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JP2955413B2 - Rainwater inflow prediction device using neural network - Google Patents
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JP2955413B2 - Rainwater inflow prediction device using neural network - Google Patents

Rainwater inflow prediction device using neural network

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JP2955413B2
JP2955413B2 JP3295729A JP29572991A JP2955413B2 JP 2955413 B2 JP2955413 B2 JP 2955413B2 JP 3295729 A JP3295729 A JP 3295729A JP 29572991 A JP29572991 A JP 29572991A JP 2955413 B2 JP2955413 B2 JP 2955413B2
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learning
neural network
inflow
rainwater inflow
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富美夫 山田
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、雨水排水を目的とする
下水道ポンプ場または処理場等のポンプ施設に対し、レ
ーダ雨量計を用いてニューラルネットワークによりポン
プ運転支援のための雨水ピーク流入量を予測する雨水流
入量予測装置に係り、特に雨水ピーク流入量の(時間変
化の)予測を自動的にかつ精度よく行ない得るようにし
たニューラルネットワーク応用雨水流入量予測装置に関
するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a rainwater drainage pumping facility or a pumping facility for treating stormwater drainage, which uses a radar rain gauge to measure the peak inflow of rainwater for supporting pump operation using a neural network. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a rainwater inflow predicting device, and more particularly to a neural network applied rainwater inflow predicting device capable of automatically and accurately predicting a rainwater peak inflow (time change).

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、特に都市部においては、都市化の
進行や下水道の整備が急速に進み、降雨の大半がポンプ
施設に流入することになり、集中豪雨、台風、雷雨等に
よる急激な雨水流入に対応する必要が生じてきている。
この場合、降雨時にポンプ施設を最適に運用するために
は、降雨開始から実際の流入が始まるまでの間に、雨水
流入量を予測する必要がある。
2. Description of the Related Art In recent years, especially in urban areas, urbanization has progressed and sewerage systems have been rapidly developed, and most of rainfall has flowed into pump facilities. The need to respond to inflows has arisen.
In this case, in order to operate the pump facility optimally during rainfall, it is necessary to predict the amount of rainwater inflow from the start of rainfall to the start of actual inflow.

【0003】降雨強度と雨水流入量との関係は、図7に
その一例を示すように、降雨に対して流入現象は時間遅
れを伴なっている。ポンプ運転の立場からは、降雨の時
間的変化を知って、雨水ピーク流入量(図中の最大流量
・印に相当)の予測を行ないたいとの要求がある。そし
て、この雨水ピーク流入量が事前に予測できれば、浸水
回避に必要なポンプ運転の起動タイミングを把握した
り、必要な自家発電機の台数を立ち上げ準備することが
可能となる。
FIG. 7 shows an example of the relationship between the rainfall intensity and the amount of rainwater inflow. As shown in FIG. 7, the inflow phenomenon has a time delay with respect to rainfall. From the standpoint of pump operation, there is a demand to know the temporal change of rainfall and to predict the peak inflow of rainwater (corresponding to the maximum flow rate / mark in the figure). If the rainwater peak inflow can be predicted in advance, it becomes possible to grasp the start timing of the pump operation necessary for avoiding inundation, and to prepare to start up the required number of private generators.

【0004】ところで、従来から、降雨流出の流入量予
測モデルとしては、単位図法をはじめいくつか提案され
てきているが、種々の降雨に対して、精度のよい予測モ
デルは未だ確立されておらず、数式モデルの開発にも限
界がある。その原因としては、次のようなことがあげら
れる。 (a)数式モデルには未知パラメータを多く含んでお
り、これを決めるのに豊富な実験データや解析調整作業
が必要になり、かなりの人手と時間を要する。 (b)数式モデルの構造そのものが、種々の降雨に対し
て柔軟に対応できない場合には、降雨に応じて個別のモ
デル構成が必要になる。
Heretofore, several models have been proposed as models for predicting the inflow of rainfall runoff, such as the unit map method. However, accurate prediction models for various types of rainfall have not yet been established. However, there is a limit to the development of mathematical models. The causes are as follows. (A) The mathematical model contains many unknown parameters, and a lot of experimental data and analysis adjustment work are required to determine them, which requires considerable manpower and time. (B) If the structure of the mathematical formula model itself cannot flexibly cope with various rainfalls, a separate model configuration is required according to the rainfall.

【0005】(c)降雨による管渠への流出量は、流域
降雨のうち、地面浸透等による降雨損失分を差し引いた
残りである降雨有効分で決まる。これらは、流域の不浸
透面積と浸透面積の割合、すなわち土地利用に大きく依
存しており、土地利用は都市化と共に経年変化してい
る。そして、一度確立された数式モデルでは、このよう
な経年変化に柔軟に対応することができない。
(C) The amount of runoff into a sewer due to rainfall is determined by the effective rainfall remaining after subtracting the rainfall loss due to ground penetration or the like in the basin rainfall. These are heavily dependent on the ratio of the impervious area and the infiltrated area of the basin, that is, land use, and land use is changing over time with urbanization. The mathematical model once established cannot flexibly cope with such aging.

【0006】また、従来の降雨観測は、点雨量である地
上雨量計によるものであり、流域内降雨分布は均一と仮
定して、ポンプ施設の地上雨量計を用いて数式モデルで
予測している。このため、流域がある程度広く、局所的
な降雨があった場合には、計算誤差が大きくなり、点雨
量を用いることの問題が指摘されている。
Conventional rainfall observation is based on a surface rainfall gauge, which is a point rainfall. Assuming that the distribution of rainfall in a basin is uniform, the rainfall is predicted by a mathematical model using a surface rainfall gauge at a pump facility. . For this reason, when the basin is wide to some extent and there is local rainfall, the calculation error becomes large, and the problem of using the point rainfall is pointed out.

【0007】一方、これに対し、最近では、レーダ雨量
計が導入され、設置されるに及んで、降雨分布の状況が
リアルタイムにきめ細かく把握できるようになってきて
いる。そして、ピーク流入量予測に用いる降雨データに
関しては、レーダ雨量計からの面積雨量データを有効に
活用して流入予測の精度を向上させる方法が強く求めら
れている。
[0007] On the other hand, recently, a radar rain gauge has been introduced and installed, and it has become possible to grasp the state of rainfall distribution in detail in real time. As for rainfall data used for peak inflow prediction, there is a strong demand for a method for effectively utilizing area rainfall data from a radar rain gauge to improve the accuracy of inflow prediction.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】以上のように、従来の
数式モデルによる雨水流入量予測方法においては、入力
データである降雨データの取扱いと、モデルパラメータ
の設定(チューニング)の点で問題があった。
As described above, the conventional method for predicting the amount of inflow of rainwater using a mathematical model has problems in handling rainfall data as input data and setting (tuning) model parameters. Was.

【0009】本発明の目的は、ポンプ運転支援のための
雨水ピーク流入量の(時間変化の)予測を自動的にかつ
精度よく行なうことが可能な極めて信頼性の高いニュー
ラルネットワーク応用雨水流入量予測装置を提供するこ
とにある。
An object of the present invention is to provide a highly reliable neural network-based rainwater inflow prediction which can automatically and accurately predict the rainwater peak inflow (time change) for pump operation support. It is to provide a device.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに本発明では、雨水排水を目的とする下水道ポンプ場
または処理場等のポンプ施設に対し、レーダ雨量計を用
いてニューラルネットワークによりポンプ運転支援のた
めの雨水流入量を予測する雨水流入量予測装置におい
て、レーダ雨量計からの観測値をメッシュ形状の降雨強
度に換算しこの降雨強度を積算した値であって降雨開始
から等時間間隔で離散的な積算雨量データを学習用入力
データとして蓄えると共に、ポンプ施設の水位計および
ポンプ運転による吐出量からポンプ施設に流入する雨水
流入量を演算し学習用出力データとして蓄える学習用実
績情報入力手段と、学習用実績情報入力手段により蓄え
られた学習用入力データである積算雨量データおよび学
習用出力データである雨水流入量に基づいて、バックプ
ロパゲーション法によりニューラルネットワークの重み
係数を学習し、当該学習済みの重み係数を蓄える予測モ
デル構築手段と、予測モデル構築手段に蓄えられた学習
済みの重み係数を用いて、レーダ雨量計の観測値から得
られる降雨当日の積算雨量データから、ニューラルネッ
トワークにより雨水流入量を予測する流入量予測手段
と、流入量予測手段により予測された雨水流入量を出力
する出力手段と、を備えて構成している。
SUMMARY OF THE INVENTION In order to achieve the above object, the present invention provides a method for pumping a pumping facility such as a sewerage pumping station or a treatment plant for rainwater drainage by a neural network using a radar rain gauge. in rainwater inflow prediction apparatus for predicting the rainwater inflow for driving support, rainfall strong mesh shape observations from radar rain gauges
It is a value obtained by integrating the rainfall intensity into
Learning to store discrete accumulated rainfall data at equal time intervals as input data for learning, calculate the rainwater inflow into the pumping facility from the water level gauge of the pumping facility and the discharge rate from the pump operation, and store it as learning output data. and use record information input means, based on the rainwater inflow is accumulated rainfall data and Science <br/>習用output data as input data for learning stored by the learning record information input means, a back propagation method The weighting factor of the neural network is learned by using the prediction model construction means for storing the learned weighting factor, and the learned weighting factor stored in the prediction model construction means, which is obtained from the observation value of the radar rain gauge. cumulative rainfall data or these rainfall the day, and the inflow amount prediction means for predicting the rain water inflow by the neural network, the inflow amount prediction It is configured with an output means for outputting the rainwater inflow amount predicted by stage.

【0011】また、上記の目的を達成するために本発明
では、雨水排水を目的とする下水道ポンプ場または処理
場等のポンプ施設に対し、レーダ雨量計を用いてニュー
ラルネットワークによりポンプ運転支援のための雨水流
入量を予測する雨水流入量予測装置において、レーダ雨
量計からの観測値をメッシュ形状の降雨強度に換算しこ
の降雨強度を積算した値であって降雨開始から等時間間
隔で離散的な積算雨量データと、前降雨についての観測
値に基づき取得される前降雨実績であって一定の判別基
準に基づいて前降雨の雨水流入量への影響の有無を判別
した値である判別値と、を学習用入力データとして蓄え
ると共に、ポンプ施設の水位計およびポンプ運転による
吐出量からポンプ施設に流入する雨水流入量を演算し学
習用出力データとして蓄える学習用実績情報入力手段
と、学習用実績情報入力手段により蓄えられた学習用入
力データである積算雨量データおよび判別値、並びに学
習用出力データである雨水流入量に基づいて、バックプ
ロパゲーション法によりニューラルネットワークの重み
係数を学習し、当該学習済みの重み係数を蓄える予測モ
デル構築手段と、予測モデル構築手段に蓄えられた学習
済みの重み係数を用いて、レーダ雨量計の観測値から得
られる降雨当日の積算雨量データと、これに対応する前
降雨実績である判別値とから、ニューラルネットワーク
により雨水流入量を予測する流入量予測手段と、流入量
予測手段により予測された雨水流入量を出力する出力手
段と、を備えて構成している。
In order to achieve the above object, according to the present invention, a pump operation support for a pump facility such as a sewerage pumping station or a treatment plant for rainwater drainage is provided by a neural network using a radar rain gauge. The rainwater inflow forecasting device, which predicts the rainwater inflow , converts the observation values from the radar rain gauge into rainfall intensity in mesh form.
Is the value obtained by integrating the rainfall intensity of
Discrete and cumulative rainfall data and observations on pre-rainfall
Pre-rainfall results obtained based on the values and a certain discriminant
Discriminates whether rainfall has had an effect on rainwater inflow based on criteria
And the discrimination value, which is the calculated value, is stored as learning input data, and the amount of rainwater flowing into the pump facility is calculated from the water level meter of the pump facility and the discharge amount due to the pump operation, and the learning result information is stored as learning output data. The weight of the neural network is calculated by the back propagation method based on the input means, the accumulated rainfall data and the discriminant value as the learning input data stored by the learning result information input means, and the rainwater inflow as the learning output data. A prediction model construction means for learning the coefficient and storing the learned weight coefficient, and an integrated rainfall on the rainy day obtained from the observation value of the radar rain gauge using the learned weight coefficient stored in the prediction model construction means. From the data and the corresponding discrimination value of the previous rainfall, the amount of rainwater inflow was calculated using a neural network. An inflow amount prediction means for measuring, are configured to include an output means for outputting the rainwater inflow amount predicted by inflow prediction means.

【0012】また、予測モデル構築手段としては、学習
用実績情報入力手段により蓄えられた学習用入力データ
である積算雨量データ、および学習用出力データである
雨水流入量に基づいて、バックプロパゲーション法によ
りニューラルネットワークの重み係数を学習するニュー
ラルネットワーク学習手段と、ニューラルネットワーク
学習手段による学習済みの重み係数を蓄える学習済重み
係数保存手段とから成っている。
Further, as the prediction model constructing means, on the basis of the rainwater inflow is accumulated rainfall data, and learning the output data is a learning input data stored by the learning record information input means, backpropagation The neural network learning means learns the weight coefficient of the neural network by the method, and the learned weight coefficient storage means stores the weight coefficient learned by the neural network learning means.

【0013】さらに、必要に応じて、予測モデル構築手
段における学習を一定期間毎に行なって経年変化による
モデルの重み係数を修正するための学習起動手段を付加
している。
Further, if necessary, a learning starting means for correcting the weight coefficient of the model due to aging by performing learning in the prediction model construction means at regular intervals is added.

【0014】[0014]

【作用】従って、本発明のニューラルネットワーク応用
雨水流入量予測装置においては、レーダ雨量計からの観
測値がメッシュ形状の積算雨量に換算され、降雨開始か
ら等時間間隔で離散的な積算雨量データが学習用入力デ
ータとして蓄えられると共に、ポンプ施設の水位計およ
びポンプ運転による吐出量からポンプ施設に流入する雨
水流入量が演算され、雨水流入量が学習用出力データと
して蓄えられる。
Therefore, in the rainwater inflow predicting apparatus applied to the neural network according to the present invention, the observation value from the radar rain gauge is converted into a mesh-shaped integrated rainfall, and discrete integrated rainfall data is obtained at equal time intervals from the start of rainfall. In addition to being stored as learning input data, the amount of rainwater flowing into the pump facility is calculated from the water level gauge of the pump facility and the discharge amount due to the pump operation, and the amount of rainwater flowing is stored as learning output data.

【0015】次に、この蓄えられた学習用入力データで
ある積算雨量データ、および学習用出力データである雨
水流入量を基に、バックプロパゲーション法によってニ
ューラルネットワークの重み係数が学習されて蓄えられ
る。そして、入力される降雨当日の降雨分布実績である
積算雨量データと前降雨実績である判別値から、この蓄
えられた学習済みの重み係数を用い、ニューラルネット
ワークによって雨水流入量が予測され、その予測雨水流
入量が出力される。
Next, the weighting factor of the neural network is learned and stored by the back propagation method based on the accumulated rainfall data as the learning input data and the rainwater inflow as the learning output data. . Then, from the accumulated rainfall data, which is the actual distribution of rainfall on the day of the rainfall, and the discrimination value, which is the previous rainfall actual, the rainwater inflow is predicted by the neural network using the stored learned weighting factors. The rainwater inflow is output.

【0016】[0016]

【実施例】本発明では、ポンプ運転支援のための雨水ピ
ーク流入量を予測するに際して、レーダ雨量計からの観
測値を取り込んで降雨分布実績および前降雨実績を得、
流入量実績との因果関係を学習することにより、雨水流
入量を予測するものである。以下、上記のような考え方
に基づく本発明の一実施例について、図面を参照して詳
細に説明する。図1は、本発明によるニューラルネット
ワーク応用流入量予測装置を、下水道ポンプ場のポンプ
施設に適用した場合の全体構成例を示すブロック図であ
る。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS In the present invention, when predicting rainwater peak inflow for pump operation support, an observation value from a radar rain gauge is taken in to obtain a rainfall distribution result and a previous rainfall result.
By learning the causal relationship with the actual inflow, the rainwater inflow is predicted. Hereinafter, an embodiment of the present invention based on the above concept will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing an overall configuration example in a case where the neural network application inflow rate prediction device according to the present invention is applied to a pump facility of a sewer pumping station.

【0017】図1において、下水道流域には、その降雨
を観測して観測値(電力量)を出力するレーダ雨量計1
が設置されている。また、ポンプ場には、その水位を計
測して計測値を出力する水位計2、およびポンプ運転に
よるポンプ場からの吐出量を計測して計測値を出力する
流量計3が設置されている。
In FIG. 1, a radar rain gauge 1 for observing rainfall and outputting an observed value (electric energy) is provided in a sewer basin.
Is installed. The pump station is provided with a water level meter 2 that measures the water level and outputs a measured value, and a flow meter 3 that measures the amount of discharge from the pump station by pump operation and outputs the measured value.

【0018】一方、ニューラルネットワーク応用流入量
予測装置4は、降雨分布実績演算装置41と、前降雨実
績判別装置42と、学習用入力データ保存装置43と、
雨水流入量演算装置44と、学習用出力データ保存装置
45と、ニューラルネットワーク学習装置46と、学習
済重み係数保存装置47と、ニューラルネットワーク予
測装置48と、出力手段である雨水流入量表示装置49
と、学習起動スイッチ40とから成っている。
On the other hand, the neural network applied inflow rate prediction device 4 includes a rainfall distribution result calculation device 41, a previous rainfall result determination device 42, a learning input data storage device 43,
Rainwater inflow calculating device 44, learning output data storage device 45, neural network learning device 46, learned weight coefficient storage device 47, neural network prediction device 48, and rainwater inflow display device 49 as output means.
And a learning activation switch 40.

【0019】なお、降雨分布実績演算装置41、前降雨
実績判別装置42、学習用入力データ保存装置43、雨
水流入量演算装置44、学習用出力データ保存装置45
から学習用実績情報入力手段を構成し、またニューラル
ネットワーク学習装置46、学習済重み係数保存装置4
7から予測モデル構築手段を構成している。
It should be noted that the rainfall distribution actual calculation device 41, the previous rainfall actual determination device 42, the learning input data storage device 43, the rainwater inflow amount calculation device 44, and the learning output data storage device 45.
From the learning network, the neural network learning device 46, the learned weight coefficient storage device 4
7 constitutes a prediction model construction means.

【0020】ここで、降雨分布実績演算装置41は、レ
ーダ雨量計1からの観測値を、メッシュ形状の積算雨量
に換算するものである。また、前降雨実績判別装置42
は、一定の判別基準に基づいて前降雨の流入量への影響
の有無を判別するものである。さらに、学習用入力デー
タ保存装置43は、降雨分布実績演算装置41により演
算された降雨開始から等時間間隔で離散的な積算雨量デ
ータと、前降雨実績判別装置42により判別された判別
値とを、学習用入力データとして蓄えるためのものであ
る。
Here, the rainfall distribution result calculation device 41 converts the observation value from the radar rain gauge 1 into an integrated rainfall in a mesh shape. In addition, the previous rainfall performance determination device 42
Is to determine whether or not there is any influence on the inflow amount of the previous rainfall based on a certain determination criterion. Further, the learning input data storage device 43 compares the discrete accumulated rainfall data at equal time intervals from the start of rainfall calculated by the rainfall distribution performance calculation device 41 with the determination value determined by the previous rainfall performance determination device 42. , As input data for learning.

【0021】一方、雨水流入量演算装置44は、水位計
2および流量計3からの計測値を基に、ポンプ施設に流
入する雨水流入量を演算するものである。また、学習用
出力データ保存装置45は、雨水流入量演算装置44に
より演算された雨水流入量を、学習用出力データとして
蓄えるためのものである。
On the other hand, the rainwater inflow calculating device 44 calculates the rainwater inflow flowing into the pump facility based on the measured values from the water level meter 2 and the flow meter 3. Further, the learning output data storage device 45 is for storing the rainwater inflow amount calculated by the rainwater inflow amount calculation device 44 as learning output data.

【0022】一方、ニューラルネットワーク学習装置4
6は、学習用入力データ保存装置43および学習用出力
データ保存装置45により蓄えられた、学習用入力デー
タである積算雨量データと判別値、および学習用出力デ
ータである雨水流入量に基づいて、バックプロパゲーシ
ョン法によりニューラルネットワークの重み係数を学習
するものである。また、学習済重み係数保存装置47
は、ニューラルネットワーク学習装置46による学習済
みの重み係数を蓄えるためのものである。さらに、ニュ
ーラルネットワーク予測装置48は、学習済重み係数保
存装置47に蓄えられた学習済みの重み係数を用いて、
降雨分布実績演算装置41により入力される降雨当日の
降雨分布実績である積算雨量データと前降雨実績である
判別値とから、ニューラルネットワークにより雨水流入
量を予測するものである。さらにまた、雨水流入量表示
装置49は、ニューラルネットワーク予測装置47によ
り予測された雨水流入量を表示出力するためのものであ
る。
On the other hand, the neural network learning device 4
6 is based on the accumulated rainfall data and the discrimination value, which are the learning input data, and the rainwater inflow amount, which is the learning output data, stored by the learning input data storage device 43 and the learning output data storage device 45. The weight coefficient of the neural network is learned by the back propagation method. The learned weight coefficient storage device 47
Is for storing the weighting coefficient learned by the neural network learning device 46. Further, the neural network prediction device 48 uses the learned weight coefficient stored in the learned weight coefficient storage device 47 to
The rainwater inflow is predicted by a neural network from the integrated rainfall data, which is the actual rainfall distribution on the day of rainfall, and the discrimination value, which is the previous rainfall actual, input by the rainfall distribution actual operation device 41. Furthermore, the rainwater inflow amount display device 49 is for displaying and outputting the rainwater inflow amount predicted by the neural network prediction device 47.

【0023】なお、学習起動スイッチ40は、ニューラ
ルネットワーク学習装置46における学習を一定期間毎
に行なって経年変化によるモデルの重み係数を修正する
(見直す)ための指令スイッチである。次に、以上のよ
うに構成した本実施例のニューラルネットワーク応用流
入量予測装置4の作用について説明する。
The learning activation switch 40 is a command switch for performing the learning in the neural network learning device 46 at regular intervals to correct (review) the weight coefficient of the model due to aging. Next, the operation of the neural network application inflow rate prediction device 4 of the present embodiment configured as described above will be described.

【0024】図1において、レーダ雨量計1からの観測
値(電力量)は、降雨分布実績演算装置41でメッシュ
形状の積算雨量に換算される。そして、この降雨開始か
ら等時間間隔で離散的な積算雨量データが、学習用入力
データとして学習用入力データ保存装置43に蓄えられ
る。
In FIG. 1, an observation value (electric power amount) from the radar rain gauge 1 is converted into a mesh-shaped integrated rain amount by the rainfall distribution result calculation device 41. Then, discrete integrated rainfall data at equal time intervals from the start of rainfall is stored in the learning input data storage device 43 as learning input data.

【0025】すなわち、この場合、降雨量を表わす方法
には、降雨強度と積算雨量の2通りの方法がある。降雨
強度は1時間あたりの降雨量(mm/h)で、これを時
間積分したものが積算雨量(mm)である。そして、降
雨強度と積算雨量との関係を表わすと、図2に示すよう
になる。
That is, in this case, there are two methods of expressing the amount of rainfall: rainfall intensity and integrated rainfall. The rainfall intensity is the amount of rainfall per hour (mm / h), and the time integration of this is the integrated rainfall (mm). FIG. 2 shows the relationship between the rainfall intensity and the accumulated rainfall.

【0026】レーダ雨量計1で観測される雨量は降雨強
度であるが、これを時間積分することにより積算雨量に
換算される(ニューラルネットワークで用いる場合に
は、降雨パターンとして降雨強度で取り扱うよりも、積
算雨量で取り扱った方が容易であることがわかる。な
お、以後では積算雨量に話を限定して説明する)。
Although the rainfall observed by the radar rain gauge 1 is the rainfall intensity, the rainfall intensity is converted into an integrated rainfall by integrating it over time. It can be understood that it is easier to handle with the accumulated rainfall.

【0027】例えば、いま図3に示すような流入予測対
象流域に対して、レーダ雨量観測メッシュを考える。流
域に降った雨は、下水幹線に流出して最下流点でpにQ
inだけ流入する。この場合、観測メッシュのうち、積
算雨量Ri(i=1〜n)が流域にかかる。従って、時
刻tでのメッシュiに降った雨の積算雨量データはRi
(t)と表わされる。
For example, a radar rainfall observation mesh is considered for the inflow prediction target basin as shown in FIG. The rain that falls in the basin flows out to the sewer main line,
in flows in. In this case, of the observation mesh, the integrated rainfall Ri (i = 1 to n) affects the basin. Therefore, the integrated rainfall data of the rain falling on the mesh i at the time t is Ri
(T).

【0028】また、前降雨実績判別装置42では、一定
の判別基準に基づいて前降雨の流入量への影響の有無が
判別される。そして、この判別された値も、学習用入力
データとして上記学習用入力データ保存装置43に蓄え
られる。
The previous rainfall performance determination device 42 determines whether there is any influence on the inflow amount of the previous rainfall based on a predetermined determination criterion. The determined value is also stored in the learning input data storage device 43 as learning input data.

【0029】すなわち、前日あるいは何時間か前に降雨
があった場合に、当日に同一の降雨があったとしても、
前降雨実績のある方がない場合よりも流入量が多いこと
が知られている。これは、土地に雨水が浸透し、保水す
る能力の限界(浸透能と呼ばれる)を持っていることに
より起こる。そして、この浸透能を超える降雨に対して
は、土地が飽和状態のため、地中に浸透しきれずに表面
流として公共下水道へ流れ込むことになるためである。
That is, if the rainfall occurred the day before or several hours ago, and the same rainfall occurred on the day,
It is known that the inflow is larger than when there is no previous rainfall record. This is caused by the limited capacity of rainwater to penetrate and retain water on the land (called percolation capacity). For rainfall exceeding this infiltration capacity, since the land is saturated, it does not penetrate the ground completely and flows into the public sewer as surface flow.

【0030】このため、流入量に影響を与える因子とし
て、上記積算雨量以外にも、前降雨実績を学習に取り込
む必要がある。これは、T時間前以内にAmm以上の積
算雨量があったかどうかで決める。入力データとして
は、前降雨実績があった場合に“1”、なかった場合に
“0”とする。
Therefore, as a factor affecting the inflow, it is necessary to incorporate the previous rainfall results into the learning in addition to the integrated rainfall. This is determined based on whether or not there has been an accumulated rainfall of Amm or more within T hours. The input data is “1” when there is a previous rainfall record, and “0” when there is no previous rainfall record.

【0031】すなわち、この場合、前降雨実績は、流域
全体の平均値として1つだけデータをもつ、換言すれ
ば、個々のメッシュについて、T時間以内にAmm以上
の積算雨量があったら“1”、なければ“0”として、
流域メッシュの和をメッシュ数で除して平均値が求めら
れ、その値が0.5よりも大きければ“1”とし、それ
よりも小さければ“0”とする。
That is, in this case, the previous rainfall record has only one data as an average value of the entire basin. In other words, if an integrated rainfall of Amm or more is found within T hours for each mesh, “1” is obtained. If not, set it to “0”,
An average value is obtained by dividing the sum of the watershed meshes by the number of meshes. If the average value is larger than 0.5, it is set to "1", and if smaller than that, it is set to "0".

【0032】一方、ポンプ施設に流入する雨水流入量
が、水位計2および流量計3からの各計測値より、雨水
流入量演算装置44で算出される。そして、この雨水流
入量データが、学習用出力データとして学習用出力デー
タ保存装置45に蓄えられる。すなわち、この場合、ポ
ンプ場への流入量は通常、計測設備がないため、演算に
よる方法で演算される。つまり、流入量は
On the other hand, the amount of rainwater flowing into the pump facility is calculated by the rainwater inflow calculating device 44 from the measured values from the water level meter 2 and the flow meter 3. Then, the rainwater inflow amount data is stored in the learning output data storage device 45 as learning output data. That is, in this case, the amount of inflow to the pumping station is usually calculated by a method because there is no measuring equipment. That is, the inflow is

【0033】[0033]

【数1】 のような式で与えられる。このことを図4を用いて説明
する。
(Equation 1) It is given by the following expression. This will be described with reference to FIG.

【0034】すなわち、過去の降雨時の水位時間変化
は、水位計記録から読み取れる。そして、この水位変化
をV−H特性にあてはめ、流量変化分が算出される。一
方、ポンプの運転記録からQ−H特性と呼ばれる吐出量
−水位関係にあてはめ、ポンプ吐出量が算出される。次
に、流量変化分とポンプ吐出量を加え合わせることによ
り、ポンプ場に流入した雨水流入量が求められる。
That is, the past water level change during rainfall can be read from the water level meter record. Then, the change in water level is applied to the VH characteristic to calculate a flow rate change. On the other hand, the pump discharge amount is calculated by applying the discharge amount-water level relationship called QH characteristic from the operation record of the pump. Next, the amount of rainwater flowing into the pumping station is obtained by adding the amount of change in the flow rate and the pump discharge amount.

【0035】次に、ニューラルネットワーク学習装置4
6で、これら学習用入力データ保存装置43および学習
用出力データ保存装置45により蓄えられた、学習用入
力データである積算雨量データ(降雨分布実績値)と判
別値(前降雨実績)、および学習用出力データである流
入量実績値を用いて、バックプロパゲーション法により
重み係数が算出される。図5は、ニューラルネットワー
クの構成例を示す図である。この場合、入力層、中間
層、出力層の3層構成となっている。
Next, the neural network learning device 4
At 6, the integrated rainfall data (rainfall distribution actual value) and the discriminant value (previously rainfall actual), which are the learning input data, stored by the learning input data storage device 43 and the learning output data storage device 45, The weighting factor is calculated by the back propagation method using the inflow amount actual value that is the output data for use. FIG. 5 is a diagram illustrating a configuration example of a neural network. In this case, it has a three-layer configuration of an input layer, an intermediate layer, and an output layer.

【0036】すなわち、降雨分布実績値の前降雨実績を
入力層のニューロンとし、教示データの流入量実績値を
出力層のニューロンとする、ニューラルネットワークの
ニューロン間の重み係数を学習することにより、予測モ
デルが得られる。この場合、学習にはバックプロパゲー
ション法と呼ばれる、ネットワークの誤差が出力層から
入力層へ逆搬していく学習方式が用いられる。以下にそ
の学習の手順について説明する。
That is, prediction is performed by learning a weight coefficient between neurons in a neural network in which the previous rainfall result of the rainfall distribution result value is used as a neuron in the input layer, and the actual inflow amount of the teaching data is used as a neuron in the output layer. A model is obtained. In this case, a learning method called backpropagation, in which network errors are carried back from the output layer to the input layer, is used for learning. Hereinafter, the learning procedure will be described.

【0037】(ステップ1):入力層に、積算雨量デー
タ(降雨分布実績値)と判別値(前降雨実績)が入力さ
れ、中間層および出力層が以下のニューロンモデルに従
って演算される。中間層の第jニューロンの出力Hj
(Step 1): The integrated rainfall data (rainfall distribution actual value) and the discrimination value (previously rainfall actual) are input to the input layer, and the intermediate layer and the output layer are calculated according to the following neuron model. The output H j of the jth neuron in the hidden layer is

【0038】[0038]

【数2】 出力層の第kニューロンの出力Ok (Equation 2) The output O k of the k-th neuron in the output layer is

【0039】[0039]

【数3】 (Equation 3)

【0040】(ステップ2):出力層の第kニューロン
の出力Ok と、出力層の第kニューロンの教示信号であ
る流入量実績値yk との二乗誤差の和を最小化するよう
に、ネットワークの重み係数を修正して学習される。中
間層と出力層との重み係数の学習は、
(Step 2): The sum of the square errors between the output O k of the k-th neuron in the output layer and the actual inflow amount y k which is the teaching signal of the k-th neuron in the output layer is minimized. It is learned by modifying the weighting factor of the network. Learning the weight coefficient between the hidden layer and the output layer

【0041】[0041]

【数4】 のΔwjkが演算され、wjkが修正される。また、入力層
と中間層との重み係数の学習は、
(Equation 4) Δw jk of is calculated, w jk is modified. In addition, learning of the weight coefficient between the input layer and the hidden layer is as follows.

【0042】[0042]

【数5】 のΔwikが演算され、wijが修正される。以上のような
学習の結果得られた重み係数が、学習済重み係数保存装
置47に蓄えられる。
(Equation 5) Of Δw ik is calculated, w ij is modified. The weighting factor obtained as a result of the learning as described above is stored in the learned weighting factor storage device 47.

【0043】次に、ニューラルネットワーク予測装置4
8で、降雨当日の降雨分布実績演算装置41からの降雨
分布実績(積算雨量データ)と前降雨実績判別装置42
からの前降雨実績(判別値)より、学習済重み係数保存
装置47に蓄えられた学習済みの重み係数を用いて、雨
水流入量が予測される。
Next, the neural network prediction device 4
At 8, the rain distribution result (integrated rainfall data) from the rain distribution result calculation device 41 on the day of the rain and the previous rain performance determination device 42
From the previous rainfall result (discrimination value), the rainwater inflow amount is predicted using the learned weight coefficient stored in the learned weight coefficient storage device 47.

【0044】すなわち、ニューラルネットワークの重み
係数WijとWjkが決まると、入力層にデータが与えられ
ることによって、出力層のデータである雨水流入量が求
められる。具体的には、入力データとして、レーダ雨量
観測メッシュ積算雨量の時系列データが与えられる。こ
の場合、時系列データの与え方としては、積算雨量を一
定時間ΔT毎に分割してm個用意される。そして、この
ようなデータが、メッシュ数に対応してn組存在する。
また、前降雨実績データも入力される。図6に示すよう
に、積算雨量から予測される雨水流入量は、一定時間Δ
T毎の値として出力層に出力される。
That is, when the weight coefficients W ij and W jk of the neural network are determined, the data is given to the input layer, and the inflow of rainwater, which is the data of the output layer, is obtained. Specifically, time series data of the integrated rainfall of the radar rainfall observation mesh is given as input data. In this case, as a method of giving the time-series data, m integrated rainfalls are prepared by dividing the integrated rainfall at regular time intervals ΔT. Then, there are n sets of such data corresponding to the number of meshes.
Also, previous rainfall actual data is input. As shown in FIG. 6, the rainwater inflow amount predicted from the integrated rainfall is equal to a predetermined time Δ
The value is output to the output layer as a value for each T.

【0045】最後に、このようにして予測されたニュー
ラルネットワーク予測装置48からの雨水流入量の予測
値が、雨水流入量表示装置49に表示されて、一連の予
測演算が終了する。
Finally, the predicted value of the amount of rainwater inflow from the neural network prediction device 48 thus predicted is displayed on the rainwater inflow display device 49, and a series of prediction calculations ends.

【0046】なお、上記において、もし、現在時刻まで
の降雨が、降雨初期の段階のため低レベルであれば雨水
排水のために十分な雨水流入量値の予測情報が得られな
い。このため、必要に応じて、先何時間かの降雨予測を
行なう必要がある。これは、降雨予測の精度とも絡むの
で、本発明の場合には、流域が広く、降雨開始からポン
プ場雨水流入までの時間遅れができるだけ大きい方が実
用的であるといえる。すなわち、一度降雨ピークにまで
達するような時刻まで、降雨分布を観測し、その後十分
な時間経過後にポンプ場への雨水流入が起こる場合に適
用が可能である。
In the above description, if the rainfall until the present time is low at the early stage of the rainfall, it is not possible to obtain sufficient rainwater inflow prediction information for rainwater drainage. For this reason, it is necessary to forecast rainfall for several hours in advance if necessary. Since this is related to the accuracy of rainfall prediction, it can be said that in the case of the present invention, it is more practical that the watershed is wide and the time delay from the start of rainfall to the inflow of pump station rainwater is as large as possible. That is, the present invention is applicable to a case where rainfall distribution is observed until a time when the rainfall reaches the rainfall peak, and after a sufficient time has passed, rainwater flows into the pumping station.

【0047】上述したように、本実施例のニューラルネ
ットワーク応用流入量予測装置4は、レーダ雨量計1か
らの観測値を、メッシュ形状の積算雨量に換算する降雨
分布実績演算装置41と、一定の判別基準に基づいて前
降雨の流入量への影響の有無を判別する前降雨実績判別
装置42と、降雨分布実績演算装置41により演算され
た降雨開始から等時間間隔で離散的な積算雨量データ
と、前降雨実績判別装置42により判別された判別値と
を、学習用入力データとして蓄えるための学習用入力デ
ータ保存装置43と、水位計2および流量計3からの計
測値を基に、ポンプ施設に流入する雨水流入量を演算す
る雨水流入量演算装置44と、雨水流入量演算装置44
により演算された雨水流入量を、学習用出力データとし
て蓄えるための学習用出力データ保存装置45と、学習
用入力データ保存装置43および学習用出力データ保存
装置45により蓄えられた、学習用入力データである積
算雨量データと判別値、および学習用出力データである
雨水流入量に基づいて、バックプロパゲーション法によ
りニューラルネットワークの重み係数を学習するニュー
ラルネットワーク学習装置46と、ニューラルネットワ
ーク学習装置46による学習済みの重み係数を蓄えるた
めの学習済重み係数保存装置47と、学習済重み係数保
存装置47に蓄えられた学習済みの重み係数を用いて、
降雨分布実績演算装置41により入力される降雨当日の
降雨分布実績である積算雨量データと前降雨実績である
判別値とから、ニューラルネットワークにより雨水流入
量を予測するニューラルネットワーク予測装置48と、
ニューラルネットワーク予測装置47により予測された
雨水流入量を表示出力する雨水流入量表示装置49と、
ニューラルネットワーク学習装置46における学習を一
定期間毎に行なって経年変化によるモデルの重み係数を
修正する(見直す)ための学習起動スイッチ40とから
構成したものである。従って、次のような効果が得られ
るものである。
As described above, the neural network-based inflow rate prediction device 4 of this embodiment includes a rainfall distribution result calculation device 41 that converts the observation value from the radar rain gauge 1 into a mesh-shaped integrated rainfall, Pre-rainfall performance discriminating device 42 for discriminating whether or not there is an influence on the inflow amount of pre-rainfall based on the discrimination criterion, and discrete integrated rainfall data at equal time intervals from the start of rainfall calculated by rainfall distribution result calculating device 41 , A discriminating value determined by the previous rainfall actual discriminating device 42, a learning input data storage device 43 for storing as learning input data, and a pump facility based on measured values from the water level meter 2 and the flow meter 3. Rainwater inflow calculator 44 for calculating the amount of rainwater inflow into the rainwater, and rainwater inflow calculator 44
Learning data storage device 45 for storing the rainwater inflow amount calculated by the above as learning output data, and learning input data storage device 43 and learning input data stored by the learning output data storage device 45. A neural network learning device 46 that learns the weighting factor of the neural network by the back propagation method based on the integrated rainfall data and the discrimination value that is the learning data, and the rainwater inflow amount that is the learning output data, and learning by the neural network learning device 46 Using the learned weight coefficient storage device 47 for storing the learned weight coefficient, and the learned weight coefficient stored in the learned weight coefficient storage device 47,
A neural network prediction device 48 for predicting rainwater inflow by a neural network from the integrated rainfall data which is the rainfall distribution result on the rainy day and the discrimination value which is the previous rainfall result input by the rainfall distribution result calculation device 41;
A rainwater inflow display device 49 for displaying and outputting the rainwater inflow predicted by the neural network prediction device 47;
The neural network learning device 46 comprises a learning activation switch 40 for performing learning at regular intervals and correcting (reviewing) the weight coefficient of the model due to aging. Therefore, the following effects can be obtained.

【0048】(a)過去の降雨実績値と雨水流入量実績
値との関係に基づいて、予測モデルの重み係数を学習し
ているため、学習に必要なデータを蓄積するだけでよ
く、モデル設定作業の自動化を図ることが可能となる。
すなわち、従来のように、数式モデルの調整に見られる
データ解析等の人手と時間を一切不要とすることができ
る。
(A) Since the weighting factor of the prediction model is learned based on the relationship between the past rainfall actual value and the rainwater inflow amount actual value, it is only necessary to accumulate the data necessary for the learning, and to set the model. Work can be automated.
That is, it is possible to eliminate the need for manpower and time for data analysis and the like that are required for adjusting the mathematical model, as in the related art.

【0049】(b)一定期間毎に学習を行なうことによ
り、土地利用の経年変化による流入量変化への影響を、
実績値に基づいて重み係数に反映させることが可能とな
る。 (c)従来から問題になっていた点雨量である地上雨量
計に代わって、面積雨量であるレーダ雨量計による降雨
分布を取り込んでいるため、雨水流入量の予測精度を著
しく向上させることが可能となる。
(B) By performing learning at regular intervals, the influence of land use over time on the inflow rate change
It is possible to reflect on the weight coefficient based on the actual value. (C) The rainfall distribution by the radar rain gauge, which is the area rainfall, is taken in instead of the ground rain gauge, which is a point rainfall, which has been a problem in the past. Therefore, it is possible to significantly improve the prediction accuracy of rainwater inflow. Becomes

【0050】尚、上記実施例では、出力手段として、ニ
ューラルネットワーク予測装置48により予測された雨
水流入量を表示出力する表示装置を備えた場合について
説明したが、これに限らず出力手段として、ニューラル
ネットワーク予測装置48により予測された雨水流入量
を印字出力する印字装置を備えるようにしてもよいこと
は言うまでもない。
In the above embodiment, a case has been described in which a display device for displaying and outputting the rainwater inflow amount predicted by the neural network prediction device 48 is provided as the output means. However, the present invention is not limited to this. It goes without saying that a printing device that prints out the rainwater inflow amount predicted by the network prediction device 48 may be provided.

【0051】また、上記実施例では、一定の判別基準に
基づいて前降雨の流入量への影響の有無を判別する前降
雨実績判別装置42を備え、この前降雨実績判別装置4
2により判別された判別値を、降雨分布実績演算装置4
1により演算された降雨開始から等時間間隔で離散的な
積算雨量データと共に学習用入力データとして学習用入
力データ保存装置43に蓄える場合について説明した
が、この前降雨実績判別装置42を備えることは、本発
明に必ずしも必要不可欠なことではない。
Further, in the above-described embodiment, there is provided the pre-rainfall result discriminating device 42 for discriminating whether or not the influence of the pre-rainfall on the inflow amount is based on a predetermined discrimination criterion.
The determination value determined in step 2 is used as the rainfall distribution result calculation device 4
Although the case has been described in which the learning input data storage device 43 is stored as learning input data together with discrete integrated rainfall data at equal time intervals from the start of rainfall calculated by 1 in the learning input data storage device 43, However, it is not necessarily essential to the present invention.

【0052】さらに、上記実施例では、ニューラルネッ
トワーク学習装置46における学習を一定期間毎に行な
って経年変化によるモデルの重み係数を修正する(見直
す)ための学習起動スイッチ40を備える場合について
説明したが、この学習起動スイッチ40を備えること
は、本発明に必ずしも必要不可欠なことではない。
Further, in the above-described embodiment, the case where the learning start switch 40 for correcting (reviewing) the weight coefficient of the model due to aging by performing the learning in the neural network learning device 46 at regular intervals has been described. The provision of the learning start switch 40 is not always essential to the present invention.

【0053】[0053]

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、雨
水排水を目的とする下水道ポンプ場または処理場等のポ
ンプ施設に対し、レーダ雨量計を用いてニューラルネッ
トワークによりポンプ運転支援のための雨水流入量を予
測する雨水流入量予測装置において、レーダ雨量計から
の観測値をメッシュ形状の降雨強度に換算しこの降雨強
度を積算した値であって降雨開始から等時間間隔で離散
的な積算雨量データを学習用入力データとして蓄えると
共に、ポンプ施設の水位計およびポンプ運転による吐出
量からポンプ施設に流入する雨水流入量を演算し学習用
出力データとして蓄える学習用実績情報入力手段と、学
習用実績情報入力手段により蓄えられた学習用入力デー
タである積算雨量データおよび学習用出力データである
雨水流入量に基づいて、バックプロパゲーション法によ
りニューラルネットワークの重み係数を学習し、当該学
習済みの重み係数を蓄える予測モデル構築手段と、予測
モデル構築手段に蓄えられた学習済みの重み係数を用い
て、レーダ雨量計の観測値から得られる降雨当日の積算
雨量データから、ニューラルネットワークにより雨水流
入量を予測する流入量予測手段と、流入量予測手段によ
り予測された雨水流入量を出力する出力手段とを備えて
構成するようにしたので、ポンプ運転支援のための雨水
ピーク流入量の(時間変化の)予測を自動的にかつ精度
よく行なうことが可能な極めて信頼性の高いニューラル
ネットワーク応用雨水流入量予測装置が提供できる。
As described above, according to the present invention, pump operation support for a pumping facility such as a sewerage pumping station or a treatment plant for draining rainwater by a neural network using a radar rain gauge is provided. In the rainwater inflow prediction device that predicts rainwater inflow, the observation value from the radar rain gauge is converted into a mesh-shaped rainfall intensity, and this rainfall intensity is calculated.
It is a value obtained by integrating the degrees and discrete at equal time intervals from the start of rainfall
Means for storing actual cumulative rainfall data as learning input data, calculating the rainwater inflow amount flowing into the pump facility from the water level gauge of the pump facility and the discharge amount due to the pump operation, and storing it as learning output data. , based on the rainwater inflow is accumulated rainfall data and Science習用output data as input data for learning stored by the learning record information input means, to learn the weighting factor of the neural network by the back propagation method, and prediction model constructing means for storing the weighting coefficient of the learned, using the weight coefficient learned stored in the prediction model constructing means the day rainfall derived from observations of the radar rain gauge integrated rainfall data or al, Inflow prediction means for predicting rainwater inflow by neural network, and rainwater predicted by inflow prediction means The output means for outputting the input amount is provided, so that it is possible to automatically and accurately predict the rainwater peak inflow amount (time change) for supporting the pump operation, which is extremely reliable. A neural network application rainwater inflow prediction device with high cost can be provided.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明によるニューラルネットワーク応用流入
量予測装置を、下水道ポンプ場のポンプ施設に適用した
場合の一実施例を示すブロック図。
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment in which the neural network applied inflow rate prediction device according to the present invention is applied to a pump facility of a sewer pumping station.

【図2】同実施例における積算雨量データRi(t)を
説明するための図。
FIG. 2 is a diagram for explaining integrated rainfall data Ri (t) in the embodiment.

【図3】同実施例におけるFIG. 3 shows the same embodiment.

【図4】同実施例におけるポンプ場に流入する雨水流入
量の算出方法を説明するための図。
FIG. 4 is a view for explaining a method of calculating the amount of rainwater flowing into the pumping station in the embodiment.

【図5】同実施例におけるニューラルネットワークの構
成例を示す図。
FIG. 5 is a diagram showing a configuration example of a neural network in the embodiment.

【図6】同実施例における入力データと出力データとの
関係の一例を説明するための図。
FIG. 6 is an exemplary view for explaining an example of the relationship between input data and output data in the embodiment.

【図7】降雨強度と雨水流入量との関係の一例を示す
図。
FIG. 7 is a diagram showing an example of the relationship between rainfall intensity and rainwater inflow.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…レーダ雨量計、2…水位計、3…流量計、4…ニュ
ーラルネットワーク応用流入量予測装置、41…降雨分
布実績演算装置、42…前降雨実績判別装置、43…学
習用入力データ保存装置、44…雨水流入量演算装置、
45…学習用出力データ保存装置、46…ニューラルネ
ットワーク学習装置、47…学習済重み係数保存装置、
48…ニューラルネットワーク予測装置、49…雨水流
入量表示装置、40…学習起動スイッチ。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Radar rain gauge, 2 ... Water level gauge, 3 ... Flow meter, 4 ... Neural network applied inflow forecasting device, 41 ... Rainfall distribution result calculating device, 42 ... Pre-rainfall result discriminating device, 43 ... Input data storage device for learning , 44 ... rainwater inflow calculation device,
45: learning output data storage device, 46: neural network learning device, 47: learned weight coefficient storage device
48: Neural network prediction device, 49: Rainwater inflow amount display device, 40: Learning start switch.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G05B 13/00 - 13/04 G06F 15/18 550 G06F 15/20 E03F 1/00 F04B 49/00 - 49/08 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Fields investigated (Int. Cl. 6 , DB name) G05B 13/00-13/04 G06F 15/18 550 G06F 15/20 E03F 1/00 F04B 49/00-49 / 08

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 雨水排水を目的とする下水道ポンプ場ま
たは処理場等のポンプ施設に対し、レーダ雨量計を用い
てニューラルネットワークによりポンプ運転支援のため
の雨水流入量を予測する雨水流入量予測装置において、 前記レーダ雨量計からの観測値をメッシュ形状の降雨強
度に換算しこの降雨強度を積算した値であって降雨開始
から等時間間隔で離散的な積算雨量データを学習用入力
データとして蓄えると共に、前記ポンプ施設の水位計お
よびポンプ運転による吐出量から前記ポンプ施設に流入
する雨水流入量を演算し学習用出力データとして蓄える
学習用実績情報入力手段と、 前記学習用実績情報入力手段により蓄えられた学習用入
力データである積算雨量データおよび学習用出力データ
である雨水流入量に基づいて、バックプロパゲーション
法によりニューラルネットワークの重み係数を学習し、
当該学習済みの重み係数を蓄える予測モデル構築手段
と、 前記予測モデル構築手段に蓄えられた学習済みの重み係
数を用いて、前記レーダ雨量計の観測値から得られる降
雨当日の積算雨量データから、ニューラルネットワーク
により雨水流入量を予測する流入量予測手段と、 前記流入量予測手段により予測された雨水流入量を出力
する出力手段と、 を備えて成ることを特徴とするニューラルネットワーク
応用雨水流入量予測装置。
1. A rainwater inflow prediction device for predicting rainwater inflow for a pump operation support by a neural network using a radar rain gauge for a pump facility such as a sewer pumping station or a treatment plant for rainwater drainage. In the above, the observation value from the radar rain gauge is used as a mesh-shaped rainfall intensity.
It is a value obtained by integrating the rainfall intensity into
While storing discrete accumulated rainfall data as learning input data at equal time intervals from the same, the rainwater inflow into the pump facility is calculated from the water level gauge of the pump facility and the discharge amount due to the pump operation as learning output data. a learning record information input means for storing, on the basis of the rainwater inflow is beauty science習用output data Oyo integrated rainfall data as input data for learning stored by the learning record information input means, the back propagation method Learn the weight coefficient of the neural network,
And prediction model constructing means for storing the weighting coefficient of the learned, using said weighting coefficients of the predictive model stored in the construction unit already learned, or cumulative rainfall data of day rainfall derived from observations of the radar rain gauge A rainwater inflow predicting means for predicting rainwater inflow by a neural network; and an output means for outputting a rainwater inflow predicted by the inflow prediction means. Quantity prediction device.
【請求項2】 雨水排水を目的とする下水道ポンプ場ま
たは処理場等のポンプ施設に対し、レーダ雨量計を用い
てニューラルネットワークによりポンプ運転支援のため
の雨水流入量を予測する雨水流入量予測装置において、 前記レーダ雨量計からの観測値をメッシュ形状の降雨強
度に換算しこの降雨強度を積算した値であって降雨開始
から等時間間隔で離散的な積算雨量データと、前降雨に
ついての前記観測値に基づき取得される前降雨実績であ
って一定の判別基準に基づいて前降雨の雨水流入量への
影響の有無を判別した値である判別値と、を学習用入力
データとして蓄えると共に、前記ポンプ施設の水位計お
よびポンプ運転による吐出量から前記ポンプ施設に流入
する雨水流入量を演算し学習用出力データとして蓄える
学習用実績情報入力手段と、 前記学習用実績情報入力手段により蓄えられた学習用入
力データである積算雨量データおよび判別値、並びに学
習用出力データである雨水流入量に基づいて、バックプ
ロパゲーション法によりニューラルネットワークの重み
係数を学習し、当該学習済みの重み係数を蓄える予測モ
デル構築手段と、 前記予測モデル構築手段に蓄えられた学習済みの重み係
数を用いて、前記レーダ雨量計の観測値から得られる降
雨当日の積算雨量データと、これに対応する前降雨実績
である判別値とから、ニューラルネットワークにより雨
水流入量を予測する流入量予測手段と、 前記流入量予測手段により予測された雨水流入量を出力
する出力手段と、 を備えて成ることを特徴とするニューラルネットワーク
応用雨水流入量予測装置。
2. A rainwater inflow prediction device for predicting rainwater inflow for pump operation support by a neural network using a radar rain gauge for a pump facility such as a sewer pumping station or a treatment plant for rainwater drainage. In the above, the observation value from the radar rain gauge is used as a mesh-shaped rainfall intensity.
It is a value obtained by integrating the rainfall intensity into
From the integrated accumulated rainfall data at equal time intervals
Pre-rainfall results obtained based on the above observations
The rainfall inflow of pre-rainfall based on certain criteria
A discriminant value, which is a value for discriminating the presence or absence of the influence, is stored as learning input data, and a rainwater inflow into the pump facility is calculated from a water level gauge of the pump facility and a discharge amount by pump operation, and a learning output is calculated. Learning result information input means to be stored as data; integrated rainfall data and discrimination values as learning input data stored by the learning result information input means; and rainwater inflow as learning output data. A prediction model construction unit that learns the weighting factor of the neural network by the propagation method, and stores the learned weighting factor.Using the learned weighting factor stored in the prediction model building unit, the radar rain gauge Based on the accumulated rainfall data on the day of rainfall obtained from the observed values and the corresponding discrimination value of the previous rainfall, Neural network-applied rainwater inflow, characterized by comprising: an inflow amount prediction means for predicting rainwater inflow by a neural network; and an output means for outputting the rainwater inflow predicted by the inflow amount prediction means. Prediction device.
【請求項3】 前記予測モデル構築手段としては、 前記学習用実績情報入力手段により蓄えられた学習用入
力データである積算雨量データ、および学習用出力デー
タである雨水流入量に基づいて、バックプロパゲーショ
ン法によりニューラルネットワークの重み係数を学習す
るニューラルネットワーク学習手段と、 前記ニューラルネットワーク学習手段による学習済みの
重み係数を蓄える学習済重み係数保存手段とから成るこ
とを特徴とする請求項1に記載のニューラルネットワー
ク応用雨水流入量予測装置。
The method according to claim 3, wherein the prediction model constructing means on the basis of the learning result information inputted as input data for learning stored by means accumulated rainfall data, and rainwater inflow is learning output data, back 2. A neural network learning means for learning a weight coefficient of a neural network by a propagation method, and a learned weight coefficient storage means for storing a weight coefficient learned by the neural network learning means. Rainwater Inflow Prediction Applied to Neural Network.
【請求項4】 前記請求項1に記載のニューラルネット
ワーク応用雨水流入量予測装置において、前記予測モデ
ル構築手段における学習を一定期間毎に行なって経年変
化によるモデルの重み係数を修正するための学習起動手
段を付加して成ることを特徴とするニューラルネットワ
ーク応用雨水流入量予測装置。
4. The neural network applied rainwater inflow predicting apparatus according to claim 1, wherein learning in said predictive model construction means is performed at regular intervals to correct learning weight coefficients of the model due to aging. A rainwater inflow predicting device using a neural network, characterized by adding means.
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