特許 6243297 河川地形計測可能領域判定装置、河川地形計測可能領域判定方法、及び河川地形計測可能領域判定プログラム

(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】6243297

(24)【登録日】2017年11月17日

(45)【発行日】2017年12月6日

(54)【発明の名称】河川地形計測可能領域判定装置、河川地形計測可能領域判定方法、及び河川地形計測可能領域判定プログラム

(51)【国際特許分類】

   G01C 13/00 20060101AFI20171127BHJP

【ＦＩ】

   G01C13/00 D

【請求項の数】9

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2014-114973(P2014-114973)

(22)【出願日】2014年6月3日

(65)【公開番号】特開2015-230180(P2015-230180A)

(43)【公開日】2015年12月21日

【審査請求日】2017年1月6日

【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成２５年度、国土交通省国土技術政策総合研究所、「河川縦横断測量を高度化、効率化するための航空機レーザ計測適用に関する研究」委託研究、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願

(73)【特許権者】

【識別番号】000135771

【氏名又は名称】株式会社パスコ

(74)【代理人】

【識別番号】110000154

【氏名又は名称】特許業務法人はるか国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】坂下 裕明

(72)【発明者】

【氏名】岡部 貴之

(72)【発明者】

【氏名】小澤 淳眞

(72)【発明者】

【氏名】下村 博之

(72)【発明者】

【氏名】蒲 恒太郎

(72)【発明者】

【氏名】宮作 尚宏

(72)【発明者】

【氏名】川村 裕

(72)【発明者】

【氏名】浅沼 市男

【審査官】 眞岩 久恵

(56)【参考文献】

【文献】 特表昭５７−５０１４４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６２−９２８４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｃ １３／００

Ｇ０１Ｓ １７／００−１７／９５

Ｇ０１Ｃ ３／００−３／３２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

河川において航空レーザ測深機を用いた水底地形の計測可能領域を判定する装置であって、
前記河川の複数の縦断位置における河床の横断面形状の計測結果及び河川の流れに関する観測結果に基づいて前記計測可能領域を推定する演算処理部を有し、
前記演算処理部は、
前記複数の縦断位置の１つである特定縦断位置について前記河川の流れに関する観測結果から得られる流量と、前記特定縦断位置以外の他の前記縦断位置における前記河川の流れに関する観測結果とを利用して当該他の縦断位置における水位を推定する水位推定部と、
前記各縦断位置における前記横断面形状及び前記水位に基づき前記縦断位置間にて補間処理により前記河川の各地点での水深を推定する水深推定部と、
前記水深が前記航空レーザ測深機の最大測深深度以下である領域を前記計測可能領域と推定する計測可能領域推定部と、
を有することを特徴とする河川地形計測可能領域判定装置。

【請求項2】

請求項１に記載の河川地形計測可能領域判定装置において、
前記河川の流れに関する観測結果は、前記特定縦断位置については流量及び流速の測定結果を含み、前記他の縦断位置については流速の測定結果を含み、
前記水位推定部は前記特定縦断位置における前記流量と、前記他の縦断位置における前記横断面形状及び前記流速とから当該他の縦断位置における水位を推定すること、
を特徴とする河川地形計測可能領域判定装置。

【請求項3】

請求項１に記載の河川地形計測可能領域判定装置において、
前記河川の流れに関する観測結果は、前記特定縦断位置については水位と流量との関係を表す水位流量曲線及び水位の測定結果を含み、前記他の縦断位置については前記水位流量曲線を含み、
前記水位推定部は前記特定縦断位置について前記水位の測定結果と前記水位流量曲線とから流量を求め、当該流量と前記他の縦断位置での前記水位流量曲線とから当該他の縦断位置における水位を推定すること、
を特徴とする河川地形計測可能領域判定装置。

【請求項4】

請求項１から請求項３のいずれか１つに記載の河川地形計測可能領域判定装置において、
前記演算処理部は、さらに、前記河川の透視度に関係する水質の測定値を取り込み、
前記計測可能領域推定部は、前記水質の測定値から得られる拡散消散係数に反比例させて前記最大測深深度を変化させること、
を特徴とする河川地形計測可能領域判定装置。

【請求項5】

請求項４に記載の河川地形計測可能領域判定装置において、
前記水質に関する測定値は前記河川の水に含まれる懸濁物質の濃度の測定値を含み、
前記演算処理部は、前記懸濁物質の濃度を用いて前記拡散消散係数を算出する拡散消散係数算出部を有すること、
を特徴とする河川地形計測可能領域判定装置。

【請求項6】

請求項４又は請求項５に記載の河川地形計測可能領域判定装置において、
前記水質に関する測定値は前記河川の水に含まれる有色溶存有機物の濃度の測定値を含み、
前記演算処理部は、前記有色溶存有機物の濃度を用いて前記拡散消散係数を算出する拡散消散係数算出部を有すること、
を特徴とする河川地形計測可能領域判定装置。

【請求項7】

請求項６に記載の河川地形計測可能領域判定装置において、
前記河川ごとに前記有色溶存有機物の濃度の測定値を予め格納した河川水質記憶部を有し、
前記演算処理部は、処理対象の前記河川の前記有色溶存有機物の濃度を前記河川水質記憶部から読み出し、前記拡散消散係数算出部にて利用すること、
を特徴とする河川地形計測可能領域判定装置。

【請求項8】

河川において航空レーザ測深機を用いた水底地形の計測可能領域を推定する方法であって、
前記河川の複数の縦断位置における河床の横断面形状の計測結果及び河川の流れに関する観測結果に基づいて前記計測可能領域を推定する演算処理ステップを有し、
前記演算処理ステップは、
前記複数の縦断位置の１つである特定縦断位置について前記河川の流れに関する観測結果から得られる流量と、前記特定縦断位置以外の他の前記縦断位置における前記河川の流れに関する観測結果とを利用して当該他の縦断位置における水位を推定する水位推定ステップと、
前記各縦断位置における前記横断面形状及び前記水位に基づき前記縦断位置間にて補間処理により前記河川の各地点での水深を推定する水深推定ステップと、
前記水深が前記航空レーザ測深機の最大測深深度以下である領域を前記計測可能領域と推定する計測可能領域推定ステップと、
を有することを特徴とする河川地形計測可能領域判定方法。

【請求項9】

コンピュータを、河川において航空レーザ測深機を用いた水底地形の計測可能領域を判定する装置として機能させるためのプログラムであって、
当該コンピュータに、
前記河川の複数の縦断位置における河床の横断面形状の計測結果及び河川の流れに関する観測結果に基づいて前記計測可能領域を推定する演算処理機能を実現させ、
前記演算処理機能は、
前記複数の縦断位置の１つである特定縦断位置について前記河川の流れに関する観測結果から得られる流量と、前記特定縦断位置以外の他の前記縦断位置における前記河川の流れに関する観測結果とを利用して当該他の縦断位置における水位を推定する水位推定機能と、
前記各縦断位置における前記横断面形状及び前記水位に基づき前記縦断位置間にて補間処理により前記河川の各地点での水深を推定する水深推定機能と、
前記水深が前記航空レーザ測深機の最大測深深度以下である領域を前記計測可能領域と推定する計測可能領域推定機能と、
を有することを特徴とする河川地形計測可能領域判定プログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、河川において航空レーザ測深機を用いた水底地形の計測可能領域を判定する装置、方法、及びプログラムに関する。

【背景技術】

【0002】

河床地形を知るために従来、大河川においては主に２００ｍ間隔の測線上で縦横断測量が行われている。測定はレッド測量やスタッフ測量で行われる他、水深が深い区間については、音響測深機を装備した船舶で測線上を計測する深浅測量が行われている。当然ながら、いずれの手法も測線間は情報が得られない。また、一連の区間の測量に掛かるコストは比較的高額であり、高い頻度で実施することが難しい。

【0003】

一方、近年、水底部の計測技術として、水中を透過する緑レーザを用いた航空機レーザ測深機（Airborne Laser Bathymetry：ＡＬＢ）が開発され、浅海域の水底部の測量に活用されている。

【0004】

ＡＬＢは、水中を透過する波長帯５３２ｎｍの緑レーザを照射し、水面及び水底部の反射波を受信することで水底部の地形、水深を計測する技術である。緑レーザの水面からの反射波が得られない場合は、同時照射される近赤外レーザの波長帯１０６４ｎｍにより代替される。

【0005】

近年のＡＬＢ機器には水深５０ｍ程度まで水底を計測できる性能を有したものがある。海域では透明度の２〜４倍程度まで測深可能とされており、海上保安庁が２０１１年６月に宮古湾で実施したＡＬＢ計測では、透明度４ｍ程度の海域で水深約１５ｍまで計測されている。

【0006】

なお、緑レーザによる照射は、既往の近赤外レーザによる航空測量よりも低い対地高度（４００〜１０００ｍ程度）で飛行する必要があり、地形により飛行コースが制限されやすい。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0007】

【非特許文献1】Yasuhiro Wakui, Ichio Asanuma and Zhang, X.: A new algorithm for classification of water types based on the relationship between in-situ downwelling irradiance and in-situ CDOM, SS in complex waters of the Tokyo Bay, Ocean Sciences Meeting 東京情報大学発表資料, 2012.

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

ＡＬＢ計測を実施するコストも比較的高額であるため、河川縦横断測量にＡＬＢ測量を適用するに際しては欠測になる範囲を事前に推定し、その結果を用いて、計測を実施するタイミングや飛行経路を適切に選択し欠測範囲を少なくすることが求められることが判明した。

【0009】

ここで、当該推定に過去の縦横断測量結果を利用することが考えられるが、上述したように測線間については計測データが存在しない。よって、過去の縦横断測量結果を単に利用するだけでは、欠測領域を好適に把握することが難しいという問題があることもわかった。

【0010】

また、河川は海に比べて光を拡散・吸収する物質を水中に多く含み易く、またその量が河川ごとに異なり得る。これが欠測領域の推定精度に影響を与えるという問題が判明した。

【0011】

本発明は上記問題点を解決するためになされたものであり、河川におけるＡＬＢ計測に際して、水底地形の計測可能領域、又は欠測領域の推定を好適に行うことができる装置、方法、及びプログラムを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0012】

（１）本発明に係る河川地形計測可能領域判定装置は、河川において航空レーザ測深機を用いた水底地形の計測可能領域を判定する装置であって、前記河川の複数の縦断位置における河床の横断面形状の計測結果及び河川の流れに関する観測結果に基づいて前記計測可能領域を推定する演算処理部を有し、前記演算処理部は、前記複数の縦断位置の１つである特定縦断位置について前記河川の流れに関する観測結果から得られる流量と前記特定縦断位置以外の他の前記縦断位置における前記河川の流れに関する観測結果とを利用して当該他の縦断位置における水位を推定する水位推定部と、前記各縦断位置における前記横断面形状及び前記水位に基づき前記縦断位置間にて補間処理により前記河川の各地点での水深を推定する水深推定部と、前記水深が前記航空レーザ測深機の最大測深深度以下である領域を前記計測可能領域と推定する計測可能領域推定部と、を有する。

【0013】

（２）上記（１）に記載する河川地形計測可能領域判定装置において、前記河川の流れに関する観測結果は、前記特定縦断位置については流量及び流速の測定結果を含み、前記他の縦断位置については流速の測定結果を含み、前記水位推定部は前記特定縦断位置における前記流量と、前記他の縦断位置における前記横断面形状及び前記流速とから当該他の縦断位置における水位を推定する構成とすることができる。

【0014】

（３）上記（１）に記載する河川地形計測可能領域判定装置において、前記河川の流れに関する観測結果は、前記特定縦断位置については水位と流量との関係を表す水位流量曲線及び水位の測定結果を含み、前記他の縦断位置については前記水位流量曲線を含み、前記水位推定部は前記特定縦断位置について前記水位の測定結果と前記水位流量曲線とから流量を求め、当該流量と前記他の縦断位置での前記水位流量曲線とから当該他の縦断位置における水位を推定する構成とすることができる。

【0015】

（４）上記（１）から（３）に記載する河川地形計測可能領域判定装置において、前記演算処理部は、さらに、前記河川の透視度に関係する水質の測定値を取り込み、前記計測可能領域推定部は、前記水質の測定値から得られる拡散消散係数に反比例させて前記最大測深深度を変化させる構成とすることができる。

【0016】

（５）上記（４）に記載する河川地形計測可能領域判定装置において、前記水質に関する測定値は前記河川の水に含まれる懸濁物質の濃度の測定値を含み、前記演算処理部は、前記懸濁物質の濃度を用いて前記拡散消散係数を算出する拡散消散係数算出部を有する構成とすることができる。

【0017】

（６）上記（４）又は（５）に記載する河川地形計測可能領域判定装置において、前記水質に関する測定値は前記河川の水に含まれる有色溶存有機物の濃度の測定値を含み、前記演算処理部は、前記有色溶存有機物の濃度を用いて前記拡散消散係数を算出する拡散消散係数算出部を有する構成とすることができる。

【0018】

（７）上記（６）に記載する河川地形計測可能領域判定装置において、前記河川ごとに前記有色溶存有機物の濃度の測定値を予め格納した河川水質記憶部を有し、前記演算処理部は、処理対象の前記河川の前記有色溶存有機物の濃度を前記河川水質記憶部から読み出し、前記拡散消散係数算出部にて利用する構成とすることができる。

【0019】

（８）本発明に係る河川地形計測可能領域判定方法は、河川において航空レーザ測深機を用いた水底地形の計測可能領域を推定する方法であって、前記河川の複数の縦断位置における河床の横断面形状の計測結果及び河川の流れに関する観測結果に基づいて前記計測可能領域を推定する演算処理ステップを有し、前記演算処理ステップは、前記複数の縦断位置の１つである特定縦断位置について前記河川の流れに関する観測結果から得られる流量と前記特定縦断位置以外の他の前記縦断位置における前記河川の流れに関する観測結果とを利用して当該他の縦断位置における水位を推定する水位推定ステップと、前記各縦断位置における前記横断面形状及び前記水位に基づき前記縦断位置間にて補間処理により前記河川の各地点での水深を推定する水深推定ステップと、前記水深が前記航空レーザ測深機の最大測深深度以下である領域を前記計測可能領域と推定する計測可能領域推定ステップと、を有する。

【0020】

（９）本発明に係る河川地形計測可能領域判定プログラムは、コンピュータを、河川において航空レーザ測深機を用いた水底地形の計測可能領域を判定する装置として機能させるためのプログラムであって、当該コンピュータに、前記河川の複数の縦断位置における河床の横断面形状の計測結果及び河川の流れに関する観測結果に基づいて前記計測可能領域を推定する演算処理機能を実現させ、前記演算処理機能は、前記複数の縦断位置の１つである特定縦断位置について前記河川の流れに関する観測結果から得られる流量と前記特定縦断位置以外の他の前記縦断位置における前記河川の流れに関する観測結果とを利用して当該他の縦断位置における水位を推定する水位推定機能と、前記各縦断位置における前記横断面形状及び前記水位に基づき前記縦断位置間にて補間処理により前記河川の各地点での水深を推定する水深推定機能と、前記水深が前記航空レーザ測深機の最大測深深度以下である領域を前記計測可能領域と推定する計測可能領域推定機能と、を有する。

【発明の効果】

【0021】

本発明によれば、河川におけるＡＬＢ計測に際して、水底地形の計測可能領域、又は欠測領域の推定を好適に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【0022】

【図1】本発明の実施形態である河川地形計測可能領域判定装置の概略の構成を示すブロック図である。

【図2】水質から求めたＫの推定値と、照度から求めたＫの観測値との比較結果を示すグラフである。

【図3】懸濁物質の濃度と透視度との関係を示すグラフである。

【図4】拡散消散係数Ｋの観測値とＡＬＢによる測深深度との関係を示すグラフである。

【図5】河川地形計測可能領域判定装置を用いた計測可能領域の抽出処理の概略のフロー図である。

【発明を実施するための形態】

【0023】

以下、本発明の実施の形態（以下実施形態という）について、図面に基づいて説明する。

【0024】

図１は、実施形態である河川地形計測可能領域判定装置２の概略の構成を示すブロック図である。本システムは、演算処理装置４、記憶装置６、入力装置８及び出力装置１０を含んで構成される。演算処理装置４として、本システムの処理を行う専用のハードウェアを作ることも可能であるが、本実施形態では演算処理装置４は、コンピュータ及び、当該コンピュータ上で実行されるプログラムを用いて構築される。

【0025】

演算処理装置４はコンピュータのＣＰＵ（Central Processing Unit）からなり、後述する流量推定部２０、水位推定部２２、水深推定部２４、拡散消散係数算出部２６及び計測可能領域推定部２８として機能する。

【0026】

記憶装置６はＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等のメモリ装置である。記憶装置６は演算処理装置４にて実行される各種のプログラムや、本システムの処理に必要な各種データなどを記憶し、演算処理装置４との間でこれらの情報を入出力する。例えば、記憶装置６には河川水質データベース４０が予め格納される。

【0027】

河川水質データベース４０（河川水質記憶部）は、河川ごとに河川水に含まれる有色溶存有機物（Colored Dissolved Organic Matter：ＣＤＯＭ）の濃度（吸光係数）の測定値を予め格納している。河川水質データベース４０における河川の単位は、水系ごとであってもよいし、同一水系に属する本川、支川、派川ごとであってもよい。また、季節ごとなど、複数時期のＣＤＯＭを格納してもよい。

【0028】

入力装置８は、ユーザが本システムへの操作を行うために用いるキーボード、マウスなどのデバイスである。また入力装置８には、インターネットやＬＡＮ等を介して他のコンピュータシステムと通信し、河川地形計測可能領域判定装置２にて必要なデータを取得するインターフェース装置が含まれ得る。

【0029】

出力装置１０は、ディスプレイ、プリンタなどであり、本システムにより生成された河川地形の計測可能領域を画面表示、印刷等によりユーザに示す等に用いられる。また、出力装置１０にはインターネットやＬＡＮ等を介して計測可能領域等を他のコンピュータシステムへ出力するインターフェース装置が含まれ得る。

【0030】

演算処理装置４は、河川の複数の縦断位置における水底（河床）の横断面形状の計測結果及び流速の測定結果、並びに少なくとも１つの縦断位置（以下、特定縦断位置と称する。）における流量（又は、水位及び流速）の測定結果を、ユーザにより入力されたり、記憶装置６やその他の外部装置から取り込み、それらに基づいて河床地形の計測可能領域を推定する処理を行う。

【0031】

また、演算処理装置４は河川水の透視度を考慮して河床地形の計測可能領域の推定処理を行うことができ、その場合には、当該透視度に関係する水質の測定値も取り込む。例えば、透視度に関係する水質の測定値として、河川水に含まれる懸濁物質（Suspended Solids：ＳＳ）や有色溶存有機物の濃度が知られている。

【0032】

例えば、河床の横断面形状の計測結果として国土交通省により計測されたものなどを利用することができる。また流量、水位、水質に関しては例えば、国土交通省河川局の水文水質データベースにて提供されるデータを活用することができる。

【0033】

流量推定部２０は、特定縦断位置にて流量の測定結果に代えて、水位及び流速の測定結果が得られている場合に、特定縦断位置における水位及び流速の測定結果と河床の横断面形状とから河川の流量を推定する。具体的には、河床の横断面形状と水位とから流積を求め、流積と流速とを乗算して流量を求める。

【0034】

水位推定部２２は、外部から入力された特定縦断位置における流量の測定結果、又は流量推定部２０により推定された流量と、他の縦断位置（注目縦断位置）における河床の横断面形状及び流速とから当該注目縦断位置における水位を推定する。具体的には注目縦断位置での流量を流速で除して流積を求め、注目縦断位置の横断面形状を用いて当該流積を与える水位を算出する。ここで、簡易には河川水の流れが等流であると仮定し、注目縦断位置での流量は特定縦断位置での流量に等しいとすることができる。より好適には不等流計算に基づいて注目縦断位置での流量を算出し、水位を推定することができる。なお、特定縦断位置にて水位が測定されていない場合には、当該位置についても水位を推定する。

【0035】

水深推定部２４は、各縦断位置における河床の横断面形状及び水位に基づいて、縦断位置間にて補間処理により河川の各地点での水深を推定する。

【0036】

拡散消散係数算出部２６は、懸濁物質や有色溶存有機物の濃度に基づいて河川水の拡散消散係数Ｋを算出する。当該係数Ｋは水中における光の拡散・消散度合を示す係数であり、Lambert-Beerの法則からＡＬＢで計測できる最大の測深深度Ｄ_ｍａｘと相関関係にあることが分かっている。

【0037】

計測可能領域推定部２８は河川の水深がＡＬＢの最大測深深度Ｄ_ｍａｘ以下である領域を計測可能領域と推定する。当該推定に際して河川水の透視度を考慮する場合には、計測可能領域推定部２８は、拡散消散係数算出部２６で求めた拡散消散係数Ｋに反比例させて最大測深深度Ｄ_ｍａｘを変化させる。

【0038】

次に拡散消散係数Ｋの推定手法について述べる。Ｋは有色溶存有機物の濃度が高いほど、また懸濁物質の濃度が高いほど大きくなる。具体的には、Ｋは下に示す式（１）の形式で表すことができる。
Ｋ＝α・Ａ＋β・（ＳＳ＋ＳＳ_ａ）＋γ ……（１）

【0039】

ここで、Ａは有色溶存物質ＣＤＯＭ（ｍ^−１）であり、ＳＳは１μｍ以上の懸濁物質の濃度（ｍｇ／ｌ）、ＳＳ_ａは1μm未満の懸濁物質の濃度（ｍｇ／ｌ）である。また、α，β，γは係数である。

【0040】

また、Ｋは照度計を用いた現地観測から式（２）によって算出することが可能である。

【0041】

【数1】

【0042】

ここで、Ｚ_１，Ｚ_２は水深、Ｅ(Ｚ_ｎ)は水深Ｚ_ｎでの照度である。

【0043】

さて、式（１）は海域での計測事例から構築された相関式であり、海域と河川とでは係数α，β，γが異なり得る。そこで、国内河川を対象に照度、水質の現地観測を実施し、回帰分析により式（１）の係数を決定する。式（１）の係数を決定することにより、照度の実測を行わずに水質観測記録からＫを推定できる。

【0044】

現地観測は、水質や地域的なばらつきを考慮し、夕張川（春は釧路川でも２地点実施）、最上川、利根川、揖保川、吉野川、筑後川で実施した。１河川当たり下流から上流までの間の５地点で四季別に観測を行った。現地観測項目は、照度、有色溶存有機物、懸濁物質、透視度である。照度は、緑色フィルタを装着した照度計を用いて、水中の緑色光照度を観測した。有色溶存有機物は緑色の補色となる茶色を示すフミン酸質を水質分析により観測した。懸濁物質は採水・水質分析により観測した。また、フィルタを用いて１μｍ未満と１μｍ以上の懸濁物質を分けて観測した。透視度は水質の概要を把握するため、透視度計により観測した。

【0045】

現地観測により得られた１２２サンプルを用いてＫと水質の回帰分析を実施した。回帰分析を行った結果、式（３）が得られた。相関係数は０．５９であり、低い相関となった。
Ｋ＝0.5488Ａ＋0.0157（ＳＳ＋ＳＳ_ａ）＋0.6821 ……（３）

【0046】

式（３）を基に水質から求めたＫの推定値と、照度から求めたＫの観測値を比較した結果が図２である。図２は横軸を（ＳＳ＋ＳＳ_ａ）、縦軸をＫの観測値と式（３）による計算値との差とした散布図である。図２に示すとおり懸濁物質（ＳＳ＋ＳＳ_ａ）が４０ｍｇ／ｌ以上で誤差が大きいことが分かる。そのため、懸濁物質（ＳＳ＋ＳＳ_ａ）が４０ｍｇ／ｌ以上のサンプルを除外し、再度回帰分析を行った。その結果、式（４）が得られ、相関係数は０．８３という高い値となった。この式を用いることで、河川の水質からＫを精度よく推定できる。
Ｋ＝0.4680Ａ＋0.051（ＳＳ＋ＳＳ_ａ）＋0.3318 ……（４）

【0047】

ちなみに、懸濁物質（ＳＳ＋ＳＳ_ａ）が４０ｍｇ／ｌ以上のサンプルで同様に回帰分析を行った結果、相関係数が０．２となり、相関が認められなかった。図３は横軸を透視度、縦軸を（ＳＳ＋ＳＳ_ａ）とした散布図である。図３に示すとおり、懸濁物質（ＳＳ＋ＳＳ_ａ）が４０ｍｇ／ｌ以上のサンプルは、概ね透視度２０ｃｍ未満である。透視度２０ｃｍ未満程度の水質では、緑レーザが水中を透過しにくく水質とＫの相関が得られにくいことが示唆された。

【0048】

次に簡易的な拡散消散係数Ｋの推定手法について説明する。国土交通省では通常、ＣＤＯＭやＳＳ_ａといった項目の水質分析を行っていない。そこで、簡易的な手法として、式（１）におけるＣＤＯＭやＳＳ_ａを定数化し、一般的な水質項目であるＳＳ（１μｍ以上の懸濁物質）とＫとの回帰分析を行い、水文水質データベース等を用いてＫを推定する。

【0049】

上述した１２２サンプルで回帰分析を行った結果、得られた相関係数は０．３５となり相関が認められなかった。そのため、透視度２０ｃｍ以下のサンプルを除いた７５サンプルで回帰分析を行い、式（５）を得た。相関係数は０．６６となり、Ｋの簡易的な推定式として位置づけられる。
Ｋ＝0.0641ＳＳ＋0.5458 ……（５）

【0050】

なお、参考としてＫと簡易的に現地観測できる透視度Ｔとの相関を分析した。透視度は１００ｃｍ以上を観測できないことから、透視度１００ｃｍ以上および２０ｃｍ未満のサンプルを除外した42サンプルで回帰分析を行った。その結果、式（６）が得られた。相関係数は０．４８であった。
Ｋ＝-0.0136Ｔ＋2.0593 ……（６）

【0051】

次に河川の拡散消散係数ＫとＡＬＢ最大測深深度Ｄ_ｍａｘの分析結果について説明する。前述のとおりＤ_ｍａｘとＫは相関があることが分かっており、式（７）で示される。
Ｄ_ｍａｘ＝ｎ／Ｋ ……（７）

【0052】

ここで、ｎは係数である。海域についてはｎ＝３〜４程度とされているが、河川については検討されていなかった。今回、国内河川におけるＡＬＢ計測成果を分析し、係数ｎを評価した。まず、ＡＬＢ計測範囲で照度観測によるＫの算出と水深の実測を行い、その観測位置でのＡＬＢ計測成果から得られる測深深度との散布図を作成した。散布図には、ＡＬＢで河床が計測できた観測地点と欠測になった観測地点を分けてプロットし、その境界を最大測深深度の係数ｎとして判断した。図４は吉野川中流域における観測に基づく当該散布図である。散布図を整理した結果、図４に示すとおり、ＫＤ＝３の曲線を境に欠測が生じているため、国内河川においてＤ_ｍａｘ＝３／ＫとしてＤ_ｍａｘを推定できることが示唆された。

【0053】

図５は河川地形計測可能領域判定装置２を用いた計測可能領域の抽出処理の概略のフロー図である。例えば、ユーザは、ＡＬＢ計測の実施に当たって、河川地形計測可能領域判定装置２を用いずに対象河川の水質等に基づいて簡易な事前判定を行うことができる（ステップＳ２）。この事前判定では例えば、懸濁物質が多く透視度が著しく低い場合は、ＡＬＢ計測不可と判定し、以降の処理を行わない。例えば、水文水質データベース等からＳＳが４０ｍｇ／ｌ以上であることや、透視度が２０ｃｍ未満であることが分かった場合にはユーザはＡＬＢ計測不可と判定する。また、透視度が著しく低下することが考えられる要因、具体的には気象データから河川流域で大雨などが発生したこと、又は発生することが予想される場合や、河川の工事計画、ダムの放流計画がある場合にはＡＬＢ計測を行わないことを判断する。

【0054】

また、ユーザはＡＬＢ計測の実施に当たって、ＡＬＢを搭載する航空機の飛行条件を判定することができる（ステップＳ４）。ＡＬＢの緑レーザによる照射は、既往の近赤外レーザによる航空測量よりも低い対地高度（４００〜１０００ｍ程度）での飛行を要し、地形により飛行に制限が生じ得る。そこで、ユーザは計測可能領域の抽出に先立って、この観点での検討を行うことができる。例えば、地形等の制約条件がある場合にはそれに合わせた飛行機材の選定や、当該制約条件を満たす飛行計画の可否を検討する。

【0055】

ステップＳ２，Ｓ４でＡＬＢ計測可能と判断した場合にはユーザは河川地形計測可能領域判定装置２に必要なデータを入力する。

【0056】

例えば、ユーザは現地での水質観測を実施する場合には、当該観測で得られるデータを河川地形計測可能領域判定装置２に入力する（ステップＳ６）。具体的には、照度計での透視度の測定結果や、ＣＤＯＭや懸濁物質（ＳＳやＳＳ_ａ）の測定結果が入力データとして取得される。

【0057】

一方、現地での水質観測を実施しない場合には、例えば、水文水質データベース等から得られるＳＳなどが入力データとして用いられる（ステップＳ８）。

【0058】

また、ユーザは河川の水位や水深を計算するためのデータを入力する（ステップＳ１０）。例えば、処理対象とする河川において計測可能領域の抽出処理の対象とする区域の上流及び下流地点での河床の横断面形状や、上流又は下流での流量、流速、水位などが入力データとされる。ユーザは例えば、水文水質データベース等から当該データを得ることができる。

【0059】

水文水質データベース等に得られているデータは、ユーザが手に入れて河川地形計測可能領域判定装置２に入力してもよいし、河川地形計測可能領域判定装置２に、当該データベースを格納したコンピュータにネットワークを介してアクセスさせ読み出させてもよい。また、河川地形計測可能領域判定装置２の記憶装置６に河川水質データベース４０に格納されているデータについては、ユーザが処理対象河川等を指定して演算処理装置４に記憶装置６から読み出させて利用することができる。

【0060】

演算処理装置４は、流量推定部２０、水位推定部２２及び水深推定部２４として機能し、河川の水位や水深を計算するための入力データを用いて、計測可能領域の抽出処理の対象とする区域における水深を求める（ステップＳ１２）。なお、河川水深は、既往の河川縦横断測量成果や水位観測記録から簡易的に推定可能であるが、不等流計算水位と最深河床高を用いて測線ごとに算出することが望ましい。

【0061】

また、演算処理装置４は拡散消散係数算出部２６として機能し、河川の透視度に関係する水質の入力データを用いて、拡散消散係数Ｋを決定する（ステップＳ１４）。ここで、照度計による現地観測に基づいてＫを決定する手法が最も高い精度が得られると考えられる。また、ＳＳだけでなくＣＤＯＭやＳＳ_ａも用いた方がＫを精度よく推定できるといえる。そこで、例えば、入力データとして現地観測による透明度のデータが存在する場合には、これを用いてＫを求め、照度計の観測データが得られていないがＣＤＯＭ，ＳＳ，ＳＳ_ａが得られている場合には式（４）を用いてＫを推定し、ＳＳのみが得られる場合には簡易な推定式である式（５）を用いてＫを推定する。

【0062】

演算処理装置４は計測可能領域推定部２８として機能し、Ｋの値及び式（７）に基づいて最大測深深度Ｄ_ｍａｘを算出する（ステップＳ１６）。その際、式（７）の係数ｎとして、上述したように国内河川についての分析から得られた値を用いることができる。

【0063】

計測可能領域推定部２８はさらに、ステップＳ１２で推定された河川水深と、ステップＳ１６で推定された最大測深深度Ｄ_ｍａｘとを比較し、河川水深＜最大測深深度Ｄ_ｍａｘとなる地点はＡＬＢ計測可能と判定し、ＡＬＢ計測可能領域を求める（ステップＳ１８）。

【0064】

なお、有色溶存有機物ＣＤＯＭが多量に存在する河川では、水色が緑色の補色である茶色である場合があり、透視度が高いにも関わらず緑レーザが吸収され、河床が計測できない場合がある点に注意が必要である。例えば、河川地形計測可能領域判定装置２は、ＣＤＯＭの値が予め定めた閾値より大きい場合には、照度計による観測データが得られていてもステップＳ１４にて当該観測データを用いず、式（４）による推定を行う構成とすることができる。

【0065】

上述のように事前にＡＬＢ計測可能領域を推定することで、ＡＬＢ計測に掛かるコスト、欠測範囲の補完に掛かるコストを積算可能である。

【0066】

ここで、河川の或る縦断位置における横断面形状をＳ、また河川を流れる水流に関する計量値のうち流量をＱ、平均流速をｖ、水流の断面積をＡ、水位をｈと表すと、Ｑ＝ｖＡである。また、ＡはｈとＳに応じて定まるので形式的にｈとＳの関数Ａ(h,S)で表すことができる。上記実施形態では特定縦断位置を含む河川の複数の縦断位置における河床の横断面形状Ｓの計測結果及び流速ｖの測定結果、並びに特定縦断位置における流量Ｑの測定結果を用いて、他の縦断位置における水位ｈを推定し、計測可能領域を推定している。その基本的な手法は、特定縦断位置ではそこでの流量Ｑ_０，流速ｖ_０，横断面形状Ｓ_０から水位ｈ_０を求めると共に、他の縦断位置では特定縦断位置での流量Ｑ_０から当該縦断位置での流量Ｑ_１を推定し、その流量Ｑ_１と当該縦断位置での流速ｖ_１、横断面形状Ｓ_１とを用いてＱ＝ｖＡ(h,S)の関係から当該縦断位置での水位ｈ_１を求めるというものである。例えば、特定縦断位置と他の縦断位置との間に河川の分岐、合流などが無ければ、単純には流量Ｑ_１をＱ_０として水位ｈ_１を推定することができ、また分岐、合流が存在する場合にはそれによる流量の変分ΔＱを考慮して、流量Ｑ_１をＱ_０＋ΔＱといった形で得て水位ｈ_１を推定することができる。そして、ｈ_０，ｈ_１など各縦断位置での水位ｈと、当該位置での横断面形状Ｓとから水深を求め、ＡＬＢの計測可能領域を推定している。

【0067】

また、本発明によるＡＬＢの計測可能範囲領域の推定の実施形態はこれに限られるものではない。例えば、河川の流れに関する観測結果として、水位ｈと流量Ｑとの関係を表す水位流量曲線（Ｈ−Ｑ曲線）が得られている場合には、それを利用して水深を求めることができる。例えば、Ｈ−Ｑ曲線が得られている縦断位置同士では、そのいずれか（特定縦断位置）について水位ｈ_０を計測すれば、当該特定縦断位置での流量Ｑ_０がＨ−Ｑ曲線から求まる。そして、流量Ｑ_０から他の縦断位置での流量Ｑ_１を上述したようにＱ_１＝Ｑ_０などの形で推定し、当該縦断位置でのＨ−Ｑ曲線から当該位置での水位ｈ_１を求めることができる。また、特定縦断位置では上述した実施形態の手法と同様にしてＨ−Ｑ曲線を用いずに流量Ｑ_０を求め、水位ｈ_０を求める一方、Ｈ−Ｑ曲線が得られている縦断位置については、当該位置での流量Ｑ_１を特定縦断位置で観測された流量Ｑ_０から求め、Ｈ−Ｑ曲線を用いて水位ｈ_１を求めることもできる。このようにして得た水位を用いて上述の実施形態と同様にして計測可能領域を推定することができる。

【符号の説明】

【0068】

２ 河川地形計測可能領域判定装置、４ 演算処理装置、６ 記憶装置、８ 入力装置、１０ 出力装置、２０ 流量推定部、２２ 水位推定部、２４ 水深推定部、２６ 拡散消散係数算出部、２８ 計測可能領域推定部、４０ 河川水質データベース。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】