特許 7395409 異常検出装置、水門システムおよび異常検出方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-12-01

(45)【発行日】2023-12-11

(54)【発明の名称】異常検出装置、水門システムおよび異常検出方法

(51)【国際特許分類】

   E02B 7/26 20060101AFI20231204BHJP

【ＦＩ】

E02B7/26 Z

【請求項の数】 9

(21)【出願番号】P 2020067723

(22)【出願日】2020-04-03

(65)【公開番号】P2021161844

(43)【公開日】2021-10-11

【審査請求日】2022-12-14

(73)【特許権者】

【識別番号】000005119

【氏名又は名称】日立造船株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100110847

【弁理士】

【氏名又は名称】松阪 正弘

(74)【代理人】

【識別番号】100136526

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 勉

(74)【代理人】

【識別番号】100136755

【弁理士】

【氏名又は名称】井田 正道

(72)【発明者】

【氏名】山下 遼

(72)【発明者】

【氏名】宮本 訓兄

(72)【発明者】

【氏名】石塚 諒一

【審査官】亀谷 英樹

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１３－０４４６５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－２６８７５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－１２９４５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－０２８５６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－０５９７９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０９－２１７３３３（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開昭５３－０７０６３５（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開平０８－１３４８７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－２０９５４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１０－３１１０１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－０２８２４６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１１－１３１４５５（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１５／１６０２５４（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｅ０２Ｂ ７／２０－７／５４

Ｂ６６Ｃ １５／００

Ｇ０１Ｎ １７／００

Ｂ６６Ｂ ７／１２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

水の流通を調整するための扉体と、前記扉体を開閉する水門開閉装置とを備える水門設備において異常を検出する異常検出装置であって、
水門開閉装置において駆動部と扉体とを連結する連結媒体にかかる荷重、または、前記駆動部にかかる負荷を検出対象として、前記検出対象の測定値を取得する検出部と、
前記扉体の没水量を取得する没水量取得部と、
前記検出対象の正常値を、少なくとも前記没水量に基づいて推定する正常値推定部と、
前記検出部により取得される前記測定値と、前記正常値推定部により推定される前記正常値とを比較することにより、水門設備における異常の有無を判定する判定部と、
を備え、
前記正常値推定部が、正常時である一の時点において前記検出部により取得される前記検出対象の前記測定値と、前記一の時点における前記扉体の没水量を含む特徴量群との組合せを教師データとして、複数の時点における複数の教師データを用いた学習により生成された学習済みモデルを有し、前記没水量取得部により取得される前記没水量を含む特徴量群を前記学習済みモデルに入力することにより、前記検出対象の前記正常値を推定し、
教師データに含まれる前記特徴量群、および、前記学習済みモデルに入力される前記特徴量群が、前記水門設備において水が前記扉体の上方を通過する越流状態となる場合に、前記扉体を越流する水深を含むことを特徴とする異常検出装置。

【請求項2】

水の流通を調整するための扉体と、前記扉体を開閉する水門開閉装置とを備える水門設備において異常を検出する異常検出装置であって、
水門開閉装置において駆動部と扉体とを連結する連結媒体にかかる荷重、または、前記駆動部にかかる負荷を検出対象として、前記検出対象の測定値を取得する検出部と、
前記扉体の没水量を取得する没水量取得部と、
前記検出対象の正常値を、少なくとも前記没水量に基づいて推定する正常値推定部と、
前記検出部により取得される前記測定値と、前記正常値推定部により推定される前記正常値とを比較することにより、水門設備における異常の有無を判定する判定部と、
を備え、
前記正常値推定部が、正常時である一の時点において前記検出部により取得される前記検出対象の前記測定値と、前記一の時点における前記扉体の没水量を含む特徴量群との組合せを教師データとして、複数の時点における複数の教師データを用いた学習により生成された学習済みモデルを有し、前記没水量取得部により取得される前記没水量を含む特徴量群を前記学習済みモデルに入力することにより、前記検出対象の前記正常値を推定し、
教師データに含まれる前記特徴量群、および、前記学習済みモデルに入力される前記特徴量群が、前記水門設備において水が前記扉体の下方を通過するアンダーフロー状態となる場合に、前記扉体の下端と水底との間の距離を含むことを特徴とする異常検出装置。

【請求項3】

請求項１または２に記載の異常検出装置であって、
前記判定部が、前記扉体の移動時において前記異常の有無を判定することを特徴とする異常検出装置。

【請求項4】

請求項１ないし３のいずれか１つに記載の異常検出装置であって、
教師データに含まれる前記特徴量群、および、前記学習済みモデルに入力される前記特徴量群が気温を含むことを特徴とする異常検出装置。

【請求項5】

請求項１ないし４のいずれか１つに記載の異常検出装置であって、
前記扉体の前記没水量が、前記扉体の開度を測定する開度計、および、水面の高さを測定する水位計の出力に基づいて取得されることを特徴とする異常検出装置。

【請求項6】

請求項１ないし５のいずれか１つに記載の異常検出装置であって、
教師データに含まれる前記特徴量群、および、前記学習済みモデルに入力される前記特徴量群が、前記扉体の上昇または下降の開始から終了までの時間である連続運転時間を含むことを特徴とする異常検出装置。

【請求項7】

水門システムであって、
扉体、および、前記扉体を開閉する水門開閉装置を備える水門設備と、
前記水門設備において異常を検出する、請求項１ないし６のいずれか１つに記載の異常検出装置と、
を備えることを特徴とする水門システム。

【請求項8】

水の流通を調整するための扉体と、前記扉体を開閉する水門開閉装置とを備える水門設備において異常を検出する異常検出方法であって、
ａ）水門開閉装置において駆動部と扉体とを連結する連結媒体にかかる荷重、または、前記駆動部にかかる負荷を検出対象として、前記検出対象の測定値を取得する工程と、
ｂ）前記扉体の没水量を取得する工程と、
ｃ）前記検出対象の正常値を、少なくとも前記没水量に基づいて推定する工程と、
ｄ）前記ａ）工程において取得される前記測定値と、前記ｃ）工程において推定される前記正常値とを比較することにより、水門設備における異常の有無を判定する工程と、
を備え、
正常時である一の時点において取得される前記検出対象の前記測定値と、前記一の時点における前記扉体の没水量を含む特徴量群との組合せを教師データとして、複数の時点における複数の教師データを用いた学習により生成された学習済みモデルが予め準備され、前記ｃ）工程において、前記ｂ）工程にて取得される前記没水量を含む特徴量群を前記学習済みモデルに入力することにより、前記検出対象の前記正常値が推定され、
教師データに含まれる前記特徴量群、および、前記学習済みモデルに入力される前記特徴量群が、前記水門設備において水が前記扉体の上方を通過する越流状態となる場合に、前記扉体を越流する水深を含むことを特徴とする異常検出方法。

【請求項9】

水の流通を調整するための扉体と、前記扉体を開閉する水門開閉装置とを備える水門設備において異常を検出する異常検出方法であって、
ａ）水門開閉装置において駆動部と扉体とを連結する連結媒体にかかる荷重、または、前記駆動部にかかる負荷を検出対象として、前記検出対象の測定値を取得する工程と、
ｂ）前記扉体の没水量を取得する工程と、
ｃ）前記検出対象の正常値を、少なくとも前記没水量に基づいて推定する工程と、
ｄ）前記ａ）工程において取得される前記測定値と、前記ｃ）工程において推定される前記正常値とを比較することにより、水門設備における異常の有無を判定する工程と、
を備え、
正常時である一の時点において取得される前記検出対象の前記測定値と、前記一の時点における前記扉体の没水量を含む特徴量群との組合せを教師データとして、複数の時点における複数の教師データを用いた学習により生成された学習済みモデルが予め準備され、前記ｃ）工程において、前記ｂ）工程にて取得される前記没水量を含む特徴量群を前記学習済みモデルに入力することにより、前記検出対象の前記正常値が推定され、
教師データに含まれる前記特徴量群、および、前記学習済みモデルに入力される前記特徴量群が、前記水門設備において水が前記扉体の下方を通過するアンダーフロー状態となる場合に、前記扉体の下端と水底との間の距離を含むことを特徴とする異常検出方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、水門設備において異常を検出する技術、および、当該技術を利用した水門システムに関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１では、ワイヤロープ式の水門開閉装置における各種機器の劣化度合いを診断する装置が開示されている。当該装置では、ワイヤロープ張力に基づいて複数の滑車の抵抗に起因する組滑車効率が算出される。そして、組滑車効率を経年的に監視して、各種機器の劣化度合いが診断される。

【0003】

なお、特許文献２では、水門ゲートの運転時において、ゲートを開閉する電動モーターの電流値と、水路の水位の変化と、ゲートの開度変化とを連続的に記録する装置が開示されている。当該装置では、水門ゲートの運転時におけるモーター起動時の電流値を正確に知ることができ、また、電流値、水位および開度を記録しておくことにより、ゲートの開閉機構の経年劣化、故障の原因などを調べる場合の情報として活用することができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特許第５８２７０７５号公報

【文献】特開平１１－１３１４５５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ところで、特許文献１の装置では、水門が没水することで生じる浮力や、ガイドレールとの摩擦の影響を排除するために、段落００１８に記載のように、水門が水圧の影響を受けない開度においてワイヤロープに作用する張力が検出される。このため、扉体が水路を流れる水に接触する水門設備の通常の状態において、異常を検出することができない。また、特許文献２の装置も、異常を検出するものではない。したがって、水門設備における異常を適切に検出する新規な手法が求められている。

【0006】

本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、水門設備における異常を適切に検出することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0007】

請求項１に記載の発明は、水の流通を調整するための扉体と、前記扉体を開閉する水門開閉装置とを備える水門設備において異常を検出する異常検出装置であって、水門開閉装置において駆動部と扉体とを連結する連結媒体にかかる荷重、または、前記駆動部にかかる負荷を検出対象として、前記検出対象の測定値を取得する検出部と、前記扉体の没水量を取得する没水量取得部と、前記検出対象の正常値を、少なくとも前記没水量に基づいて推定する正常値推定部と、前記検出部により取得される前記測定値と、前記正常値推定部により推定される前記正常値とを比較することにより、水門設備における異常の有無を判定する判定部とを備え、前記正常値推定部が、正常時である一の時点において前記検出部により取得される前記検出対象の前記測定値と、前記一の時点における前記扉体の没水量を含む特徴量群との組合せを教師データとして、複数の時点における複数の教師データを用いた学習により生成された学習済みモデルを有し、前記没水量取得部により取得される前記没水量を含む特徴量群を前記学習済みモデルに入力することにより、前記検出対象の前記正常値を推定し、教師データに含まれる前記特徴量群、および、前記学習済みモデルに入力される前記特徴量群が、前記水門設備において水が前記扉体の上方を通過する越流状態となる場合に、前記扉体を越流する水深を含む。
請求項２に記載の発明は、水の流通を調整するための扉体と、前記扉体を開閉する水門開閉装置とを備える水門設備において異常を検出する異常検出装置であって、水門開閉装置において駆動部と扉体とを連結する連結媒体にかかる荷重、または、前記駆動部にかかる負荷を検出対象として、前記検出対象の測定値を取得する検出部と、前記扉体の没水量を取得する没水量取得部と、前記検出対象の正常値を、少なくとも前記没水量に基づいて推定する正常値推定部と、前記検出部により取得される前記測定値と、前記正常値推定部により推定される前記正常値とを比較することにより、水門設備における異常の有無を判定する判定部とを備え、前記正常値推定部が、正常時である一の時点において前記検出部により取得される前記検出対象の前記測定値と、前記一の時点における前記扉体の没水量を含む特徴量群との組合せを教師データとして、複数の時点における複数の教師データを用いた学習により生成された学習済みモデルを有し、前記没水量取得部により取得される前記没水量を含む特徴量群を前記学習済みモデルに入力することにより、前記検出対象の前記正常値を推定し、教師データに含まれる前記特徴量群、および、前記学習済みモデルに入力される前記特徴量群が、前記水門設備において水が前記扉体の下方を通過するアンダーフロー状態となる場合に、前記扉体の下端と水底との間の距離を含む。

【0008】

請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の異常検出装置であって、前記判定部が、前記扉体の移動時において前記異常の有無を判定する。

【0009】

請求項４に記載の発明は、請求項１ないし３のいずれか１つに記載の異常検出装置であって、教師データに含まれる前記特徴量群、および、前記学習済みモデルに入力される前記特徴量群が気温を含む。

【0013】

請求項５に記載の発明は、請求項１ないし４のいずれか１つに記載の異常検出装置であって、前記扉体の前記没水量が、前記扉体の開度を測定する開度計、および、水面の高さを測定する水位計の出力に基づいて取得される。
請求項６に記載の発明は、請求項１ないし５のいずれか１つに記載の異常検出装置であって、教師データに含まれる前記特徴量群、および、前記学習済みモデルに入力される前記特徴量群が、前記扉体の上昇または下降の開始から終了までの時間である連続運転時間を含む。

【0014】

請求項７に記載の発明は、水門システムであって、扉体、および、前記扉体を開閉する水門開閉装置を備える水門設備と、前記水門設備において異常を検出する、請求項１ないし６のいずれか１つに記載の異常検出装置とを備える。

【0015】

請求項８に記載の発明は、水の流通を調整するための扉体と、前記扉体を開閉する水門開閉装置とを備える水門設備において異常を検出する異常検出方法であって、ａ）水門開閉装置において駆動部と扉体とを連結する連結媒体にかかる荷重、または、前記駆動部にかかる負荷を検出対象として、前記検出対象の測定値を取得する工程と、ｂ）前記扉体の没水量を取得する工程と、ｃ）前記検出対象の正常値を、少なくとも前記没水量に基づいて推定する工程と、ｄ）前記ａ）工程において取得される前記測定値と、前記ｃ）工程において推定される前記正常値とを比較することにより、水門設備における異常の有無を判定する工程とを備え、正常時である一の時点において取得される前記検出対象の前記測定値と、前記一の時点における前記扉体の没水量を含む特徴量群との組合せを教師データとして、複数の時点における複数の教師データを用いた学習により生成された学習済みモデルが予め準備され、前記ｃ）工程において、前記ｂ）工程にて取得される前記没水量を含む特徴量群を前記学習済みモデルに入力することにより、前記検出対象の前記正常値が推定され、教師データに含まれる前記特徴量群、および、前記学習済みモデルに入力される前記特徴量群が、前記水門設備において水が前記扉体の上方を通過する越流状態となる場合に、前記扉体を越流する水深を含む。
請求項９に記載の発明は、水の流通を調整するための扉体と、前記扉体を開閉する水門開閉装置とを備える水門設備において異常を検出する異常検出方法であって、ａ）水門開閉装置において駆動部と扉体とを連結する連結媒体にかかる荷重、または、前記駆動部にかかる負荷を検出対象として、前記検出対象の測定値を取得する工程と、ｂ）前記扉体の没水量を取得する工程と、ｃ）前記検出対象の正常値を、少なくとも前記没水量に基づいて推定する工程と、ｄ）前記ａ）工程において取得される前記測定値と、前記ｃ）工程において推定される前記正常値とを比較することにより、水門設備における異常の有無を判定する工程とを備え、正常時である一の時点において取得される前記検出対象の前記測定値と、前記一の時点における前記扉体の没水量を含む特徴量群との組合せを教師データとして、複数の時点における複数の教師データを用いた学習により生成された学習済みモデルが予め準備され、前記ｃ）工程において、前記ｂ）工程にて取得される前記没水量を含む特徴量群を前記学習済みモデルに入力することにより、前記検出対象の前記正常値が推定され、教師データに含まれる前記特徴量群、および、前記学習済みモデルに入力される前記特徴量群が、前記水門設備において水が前記扉体の下方を通過するアンダーフロー状態となる場合に、前記扉体の下端と水底との間の距離を含む。

【発明の効果】

【0016】

本発明によれば、水門設備における異常を適切に検出することができる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】水門システムの構成を示す図である。

【図2】異常検出装置の機能構成を示すブロック図である。

【図3】水門設備の異常を検出する処理の流れを示す図である。

【図4】越流状態を説明するための図である。

【図5】アンダーフロー状態を説明するための図である。

【図6】異常検出装置の他の例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

図１は、本発明の一の実施の形態に係る水門システム１の構成を示す図である。水門システム１は、水門設備１０と、コンピュータ４とを備える。本実施の形態では、コンピュータ４は、水門設備１０の近傍に設けられる。コンピュータ４は、水門設備１０とは異なる位置に設けられてもよく、この場合、水門設備１０（の後述の開度計３３および水位計３４）は、通信装置等に接続され、インターネット等のネットワークを介して当該コンピュータ４に接続される。当該コンピュータ４は、クラウドサービスにより提供されるコンピュータであってもよい。水門設備１０は、扉体２と、水門開閉装置３とを備える。

【0019】

扉体２は、水路を横断するように設けられる略板状であり、例えば金属により形成される。扉体２は、水路における水の流通を調整するためのものである。扉体２において、図１中の左右方向を向く両端面には、複数のローラ２２が設けられる。複数のローラ２２は、水路の両側に設けられるガイドレール２３に係合する。これにより、扉体２が図１中の上下方向に移動可能に支持される。扉体２の上面には、滑車（シーブ）２１が設けられる。滑車２１は、扉体２と共に昇降する動滑車である。図１の例では、複数の滑車２１が扉体２に取り付けられる。扉体２の構造は任意に変更されてよく、例えば、扉体２が上段扉および下段扉を有し、両者が連動して、または、個別に昇降するものであってもよい。

【0020】

水門開閉装置３は、例えば、ワイヤロープウィンチ式であり、扉体２を昇降させて扉体２の開閉（水路の開閉）を行う。水門開閉装置３は、駆動部３１と、２本の金属製のワイヤロープ３６とを備える。駆動部３１は、電動機３１１と、ブレーキ装置３１２と、減速機３１３と、シャフト３１４と、２つのピニオン３１５と、２つのドラム３１６とを備える。電動機３１１は、ブレーキ装置３１２および減速機３１３を介してシャフト３１４を回転させる。電動機３１１では、シャフト３１４の回転方向を正転および逆転で切り替えることが可能である。２つのピニオン３１５は、シャフト３１４に設けられる。２つのドラム３１６には、ドラムギア３１７が設けられ、２つのピニオン３１５とそれぞれ歯合する。シャフト３１４が回転することにより、２つのドラム３１６が正転または逆転する。

【0021】

各ドラム３１６には、連結媒体であるワイヤロープ３６の一端が固定されるとともに、ワイヤロープ３６の一部が巻かれている。各ワイヤロープ３６においてドラム３１６に巻かれていない部分は、扉体２に設けられた２つの滑車２１に掛けられるとともに、当該２つの滑車２１の間にて滑車３２１に掛けられる。ワイヤロープ３６の他端は、後述の荷重検出部４９により保持される。滑車３２１および荷重検出部４９は堤体に対して固定される。図１の例では、扉体２は、吊り下げられた状態でワイヤロープ３６により支持される。

【0022】

水門開閉装置３では、ドラム３１６が正転することにより、ワイヤロープ３６がドラム３１６に巻き取られ、扉体２が上昇する。ドラム３１６が逆転することにより、ワイヤロープ３６がドラム３１６から送り出され、扉体２が下降する。このようにして、水路において扉体２が開閉される。扉体２の開閉荷重は、ワイヤロープ３６により支持される。荷重検出部４９は、例えばロードセル等を有し、ワイヤロープ３６にかかる荷重（ここでは、張力）を検出対象として測定する。荷重検出部４９は、ロードセル以外を利用して荷重を測定するものであってもよい。

【0023】

なお、ドラム３１６の正転および逆転は、便宜的なものであり、ワイヤロープ３６の巻き取りがドラム３１６の逆転と捉えられ、ワイヤロープ３６の送り出しがドラム３１６の正転と捉えられてもよい。水門開閉装置３では、ドラム３１６およびワイヤロープ３６の複数の組合せが設けられてよく、ドラム３１６およびワイヤロープ３６の１つの組合せのみが設けられてもよい。また、ドラム３１６およびワイヤロープ３６の個数は必ずしも一致していなくてもよい。それぞれの個数は、１つであってもよく、３つ以上であってもよい。荷重検出部４９の個数も同様に、１つであってもよく、３つ以上であってもよい（後述の負荷検出部４９ａにおいて同様）。また、ワイヤロープ３６以外のロープや、チェーン等の他の索状部材が用いられてもよい。

【0024】

水門開閉装置３は、開度計３３と、水位計３４とをさらに備える。開度計３３は、例えばシャフト３１４の回転量を検出することにより、扉体２の開度を測定する。図１の例では、扉体２の開度は、所定位置を基準とする扉体２の高さ（上下方向の位置）である。本実施の形態では、開度の基準位置（所定位置）が、水底であり、開度は、水底から扉体２の下端までの高さである。開度の基準位置は、水底以外であってもよい。開度計３３は、扉体２に別途取り付けられたワイヤを利用して扉体２の開度を検出するものや、磁気センサ、リードスイッチまたは圧力センサ等を利用して扉体２の開度を検出するものであってもよい。

【0025】

水位計３４は、例えばフロート式水位計であり、水面に浮かべられたフロートの位置を検出することにより、水位を測定する。図１の例では、水位は、所定位置を基準とする水面の高さである。本実施の形態では、水位の基準位置（所定位置）が、水底であり、水位は、水底から水面までの高さである。水位計３４は、フロートを用いることなく水位を測定する、音波式、超音波式または圧力式水位計等であってもよい。

【0026】

図２は、異常検出装置４０の機能構成を示すブロック図である。異常検出装置４０は、水門設備１０において異常を検出するものであり、既述の荷重検出部４９と、没水量取得部４１と、正常値推定部４２と、判定部４３とを備える。没水量取得部４１は、扉体２の没水量を取得する。正常値推定部４２は、ワイヤロープ３６の荷重の正常値を推定する。ここでの正常値とは、ある運転条件下（ある没水量、ある水の流下状態、ある気象など）で、異常がないと仮定した際に生じうる荷重の推定値を指す。判定部４３は、水門設備１０における異常の有無を判定する。没水量取得部４１、正常値推定部４２および判定部４３の機能は、コンピュータ４のＣＰＵ等が、所定のプログラムに従って演算処理を実行することにより（すなわち、コンピュータがプログラムを実行することにより）実現される。没水量取得部４１、正常値推定部４２および判定部４３の機能は専用の電気回路により実現されてもよく、部分的に専用の電気回路が用いられてもよい。図２では、開度計３３および水位計３４もブロックにて示す。

【0027】

図３は、異常検出装置４０が水門設備１０の異常を検出する処理の流れを示す図である。図１に示す水門システム１では、例えば、扉体２の移動時、すなわち、扉体２の上昇または下降を行う際に、荷重検出部４９によりワイヤロープ３６にかかる荷重の測定値が取得される（ステップＳ１１）。後述するように、扉体２の上昇または下降の開始から終了までの期間（例えば、数分）において、ワイヤロープ３６の荷重は繰り返し測定される。荷重の測定値は、判定部４３に出力される。以下の説明では、一方の荷重検出部４９により取得される荷重の測定値に注目するが、他方の荷重検出部４９により取得される荷重の測定値についても同様の処理が行われる。

【0028】

また、開度計３３により扉体２の開度が取得され、水位計３４により水位が取得される。扉体２の開度、および、水位は、没水量取得部４１に入力される。没水量取得部４１では、開度計３３および水位計３４の出力に基づいて、扉体２と水面との位置関係に関する特徴量（以下、「位置特徴量」という。）が算出される。一の位置特徴量は、扉体２の没水量である。典型的には、扉体２の没水量は、扉体２の没水深さである。既述のように、本実施の形態における扉体２の開度は、水底から扉体２の下端までの高さであり、水位は水底から水面までの高さである。この場合、扉体２の没水量は、水位から扉体２の開度を引いて得た値であり、当該値が扉体２の下端から上端までの長さを超えるときには、没水量は当該長さとなる。扉体２の没水量は、扉体２の没水体積であってもよい。

【0029】

他の位置特徴量は、越流水深である。越流水深は、図４に示すように、水門設備１０において水が扉体２の上方を通過する越流状態となっている場合に、扉体２を越流する水深Ｈ１である。例えば、扉体２の開度、および、扉体２の下端から上端までの長さ（設計値）を用いて、水底から扉体２の上端までの高さを上端高さとして求め、水位から上端高さを引くことにより、越流水深が得られる。越流水深が負の値となる場合は、越流水深は０である。なお、図４の例では、扉体２の下端が水底と接触しており、扉体２の開度は０である。

【0030】

さらに他の位置特徴量は、アンダーフロー時開度である。アンダーフロー時開度は、図５に示すように、水門設備１０において水が扉体２の下方を通過するアンダーフロー状態となっている場合に、扉体２と水底との間を通過する水深Ｈ２である。例えば、扉体２の開度（水底から扉体２の下端までの高さ）および水位のうち、小さい方の値がアンダーフロー時開度として得られる。

【0031】

以上のようにして、没水量取得部４１では、扉体２の没水量を含む複数の位置特徴量が取得される（ステップＳ１２）。複数の位置特徴量は、正常値推定部４２に出力される。また、正常値推定部４２には、水門設備１０の周囲の気温が、コンピュータ４の入力部４４を介して入力される。当該気温は、例えば、水門設備１０に設けられた温度計、または、外部の気象データ提供機関等から得られる値である。正常値推定部４２では、複数の位置特徴量および気温の集合が、特徴量群（特徴ベクトル）として扱われる。特徴量群には、他の特徴量が含められてもよい。例えば、扉体２の上昇または下降の開始から終了までの時間である連続運転時間、扉体２に取り付けられた振動センサの出力値、扉体２の上昇および下降を区別する値等が、特徴量群に含められてもよい。例えば、扉体２が内部に水が浸入する構造である場合、連続運転時間が、内部の水を含む扉体２の重量に影響することがある。

【0032】

異常検出装置４０では、学習済みモデルである推定器４２１が、後述の機械学習により予め生成されて、正常値推定部４２に導入されている。正常値推定部４２の推定器４２１では、特徴量群を入力することにより、ワイヤロープ３６にかかる荷重の正常値が出力される。すなわち、特徴量群に基づいて、ワイヤロープ３６の荷重の正常値が推定される（ステップＳ１３）。荷重の正常値は、判定部４３に入力される。

【0033】

判定部４３では、ステップＳ１１において荷重検出部４９により取得された荷重の測定値と、ステップＳ１３において正常値推定部４２により推定された荷重の正常値とが比較される。例えば、荷重の測定値と正常値との差の絶対値が、所定の閾値よりも大きい場合に、水門設備１０において異常が発生していると判定される。この場合、例えば、コンピュータ４のディスプレイ等に、異常が発生している旨を示す表示が行われる。異常の発生を示す報知は、ライトの点灯や、ブザーの鳴動、電子メール等を用いた情報通信端末への通知等により行われてもよい。また、当該差の絶対値が閾値以下である場合には、水門設備１０において異常が発生していないと判定され、異常の発生を示す報知は行われない。このようにして、判定部４３では、水門設備１０における異常の有無が判定される（ステップＳ１４）。判定部４３における異常の判定は、当該差の絶対値にて判断されるだけでなく、ある期間の当該差の分布の変化量や、当該差の時間経過に伴う変化量によって行われるなど任意の統計的手法、機械学習的手法を用いて行われてもよい。

【0034】

異常検出装置４０では、扉体２の上昇または下降の開始から終了までの間、上記ステップＳ１１～Ｓ１４の処理が繰り返し行われる（ステップＳ１５）。なお、判定部４３では、荷重の測定値と正常値との差の絶対値の大きさ等に応じて、部品交換や点検までの期間が決定され、当該期間が報知されてもよい。このように、部品交換や点検までの期間を決定する処理も、実質的には、経年劣化による異常の検出（異常の有無の判定）と捉えることが可能である。また、荷重の測定値と正常値との比等、他の演算により異常の有無が判定されてもよい。

【0035】

次に、推定器４２１の生成について説明する。ここで、推定器（回帰器）は、決定木やニューラルネットワーク等を利用するものである。推定器の生成とは、推定器が含むパラメータに値を付与したり、推定器の構造を決定すること等により、推定器を生成することを意味する。推定器４２１の生成は、水門システム１のコンピュータ４により行われてよく、外部の他のコンピュータにより行われてもよい。既述のように、推定器４２１の生成においては、決定木やニューラルネットワーク等を利用することもできるが、これらの手法に限らない任意の統計的手法、機械学習的手法を用いて行われてもよい。

【0036】

水門システム１では、過去の運転において、ワイヤロープ３６にかかる荷重の測定値が、日付および時刻に対応付けて荷重検出部４９により取得されており、コンピュータ４に記憶されている。また、開度計３３により測定される扉体２の開度、水位計３４により測定される水位、並びに、水門設備１０の周囲の気温も同様である。さらに、水門設備１０において異常が発生していた期間についても記録されている。

【0037】

推定器４２１の生成では、異常が発生していない時点、すなわち、正常時である複数の時点における複数の教師データが準備される。各教師データは、正常時である一の時点における荷重検出部４９による荷重の測定値と、当該時点における特徴量群との組合せである。特徴量群は、上記ステップＳ１３において利用する特徴量群と同様であり、当該時点における扉体２の開度および水位から求められる複数の位置特徴量と、当該時点における水門設備１０の周囲の気温とを含む。複数の位置特徴量は、没水量取得部４１以外により算出されてもよい。

【0038】

複数の教師データが準備されると、複数の教師データにおける特徴量群の入力に対する推定器の出力と、複数の教師データが示す荷重の測定値とがほぼ同じになるように学習が行われ、学習済みモデルである推定器４２１が生成される。具体的には、例えば過去の一定期間の正常時のデータを教師データとして、ワイヤロープ３６にかかる荷重と、特徴量群と、から、荷重推定用の変数を抽出し、機械学習的手法を用いて学習済みモデル（回帰式）を決定し、推定器４２１とする。推定器４２１（実際には、推定器４２１の構造や、パラメータの値を示す情報）は、正常値推定部４２に転送されて導入される。既述のように、正常値推定部４２では、推定器４２１を用いてワイヤロープ３６にかかる荷重の正常値が推定される。

【0039】

以上に説明したように、異常検出装置４０の荷重検出部４９では、ワイヤロープ３６にかかる荷重の測定値が取得される。また、正常値推定部４２では、扉体２の没水量等に基づいてワイヤロープ３６にかかる荷重の正常値が推定される。そして、判定部４３において、荷重の測定値と荷重の正常値とが比較され、水門設備１０における異常の有無が判定される。これにより、滑車２１，３２１、ローラ２２の軸と軸受との固着や、ローラやガードレールの摩耗等による水門設備１０における経年劣化による異常のみならず、扉体２の移動に係る構成（滑車２１，３２１、ローラ２２等）に漂流物が挟まる等の突発的な異常も適切に検出することができる。

【0040】

また、正常値推定部４２では、学習により生成された学習済みモデル（推定器４２１）を用いることにより、正常値を精度よく取得することが可能となる。その結果、水門設備１０における異常を精度よく検出することが実現される。後述するように、ワイヤロープ３６にかかる荷重の大きさには、扉体２の没水量が大きく影響するため、学習済みモデルの生成、および、学習済みモデルを利用した正常値の推定では、少なくとも扉体２の没水量を含む特徴量群を用いることが好ましい。

【0041】

異常検出装置４０の設計によっては、没水量、越流水深、アンダーフロー時開度および気温等を説明変数とし、荷重の値（正常値）を目的変数とする統計的な回帰分析が行われ、得られた回帰式を用いて、正常値推定部４２により荷重の正常値が推定されてもよい。また、没水量、越流水深、アンダーフロー時開度および気温等を用いた実験式やシミュレーション等により、荷重の正常値が推定されてもよい。正常値推定部４２により荷重の正常値を推定する際に、荷重の値を目的変数とする統計的な回帰分析が行われるが、これらの手法に限らない任意の統計的手法、機械学習的手法を用いて行われてもよい。

【0042】

ところで、ワイヤロープ３６にかかる荷重は、扉体２に作用する力の影響を大きく受ける。通常、扉体２自体の重量は一定であるのに対し、水路の水中に配置された扉体２に作用する浮力の大きさは、扉体２の没水量によって大きく変動する。また、没水量の変化により扉体が受ける水圧が変化し、扉体構成部品（ローラ、水密ゴム等）とガイドレール等間の摩擦力が変化する。したがって、正常値推定部４２では、ワイヤロープ３６にかかる荷重の正常値を、少なくとも扉体２の没水量に基づいて推定することが重要である。後述する駆動部３１にかかる負荷の正常値についても同様である。

【0043】

また、水門設備１０の周囲の気温が低い場合には、扉体２の移動に係る構成に用いられるグリースやオイルの粘度が高くなり、気温が高い場合には、グリースやオイルの粘度が低くなる。グリースやオイルの粘度は、扉体２の移動時にワイヤロープ３６にかかる荷重に影響するため、正常値推定部４２において、扉体２の没水量のみならず、気温にも基づいて荷重の正常値の推定を行う場合には、荷重の正常値を精度よく取得することができる。

【0044】

好ましい正常値推定部４２では、水門設備１０において水が扉体２の上方を通過する越流状態となっている場合、扉体２を越流する水深に基づいて荷重の正常値が推定される。これにより、扉体２の上方を通過する水の重量を考慮して、荷重の正常値を精度よく取得することができる。また、水門設備１０において水が扉体２の下方を通過するアンダーフロー状態となっている場合、扉体２の下端と水底との間の距離に基づいて荷重の正常値が推定される。これにより、扉体２の下端に接触しつつ通過する水の影響により扉体２に作用する力を考慮して、荷重の正常値を精度よく取得することができる。越流状態かつアンダーフロー状態となっている場合には、扉体２を越流する水深、および、扉体２の下端と水底との間の距離の双方に基づいて、荷重の正常値が推定されてよい。

【0045】

没水量取得部４１では、扉体２の没水量が、扉体２の開度を測定する開度計３３、および、水面の高さを測定する水位計３４の出力に基づいて取得される。水門設備１０では、通常、開度計および水位計が設けられているため、異常検出装置４０では、既存の機器を利用して、扉体２の没水量を容易に取得することが可能である。なお、異常検出装置４０の設計によっては、水面の位置を検出するセンサが扉体２に取り付けられ、当該センサにより扉体２の没水量が取得されてもよい。この場合、当該センサが没水量取得部４１となる。

【0046】

また、判定部４３において、扉体２の移動時において異常の有無が判定されることにより、扉体２の移動に係る構成の異常を適切に検出することができる。もちろん、異常検出装置４０では、扉体２の停止時において、ワイヤロープ３６にかかる荷重の測定値の取得、および、荷重の正常値の推定（移動時と異なる推定器が用いられてもよい。）が行われ、両者を比較して、水門設備１０における異常の有無が判定されてもよい。この場合、大型の漂流物等が扉体２に引っかかる等の異常を検出することが可能である。

【0047】

図１の例では、駆動部３１と扉体２とを連結する連結媒体として、ワイヤロープ３６が利用されるが、水門開閉装置３は、連結媒体としてラックを用いるラック式の開閉装置や、連結媒体としてスピンドルを用いるスピンドル式の開閉装置等であってもよい。この場合、扉体２の開閉荷重を支持するラックまたはスピンドルにかかる荷重が、荷重検出部４９により測定される。

【0048】

図６は、異常検出装置の他の例を示す図である。図６の異常検出装置４０ａでは、図２の荷重検出部４９に代えて、負荷検出部４９ａが設けられる。異常検出装置４０ａの他の構成は、図２と同様であり、同じ構成に同じ符号を付す。負荷検出部４９ａは、水門開閉装置３の駆動部３１にかかる負荷を検出対象として測定する。一例では、負荷検出部４９ａは、電動機３１１に流れる電流値を、駆動部３１の負荷として測定する。

【0049】

異常検出装置４０ａにおける水門設備１０の異常の検出では、例えば、扉体２の移動時に、負荷検出部４９ａにより駆動部３１にかかる負荷の測定値が取得される（図３：ステップＳ１１）。負荷の測定値は、判定部４３に出力される。没水量取得部４１では、上記処理と同様にして、扉体２の没水量、越流水深、アンダーフロー時開度等の位置特徴量が取得され、正常値推定部４２に出力される（ステップＳ１２）。

【0050】

正常値推定部４２では、位置特徴量を含む特徴量群が、学習済みモデルである推定器４２１に入力され、駆動部３１にかかる負荷の正常値が出力される（ステップＳ１３）。異常検出装置４０ａにおける推定器４２１は、上記処理例と同様に、複数の時点における複数の教師データを用いた学習により予め生成されている。ここでの各教師データは、一の時点において負荷検出部４９ａにより取得される駆動部３１の負荷の測定値と、当該時点における位置特徴量を含む特徴量群との組合せである。特徴量群には、気温等が含まれてもよい。

【0051】

判定部４３では、負荷検出部４９ａにより取得された負荷の測定値と、正常値推定部４２により推定された負荷の正常値とが比較され、水門設備１０における異常の有無が判定される（ステップＳ１４）。異常検出装置４０ａでは、上記ステップＳ１１～Ｓ１４の処理が繰り返し行われる（ステップＳ１５）。

【0052】

以上のように、異常検出装置４０ａの負荷検出部４９ａでは、駆動部３１にかかる負荷の測定値が取得される。また、正常値推定部４２では、少なくとも扉体２の没水量に基づいて駆動部３１にかかる負荷の正常値が推定される。そして、判定部４３において、負荷の測定値と負荷の正常値とが比較され、水門設備１０における異常の有無が判定される。これにより、水門設備１０における異常を適切に検出することができる。

【0053】

駆動部３１における駆動源は、直線運動を行う油圧シリンダや、回転運動を行う油圧モータ等であってもよい。この場合、負荷検出部４９ａでは、例えば、油圧シリンダ内の圧力、油圧シリンダもしくは油圧モータに送られる作動油の圧力、または、作動油の圧送に利用される電動機の電流値等が、駆動部３１の負荷として測定される。

【0054】

上記異常検出装置４０，４０ａ、異常検出方法および水門システム１では様々な変形が可能である。

【0055】

扉体２は、その形状が略板状に限定されず、略円弧状や、略円筒状などの種々の形状であってもよい。また、扉体２の端面には必ずしもローラを設けられる必要がない。例えば、水門システム１における水門設備１０は、扉体２を昇降する形式には限定されず、横引きゲートのように扉体を水平方向に移動する形式、マイターゲートのように上下方向に延びる軸を中心として扉体を回動させる形式、または、転倒堰のように水平方向に延びる軸を中心として扉体を回動させる形式等であってもよい。

【0056】

上記実施の形態および各変形例における構成は、相互に矛盾しない限り適宜組み合わされてよい。

【符号の説明】

【0057】

１ 水門システム
２ 扉体
３ 水門開閉装置
１０ 水門設備
３１ 駆動部
３３ 開度計
３４ 水位計
３６ ワイヤロープ
４０，４０ａ 異常検出装置
４１ 没水量取得部
４２ 正常値推定部
４３ 判定部
４９ 荷重検出部
４９ａ 負荷検出部
４２１ 推定器
Ｓ１１～Ｓ１５ ステップ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】