び中継ノードの無線局における計測データの送信頻度，計測データの送信電力，計測データ搬送波の周波数の少なくとも１つを変更することを特徴とする。

本発明によれば、下水管の中において水位や流量などを多点計測し、計測データを無線により安定して伝送して監視でき、かつこれらの計測データを活用してポンプなど排水設備の自動制御や運転支援を行う下水道施設の監視制御システムを提供できる。

本発明の第１の実施形態に係る下水道施設の監視制御システムの一部の構成を示すブロック図である。 本発明の第１の実施形態に係る下水道施設の監視制御システムの他の一部の構成を示すブロック図である。 晴天時または小雨時の無線伝送路の状態を示す模式図である。 大雨時の無線伝送路の状態を示す模式図である。 正常な伝送状態を示す表である。 大雨時に伝送障害が起こった場合の伝送状態を示す表である。 発電機や先行待機型ポンプの制御方法を示すフローチャートである。 発電機や先行待機型ポンプの制御方法の作用を示す図である。 下水管の貯留水量計算方法を示す図である。 センサの設置状況を模式的に示す図である。 本発明の第２の実施形態に係る下水道施設の監視制御システムの構成を示すブロック図である。 ｐＨ計測の作用を示す図である。 本発明の第３の実施形態に係る下水道施設の監視制御システム構成を示すブロック図である。 本発明の第４の実施形態に係る下水道施設の監視制御システムの構成を示すブロック図である。 浸水ハザードマップを模式的に示す図である。

以下、本発明の下水道施設の監視制御システムについて更に詳しく説明する。
（１）本発明に係る下水道施設の監視制御システムは、上述したように、複数のセンサノードと計算機システムを備え、前記センサノードはセンサと無線局と、無線局を制御する伝送制御部を有し、計算機システムはデータ処理機能部、表示機能部、及び伝送制御機能部を有している。
本発明において、上記センサノードは中継ノードを兼ねているが、これ以外にセンサノードと中継ノードを個別に配置してもよい。ここで、中継ノードは、センサノードからの送信データを中継するものであり、無線局と無線局を制御する伝送制御部を有していることが好ましい。この場合、伝送制御部において、センサにより計測した下水管内の水位，流量，温度，傾斜，水質の少なくとも一つの計測値に応じて、センサノード及び中継ノードの無線局における計測データの送信頻度，計測データの送信電力，計測データ搬送波の周波数の少なくとも１つを変更する。

（２）上記（１）において、前記計算機システムの伝送制御機能の中で、対象地域の雨量，予測雨量を含む広域的に観測された気象データ，及び流域に設置された複数のセンサノードによる計測データの少なくとも一つの状態に応じて、センサノードの無線局の計測データの送信頻度，計測データの送信電力，計測データ搬送波の周波数の少なくとも一つを変更するための信号を生成し、センサノードに送信可能な構成にすることが好ましい。こうした構成にすることにより、例えば、急激な大雨時には下水管内の状態の変化をより早期に察知できるので、急峻な水位上昇により制御モードの切替えが間に合わないといった事態を回避できる。

（３）上記（１）において、前記計算機システムの伝送制御機能の中で、対象地域の雨量，予測雨量を含む広域的に観測された気象データ，および流域に設置された複数のセンサノードによる計測データの少なくとも一つの状態に応じて、センサノード及び中継ノードの無線局の計測データの送信頻度，計測データの送信電力，計測データ搬送波の周波数の少なくとも一つを変更するための信号を生成し、センサノード及び中継ノードに送信可能な構成にすることが好ましい。こうした構成にすることにより、上記（２）と同様な効果が得られる。

（４）上記（１）において、計算機システムは、計測データの伝送障害の中で、下水管内の水位上昇によるセンサの水没又は下水管の満水に起因する伝送障害を推定識別する機能を有することが好ましい。こうした構成にすることにより、水位計測あるいはデータ伝送が不可能となった場合にも、データの欠側として処理するだけの場合と比較して、提供できる情報を増やすことができる。

（５）上記（１）において、下水管上流の水位などの計測データに応じて発電機や先行待機型ポンプの起動を行えるようにした排水設備制御機能を有し、上流の水位上昇と排水施設のポンプ井の水位上昇の間の時間差を利用することで、ポンプ井水位が上昇し、ポンプが排水を開始する前に発電機を前もって起動させたり、先行待機型のポンプをポンプ井水位の上昇の前に起動させる機能を有することが好ましい。こうした構成にすることにより、直近のポンプ井水位だけを参考にするポンプ制御方法と比較して、急激な雨水流入時などでもポンプ起動準備の遅れを回避し、ポンプ排水を安全に行うことができる。また、従来試みられてきた流入量予測を用いた予測制御で課題となる予測モデルの精度は考慮の必要がなくなる。

（６）上記（１）において、下水管上流の水位と下水管の寸法から貯留水量と浸水危険度をセンサ設置位置ごとに逐次算出する機能を有することが好ましい。こうした構成にすることにより、より多くの情報を提供できる。また、多数の計測データの中から、浸水危険が生じている場合に絞って監視することが可能となるので、オペレータの負担が軽減できる。

（７）上記（１）において、外部サーバからインターネット経由で取得する一般の地図データ上に、計測データや浸水危険度を重ね合わせて表示する機能を有することが好ましい。こうした構成にすることにより、対象地域にあわせて監視画面を製作する手間を省き、製造コストやエンジニアリングコストを下げることができる。

（８）上記（１）において、表示などに用いるセンサノードや中継ノードの設置位置の取得やセンサノードや中継ノードの時刻同期は、ＧＰＳを介して行う機能を有することが好ましい。こうした構成にすることにより、上記（７）と同様の効果が得られる。

（９）上記（１）において、センサノードが計測する下水管上流の水質として、ｐＨ，導電率を含むことが好ましい。こうした構成にすることにより、タイムラグをもって下水処理場に流入するｐＨと相関の高い悪水を上流で事前に計測し、表示するので、下水処理場に流れ込む悪水を事前に検知できる。

（10）上記（１）において、計測した下水管の傾斜と設計上の傾斜を比較し、乖離がある場合には異常として検出する機能を有することが好ましい。こうした構成の場合、設計上の下水管の傾斜と計測した管の傾斜の差分が設定値以上であれば、アラームを出すことにより、地震や地盤沈下などによる管の破損やその兆候を捉えることができ、下水管の補修や維持管理に役立つ。

（11）上記（１）において、浸水危険度の算出に使用する浸水対策重点地域情報として、前記データベースが当該地域の浸水ハザードマップを保持しており、浸水ハザードマップから抽出した浸水深に基づき，浸水危険度を算出することが好ましい。こうした構成にすることにより、既存の浸水ハザードマップを使用することで、浸水危険度の算出に使用する浸水重点地域に関する入力を簡素化することができる。

(12)上記（１）において、下水管上流の水位などの計測データに応じて、滞水池への導水ゲートの制御をすることが好ましい。こうした構成にすることにより、浸水しやすい場所への水の流出を自動的に回避して、安全性を確保できる。

次に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。なお、本実施形態は下記に述べることに限定されない。
（第１の実施形態）
図１及び図２を参照する。ここで、図１は第１の実施形態に係る下水道施設の監視制御システムの一部を示すブロック図であり、図２は図１とともに同監視制御システムを構成するブロック図である。なお、便宜上、図１、図２ともにＧＰＳが描いている。

前記監視制御システムは、下水管１の中及びマンホール２に設置された複数のセンサノード３と、下水管１の中及びマンホール２に設置された複数の中継ノード４と、下水道施設の監視制御を行う計算機システム５と、インターネット上の地図データサーバ６と、ＧＰＳ７とから構成される。
前記センサノード３は、下水管１内の水位，流量，温度，傾斜，水質のうち少なくとも１つを計測し、計測データを無線により伝送する機能を有する。センサノード３は、センサ８と無線局９と、無線局９を制御する伝送制御部１０から構成される。伝送制御部１０では、センサ８より状態判定１０ａ，送信出力調整１０ｂ，送信周期調整１０ｃ，送信制御１０ｄが行われる。伝送制御部１０から無線局９にデータ送信／休止命令，データ送信周期，及びデータ送信出力１１が送信される。中継ノード４は、センサノード３からの送信データを中継する機能を有する。中継ノード４は、無線局９と無線局９を制御する伝送制御部１２から構成される。中継ノード４は、下水管１の水位が上昇し、下水管１内の無線伝送ができない場合に地上を介した伝送が可能なように構成されている。なお、センサノードは中継ノードの役割を兼ねていてもよく、この場合中継ノードは不要となる。

前記計算機システム５は、終端局１３にて受信した計測データを含む無線信号を変換し、監視制御システム内の情報ＬＡＮで伝送するためのデータ中継・変換機能部１４と、受信した計測データのエラー処理や計測データを表示用に加工するデータ処理機能部１５、各種データを保存するデータベース，先行待機型ポンプ１６やモータ１７や発電機１８などの排水設備を制御する排水設備制御機能部１９と、センサノード３および中継ノード４の無線伝送を制御するための信号を生成する伝送制御機能部２０と、収集した計測データを基に下水管内の状態を表示する表示機能部２１から構成される。なお、計算機システム５は、下水処理場やポンプ場などの下水道施設を監視制御するシステム，あるいは統合監視センターなどのシステムの中の部分的な機能であってもよい。

前記データ処理機能部１５では、伝送エラー検知２２、伝送エラー要因推定２３、水位データ補完２４の計測データエラー処理が行われる。また、データ処理機能部１５には、ＧＰＳ７からのデータに基づいて、管渠データ２５，浸水対策重点地域情報２６，及びセンサ位置設置情報２７が送られる。データ処理機能部１５では、これらのデータに基づいて、管内貯留量計算２８，危険度推定２９を順次行い浸水危険度推定３０がなされたり、重ね合わせ３１が行われる。この重ね合わせ３１からの表示データ作成３２は、表示機能部２１に送られる。

前記伝送制御機能部２０では、気象観測データに基づいて制御モード決定３３，センサノード制御パラメータ決定３４，及びセンサノード制御信号生成３５が順次行われる。前期データ中継・変換機能部１４では、終端局１３への制御信号送信３６，終端局１３からの受信信号変換３７が行われる。なお、図２中の記号Ａはセンサノード３や中継ノード４への無線局制御信号を示し、記号Ｂはセンサノード３から中継ノード４を介して終端局１３へ伝送される計測データを含む無線信号を示す。また、図２中の符番３８は電池を示す。下水管内の特定のセンサノード３から別のセンサノード３あるいは中継ノード４へは、センサ８の位置情報，時刻，下水管１内の水位，下水の温度，下水管１の傾斜，及び下水の水質のデータが送られる。

次に、上述した監視制御システムの作用について説明する。
（１）まず、本発明の第１の特徴である，地上と下水管内の双方の無線伝送路の作用について述べる。
各センサノード３及び中継ノード４は、公知のアドホックネットワーク技術もしくはメッシュネットワーク技術に基づき、各々が自律的にデータの送受信をしたり、他のセンサノード３からの中継を行う，いわゆるマルチホップ伝送が可能となっている。特に、下水管１内の無線伝送に用いる際に特有の工夫は、次の通りである。通常の下水管は下部に水が流れ、上部に空間が存在する状態であるが、雨水が流れ込んだ場合には水位が上昇し、しばしば満管状態となることがある。

また、川底を跨いで他より地下深くに設置された部分では、常に天井まで水のある管もある。従って、地上での無線伝送も可能とすることにより、下水管１内の無線伝送が不可能な場合にも計測データの伝送ができるようになっている。具体的には、前述の伝送制御部１０では、水位の高低の状態を判定し、水位が低い場合と高い場合で電波の送信電力と送信周期を次で述べるように変更している。

図３（Ａ），（Ｂ）は水位が低い場合，即ち晴天時あるいは小雨時における通信経路の模式図である。ここで、図３（Ａ）はセンサノード，センサノード兼中継ノード間の信号の流れを示す図、図３（Ｂ）は下水管１及びマンホール２におけるセンサノード，センサノード兼中継ノードの配置例を模式的に示す図である。この場合、電波の送受信状態は良好であるので、伝送障害の可能性は低いと考えられる。従って、隣接するセンサノード３に電波が届く程度に計測データ送信電力を小さくする。

しかしながら、無線局そのものの故障の可能性があるので、例えば数時間に一度、定期的にマルチキャストで発信を行う。そして、隣接のセンサノード３から応答のあった場合には、計測データ送信出力を下げたままにし、そうでなければ近接のセンサノードに電波が届く程度に計測データ送信出力を上げるといった送信出力調整を行う。またこの場合、水位や流量など下水管内の状態の変化も緩やかであるので、計測データの送信頻度は少なくてよい。計測データ送信を例えば数十分から数時間という周期にする他、前回送信時からの計測値の変化量が予め定められた値以上であるならばデータを送信するという送信周期調整を行う。

図４（Ａ），（Ｂ）は水位が高い場合，即ち大雨時における通信経路の模式図である。ここで、図４（Ａ）はセンサノード，センサノード兼中継ノード間の信号の流れを示す図、図４（Ｂ）は下水管１及びマンホール２におけるセンサノード，センサノード兼中継ノードの配置例を模式的に示す図である。この場合、水位上昇により電波の送受信状態は悪化し、伝送障害の可能性は高くなると考えられる。従って、多くのセンサノード３あるいは中継ノード４に電波が届くように計測データ送信電力を大きくするという送信出力調整を行う。また、この場合、水位や流量など下水管１内の状態の変化が急激となり、かつ監視の必要性も高くなる。そのため、計測データの送信周期を短くするという送信周期調整を行う。

（２）次に、本発明の第２の特徴である計算機システムの伝送制御機能の作用について述べる。
計算機システム５の伝送制御機能部２０では、センサノード３や中継ノード４の自律的な送受信制御に介入することが可能となるように、まず雨量の大小，予測雨量の大小から対象とする下水道集水区の状態を表す段階的または二値的な制御モードを判別する。次に、各センサノード３あるいは中継ノード４に伝達する割込み信号として、それぞれの制御モードに対応して予め設定しておいた計測データ送信電力および計測データ送信周期などの制御パラメータ，あるいは個別ノードに対する計測データ送信命令あるいは送信休止命令といった制御信号を生成する。

これらの制御パラメータや制御信号はセンサノード３や中継ノード４に伝送され、固有のパラメータを変更したり、計測データの送信、各センサノード３および中継ノード４の休眠あるいは起動などを行わせることができる。さらに水位が上昇し、下水管１が満水になった場合には、中継ノード４同士が地上での長距離の無線通信が可能なように送信出力や無線搬送波周波数の切替えを含む制御信号を生成する。

（３）また、本発明の第３の特徴である，下水管１内の水位上昇による伝送障害が生じた場合に、それを推定判別する機能の作用について説明する。
計算機システム５のエラー処理機能では、各ノード間の実際の伝送状態と、図５のような伝送可能な状態を比較するなどして伝送エラーを検知し、各ノード間に生じた伝送エラー箇所を特定する。一方、例えば図６では、センサノードｄからのデータ送信が、送信可能ノードであるｃとｄで受信されていないという伝送エラーの状態を示している。次に、検知された伝送エラーの要因推定に移り、現況の雨量と、付近のノードの水位と、さらに当該ノードで直近時刻に計測されていた水位データ履歴とデータベースに保持されているセンサ８の設置高さのデータとの比較により、センサノード３の水没あるいは無線伝送路である下水管の満管状態を推定し、警告する。

（４）次に、本発明の第４の特徴である，発電機や先行待機型ポンプの制御方法について説明する。
図７は制御方法のフローチャートであり、上流の水位に基づいて発電機１８や先行待機型ポンプ１６の起動を行うことを示している。図８（Ａ）〜（Ｃ）がこの制御方法の作用である。図８において、（Ａ）は時間と水位との関係を、（Ｂ）は時間と発電機運転又はポンプ運転との関係を、（Ｃ）は時間とポンプ運転との関係を示す。
上流の水位上昇と排水施設のポンプ井の水位上昇の間の時間差を利用することで、ポンプ井水位が上昇し、ポンプ１６が排水を開始する前に発電機を前もって起動させたり、先行待機型ポンプ１６をポンプ井水位の上昇の前に起動させることができる。

（５）次に、本発明の第５の特徴である，浸水危険度を推定する機能について説明する。図９のように，下水管上流の水位と下水管の寸法から貯留水量を計算して、例えば下記式１のように浸水危険度をセンサ設置位置ごとに逐次算出する。式１の左辺は管渠容積のうち、どこまでを水以外の空間が占めているかを表し、それが閾値を上回った場合に危険と推定している。

Ｒ_ｎ（ｔ）＝Ｓ_ｎ（ｔ）／Ｖ_ｎ（ｔ）＞Ｐ_ｎ …（１）
式（１）において、
Ｒ_ｎ（ｔ）：：時刻ｔにおける管渠ｎ(センサ設置位置)の浸水危険度
Ｈ_ｎ（ｔ）：時刻ｔにおける管渠ｎ(センサ設置位置)の水位（ｍ）
Ｖ_ｎ（ｔ）：時刻ｔにおける管渠ｎ(センサ設置位置)の容積（ｍ^３）
Ｓ_ｎ（ｔ）：時刻ｔにおける管渠ｎ(センサ設置位置)の水量（ｍ^３）
Ｐ_ｎ ：管渠ｎ(センサ設置位置)の危険度閾値（ex.１．０，０．９，…,０．５）
また、下記式２のように、センサ設置位置が浸水対策の重点地域として指定されている、あるいは経験上水位上昇が急であることがわかっている、あるいは過去に該当地域で浸水が発生した等の情報を考慮し、式１の浸水危険度を補正する。
Ｒ’_ｎ（ｔ）＝α_ｎ・Ｒｎ（ｔ） …（２）
式（２）において、
Ｒ’_ｎ（ｔ）：時刻ｔにおける管渠ｎ(センサ設置位置)の補正後の浸水危険度、
α_ｎ：重み係数（重点地域などでは値を大きくする）
（６）次に、本発明の第６の特徴として、外部サーバからインターネット経由で取得する一般の地図データ上に計測データや浸水危険度を重ね合わせて表示する。
具体的には、例えば公知のマッシュアップ技術を使用することで、実現が可能である。図１０のように浸水の発生しやすいセンサ設置位置においては、画面上のデータ表示を点灯させたり、大きく表示させる。なお、図１０において、符番４１，４２，４３は夫々国道を示し、符号ａ〜ｅは夫々前述のセンサノードあるいは中継ノードを示す。

（７）次に、本発明の第７の特徴として、センサノードの設置位置はＧＰＳシステムを介して取得し、地図上に表示する。また、必要に応じて時刻同期も行う。この位置検知は、通常はセンサ設置工事時あるいはメンテナンス時に行い、位置情報をデータベースに保持していることが好ましい。

上述したように、第１の実施形態に係る下水道施設の監視制御システムは、下水管１の中及びマンホール２に設置された複数のセンサノード３と、下水管１の中及びマンホール２に設置された複数の中継ノード４と、下水道施設の監視制御を行う計算機システム５と、インターネット上の地図データサーバ６と、ＧＰＳ７とから構成され、伝送制御部１０において、センサ８により計測した下水管１内の水位，流量，温度，傾斜，水質の少なくとも一つの計測値に応じて、センサノード３の無線局９における計測データの送信頻度，計測データの送信電力，計測データ搬送波の周波数の少なくとも１つを変更する構成になっている。従って、以下に述べる効果を有する。

（１）多数のセンサノード３あるいは中継ノード４が下水管１の中と地上の両方をその無線伝送路として利用可能なように設置し、マルチホップで計測データを無線伝送する構成になっている。
従って、個々の無線局９あたりの伝送距離は比較的短くて済み、消費電力の節約と電池の長寿命化が可能となる。また、大雨時などで下水管１内の無線伝送が不可能となっても、地上にて無線を中継することにより、計測データの伝送路を確保できる。また、無線通信を用いることで信号ケーブルが不要となり、設置コストを下げることができる。更に、従来よりも多くのセンサを配置可能なことが期待できる。

また、センサ８により計測した水位により、無線局９の制御モードを切替え、それに応じて無線局９にデータ送信命令あるいは送信休止命令を出すことや、送信周期，送信電力を調整することで、特に晴天時や小雨時にはさらなる消費電力の削減ができる。更に、下水管１内の状態変化が急激な大雨時においても、監視を密にすることができ、かつ無線送信電力を上げて複数ノードへ伝送を可能とすることで、伝送路の信頼性が向上する。

（２）対象地域の雨量や予測雨量など広域的に観測・予測された気象データ、および流域に設置された複数のセンサノード３による計測データから下水管内の現在の状態あるいは将来の状態を推定し、センサノード３および中継ノード４の送信電力や送信周期を変更する機能や、送信命令あるいは送信休止命令を出す機能を設けた。これにより、例えば、急激な大雨時には下水管１内の状態の変化をより早期に察知できるので、急峻な水位上昇により制御モードの切替えが間に合わないといった事態を回避できる。この効果は、個々のセンサノード３における局所状態に依存した制御モードの切替えの場合と比較するとより顕著である。

（３）下水管１内の水位上昇による伝送障害が生じた場合に、それを推定判別する機能を有している。従って、水位計測あるいはデータ伝送が不可能となった場合にも、データの欠側として処理するだけの場合と比較して、提供できる情報を増やすことができる。

（４）下水管１上流の水位上昇に応じて発電機１８や先行待機型ポンプ１６の起動を前もって行うようにしている。従って、直近のポンプ井水位だけを参考にするポンプ制御方法と比較して、急激な雨水流入時などでもポンプ起動準備の遅れを回避し、ポンプ排水を安全に行うことができる。また、従来試みられてきた流入量予測を用いた予測制御で課題となる予測モデルの精度は考慮の必要がなくなる。

（５）下水管１の上流の水位を浸水危険度などに換算することで、より多くの情報を提供できる。また、多数の計測データの中から、浸水危険が生じている場合に絞って監視することが可能となるので、オペレータの負担が軽減できる。

（６）外部サーバよりインターネットを利用して取得する一般の地図データに計測データ等の情報を重ねること、およびＧＰＳ７を利用した位置検知と時刻同期により、対象地域にあわせて監視画面を製作する手間を省き、製造コストやエンジニアリングコストを下げることができる。

（第２の実施形態）
図１１を参照する。但し、図１及び図２と同部材は同符番を付して説明を省略する。
第２の実施形態に係る下水道施設の監視制御システムは、図１及び図２のシステムと比べて、下水管１の上流のｐＨを計測することを特徴としており、それ以外は図１及び図２のシステムと同様である。

図１２に示すように、下水管上流水のｐＨ（曲線ａ）は下水処理場入口のｐＨ（曲線ｂ）とはタイムラグをもっている。従って、タイムラグを持って下水処理場に流入するｐＨと相関の高い悪水を上流で事前に計測し、表示する構成にすることにより、下水処理場に流れ込む悪水を事前に検知できる。これにより、水処理プラントの運用を変えるなど、事前に対策をとることができる。

（第３の実施形態）
図１２を参照する。但し、図１及び図２と同部材は同符番を付して説明を省略する。
第３の実施形態に係る下水道施設の監視制御システムは、図１及び図２のシステムと比べて、計測した下水管１の傾斜と設計上の傾斜を比較し、乖離がある場合には異常として検出する機能を加えた点が異なり、それ以外は図１及び図２のシステムと同様である。

こうした構成の監視制御システムにおいて、設計上の下水管１の傾斜と計測した管の傾斜の差分が設定値以上であれば、アラームを出す。従って、地震や地盤沈下などによる管の破損や、その兆候を捉えることができ、下水管１の補修や維持管理に役立つ。

（第４の実施形態）
図１３を参照する。但し、図１及び図２と同部材は同符番を付して説明を省略する。
第４の実施形態に係る下水道施設の監視制御システムは、図１及び図２のシステムと比べて、浸水危険度の算出に使用するための浸水対策重点地域情報として、データベースが当該地域の浸水ハザードマップを保持していることと、ハザードマップが雨の強さに応じて複数準備されている場合は実際の雨の強さに応じて浸水ハザードマップを選択する機能を有することが異なり、それ以外は図１及び図２のシステムと同様である。

浸水ハザードマップとは、河川の洪水や下水道の溢水により，市街地がどの程度浸水するかを地図上に示したものである。浸水ハザードマップは、ベクトルデータ、またはビットマップ等の画像データとして保持されている。ベクトルデータの場合は、任意のフォーマットで記録されているセンサ設置位置付近の浸水深をそのまま抽出する。ビットマップ等の画像データの場合は、画像処理により、それぞれのセンサ設置位置付近の浸水深を示す色情報を抽出し、浸水深に変換する。浸水深を割り出したら、それを上記式２の重みに換算する。換算する方法は、テーブルを用いるか、あるいは何らかの関数を準備しておくなどすればよい。図１５は浸水ハザードマップの概略例である。なお、図１５中、符番５１，５２は鉄道線、符番５３は国道、符番（斜線部分）５４は河川の洪水等により浸水しやすい領域を示す。浸水ハザードマップは、多くの地域で河川管理者や下水道管理者が浸水対策整備計画に基づいて作成している。

第４の実施形態に係る監視制御システムによれば、既存の浸水ハザードマップを使用することで、浸水危険度の算出に使用する浸水重点地域に関する入力を簡素化することができる。

なお、本発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。具体的には、上記実施例では、センサノードと中継ノードを併用する場合について述べたが、これに限らず、センサノードに中継ノードの機能を兼ねさせ、センサノードのみを配置してもよい。

Claims (13)

1. 下水処理場やポンプ場など下水道施設の監視制御システムであって、
   下水管の中あるいはマンホールに設置された複数のセンサノードと、下水道施設に置かれた計算機システムを備え、
   前記センサノードは、下水管内の水位，流量，温度，傾斜，水質のうち少なくとも１つを計測して計測データを無線により伝送するものであり、センサと無線局と、無線局を制御する伝送制御部を有し、
   計算機システムは、受信した計測データのエラー処理や計測データを表示用に加工するデータ処理機能部、各種データを保存するデータベース，収集した計測データを基に下水管内の状態を表示する表示機能部、センサノードの無線伝送を制御する伝送制御機能部を有し、
   前記複数のセンサノードは下水管の中と地上の両方をその無線伝送路として利用可能なように設置され、前記伝送制御部において、センサにより計測した下水管内の水位，流量，温度，傾斜，水質の少なくとも一つの計測値に応じて、センサノードの無線局における計測データの送信頻度，計測データの送信電力，計測データ搬送波の周波数の少なくとも１つを変更することを特徴とする下水道施設の監視制御システム。
2. 下水処理場やポンプ場など下水道施設の監視制御システムであって、
   下水管の中あるいはマンホールに設置された複数のセンサノードと、下水管の中あるいはマンホールに設置された複数または一つの中継ノードと、下水道施設に置かれた計算機システムを備え、
   前記センサノードは、下水管内の水位，流量，温度，傾斜，水質のうち少なくとも１つを計測して計測データを無線により伝送するものであり、センサと無線局と、無線局を制御する伝送制御部を有し、
   中継ノードは、センサノードからの送信データを中継するものであり、無線局と無線局を制御する伝送制御部を有し、
   計算機システムは、受信した計測データのエラー処理や計測データを表示用に加工するデータ処理機能部、各種データを保存するデータベース，収集した計測データを基に下水管内の状態を表示する表示機能部、センサノードおよび中継ノードの無線伝送を制御する伝送制御機能部を有し、
   前記複数のセンサノード又は中継ノードは下水管の中と地上の両方をその無線伝送路として利用可能なように設置され、前記伝送制御部において、センサにより計測した下水管内の水位，流量，温度，傾斜，水質の少なくとも一つの計測値に応じて、センサノード及び中継ノードの無線局における計測データの送信頻度，計測データの送信電力，計測データ搬送波の周波数の少なくとも１つを変更することを特徴とする下水道施設の監視制御システム。
3. 前記計算機システムの伝送制御機能の中で、対象地域の雨量，予測雨量を含む広域的に観測された気象データ，及び流域に設置された複数のセンサノードによる計測データの少なくとも一つの状態に応じて、センサノードの無線局の計測データの送信頻度，計測データの送信電力，計測データ搬送波の周波数の少なくとも一つを変更するための信号を生成し、センサノードに送信可能な構成にしたことを特徴とする請求項１記載の下水道施設の監視制御システム。
4. 前記計算機システムの伝送制御機能の中で、対象地域の雨量，予測雨量を含む広域的に観測された気象データ，および流域に設置された複数のセンサノードによる計測データの少なくとも一つの状態に応じて、センサノード及び中継ノードの無線局の計測データの送信頻度，計測データの送信電力，計測データ搬送波の周波数の少なくとも一つを変更するための信号を生成し、センサノード及び中継ノードに送信可能なことを特徴とする請求項２記載の下水道施設の監視制御システム。
5. 前記計算機システムは、計測データの伝送障害の中で、下水管内の水位上昇によるセンサの水没又は下水管の満水に起因する伝送障害を推定識別する機能を有することを特徴とする請求項１乃至４何れか一記載の下水道施設の監視制御システム。
6. 下水管上流の水位などの計測データに応じて発電機や先行待機型ポンプの起動を行えるようにした排水設備制御機能を有し、
   上流の水位上昇と排水施設のポンプ井の水位上昇の間の時間差を利用することで、ポンプ井水位が上昇し、ポンプが排水を開始する前に発電機を前もって起動させたり、先行待機型のポンプをポンプ井水位の上昇の前に起動させる機能を有することを特徴とする請求項１乃至５何れか一記載の下水道施設の監視制御システム。
7. 下水管上流の水位と下水管の寸法から貯留水量と浸水危険度をセンサ設置位置ごとに逐次算出する機能を有することを特徴とする請求項１乃至６何れか一記載の下水道施設の監視制御システム。
8. 外部サーバからインターネット経由で取得する一般の地図データ上に、計測データや浸水危険度を重ね合わせて表示する機能を有することを特徴とする請求項１乃至７何れか一記載の下水道施設の監視制御システム。
9. 表示などに用いるセンサノードや中継ノードの設置位置の取得やセンサノードや中継ノードの時刻同期は、ＧＰＳを介して行う機能を有することを特徴とする請求項２乃至８何れか一記載の下水道施設の監視制御システム。
10. センサノードが計測する下水管上流の水質として、ｐＨ，導電率を含むことを特徴とする請求項１乃至９何れか一記載の下水道施設の監視制御システム。
11. 計測した下水管の傾斜と設計上の傾斜を比較し、乖離がある場合には囲繞として検出する機能を有することを特徴とする請求項１乃至１０何れか一記載の下水道施設の監視制御システム。
12. 浸水危険度の算出に使用する浸水対策重点地域情報として、前記データベースが当該地域の浸水ハザードマップを保持しており、浸水ハザードマップから抽出した浸水深に基づき，浸水危険度を算出することを特徴とする請求項１乃至１１何れか一記載の下水道施設の監視制御システム。
13. 下水管上流の水位などの計測データに応じて，滞水池への導水ゲートの制御をすることを特徴とする請求項１乃至１２何れか一記載の下水道施設の監視制御システム。

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