特開 2024-140145 非接触水位流速計及び水位流速監視システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024140145

(43)【公開日】2024-10-10

(54)【発明の名称】非接触水位流速計及び水位流速監視システム

(51)【国際特許分類】

   G01F 23/284 20060101AFI20241003BHJP

   G01S 13/58 20060101ALI20241003BHJP

   G01P 5/18 20060101ALI20241003BHJP

【ＦＩ】

G01F23/284

G01S13/58 200

G01P5/18 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023051152

(22)【出願日】2023-03-28

(71)【出願人】

【識別番号】000005290

【氏名又は名称】古河電気工業株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】391045897

【氏名又は名称】古河ＡＳ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100114292

【弁理士】

【氏名又は名称】来間 清志

(74)【代理人】

【識別番号】100145713

【弁理士】

【氏名又は名称】加藤 竜太

(72)【発明者】

【氏名】中山 裕次郎

(72)【発明者】

【氏名】井上 大輔

(72)【発明者】

【氏名】山村 隆介

【テーマコード（参考）】

2F014

5J070

【Ｆターム（参考）】

2F014FC01

5J070AC02

5J070AC06

5J070AC11

5J070AD05

5J070AE07

5J070AF01

5J070AH04

5J070AK27

5J070BA10

(57)【要約】

【課題】複数のセンサを用いずに簡素な処理で正確に流水路４の水位及び流速を特定できる非接触水位流速計及び水位流速監視システムを提供すること。
【解決手段】非接触水位流速計１は、流水路４を流れる水の流れ方向Ｆにそれぞれ広い指向性を有し、流水路４の水面４０に向かって送信波を送信する少なくとも１以上の送信アンテナ２１と、水の流れ方向Ｆにそれぞれ広い指向性を有し、水面４０に形成されている物標からの反射波を受信する少なくとも１以上の受信アンテナ２２と、送信波及び反射波を処理して、複数の点群５を検知し、複数の点群５について、クラスタリング処理及びトラッキング処理を行って、複数の点群５毎の位置情報及び速度情報を算出し、当該位置情報及び速度情報から流水路４の水位及び流速を特定し、その結果を出力する処理部１０と、を備え、送信アンテナ２１と受信アンテナ２２とを合わせたアンテナの本数は３以上である。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

流水路を流れる水の流れ方向にそれぞれ広い指向性を有し、前記流水路の水面に向かって送信波を送信する少なくとも１以上の送信アンテナと、
前記水の流れ方向にそれぞれ広い指向性を有し、前記送信波が前記流水路の水面に形成されている物標に反射され、当該物標からの反射波を受信する少なくとも１以上の受信アンテナと、
前記送信波及び前記反射波を処理して、複数の点群を検知し、検知した複数の点群について、クラスタリング処理及びトラッキング処理を行って、複数の点群毎の位置情報及び速度情報を算出し、当該位置情報及び速度情報から前記流水路の水位及び流速を特定し、その結果を出力する処理部と、を備え、
前記少なくとも１以上の送信アンテナと前記少なくとも１以上の受信アンテナとを合わせたアンテナの本数は３以上である非接触水位流速計。

【請求項2】

前記処理部は、前記水の流れ方向の所定の範囲における前記複数の点群の前記水の流れ方向の前記位置情報及び前記速度情報に基づいて、前記流水路の流速を特定する請求項１に記載の非接触水位流速計。

【請求項3】

前記位置情報には、前記複数の点群それぞれと前記少なくとも１以上の送信アンテナ及び前記少なくとも１以上の受信アンテナが配置される送受信面との間の距離情報が含まれ、
前記処理部は、前記位置情報のうち前記送受信面に対する相対速度が０となる前記点群と前記送受信面との間の距離情報に基づいて、前記流水路の水位を特定する請求項１に記載の非接触水位流速計。

【請求項4】

前記位置情報には、前記複数の点群それぞれと前記少なくとも１以上の送信アンテナ及び前記少なくとも１以上の受信アンテナが配置される送受信面との間の距離情報が含まれ、
前記処理部は、前記位置情報のうち前記水の流れ方向毎に特定される前記複数の点群それぞれと前記送受信面との間の距離情報に基づいて、前記流水路の水面の傾きを特定する請求項１に記載の非接触水位流速計。

【請求項5】

前記請求項１から４のいずれか１項に記載の非接触水位流速計と、前記非接触水位流速計とネットワークを介して接続され、前記流水路の流速及び水位を監視する監視装置と、を備え、
前記非接触水位流速計は、前記ネットワークを介して特定した前記流水路の水位及び流速を前記監視装置へ送信する水位流速監視システム。

【請求項6】

前記位置情報には、前記複数の点群それぞれと前記少なくとも１以上の送信アンテナ及び前記少なくとも１以上の受信アンテナが配置される送受信面との間の距離情報が含まれ、
前記非接触水位流速計の前記処理部は、
前記位置情報のうち前記水の流れ方向毎に特定される前記複数の点群それぞれと前記送受信面との間の距離情報に基づいて、前記流水路の水面の傾きを特定し、
前記流水路の水面の傾きの時系列の変化に基づいて、前記送受信面の傾きの異常を検知する請求項５に記載の水位流速監視システム。

【請求項7】

前記非接触水位流速計は、前記ネットワークを介して検知した前記送受信面の傾きの異常を前記監視装置に通知する請求項６に記載の水位流速監視システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、非接触水位流速計及び水位流速監視システムに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、河川等の流水路の流速を測定する場合は、投下した浮子が観測地点間を流れるのにかかる流下時間を人間が測定することによって求められることが多い。人の手による方法では、長時間継続した測定が困難であること、台風や豪雨等の厳しい気象条件では浮子が激しく流され、浮子の位置が不安定となるため、正確な測定が容易ではなく、測定者が危険な状態に置かれるおそれがある等の問題もある。このため、流水路の流速等を非接触で測定するための検討が行われている。

【0003】

例えば特許文献１には、それぞれ異なる位置に配置されるマスター装置及びスレーブ装置から水面における同一の観測地点に向けて電波を照射し、その反射波によって流速を計測する電波式流速計が記載されている。特許文献１の電波式流速計では、マスター装置がスレーブ装置から計測結果を受け取り、受け取った計測結果と自身の計測結果とに基づいて観測地点の流速ベクトルを演算している。特許文献２には、被測定水面に対してマイクロ波送受信機を傾斜させて設置し、マイクロ波の反射波を受信して水位を非接触で連続して計測する方法が記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特許第６４１８６８４号

【特許文献2】特許第５８１７０８２号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、特許文献１の技術では、流速情報しか取得できず、流速測定においても２台のセンサが必要となる。このため、２台のセンサの連携精度によっては測定結果に影響を与える可能性があり、システムとして複雑である。特許文献２の技術では、水位と流速に関する情報を取得するために、ＦＭＣＷ信号とドップラー信号の切り替えが必要となり、処理が複雑になる。

【0006】

本発明は、複数のセンサを用いずに簡素な処理で正確に流水路の水位及び流速を特定できる非接触水位流速計及び水位流速監視システ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】

【0007】

（１）非接触水位流速計は、流水路を流れる水の流れ方向にそれぞれ広い指向性を有し、前記流水路の水面に向かって送信波を送信する少なくとも１以上の送信アンテナと、前記水の流れ方向にそれぞれ広い指向性を有し、前記送信波が前記流水路の水面に形成されている物標に反射され、当該物標からの反射波を受信する少なくとも１以上の受信アンテナと、前記送信波及び前記反射波を処理して、複数の点群を検知し、検知した複数の点群について、クラスタリング処理及びトラッキング処理を行って、複数の点群毎の位置情報及び速度情報を算出し、当該位置情報及び速度情報から前記流水路の水位及び流速を特定し、その結果を出力する処理部と、を備え、前記少なくとも１以上の送信アンテナと前記少なくとも１以上の受信アンテナとを合わせたアンテナの本数は３以上である。

【0008】

（２）（１）に記載の非接触水位流速計において、前記処理部は、前記水の流れ方向の所定の範囲における前記複数の点群の前記水の流れ方向の前記位置情報及び前記速度情報に基づいて、前記流水路の流速を特定する。

【0009】

（３）（１）又は（２）に記載の非接触水位流速計において、前記位置情報には、前記複数の点群それぞれと前記少なくとも１以上の送信アンテナ及び前記少なくとも１以上の受信アンテナが配置される送受信面との間の距離情報が含まれ、前記処理部は、前記位置情報のうち前記送受信面に対する相対速度が０となる前記点群と前記送受信面との間の距離情報に基づいて、前記流水路の水位を特定する。

【0010】

（４）（１）から（３）のいずれか１つに記載の非接触水位流速計において、前記位置情報には、前記複数の点群それぞれと前記少なくとも１以上の送信アンテナ及び前記少なくとも１以上の受信アンテナが配置される送受信面との間の距離情報が含まれ、前記処理部は、前記位置情報のうち前記水の流れ方向毎に特定される前記複数の点群それぞれと前記送受信面との間の距離情報に基づいて、前記流水路の水面の傾きを特定する（１）に記載の非接触水位流速計。

【0011】

（５）水位流速監視システムは、（１）から（４）のいずれか１つに記載の非接触水位流速計と、前記非接触水位流速計とネットワークを介して接続され、前記流水路の流速及び水位を監視する監視装置と、を備え、前記非接触水位流速計は、前記ネットワークを介して特定した前記流水路の水位及び流速を前記監視装置へ送信する。

【0012】

（６）（５）に記載の水位流速監視システムにおいて、前記位置情報には、前記複数の点群それぞれと前記少なくとも１以上の送信アンテナ及び前記少なくとも１以上の受信アンテナが配置される送受信面との間の距離情報が含まれ、前記非接触水位流速計の前記処理部は、前記位置情報のうち前記水の流れ方向毎に特定される前記複数の点群それぞれと前記送受信面との間の距離情報に基づいて、前記流水路の水面の傾きを特定し、前記流水路の水面の傾きの時系列の変化に基づいて、前記送受信面の傾きの異常を検知する。

【0013】

（７）（５）又は（６）に記載の水位流速監視システムにおいて、前記非接触水位流速計は、前記ネットワークを介して検知した前記送受信面の傾きの異常を前記監視装置に通知する。

【発明の効果】

【0014】

本発明によれば、複数のセンサを用いずに簡素な処理で正確に流水路の水位及び流速を特定できる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】本発明の一実施形態に係る非接触水位流速計を含む水位流速監視システムと流水路とを模式的に示す平面図である。

【図2】本発明の一実施形態に係る非接触水位流速計を含む水位流速監視システムと流水路とを模式的に示す側面図である。

【図3】本発明の一実施形態に係る非接触水位流速計のハードウェアの構成を示すブロック図である。

【図4】本発明の一実施形態に係る非接触水位流速計の水位流速特定処理及び異常検知処理に関する機能的構成を示すブロック図である。

【図5】点群の位置情報及び速度情報の時系列データが流水路特有の傾向を示すか否かを判定する処理について説明するための模式図である。

【図6A】鉛直方向を紙面上下方向として示す図であって、正常な傾きで設置された非接触水位流速計と流水路の水面の傾きを示す模式図である。

【図6B】鉛直方向を紙面上下方向として示す図であって、水面の傾きが図６Ａと同じであり、非接触水位流速計が所定の角度以上傾いた状態を示す模式図である。

【図6C】視野角方向を紙面上下方向として示す図であって、水面の傾きが図６Ａと同じであり、非接触水位流速計が所定の角度以上傾いた状態を示す模式図である。

【図7】本発明の一実施形態に係る非接触水位流速計による水位流速特定処理の流れの一例を示すフローチャートである。

【図8】本発明の一実施形態に係る非接触水位流速計による異常検知処理の流れの一例を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。

【0017】

本実施形態に係る非接触水位流速計１を含む水位流速監視システム１００について説明する。図１は、流水路４と水位流速監視システム１００とを模式的に示す平面図である。図２は、流水路４と水位流速監視システム１００とを模式的に示す側面図である。

【0018】

水位流速監視システム１００は、流水路４の水位及び流速を監視するためのシステムである。水位流速監視システム１００は、流水路４の周辺に設置され、流水路４の水位及び流速を特定する非接触水位流速計１と、ネットワークＮＷを介して非接触水位流速計１に通信可能に接続される監視装置２と、を備える。図１及び図２に示す例では、１つの非接触水位流速計１が監視装置２に接続されているが、例えば異なる位置に配置される複数の非接触水位流速計１それぞれが監視装置２に通信可能に接続されていてもよい。

【0019】

流水路４としては、例えば用水路や放水路、運河等の人工的に造られた水路や河川等が挙げられる。本実施形態では、河川である流水路４の水位及び流速を監視する場合を例に説明する。なお、本明細書において流水路４の幅方向を幅方向Ｚとし、流水路４が形成される地面に対して鉛直な方向を鉛直方向Ｙとし、幅方向Ｚ及び鉛直方向Ｙに直交する方向を左右方向Ｘとする。

【0020】

非接触水位流速計１は、電磁波の送受信により周囲に存在する物体を点群５として取得するレーダセンサである。非接触水位流速計１は、流水路４の水面４０に向かって送信波を送信し、該送信波が水面４０に形成されている物標に反射され、当該物標からの反射波を受信する。非接触水位流速計１は、例えば河川に架かる橋梁や河岸付近に設置される。非接触水位流速計１は、電磁波を送受信する送受信面２３を流水路４の上方から水面４０に向けるように設置される。非接触水位流速計１は、その送受信面２３が水面４０に対して鉛直方向Ｙに対向するように配置されてもよく、送受信面２３の視野中心方向が鉛直方向Ｙに対して斜めに傾くように配置されてもよい。

【0021】

非接触水位流速計１は、送信波及び反射波に基づいて特定される複数の点群５の位置情報及び速度情報を取得し、これらの情報に基づいて流水路４の水位及び流速を特定し、ネットワークＮＷを介してその結果を監視装置２に送信する。

【0022】

監視装置２は、非接触水位流速計１からネットワークＮＷを介して送信された流水路４の水位及び流速の情報を取得し、この変化を監視する。監視装置２は、例えば水位や流速が所定の閾値を超えた場合に警報を発生させてもよい。

【0023】

次に、非接触水位流速計１のハードウェア構成について説明する。図３は、本実施形態の非接触水位流速計１のハードウェア構成の一例を示すブロック図である。

【0024】

図３の例では、非接触水位流速計１は、電磁波を送受信するアンテナ部２０と、アンテナ部２０の検出信号を処理して流水路４の水位及び流速を特定し、その結果を出力する処理部１０と、を備える。

【0025】

アンテナ部２０は、送信波を送信する少なくとも１以上の送信アンテナ２１と、物体によって反射された反射波を受信する少なくとも１以上の受信アンテナ２２と、を有し、送信アンテナ２１と受信アンテナ２２とを合わせて３以上となればよい。本実施形態のアンテナ部２０は、４つの送信アンテナ２１と、４つの受信アンテナ２２と、を有する。送信アンテナ２１及び受信アンテナ２２は、それぞれ、所定の方向に並置された複数の放射素子によって構成される。

【0026】

複数の送信アンテナ２１それぞれは、流水路４を流れる水の流れ方向Ｆに広い指向性を持つ。複数の送信アンテナ２１は、例えば互いに間隔を空けて所定の方向に並ぶように送受信面２３に配置される。また複数の受信アンテナ２２それぞれは、流水路４の水の流れ方向Ｆに広い指向性を持つ。複数の受信アンテナ２２は、例えば互いに間隔を空けて所定の方向に並ぶように送受信面２３に配置される。送受信面２３に複数の送信アンテナ２１及び複数の受信アンテナ２２が配置されているので、角度分解能を高めることができる。これにより、アンテナ部２０の指向性が広い場合であっても、点群５の方位を示す角度情報を取得することが可能である。アンテナ部２０は、複数の受信アンテナ２２の受信信号を処理し、処理部１０に送信する。

【0027】

処理部１０は、アンテナ部２０から送信された受信信号に基づいて、流水路４の水位及び流速を特定する水位流速特定処理や非接触水位流速計１自身の設置状態の異常を検知する異常検知処理を実行する。

【0028】

処理部１０は、図３に示すようにプロセッサ１１、ＲＯＭ（read-only memory）１２、ＲＡＭ（random-access memory）１３、補助記憶装置１４、通信Ｉ／Ｆ（interface）１５を備え、各部がバス１６等によって接続されるコンピュータである。

【0029】

プロセッサ１１は、非接触水位流速計１の動作に必要な演算及び制御等の処理を行うコンピュータの中枢部分であり、各種演算及び処理等を行う。プロセッサ１１は、例えば、ＣＰＵ（central processing unit）、ＭＰＵ（micro processing unit）、ＳｏＣ（system on a chip）、ＤＳＰ（digital signal processor）、ＧＰＵ（graphics processing unit）、ＡＳＩＣ（application specific integrated circuit）、ＰＬＤ（programmable logic device）又はＦＰＧＡ（field-programmable gate array）等である。あるいは、プロセッサ１１は、これらのうちの複数を組み合わせたものである。また、プロセッサ１１は、これらにハードウェアアクセラレーター等を組み合わせたものであっても良い。

【0030】

プロセッサ１１は、ＲＯＭ１２又は補助記憶装置１４等に記憶されたファームウェア、システムソフトウェア及びアプリケーションソフトウェア等のプログラムに基づいて、非接触水位流速計１の各種の機能を実現するべく各部を制御する。また、プロセッサ１１は、当該プログラムに基づいて後述する処理を実行する。なお、当該プログラムの一部又は全部は、プロセッサ１１の回路内に組み込まれていても良い。

【0031】

ＲＯＭ１２及びＲＡＭ１３は、プロセッサ１１を中枢としたコンピュータの主記憶装置である。ＲＯＭ１２は、専らデータの読み出しに用いられる不揮発性メモリである。ＲＯＭ１２は、上記のプログラムのうち、例えばファームウェア等を記憶する。また、ＲＯＭ１２は、プロセッサ１１が各種の処理を行う上で使用するデータ等も記憶する。ＲＡＭ１３は、データの読み書きに用いられるメモリである。ＲＡＭ１３は、プロセッサ１１が各種の処理を行う上で一時的に使用するデータを記憶するワークエリア等として利用される。ＲＡＭ１３は、典型的には揮発性メモリである。

【0032】

補助記憶装置１４は、例えばＥＥＰＲＯＭ（electric erasable programmable read-only memory）、ＨＤＤ（hard disk drive）又はフラッシュメモリ等である。補助記憶装置１４は、上記のプログラムのうち、例えば、システムソフトウェア及びアプリケーションソフトウェア等を記憶する。また、補助記憶装置１４は、プロセッサ１１が各種の処理を行う上で使用するデータ、プロセッサ１１での処理によって生成されたデータ及び各種の設定値、流水路４の周辺に設置された非接触水位流速計１の送受信面２３から流水路４の川底までの距離、流水路４の水面４０に対する送受信面２３の位置や向き等の非接触水位流速計１の設置状態に関する情報、後述する流水路４の水面４０の傾きの基準値、後述する点群情報取得部３１によって取得された複数の点群５に関する点群情報等を記憶する。

【0033】

通信Ｉ／Ｆ１５は、ＥＣＵ２と通信するためのインターフェースである。非接触水位流速計１による流水路４の水位及び流速の特定結果は、通信Ｉ／Ｆ１５からネットワークＮＷを介して監視装置２に送信される。

【0034】

次に、非接触水位流速計１の処理部１０の機能について図４を参照しながら説明する。図４は、本実施形態の非接触水位流速計１の水位流速特定処理及び異常検知処理に関する機能的構成の一例を示すブロック図である。

【0035】

処理部１０は、プロセッサ１１等によって構成される演算装置であり、ＲＯＭ１２やＲＡＭ１３、補助記憶装置１４等から各種プログラム、データを読み込んで実行し、水位流速特定処理及び異常検知処理を行う。

【0036】

処理部１０は、図４に示すように点群情報取得部３１と、判定部３２と、流速特定部３３と、水位特定部３４と、傾き特定部３５と、異常検知部３６と、出力処理部３７と、を備える。

【0037】

点群情報取得部３１は、アンテナ部２０による送信波及び反射波を処理して、複数の点群５を検知する。具体的には、点群情報取得部３１は、アンテナ部２０から取得した受信信号に対して距離処理、速度処理、角度処理等を実行し、位置情報及び速度情報が特定された複数の点群５を取得する。距離処理は、例えば送信アンテナ２１からの送信波と受信アンテナ２２によって受信された反射波の周波数差に基づいて、点群５までの距離に相当する距離データを複数の測定期間それぞれにおいて求める処理である。速度処理は、例えば複数の測定期間それぞれで求めた複数の距離データを処理することで点群５の速度に相当する情報を求める処理である。角度処理は、点群５の水平角や仰俯角を特定する処理である。本実施形態では、各送信アンテナ２１及び各受信アンテナ２２が流水路４の水の流れ方向Ｆに広い指向性を有するので、水平角方向の広い範囲で点群５の水平角を特定できる。

【0038】

そして点群情報取得部３１は、距離処理、速度処理、及び角度処理によって検知した複数の点群５について、クラスタリング処理及びトラッキング処理を行って、複数の点群５毎の位置情報や速度情報等の点群情報を算出して取得する。位置情報には、例えば点群５と送受信面２３との間の距離を示す点群距離情報、角度処理によって特定される送受信面２３から見た点群５の方位を示す角度情報等が含まれる。速度情報には、例えば水の流れ方向Ｆにおける点群５の速度や点群５から送受信面２３に向かう方向における点群５の速度等に関する情報が含まれる。なお、本実施形態では、点群情報取得部３１は、視野角θの検出可能範囲Ｒ内に存在する水面４０の点群５に関する点群情報を取得する。

【0039】

ここで、送信アンテナ２１及び受信アンテナ２２のうち少なくともいずれか一方を複数備えていない場合、指向性を広くすると、角度分解能が低くなり、点群５の正確な角度情報を取得できない。本実施形態では、水の流れ方向Ｆに広い指向性を持つ送信アンテナ２１及び受信アンテナ２２のうち少なくともいずれか一方を複数備えるので、角度分解能を高めることができ、水の流れ方向Ｆに広い範囲における複数の点群５の正確な角度情報を取得できる。これにより、複数の点群５の位置情報及び速度情報を高い精度で取得できる。

【0040】

判定部３２は、点群情報取得部３１によって取得された複数の点群５の位置情報及び速度情報に基づいて、河川特有の相関の有無を判定する処理を実行する。河川特有の相関を有することは、点群５の位置情報及び速度情報の時系列データが河川等の流水路４特有の傾向を示すことを意味する。図５は、点群５の位置情報及び速度情報の時系列データが流水路４特有の傾向を示すか否かを判定する処理について説明するための模式図である。

【0041】

判定部３２は、例えば複数の点群５が非接触水位流速計１よりも流水路４の上流側から下流側に移動するまでの各点群５の点群情報の時系列データが流水路４特有の傾向を示すかを判定することで、河川特有の相関を有するか否かを判定する。

【0042】

具体的には判定部３２は、以下の式（１）によって得られる速度Ｖｒの時系列データが、流水路４特有の傾向を示すか否かを判定する。
Ｖｒ＝Ｖ×ｓｉｎθｒ・・・式（１）
なお、図５に示すように、Ｖｒは水面４０から送受信面２３に向かう方向の一の点群５の速度、即ち送受信面２３に対する点群５の相対速度を示し、Ｖは水の流れ方向Ｆの一の点群５の速度を示し、θｒは送受信面２３の鉛直方向Ｙ下方に位置する点群５の方位を示す角度を０°とした場合の一の点群５の方位を示す角度を示す。

【0043】

流水路４特有の傾向を有する点群５の点群情報の時系列データとは、例えば点群５の速度Ｖｒが送受信面２３よりも上流側から送受信面２３に向かうにつれて減少し、角度θｒが０となる位置である送受信面２３の真下で０となり、さらに下流側に向かうとマイナスとなるデータである。流水路４特有の傾向は、同じ方向に一定の速度で流れる水の流れを考慮して定められたものである。判定部３２は、この傾向を複数の点群５それぞれの速度Ｖｒの時系列データが示す場合に河川特有の相関を有すると判定する。

【0044】

流速特定部３３は、点群情報取得部３１によって取得された複数の点群５の位置情報及び速度情報に基づいて、流水路４の流速を特定する処理を実行する。流速特定部３３は、例えば水の流れ方向Ｆの所定の範囲内における２つ以上の点群５の点群情報を所定の時間間隔で取得し、その結果得られた２つ以上の点群５それぞれの点群情報の時系列データに基づいて、流水路４を流れる水の流速を特定してもよい。

【0045】

例えば流速特定部３３は、水の流れ方向Ｆにおける各点群５の位置情報の時間変化に基づいて流水路４の流速を特定してもよい。この場合に特定される流速は、例えば水の流れ方向Ｆにおける複数の点群５の速度の中央値であってもよく、平均値であってもよい。

【0046】

また例えば流速特定部３３は、各点群５の水の流れ方向Ｆの速度情報に基づいて流水路４の流速を特定してもよい。この場合に特定される流速は、例えば所定の期間に取得した複数の点群５の水の流れ方向Ｆの速度情報の中央値であってもよく、平均値であってもよい。なお、本実施形態では、流速特定部３３は、判定部３２によって河川特有の相関を有すると判定された場合に、複数の点群５の位置情報及び速度情報に基づいて、流速を特定する処理を実行する。

【0047】

また流速特定部３３は、例えば判定部３２によって河川特有の相関を有しないと判定され、かつ点群５と送受信面２３との間の点群距離情報と後述する基準距離情報とが一致しない場合、流水路４の流速が０であると判定してもよい。

【0048】

水位特定部３４は、点群情報取得部３１によって取得された複数の点群５の位置情報に基づいて、流水路４の水位を特定する処理を実行する。例えば水位特定部３４は、補助記憶装置１４等に記憶された送受信面２３から流水路４の川底までの距離を示す基準距離情報と、複数の点群５それぞれと送受信面２３との間の点群距離情報に基づいて、流水路４の水位を特定する。具体的には、水位特定部３４は、基準距離情報から一の点群５と送受信面２３との間の点群距離情報を差し引くことで流水路４の水位を特定する。

【0049】

水位特定部３４は、例えば基準距離情報として鉛直方向Ｙにおける送受信面２３と流水路４の川底との間の距離を示す情報を用いてもよい。この場合、水位特定部３４は、電磁波の送受信方向における送受信面２３と点群５との間の距離を示す点群距離情報を、鉛直方向Ｙにおける送受信面２３と点群５との間の距離を示す点群距離情報に変換する。そして、水位特定部３４は、基準距離情報から変換後の点群距離情報を差し引くことで流水路４の水位を特定してもよい。

【0050】

また水位特定部３４は、例えば複数の点群５の位置情報のうち非接触水位流速計１との相対速度が０となる点群５と送受信面２３との間の点群距離情報に基づいて、流水路４の水位を特定してもよい。即ち、水位特定部３４は、送受信面２３から最も近い水面４０の点群５と送受信面２３との間の点群距離情報に基づいて、水位を特定してもよい。

【0051】

また例えば水位特定部３４は、水の流れ方向Ｆに沿って特定される複数の点群５それぞれの点群距離情報と基準距離情報とに基づいて各点群５に対応する水位を算出し、算出した水位の中央値又は平均値を流水路４の水位として特定してもよい。

【0052】

傾き特定部３５及び異常検知部３６について説明する。図６Ａは、鉛直方向Ｙを紙面上下方向として示す図であって、正常な傾きで設置された非接触水位流速計１と流水路４の水面４０の傾きＴを示す模式図である。

【0053】

傾き特定部３５は、流水路４の水面４０の傾きＴを特定する処理を実行する。傾き特定部３５は、点群情報取得部３１によって取得され、水の流れ方向Ｆ毎に特定される各点群５と送受信面２３との間の点群距離情報と各点群５の方位を示す角度情報に基づいて、流水路４の水面４０の傾きを特定する。例えば傾き特定部３５は、図６Ａに示すように、送受信面２３からの距離及び方位が特定された各点群５を通る直線を水面４０の傾きとして特定してもよい。傾き特定部３５は、所定の時間間隔で水面４０の傾きを特定してもよい。

【0054】

異常検知部３６は、傾き特定部３５によって取得された水面４０の傾きＴに基づいて、送受信面２３の傾きの異常を特定する処理を実行する。異常検知部３６は、例えば傾き特定部３５によって取得された水面４０の傾きＴの時系列の変化に基づいて、送受信面２３の傾きの異常を特定してもよい。具体的には、異常検知部３６は、所定の期間における水面４０の傾きＴの変化が所定の閾値以上である場合に送受信面２３の傾きが異常であると判定してもよい。また例えば異常検知部３６は、傾き特定部３５によって取得された水面４０の傾きＴと補助記憶装置１４に記憶された流水路４の水面４０の傾きの基準値とを比較することで送受信面２３の傾きの異常を特定してもよい。具体的には、異常検知部３６は、傾き特定部３５によって取得された水面４０の傾きＴと水面４０の傾きの基準値との差が所定の閾値以上である場合に、送受信面２３の傾きが異常であると判定してもよい。

【0055】

図６Ｂは、鉛直方向Ｙを紙面上下方向として示す図であって、水面４０の傾きＴが図６Ａに示す水面４０と同じであり、非接触水位流速計１が所定の角度以上傾いた場合の模式図である。図６Ｃは、非接触水位流速計１の視野角方向を上下方向として示す図であって、水面４０の傾きが図６Ａと同じであり、非接触水位流速計１が所定の角度以上傾いた場合の模式図である。

【0056】

図６Ｂ及び図６Ｃに示すように、非接触水位流速計１の送受信面２３が大きく傾くと、傾き特定部３５によって特定される水面４０の傾きＴは、実際の傾きとは大きく異なる傾きとして特定される。このため、本実施形態では、水面４０の傾きＴの時系列の変化や水面４０の傾きＴと基準値との差が所定の閾値以上である場合に、非接触水位流速計１の設置状態の異常により、送受信面２３の傾きの異常が発生していると判定している。

【0057】

出力処理部３７は、流速特定部３３によって特定された流速及び水位特定部３４によって特定された水位を出力し、監視装置２に送信する処理を実行する。また出力処理部３７は、異常検知部３６が送受信面２３の傾きＴの異常を検知した場合に、検知した送受信面２３の傾きＴの異常を監視装置２に通知する。

【0058】

次に、本実施形態に係る非接触水位流速計１の処理部１０が実行する水位流速特定処理の流れの一例について図７を参照しながら説明する。図７は、非接触水位流速計１による水位流速特定処理の流れの一例を示すフローチャートである。

【0059】

図７に示すように、ステップＳ１１において、点群情報取得部３１は、複数の送信アンテナ２１及び複数の受信アンテナ２２によって構成されるアンテナ部２０から受信信号を取得し、該受信信号に基づいて複数の点群５の点群情報を取得する処理を実行する。

【0060】

ステップＳ１２において、点群情報取得部３１は、所定の測定回数分の点群情報を取得したか否かを判定する。点群情報取得部３１は、所定の測定回数分の点群情報を取得したと判定した場合（ステップＳ１２；ＹＥＳ）、処理をステップＳ１３に移行させる。一方で、点群情報取得部３１は、所定の測定回数分の点群情報を取得していないと判定した場合（ステップＳ１２；ＮＯ）、所定の時間経過後に処理をステップＳ１１に戻す。点群情報取得部３１は、ステップＳ１１及びステップＳ１２の処理により、所定の測定回数分の点群情報の時系列データを取得することができる。

【0061】

ステップＳ１３において、判定部３２は、ステップＳ１１及びステップＳ１２で取得した複数の点群の位置情報及び速度情報の時系列データから河川特有の関係の有無を判定する。

【0062】

ステップＳ１４において、判定部３２は、ステップＳ１３で河川特有の相関が有ると判定した場合（ステップＳ１４；ＹＥＳ）、処理をステップＳ１５に移行させる。ステップＳ１５において、流速特定部３３は、ステップＳ１１及びステップＳ１２で取得した点群情報に基づいて流水路４の流速を特定する。流速特定部３３は、例えば２つ以上の点群５の位置情報の時間変化に基づいて、流水路４の流速を算出してもよい。次いで、水位特定部３４は、水の流れ方向Ｆの所定の範囲における複数の点群５それぞれの点群距離情報と補助記憶装置１４から抽出した基準距離情報とに基づいて流水路４の水位を特定する（ステップＳ１６）。このとき、流速特定部３３は、例えば水の流れ方向Ｆの所定の範囲の各点群５に対応する位置の水位の中央値を水位としてもよい。そして、ステップＳ１７において、処理部１０は、ステップＳ１５で特定した流速とステップＳ１６で特定した水位を出力し、監視装置２に送信する。その後、処理部１０は、水位流速特定処理を終了する。

【0063】

一方で、判定部３２は、ステップＳ１３で河川特有の相関が無いと判定した場合（ステップＳ１４；ＮＯ）、処理をステップＳ１８に移行させる。ステップＳ１８において、水位特定部３４は、点群５と送受信面２３との間の点群距離情報を特定する。このとき、水位特定部３４は、水の流れ方向Ｆの所定の範囲における複数の点群５それぞれの点群距離情報の中央値を点群距離情報としてもよい。次いで、水位特定部３４は、ステップＳ１８で特定した距離情報が示す値と基準距離情報が示す値が一致するか否かを判定する（ステップＳ１９）。処理部１０は、点群距離情報が示す値と基準距離情報が示す値が一致すると判定した場合（ステップＳ１９；ＹＥＳ）、流水路４の水流情報がないと判定し（ステップＳ２０）、その判定結果を出力する（ステップＳ２１）。その後、処理部１０は水位流速特定処理を終了する。一方で、処理部１０は、点群距離情報が示す値と基準距離情報が示す値が一致しないと判定した場合（ステップＳ１９；ＮＯ）、流水路４の流速を０とし、ステップＳ１６と同様の処理により流水路４の水位を特定し（ステップＳ２２）、流水路４の流速及び水位の特定結果を監視装置２に出力する（ステップＳ２３）。その後、処理部１０は、水位流速特定処理を終了する。

【0064】

次に、本実施形態に係る非接触水位流速計１の処理部１０が実行する異常検知処理の流れの一例について図８を参照しながら説明する。図８は、非接触水位流速計１による異常検知処理の流れの一例を示すフローチャートである。

【0065】

図８に示すように、ステップＳ３１において、点群情報取得部３１は、アンテナ部２０から受信信号を取得し、該受信信号に基づいて水の流れ方向Ｆの所定の範囲における複数の点群５の点群情報を取得する処理を実行する。

【0066】

ステップＳ３２において、傾き特定部３５は、水の流れ方向Ｆ毎に特定される各点群５と送受信面２３との間の点群距離情報と各点群５の角度情報を取得する。

【0067】

ステップＳ３３において、傾き特定部３５は、ステップＳ３２で取得した距離情報及び角度情報に基づいて、水面４０の傾きＴを特定する。

【0068】

ステップＳ３４において、異常検知部３６は、所定の期間におけるステップＳ３３で特定した水面４０の傾きＴと補助記憶装置１４に記憶された水面４０の傾きＴの基準値との差が所定の閾値以上であるか否かを判定する。異常検知部３６は、特定した水面４０の傾きＴと基準値との差が所定の閾値未満である場合、所定の時間経過後に処理をステップＳ３１に戻す。一方で、異常検知部３６は、特定した水面の傾きＴと基準値との差が所定の閾値以上である場合、処理をステップＳ３５に移行させる。

【0069】

ステップＳ３５において、出力処理部３７は、非接触水位流速計１の送受信面２３の傾きが異常であると判定し、その判定結果を監視装置２に通知する。その後、処理部１０は、傾き異常検知処理を終了する。

【0070】

以上説明した実施形態によれば、以下のような効果を奏する。

【0071】

本実施形態に係る非接触水位流速計１は、流水路４を流れる水の流れ方向Ｆにそれぞれ広い指向性を有し、流水路４の水面４０に向かって送信波を送信する少なくとも１以上の送信アンテナ２１と、水の流れ方向Ｆにそれぞれ広い指向性を有し、送信波が流水路４の水面４０に形成されている物標に反射され、当該物標からの反射波を受信する少なくとも１以上の受信アンテナ２２と、送信波及び反射波を処理して、複数の点群５を検知し、検知した複数の点群５について、クラスタリング処理及びトラッキング処理を行って、複数の点群毎の位置情報及び速度情報を算出し、当該位置情報及び速度情報から流水路４の水位及び流速を特定し、その結果を出力する処理部１０と、を備え、少なくとも１以上の送信アンテナ２１と少なくとも１以上の受信アンテナ２２とを合わせたアンテナの本数は３以上である。

【0072】

これにより、送信アンテナ２１及び受信アンテナ２２が水の流れ方向Ｆに広い指向性を有するので、水の流れ方向Ｆに沿った複数の点群５に関する情報を取得できる。また送信アンテナ２１及び受信アンテナ２２のうち少なくともいずれか一方を複数備えるので、アンテナの指向性が広い場合であっても各点群５の正確な角度情報を取得することができる。これにより、２つのセンサの使用や信号の切替を行わず、水の流れ方向Ｆに沿った複数の点群５の正確な位置情報及び速度情報を取得することができる。よって、複数のセンサを用いずに簡素な処理で正確に流水路４の水位及び流速を特定できる。

【0073】

また本実施形態に係る非接触水位流速計１において、処理部１０は、水の流れ方向Ｆの所定の範囲における複数の点群５の水の流れ方向Ｆの位置情報及び速度情報に基づいて、流水路４の流速を特定する。

【0074】

これにより、より簡素な処理で正確に流水路４の流速を特定できる。

【0075】

また本実施形態に係る非接触水位流速計１において、位置情報には、複数の点群５それぞれと少なくとも１以上の送信アンテナ２１及び少なくとも１以上の受信アンテナ２２が配置される送受信面２３との間の距離情報が含まれ、処理部１０は、位置情報のうち送受信面２３に対する相対速度が０となる点群５と送受信面２３との間の距離情報に基づいて、流水路４の水位を特定する。

【0076】

これにより、例えば送受信面２３に対する点群５の相対速度が０となる送受信面２３と最も近い点群５との間の距離情報に基づいて水位を特定することになるので、より簡素な処理で正確な水位を特定できる。

【0077】

また本実施形態に係る非接触水位流速計１において、位置情報には、複数の点群５それぞれと少なくとも１以上の送信アンテナ２１及び少なくとも１以上の受信アンテナ２２が配置される送受信面２３との間の距離情報が含まれ、処理部１０は、位置情報のうち水の流れ方向毎に特定される複数の点群５それぞれと送受信面２３との間の距離情報に基づいて、流水路４の水面４０の傾きＴを特定する。

【0078】

これにより、複数の装置を用いずにより簡素な処理で水位及び流速とともに水面４０の傾きＴを特定できる。

【0079】

本実施形態に係る水位流速監視システム１００は、非接触水位流速計１と、非接触水位流速計１とネットワークＮＷを介して接続され、流水路４の流速及び水位を監視する監視装置２と、を備え、非接触水位流速計１は、ネットワークＮＷを介して特定した流水路４の水位及び流速を監視装置２へ送信する。

【0080】

これにより、非接触水位流速計１から水位及び流速を特定するための元データである容量の大きい点群情報を送信せずに、より小さい通信負荷で監視装置２に流水路４の状態を通知することができる。

【0081】

また本実施形態に係る水位流速監視システム１００において、位置情報には、複数の点群５それぞれと少なくとも１以上の送信アンテナ２１及び少なくとも１以上の受信アンテナ２２が配置される送受信面２３との間の距離情報が含まれ、非接触水位流速計１の処理部１０は、位置情報のうち水の流れ方向Ｆ毎に特定される複数の点群５それぞれと送受信面２３との間の距離情報に基づいて、流水路４の水面４０の傾きＴを特定し、流水路４の水面４０の傾きＴの時系列の変化に基づいて、送受信面２３の傾きの異常を検知する。

【0082】

これにより、非接触水位流速計１の設置状態の異常を簡素な処理で把握でき、取得した流水路４の水位や流速に関する情報が信頼性のある情報であるか否かを把握できる。

【0083】

また本実施形態に係る水位流速監視システム１００において、非接触水位流速計１は、ネットワークＮＷを介して検知した送受信面２３の傾きの異常を監視装置２に通知する。

【0084】

これにより、より迅速に非接触水位流速計１の設置状態の異常を共有することができる。

【0085】

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上述の実施形態に制限されるものではなく、適宜変更が可能である。

【0086】

上記実施形態では、基準距離情報は非接触水位流速計１の送受信面２３と流水路４の川底との間の距離であったが、予め知られているある水位における水面４０と送受信面２３との間の距離であってもよい。そして水位特定部３４は、例えば点群距離情報と基準距離情報とを比較して流水路４の水位を特定してもよい。

【符号の説明】

【0087】

１ 非接触水位流速計
４ 流水路
５ 点群
１０ 処理部
２１ 送信アンテナ
２２ 受信アンテナ
４０ 水面
Ｆ 水の流れ方向

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6A】

【図6B】

【図6C】

【図7】

【図8】