大気・水質常時監視テレメータシステム解説

横浜市では、市内の大気や水質の状況を把握するために小中学校、区役所、河川、海域などに自動測定機を設置し、各種の汚染物質の濃度を常時測定しています。これらの測定データは、監視センターに送られ常時監視されています。さらに、大規模発生源工場からの汚染物質の排出状況についても常時監視しています。
このページでは、横浜市の大気・水質常時監視システムの概要、使用機器の他、システム設計の考え方について解説します。

大気・水質常時監視システムのシステム図を下記に示します。
このシステムは、市内各地の測定局で収集した測定データを収集する「測定局データ収集システム」と、測定局を制御管理し測定データを解析する「制御・監視・解析・帳票出力システム」から構成されます。
「測定局データ収集システム」は、市内各地の測定局に設置する子局装置、中央局装置、記録計などで構成され，子局装置で集められた測定データを自動的に監視センターに送りデータベースに格納します。
「制御・監視・解析システム」は、子局装置や測定機などの稼働状況を把握・制御するとともに、市内各地から集められた測定データを電算処理し帳票、グラフ等を作成します。
解析したデータは，本市の環境施策に利用する他，広域汚染の監視データに用いるために神奈川県にも送信します。また，市内の大気汚染の状況は，本市のホームページでリアルタイムに公表されるとともに，神奈川県に転送され同様に公表されています。

大気環境の常時測定は、市内の住宅地等に設置した一般環境大気測定局（20局）と幹線道路沿道に設置した自動車排ガス測定局（8局）において、窒素酸化物などの汚染物質濃度を測定しています。
あわせて、環境濃度の変動を把握するため風向、風速などの気象データも同時に測定しています。

大気発生源の常時監視は、大規模な固定発生源（市内30工場）を対象としています。対象工場では、燃料使用量、煙道中の窒素酸化物および硫黄酸化物の排出濃度を測定しています。

水質環境の常時監視は、市内の主要河川に設置した測定局（3局）および海域に設置した測定局（1局）において、pHやCOD等の測定を行っています。また、水質発生源の常時監視は大規模な固定発生源（29工場）からのCOD・窒素・リンの排出濃度や排出水量を測定しています。

下図のように水質常時監視局を市内に配置し、常時測定を行っています。

子局装置周辺の接続図を下記に示します。

市内各地に設置された大気環境、大気発生源、水質環境、水質発生源測定局に設置される子局装置は、その測定局に設置してある測定機（硫黄酸化物やオキシダント等）から測定値等を取得します。ただし、発生源測定局の場合は事業者が提供する測定値データを取得します。このデータ取得は定期的（毎分）自動的に行われ、中央局からのデータ要求信号に応答して中央局装置へ送信します。測定局に設置される測定機がデジタル測定機の場合は、子局装置はイーサネットを使用したTCP/IP通信によりデジタル測定機から直接データを取得します。また、測定機がアナログ測定機の場合は、子局装置はイーサネットを使用したTCP/IP通信により、アナログ測定機のデータをデジタル変換機（アナログ値をデジタル信号に変換する装置）経由で取得します。特に、水質発生源測定局の場合は、子局装置はイーサネットを使用したTCP/IP通信により、負荷量演算器からのデータを負荷量演算器用データ変換機経由で取得します。

子局装置と中央局装置の間で測定データ、測定機の状態信号等をTCP/IPを用いて送受信します。また、測定機・測定局の保守点検等の際に、現地作業員とＩＰ電話によって通話する機能も有しています。

中央局装置は全子局装置に対して毎分データ要求信号を送出し、各子局装置はその要求信号に対して測定データを送信します。中央局装置は何らかの原因でデータ受信に失敗した場合には、自動的に再収集を行います。これにより、全局・全項目のデータが一括収集され、収集されたデータはデータベースに格納されます。この際、再収集は定常収集を妨げないようなスケジューリングを自動的に行います。また、大気環境、大気発生源、水質環境測定局の場合は、中央局装置は収集した分値を用いて、推定・確定1時間値を演算します。

二次演算は、中央局装置がデータベースに格納した1時間値（１次データ）を用いて排出量、負荷量等を演算し、演算結果を再びデータベースに格納します。

操作卓ソフトは、各測定局の測定機の稼働状況、各測定局からの通話要求の有無、装置間の通信状況等の常時監視システムの運用に関する情報を操作卓に常時表示します。

中央局は、光化学スモッグ、窒素酸化物および微小粒子状物質等の大気汚染物質を集中監視するため、大気環境データをリアルタイムに記録計に出力します。

制御・監視サーバは、中央局装置が収集した測定データをまとめ、時報、日報等などを作成します。また、光化学オキシダント注意報等の発令・解除、微小粒子状物質(PM2.5)の監視・高濃度情報の市民への周知、発生現源工場のモニタリング等も行います。

解析・帳票出力サーバは、中央局装置や二次演算サーバが演算、格納した測定データを基に、日報、月報、年報等の集計作業、各種報告様式に基づく帳票出力、格納された測定データの修正を行います。このデータ修正によって確定1時間値や二次演算結果が変化する場合には、自動的に再計算します。
ユーザーインターフェースはWebベースのデータ閲覧・修正・解析ページを持ち、同一ネットワーク上のPC等からアクセスすることができます。全ての帳票出力は逐次演算処理を行って出力するため、中間データをシステム上に保持することはありません。常に最新データを用いた出力結果を得ることができます。

データベースサーバで稼働するデータベースソフトは標準SQLに準拠することが要件になっています。データベースに格納された測定データを管理し、制御・監視サーバ及び解析・帳票出力サーバからの参照、データ修正等に対するインターフェースを提供します。また、将来のビックデータの活用や、市民への広報などに容易に対応できるために、データ出力機能とデータインターフェースについて拡張性が高い設計であることが求められます。