特開 2024-5473 洪水監視装置、洪水監視システムおよび洪水監視方法

(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】P2024005473

(43)【公開日】2024-01-17

(54)【発明の名称】洪水監視装置、洪水監視システムおよび洪水監視方法

(51)【国際特許分類】

   G01F 23/292 20060101AFI20240110BHJP

   G08B 27/00 20060101ALI20240110BHJP

   G01F 23/64 20060101ALI20240110BHJP

   G01F 1/20 20060101ALI20240110BHJP

   G01P 5/02 20060101ALI20240110BHJP

【ＦＩ】

G01F23/292 Z

G08B27/00 A

G01F23/64 A

G01F1/20 A

G01P5/02

【審査請求】未請求

【請求項の数】11

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022105663

(22)【出願日】2022-06-30

(71)【出願人】

【識別番号】000202361

【氏名又は名称】綜合警備保障株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002147

【氏名又は名称】弁理士法人酒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】加沢 徹

【テーマコード（参考）】

2F013

2F014

2F030

5C087

【Ｆターム（参考）】

2F013AA02

2F013AA03

2F013AA05

2F013AB04

2F013CA15

2F013CA16

2F014FA04

2F030CC05

2F030CE27

5C087AA02

5C087AA09

5C087AA10

5C087AA25

5C087AA37

5C087AA44

5C087BB20

5C087DD02

5C087DD49

5C087EE14

5C087FF01

5C087FF02

5C087FF04

5C087FF16

(57)【要約】

【課題】高価なセンサを用いずに河川の水深および水流速度を精度よく算出することができる洪水監視装置、洪水監視システムおよび洪水監視方法を提供する。
【解決手段】河川に浮かぶブイと、ブイと接続線により接続され、接続線の繰り出しおよび引き戻しが可能な、河川の川底または川底近傍に固定された繰り出し機構と、を有するブイ型センサのうち、水面上のブイを撮像する撮像装置によって撮像された撮像画像を取得する取得部と、撮像画像から、繰り出し機構に対して鉛直方向の水面の位置からのブイの水平方向の変位、およびブイの水没状態を導出し、変位、水没状態、およびブイに作用する重力、浮力、水流による力および張力のつり合いの第１の関係に基づいて、河川の水深および水流速度を算出する第１の算出部と、を備える。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

河川に浮かぶブイと、前記ブイと接続線により接続され、前記接続線の繰り出しおよび引き戻しが可能な、前記河川の川底または川底近傍に固定された繰り出し機構と、を有するブイ型センサのうち、水面上の前記ブイを撮像する撮像装置によって撮像された撮像画像を取得する取得部と、
前記撮像画像から、前記繰り出し機構に対して鉛直方向の水面の位置からの前記ブイの水平方向の変位、および該ブイの水没状態を導出し、前記変位、前記水没状態、および該ブイに作用する重力、浮力、水流による力および張力のつり合いの第１の関係に基づいて、前記河川の水深および水流速度を算出する第１の算出部と、
を備えた洪水監視装置。

【請求項2】

前記第１の算出部は、
前記撮像画像から、前記ブイのうち水面上に現れた部分の水面からの高さを前記水没状態として導出し、
前記高さから該ブイの水没体積を算出し、前記水没体積に基づいて該ブイの前記浮力を算出し、前記変位、該浮力、および前記第１の関係に基づいて、前記水深および前記水流速度を算出する請求項１に記載の洪水監視装置。

【請求項3】

前記第１の算出部は、前記撮像画像から、前記水没状態として前記ブイの鉛直方向に対する傾きを、前記接続線の鉛直方向に対する傾斜角として導出し、
前記変位および前記傾斜角から、前記接続線の長さを算出し、前記長さおよび該傾斜角から、前記水深を算出し、
前記長さから、前記ブイと前記接続線との接続点で該ブイに作用する張力を算出し、前記張力および前記傾斜角にも基づいて、該ブイに作用する水流による力を算出し、前記水流による力から前記水流速度を算出する請求項１に記載の洪水監視装置。

【請求項4】

前記ブイは、表面にマークが付され、
前記第１の算出部は、前記撮像画像から、前記ブイにおける前記マークの位置に基づいて前記傾きを導出する請求項３に記載の洪水監視装置。

【請求項5】

前記第１の算出部は、
前記撮像画像から、前記ブイのうち水面上に現れた部分の水面からの高さを前記水没状態として導出し、
前記撮像画像から、前記接続線の方向に対してずれ角を有する前記ブイの傾きを前記水没状態として導出し、
前記変位、前記水没状態、前記第１の関係、ならびに、鉛直面における前記ブイと前記接続線との接続点の周りの前記重力、前記浮力および前記水流による力の各モーメントのつり合いの第２の関係に基づいて、前記水深および前記水流速度を算出する請求項１に記載の洪水監視装置。

【請求項6】

前記第１の算出部は、
前記撮像画像から、前記ブイの水平面での水平ずれ角を導出し、
前記水平ずれ角、および、水平面における前記ブイと前記接続線との接続点の周りの前記水流による力の各モーメントのつり合いの第３の関係に基づいて、前記水流速度を算出する請求項１に記載の洪水監視装置。

【請求項7】

所定の地図情報、および、前記第１の算出部により算出された前記水深および前記水流速度に基づいて、前記河川からの浸水領域を予測する予測部を、さらに備えた請求項１～６のいずれか一項に記載の洪水監視装置。

【請求項8】

前記予測部により予測された前記浸水領域を迂回する避難経路および避難時間を算出する第２の算出部を、さらに備えた請求項７に記載の洪水監視装置。

【請求項9】

前記地図情報に対して、前記予測部により予測された前記浸水領域、ならびに、前記第２の算出部により算出された前記避難経路および前記避難時間を、重畳して情報端末に表示させる表示制御部を、さらに備えた請求項８に記載の洪水監視装置。

【請求項10】

河川に浮かぶブイと、前記ブイと接続線により接続され、前記接続線の繰り出しおよび引き戻しが可能な、前記河川の川底または川底近傍に固定された繰り出し機構と、を有するブイ型センサと、
水面上の前記ブイを撮像する撮像装置と、
前記撮像装置により撮像された撮像画像に基づいて、前記河川の水深および水流速度を算出する洪水監視装置と、
を含み、
前記洪水監視装置は、
前記撮像装置から前記撮像画像を取得する取得部と、
前記撮像画像から、前記繰り出し機構に対して鉛直方向の水面の位置からの前記ブイの水平方向の変位、および該ブイの水没状態を導出し、前記変位、前記水没状態、および該ブイに作用する重力、浮力、水流による力および張力のつり合いの第１の関係に基づいて、前記水深および前記水流速度を算出する第１の算出部と、
を備えた洪水監視システム。

【請求項11】

洪水監視装置が実行する洪水監視方法であって、
河川に浮かぶブイと、前記ブイと接続線により接続され、前記接続線の繰り出しおよび引き戻しが可能な、前記河川の川底または川底近傍に固定された繰り出し機構と、を有するブイ型センサのうち、水面上の前記ブイを撮像する撮像装置によって撮像された撮像画像を取得する工程と、
前記撮像画像から、前記繰り出し機構に対して鉛直方向の水面の位置からの前記ブイの水平方向の変位、および該ブイの水没状態を導出し、前記変位、前記水没状態、および該ブイに作用する重力、浮力、水流による力および張力のつり合いの第１の関係に基づいて、前記河川の水深および水流速度を算出する工程と、
を含むことを特徴とする洪水監視方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、洪水監視装置、洪水監視システムおよび洪水監視方法に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、増加する大雨、地震等の自然災害に伴い、海または河川の近傍の領域において津波または氾濫等により海水または川の水が浸水することによる洪水被害が多く発生している。

【0003】

このような洪水を監視する技術として、河川監視カメラの監視画像について通常時の監視画像からの差分を分析することにより河川の水位（水深）を計測する方法が開示されている（例えば特許文献１）。また、水位、雨量等の影響で時々刻々と変化する実際の洪水情報を配信して避難を促す方法が開示されている（例えば特許文献２、３）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００８－０５７９９４号公報

【特許文献2】特開２００４－１９７５５４号公報

【特許文献3】特開２００３－１６２７８５号公報

【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、従来の技術では、水深（水位）を測定はするものの、河川における水流速度を測定することができず、洪水領域を予測するための情報としては不足しており、当該予測の精度が高くないという問題がある。また、河川の水位等を測定するための高価なセンサを河川に大量に配置する場合、コストが増大するという問題がある。

【0006】

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、高価なセンサを用いずに河川の水深および水流速度を精度よく算出することができる洪水監視装置、洪水監視システムおよび洪水監視方法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】

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、河川に浮かぶブイと、前記ブイと接続線により接続され、前記接続線の繰り出しおよび引き戻しが可能な、前記河川の川底または川底近傍に固定された繰り出し機構と、を有するブイ型センサのうち、水面上の前記ブイを撮像する撮像装置によって撮像された撮像画像を取得する取得部と、前記撮像画像から、前記繰り出し機構に対して鉛直方向の水面の位置からの前記ブイの水平方向の変位、および該ブイの水没状態を導出し、前記変位、前記水没状態、および該ブイに作用する重力、浮力、水流による力および張力のつり合いの第１の関係に基づいて、前記河川の水深および水流速度を算出する第１の算出部と、を備えたことを特徴とする。

【発明の効果】

【0008】

本発明によれば、高価なセンサを用いずに河川の水深および水流速度を精度よく算出することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】図１は、実施形態に係る洪水監視システムの全体構成を説明する図である。

【図2】図２は、ブイに作用する力を説明する図である。

【図3】図３は、実施形態に係る予測管理サーバのハードウェア構成の一例を示す図である。

【図4】図４は、実施形態に係る情報端末のハードウェア構成の一例を示す図である。

【図5】図５は、実施形態に係る予測管理サーバの機能ブロックの構成の一例を示す図である。

【図6】図６は、実施形態に係る予測管理サーバの水深・水流速度の算出処理の流れの一例を示すフローチャートである。

【図7】図７は、実施形態に係る予測管理サーバの別の水深・水流速度の算出処理の流れの一例を示すフローチャートである。

【図8】図８は、実施形態に係る情報端末において地図情報に避難経路が表示された状態の一例を示す図である。

【図9】図９は、実施形態に係る情報端末において地図情報に予測浸水領域および避難のための迂回経路が表示された状態の一例を示す図である。

【図10】図１０は、ブイに作用する力およびモーメントを説明する図である。

【図11】図１１は、変形例１に係る予測管理サーバの水深・水流速度の算出処理の流れの一例を示すフローチャートである。

【図12】図１２は、非対称のブイに作用する力およびモーメントを説明する図である。

【図13】図１３は、変形例２に係る予測管理サーバの水流速度の算出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】

【0010】

以下に、図面を参照しながら、本発明に係る洪水監視装置、洪水監視システムおよび洪水監視方法の実施形態を詳細に説明する。また、以下の実施形態によって本発明が限定されるものではなく、以下の実施形態における構成要素には、当業者が容易に想到できるもの、実質的に同一のもの、およびいわゆる均等の範囲のものが含まれる。さらに、以下の実施形態の要旨を逸脱しない範囲で構成要素の種々の省略、置換、変更および組み合わせを行うことができる。

【0011】

なお、コンピュータソフトウェアとは、コンピュータの動作に関するプログラム、その他コンピュータによる処理の用に供する情報であってプログラムに準ずるものをいう（以下、コンピュータソフトウェアは、ソフトウェアという）。アプリケーションソフトとは、ソフトウェアの分類のうち、特定の作業を行うために使用されるソフトウェアの総称である。一方、オペレーティングシステム（ＯＳ）とは、コンピュータを制御し、アプリケーションソフト等がコンピュータ資源を利用可能にするためのソフトウェアのことである。オペレーティングシステムは、入出力の制御、メモリやハードディスク等のハードウェアの管理、プロセスの管理といった、コンピュータの基本的な管理・制御を行っている。アプリケーションソフトウェアは、オペレーティングシステムが提供する機能を利用して動作する。プログラムとは、コンピュータに対する指令であって、一の結果を得ることができるように組み合わせたものをいう。また、プログラムに準ずるものとは、コンピュータに対する直接の指令ではないためプログラムとは呼べないが、コンピュータの処理を規定するという点でプログラムに類似する性質を有するものをいう。例えば、データ構造（データ要素間の相互関係で表される、データの有する論理的構造）がプログラムに準ずるものに該当する。

【0012】

（洪水監視システムの全体構成）
図１は、実施形態に係る洪水監視システムの全体構成を説明する図である。図１を参照しながら、本実施形態に係る洪水監視システム１の全体構成について説明する。

【0013】

図１に示す洪水監視システム１は、河川等の水深および水流速度を算出し、氾濫等による洪水が発生した場合に、洪水による浸水領域を予測するシステムである。なお、本実施形態では、洪水監視システム１は、河川における水深および水流速度を算出し、洪水が発生した場合における浸水領域を予測する動作について説明する。図１に示すように、洪水監視システム１は、予測管理サーバ１０（洪水監視装置）と、河川等に複数設置されたブイ型センサ２０と、監視カメラ３０と、を含む。

【0014】

予測管理サーバ１０は、監視カメラ３０により撮像されたブイ型センサ２０に対する撮像画像に基づいて、河川の水深および水流速度を算出し、氾濫等による洪水が発生した場合に、洪水による浸水領域を予測するサーバ装置である。

【0015】

ブイ型センサ２０は、河川に複数設置され、監視カメラ３０により撮像されることにより、予測管理サーバ１０による河川の水深および水流速度の算出に寄与するセンサ機構である。ブイ型センサ２０は、図１に示すように、ブイ２１と、ワイヤ繰り出し機構２２と、ワイヤ２３（接続線）と、を含む。

【0016】

ブイ２１は、ワイヤ２３を介して川底等に設置されたワイヤ繰り出し機構２２に接続され、河川の水面に浮かべられた浮標である。ブイ２１の表面には、図１に示すように、ブイ２１の傾き等を導出するための文字、図形または記号等のマーク２１ａが付されている。

【0017】

ワイヤ繰り出し機構２２は、ワイヤ２３を巻き付けたゼンマイバネを内蔵するリールを備え、当該リールから引き出されたワイヤ２３を介してブイ２１と接続し、ブイ２１の水面上での移動によってブイ２１から受ける力に応じて、ワイヤ２３がリールから繰り出され、この結果ゼンマイバネによって発生するワイヤ２３を引き戻す力を利用して、ワイヤ２３に張力を発生させるための機構である。ワイヤ繰り出し機構２２は、例えば、川底、または川底に近い橋梁等に固定設置される。

【0018】

ワイヤ２３は、ブイ２１とワイヤ繰り出し機構２２とを接続し、ワイヤ繰り出し機構２２により発生する張力をブイ２１に伝える接続線である。例えば、ワイヤ２３のいずれかの部分にコイルバネ等の弾性体が接続されており、当該弾性体のばね定数と、ワイヤ繰り出し機構２２によって発生する張力に応じて、当該弾性体が所定の長さだけ伸びるものとする。したがって、ワイヤ２３の長さ（ワイヤ長）と、当該ワイヤ２３に発生する張力（ワイヤ繰り出し機構２２により発生する張力とワイヤ２３のいずれかの部分に接続された弾性体による張力の合成力）とは所定の関係式によって関係付けられ、一方が求まれば、他方も導き出すことができる。なお、ワイヤ２３の長さ（ワイヤ長）と、当該ワイヤ２３に発生する張力の関係を、あらかじめ実験的に取得しておいてもよい。原則としては、ワイヤ２３の長さ（ワイヤ長）が長くなるほど、張力が大きくなる。なお、ワイヤ２３は、金属製に限定されるものではなく、例えば樹脂製のワイヤであってもよい。

【0019】

監視カメラ３０は、水面に浮遊する複数のブイ２１を撮像する撮像装置である。監視カメラ３０は、撮像した撮像画像を、情報端末４０に対して無線送信する。無線通信するための規格としては、３Ｇ、ＬＴＥ（Ｌｏｎｇ Ｔｅｒｍ Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ）、４Ｇ、５Ｇ、またはＷｉ－Ｆｉ（登録商標）（Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｆｉｄｅｌｉｔｙ）等が挙げられる。

【0020】

情報端末４０は、予測管理サーバ１０により予測された予測浸水領域等の情報を受信して地図情報上に表示させるアプリケーション（以下、単にアプリと称する場合がある）がインストールされたスマホ、タブレット端末またはＰＣ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ）等の情報処理装置である。なお、情報端末４０にインストールされたアプリは、ネイティブアプリまたはＷｅｂアプリのいずれであってもよい。

【0021】

（ブイに作用する力等について）
図２は、ブイに作用する力を説明する図である。図２を参照しながら、ブイ２１に作用する力等について説明する。

【0022】

まず、ブイ２１に作用する力について説明する。ブイ２１は、既知の質量を有するため、重心（図２のハッチング付きの×印）に、鉛直下向きの重力Ｇが作用すると考えることができる。上述のように、ブイ２１の質量は既知であるため、重力Ｇの値も既知の定数である。なお、ブイ２１の重心と中心（図２の塗り潰しの×印）とがずれているのは、ブイ２１の搖動を抑制するために、ブイ２１とワイヤ２３とを接続する支点２１ｃ（接続点）寄りにおもり２１ｂが内蔵されているためである。

【0023】

また、ブイ２１は、水面上を浮かぶ浮標であるため、ブイ２１の体積のうち水面下に沈んだ体積部分（水没体積）があり、当該体積部分の水圧差に伴う鉛直上向きの浮力Ｕが作用する。具体的には、浮力Ｕは、水没体積と水の密度と重力加速度との積で算出される。図１では、当該浮力Ｕが、ブイ２１の中心に作用する力として図示している。ここで、ブイ２１のうち水面上に現れた部分の水面からの高さを頂点高さΔｈ（水没状態の一例）とする。

【0024】

また、ブイ２１は河川に浮かぶ浮標であるため、河川の流れによる力、すなわち水流による力Ｗを受ける。また、ブイ２１は、上述のように、ワイヤ繰り出し機構２２と、ワイヤ２３で接続されているため、ワイヤ２３から、支点２１ｃにおいてワイヤ長Ｌに応じた当該ワイヤ２３方向の張力Ｔを受ける。

【0025】

また、ブイ２１は、河川には流れがあるため水流による力Ｗを受けることにより、ワイヤ繰り出し機構２２の鉛直方向の水面の位置から水平方向の変位Δｘだけ移動する。そして、ブイ２１が水平方向に変位Δｘだけ移動することにより、ワイヤ２３の方向は、図１に示すように、鉛直方向から傾斜角θだけ傾くことになる。

【0026】

次の上述の各変数および定数の関係について説明する。ここで、予測管理サーバ１０の算出対象となる河川の深さを水深ｄとし、流れの速さを水流速度ｖとする。

【0027】

ワイヤ長Ｌ、傾斜角θ、変位Δｘ、水深ｄとの間には、図２に示すように、Ｌｃｏｓθ＝ｄ、Ｌｓｉｎθ＝Δｘの関係があるため、ｔａｎθ＝Δｘ／ｄが導かれる。すなわち、傾斜角θは、変位Δｘおよび水深ｄの関数であるため、それを特に明示する場合、θ（ｄ，Δｘ）と表記するものとする。

【0028】

また、頂点高さΔｈは、監視カメラ３０により撮像された撮像画像から導出することが可能である。なお、撮像画像から頂点高さΔｈを導出するために、ブイ２１の表面のマーク２１ａの位置を用いるものとしてもよい。例えば、ブイ２１が球形状で、体積が既知である場合には、頂点高さΔｈが導出されることによって、ブイ２１の水没体積が算出される。そして、上述のように、水没体積と水の密度と重力加速度との積により浮力Ｕを算出することができる。すなわち、浮力Ｕは、頂点高さΔｈの関数であるため、それを特に明示する場合、Ｕ（Δｈ）と表記するものとする。

【0029】

また、上述のように、ワイヤ２３のワイヤ長Ｌと、当該ワイヤ２３に発生する張力とは所定の関係式によって関係付けられ、一方が求まれば、他方も導き出すことができるため、張力Ｔは、ワイヤ長Ｌの関数であり、それを特に明示する場合、Ｔ（Ｌ）と表記するものとする。また、張力Ｔは、ワイヤ２３に傾斜角θがあることにより、図２に示すように、水平方向の成分Ｔｓｉｎθと、鉛直方向の成分Ｔｃｏｓθとに分解することができる。

【0030】

また、河川においてブイ２１に作用する水流による力Ｗは、水流速度ｖの関数であり、それを特に明示する場合、Ｗ（ｖ）と表記するものとする。

【0031】

また、上述したブイ２１に作用する鉛直方向の力は、下記の式（１）で表されるつり合いの式で関係付けられる。

【0032】

Ｕ（Δｈ）＝Ｇ＋Ｔ（Ｌ）・ｃｏｓθ（ｄ，Δｘ） ・・・（１）

【0033】

すなわち、浮力Ｕは、重力Ｇと、張力Ｔの鉛直方向の成分Ｔｃｏｓθとの合力と等しい。

【0034】

また、ブイ２１に作用する水平方向の力は、下記の式（２）で表されるつり合いの式で関係付けられる。

【0035】

Ｗ（ｖ）＝Ｔ（Ｌ）・ｓｉｎθ（ｄ，Δｘ） ・・・（２）

【0036】

すなわち、水流による力Ｗは、張力Ｔの水平方向の成分Ｔｓｉｎθに等しい。

【0037】

以上から、予測管理サーバ１０は、変数間の関数による関係、および上記の式（１）および（２）により、数値計算により水深ｄおよび水流速度ｖを算出することができる。なお、上述の式（１）および（２）は、第１の関係に相当する。

【0038】

（予測管理サーバのハードウェア構成）
図３は、実施形態に係る予測管理サーバのハードウェア構成の一例を示す図である。図３を参照しながら、本実施形態に係る予測管理サーバ１０のハードウェア構成について説明する。

【0039】

図３に示すように、予測管理サーバ１０は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）５０１と、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）５０２と、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）５０３と、補助記憶装置５０５と、ネットワークＩ／Ｆ５０８と、ディスプレイ５０９と、キーボード５１１と、マウス５１２と、を備えている。

【0040】

ＣＰＵ５０１は、予測管理サーバ１０全体の動作を制御する演算装置である。ＲＯＭ５０２は、予測管理サーバ１０用のプログラムを記憶している不揮発性記憶装置である。ＲＡＭ５０３は、ＣＰＵ５０１のワークエリアとして使用される揮発性記憶装置である。

【0041】

補助記憶装置５０５は、各種データおよびプログラム等を記憶するＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）またはＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｄｒｉｖｅ）等の記憶装置である。

【0042】

ネットワークＩ／Ｆ５０８は、監視カメラ３０および情報端末４０との間でデータを無線通信するためのインターフェースである。無線通信するための規格としては、３Ｇ、ＬＴＥ、４Ｇ、５Ｇ、またはＷｉ－Ｆｉ（登録商標）等が挙げられる。

【0043】

ディスプレイ５０９は、カーソル、メニュー、ウィンドウ、文字または画像等の各種情報を表示する液晶または有機ＥＬ等によって構成された表示装置である。

【0044】

キーボード５１１は、文字、数字、各種指示の選択、およびカーソルの移動等を行う入力装置である。マウス５１２は、各種指示の選択および実行、処理対象の選択、ならびにカーソルの移動等を行うための入力装置である。

【0045】

上述のＣＰＵ５０１、ＲＯＭ５０２、ＲＡＭ５０３、補助記憶装置５０５、ネットワークＩ／Ｆ５０８、ディスプレイ５０９、キーボード５１１およびマウス５１２は、アドレスバスおよびデータバス等のバスライン５１０によって互いに通信可能に接続されている。

【0046】

なお、図３に示した予測管理サーバ１０のハードウェア構成は一例を示すものであり、図３に示した構成要素を全て含む必要はなく、または、その他の構成要素を含むものとしてもよい。

【0047】

（情報端末のハードウェア構成）
図４は、実施形態に係る情報端末のハードウェア構成の一例を示す図である。図４を参照しながら、本実施形態に係る情報端末４０のハードウェア構成について説明する。

【0048】

図４に示すように、情報端末４０は、ＣＰＵ４０１と、ＲＯＭ４０２と、ＲＡＭ４０３と、ＥＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ Ｅｒａｓａｂｌｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）４０４と、撮像部４０５と、撮像Ｉ／Ｆ４０６と、加速度・方位センサ４０７と、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）受信部４０８と、を備えている。

【0049】

ＣＰＵ４０１は、情報端末４０全体の動作を制御する演算装置である。ＲＯＭ４０２は、ＩＰＬ（Ｉｎｉｔｉａｌ Ｐｒｏｇｒａｍ Ｌｏａｄｅｒ）等のＣＰＵ４０１の駆動に用いられるプログラムを記憶する不揮発性記憶装置である。ＲＡＭ４０３は、ＣＰＵ４０１のワークエリアとして使用される揮発性記憶装置である。ＥＥＰＲＯＭ４０４は、プログラム等および各種データを記憶する不揮発性記憶装置である。

【0050】

撮像部４０５は、ＣＰＵ４０１による制御に従って、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ－Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）またはＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）等のイメージセンサにより被写体を撮像して画像データを得る内蔵型の撮像装置である。撮像Ｉ／Ｆ４０６は、撮像部４０５の駆動を制御するためのインターフェースである。

【0051】

加速度・方位センサ４０７は、地磁気を検知する電子磁気コンパス、ジャイロコンパス、加速度センサ等の各種センサである。

【0052】

ＧＰＳ受信部４０８は、ＧＰＳ衛星からＧＰＳ信号を受信する受信装置である。なお、ＧＰＳに限定されず、その他のＧＮＳＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ Ｓｙｓｔｅｍ）を採用するものとしてもよい。

【0053】

また、図４に示すように、情報端末４０は、さらに、遠距離通信回路４１０と、アンテナ４１０ａと、近距離通信回路４１１と、アンテナ４１１ａと、マイク４１２と、スピーカ４１３と、音入出力Ｉ／Ｆ４１４と、ディスプレイ４１５と、外部機器接続Ｉ／Ｆ４１６と、バイブレータ４１７と、タッチパネル４１８と、を備えている。

【0054】

遠距離通信回路４１０は、Ｗｉ－Ｆｉ（登録商標）等の規格により、アンテナ４１０ａを介して他の機器と無線通信をする通信回路である。

【0055】

近距離通信回路４１１は、ＮＦＣ（Ｎｅａｒ Ｆｉｅｌｄ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ）またはＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）等の規格により、アンテナ４１１ａを介して他の機器と近距離の無線通信をする通信回路である。

【0056】

マイク４１２は、音を電気信号に変える内蔵型の集音装置である。スピーカ４１３は、電気信号を物理振動に変えて音楽または音声等の音を出力する内蔵型の音響装置である。音入出力Ｉ／Ｆ４１４は、ＣＰＵ４０１による制御に従って、マイク４１２およびスピーカ４１３との間で音信号の入出力を処理するインターフェースである。

【0057】

ディスプレイ４１５は、被写体の画像、各種アイコン等を表示する液晶ディスプレイまたは有機ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏ－Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）ディスプレイ等の表示装置である。外部機器接続Ｉ／Ｆ４１６は、各種の外部機器を接続するためのＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｓｅｒｉａｌ Ｂｕｓ）等の規格のインターフェースである。

【0058】

バイブレータ４１７は、ＣＰＵ４０１による制御に従って、物理的な振動を発生させる装置である。

【0059】

タッチパネル４１８は、利用者がディスプレイ４１５をタッチ操作することにより、情報端末４０の各種機能を発揮させるための入力装置である。

【0060】

上述のＣＰＵ４０１、ＲＯＭ４０２、ＲＡＭ４０３、ＥＥＰＲＯＭ４０４、撮像Ｉ／Ｆ４０６、加速度・方位センサ４０７、ＧＰＳ受信部４０８、遠距離通信回路４１０、近距離通信回路４１１、音入出力Ｉ／Ｆ４１４、ディスプレイ４１５、外部機器接続Ｉ／Ｆ４１６、バイブレータ４１７およびタッチパネル４１８は、アドレスバスおよびデータバス等のバスライン４０９によって互いに通信可能に接続されている。

【0061】

なお、図４に示した情報端末４０のハードウェア構成は一例であり、すべての構成機器を備えている必要はなく、また、他の構成機器を備えているものとしてもよい。

【0062】

（予測管理サーバの機能ブロックの構成および動作）
図５は、実施形態に係る予測管理サーバの機能ブロックの構成の一例を示す図である。図５を参照しながら、本実施形態に係る予測管理サーバ１０の機能ブロックの構成および動作について説明する。

【0063】

図５に示すように、予測管理サーバ１０は、取得部１０１と、第１の算出部１０２と、予測部１０３と、第２の算出部１０４と、表示制御部１０５と、を有する。

【0064】

取得部１０１は、監視カメラ３０により撮像された複数のブイ型センサ２０のブイ２１に対する撮像画像を、ネットワークＩ／Ｆ５０８を介して取得する機能部である。

【0065】

第１の算出部１０２は、取得部１０１により取得された撮像画像に基づいて、河川の水深ｄおよび水流速度ｖを算出する機能部である。第１の算出部１０２による水深ｄおよび水流速度ｖの算出方法の詳細については、図６および図７で後述する。

【0066】

予測部１０３は、河川で氾濫等が生じた場合に、氾濫等の箇所から広がっていく浸水領域を、予め用意されている地図情報、ならびに第１の算出部１０２により算出した水深ｄおよび水流速度ｖに基づいて、時系列に予測する機能部である。この場合、地図情報は、例えば、土地の高さ等の地形情報、道路情報、ならびに建物の大きさおよび位置の情報等を含む。

【0067】

第２の算出部１０４は、予測部１０３により予測された浸水領域（予測浸水領域）に基づいて、当該浸水領域を迂回する避難経路および当該避難経路を通った場合の避難時間を算出する機能部である。例えば、第２の算出部１０４は、情報端末４０のユーザの自宅から所定の避難所までの避難経路として、最短、かつ予測浸水領域を迂回する経路を算出する。

【0068】

表示制御部１０５は、ネットワークＩ／Ｆ５０８を介して、例えばＷｅｂアプリが実行されている情報端末４０の表示動作を制御する機能部である。表示制御部１０５は、例えば、情報端末４０のディスプレイ４１５に表示された地図情報に対して、予測部１０３により予測された予測浸水領域を重畳して表示させ、かつ、第２の算出部１０４により算出された避難経路および避難時間を重畳して表示させる。

【0069】

上述の取得部１０１、第１の算出部１０２、予測部１０３、第２の算出部１０４および表示制御部１０５は、図３に示したＣＰＵ５０１によりプログラムが実行されることによって実現される。なお、これらの機能部のうち少なくともその一部が、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ－Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）またはＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）等のハードウェア回路によって実現されてもよい。

【0070】

なお、図５に示す予測管理サーバ１０の各機能部は、機能を概念的に示したものであって、このような構成に限定されるものではない。例えば、図５に示す予測管理サーバ１０で独立した機能部として図示した複数の機能部を、１つの機能部として構成してもよい。一方、図５に示す予測管理サーバ１０で１つの機能部が有する機能を複数に分割し、複数の機能部として構成するものとしてもよい。

【0071】

（予測管理サーバの水深・水流速度の算出処理の流れ）
図６は、実施形態に係る予測管理サーバの水深・水流速度の算出処理の流れの一例を示すフローチャートである。図６を参照しながら、本実施形態に係る予測管理サーバ１０による水深・水流速度の算出処理の流れについて説明する。

【0072】

＜ステップＳ１１＞
予測管理サーバ１０の取得部１０１は、監視カメラ３０により撮像された複数のブイ型センサ２０のブイ２１に対する撮像画像を、ネットワークＩ／Ｆ５０８を介して取得する。予測管理サーバ１０の第１の算出部１０２は、取得部１０１により取得された撮像画像から、ブイ型センサ２０のブイ２１の頂点高さΔｈを導出する。なお、第１の算出部１０２は、撮像画像から頂点高さΔｈを導出するために、ブイ２１の表面のマーク２１ａの位置を用いるものとしてもよい。そして、ステップＳ１２へ移行する。

【0073】

＜ステップＳ１２＞
第１の算出部１０２は、取得部１０１により取得された撮像画像から、河川の水面に浮かんでいるブイ２１の水平方向の変位Δｘを導出する。そして、ステップＳ１３へ移行する。

【0074】

＜ステップＳ１３＞
そして、第１の算出部１０２は、重力Ｇおよび頂点高さΔｈから決定される浮力Ｕ等、ならびに上述の式（１）および（２）等に基づいて、水深ｄおよび水流速度ｖを算出する。例えば、傾斜角θ、張力Ｔ、ワイヤ長Ｌおよび水流による力Ｗは、水深ｄおよび水流速度ｖの依存値といえるため、水深ｄおよび水流速度ｖは、数値計算により算出可能である。

【0075】

以上のステップＳ１１～Ｓ１３の流れで予測管理サーバ１０による水深・水流速度の算出処理が実行される。

【0076】

ここで、ステップＳ１３における水深ｄおよび水流速度ｖの具体的な算出方法の一例を以下に説明する。

【0077】

第１の算出部１０２は、導出した頂点高さΔｈから、ブイ２１の水没体積を算出する。そして、第１の算出部１０２は、水没体積と水の密度と重力加速度との積により、浮力Ｕを算出する。

【0078】

次に、第１の算出部１０２は、既知である重力Ｇ、および算出した浮力Ｕ、ならびに上述の式（１）から、張力Ｔの鉛直方向の成分Ｔｃｏｓθを算出する。また、上述のステップＳ１２で算出された変位Δｘは、ワイヤ長Ｌおよび傾斜角θを用いて、Δｘ＝Ｌｓｉｎθで表される。

【0079】

次に、第１の算出部１０２は、算出した張力Ｔの鉛直方向の成分Ｔｃｏｓθ、および導出した変位Δｘ（＝Ｌｓｉｎθ）から、ワイヤ長Ｌおよび傾斜角θを算出する。張力Ｔは、上述のようにワイヤ長Ｌの関数であり、ワイヤ長Ｌを用いて表すことができるため、ワイヤ長Ｌと傾斜角θとの連立方程式として解くことができる。

【0080】

次に、第１の算出部１０２は、ワイヤ長Ｌおよび傾斜角θから、水深ｄ（＝Ｌｃｏｓθ）を算出する。

【0081】

次に、第１の算出部１０２は、算出したワイヤ長Ｌから張力Ｔを算出する。そして、第１の算出部１０２は、算出した張力Ｔおよび傾斜角θから、上述の式（２）を用いて、水流による力Ｗを算出する。そして、第１の算出部１０２は、水流による力Ｗの逆関数である水流速度ｖを算出する。

【0082】

以上のように、第１の算出部１０２によって水深ｄおよび水流速度ｖが算出される。

【0083】

上述の図２に示したように、例えば水流速度ｖが所定値以上に存在する場合等において、ブイ２１の鉛直方向に対する傾き（水没状態の一例）は、ワイヤ２３方向の傾斜角θとみなせる場合がある。すなわち、この場合、ブイ２１の頂点（マーク２１ａが存在する位置）がワイヤ２３の延長線上に位置する。この場合における水深ｄおよび水流速度ｖの算出処理を、以下で図７を参照しながら説明する。

【0084】

図７は、実施形態に係る予測管理サーバの別の水深・水流速度の算出処理の流れの一例を示すフローチャートである。図７を参照しながら、ブイ２１の頂点（マーク２１ａが存在する位置）がワイヤ２３の延長線上に位置する場合における水深・水流速度の算出処理の流れについて説明する。

【0085】

＜ステップＳ２１＞
予測管理サーバ１０の取得部１０１は、監視カメラ３０により撮像された複数のブイ型センサ２０のブイ２１に対する撮像画像を、ネットワークＩ／Ｆ５０８を介して取得する。予測管理サーバ１０の第１の算出部１０２は、取得部１０１により取得された撮像画像から、ブイ型センサ２０のブイ２１のマーク２１ａの位置に基づいて、ブイ２１の傾きを傾斜角θとして導出する。そして、ステップＳ２２へ移行する。

【0086】

＜ステップＳ２２＞
第１の算出部１０２は、取得部１０１により取得された撮像画像から、河川の水面に浮かんでいるブイ２１の水平方向の変位Δｘを導出する。そして、ステップＳ２３へ移行する。

【0087】

＜ステップＳ２３＞
第１の算出部１０２は、変位Δｘがワイヤ長Ｌおよび傾斜角θを用いてΔｘ＝Ｌｓｉｎθで表されることから、当該変位Δｘおよび傾斜角θから、ワイヤ長Ｌを算出する。続いて、第１の算出部１０２は、ワイヤ長Ｌおよび傾斜角θから、水深ｄ（＝Ｌｃｏｓθ）を算出する。そして、ステップＳ２４へ移行する。

【0088】

＜ステップＳ２４＞
第１の算出部１０２は、算出したワイヤ長Ｌから張力Ｔを算出する。続いて、第１の算出部１０２は、算出した張力Ｔおよび傾斜角θから、上述の式（２）を用いて、水流による力Ｗを算出する。そして、ステップＳ２５へ移行する。

【0089】

＜ステップＳ２５＞
そして、第１の算出部１０２は、水流による力Ｗの逆関数である水流速度ｖを算出する。

【0090】

以上により、ブイ２１の頂点（マーク２１ａが存在する位置）がワイヤ２３の延長線上に位置する場合において、第１の算出部１０２により水深ｄおよび水流速度ｖが算出される。

【0091】

（情報端末における予測浸水領域、ならびに避難経路および避難時間の表示動作）
図８は、実施形態に係る情報端末において地図情報に避難経路が表示された状態の一例を示す図である。図９は、実施形態に係る情報端末において地図情報に予測浸水領域および避難のための迂回経路が表示された状態の一例を示す図である。図８および図９を参照しながら、情報端末４０での地図情報に予測浸水領域、ならびに避難経路および避難時間の表示動作について説明する。

【0092】

図８に示す例では、河川が氾濫していない場合において、表示制御部１０５によって、情報端末４０のディスプレイ４１５に、第２の算出部１０４により算出された避難経路および避難時間を地図情報に重畳して表示された状態が示されている。具体的には、図８では、情報端末４０のディスプレイ４１５において、情報端末４０のユーザの自宅から避難所までの避難経路ＬＴ１および避難時間が、地図情報に重畳して表示されている。

【0093】

次に、図９に示す例では、河川が氾濫した場合において、表示制御部１０５によって、情報端末４０のディスプレイ４１５に、予測部１０３により予測された特定の時刻の予測浸水領域ＦＡ、ならびに、第２の算出部１０４により算出された当該予測浸水領域ＦＡを迂回する避難経路ＬＴ２および避難時間が、地図情報に重畳して表示されている。

【0094】

なお、現時刻からの何分後の予測浸水領域ＦＡであるのかは、情報端末４０において選択操作できるものとしてもよい。この場合、選択された時間の経過後の予測浸水領域が、改めて予測部１０３により予測され、第２の算出部１０４により当該予測浸水領域を迂回する避難経路および避難時間が算出されるものとすればよい。

【0095】

以上のように、本実施形態に係る予測管理サーバ１０では、取得部１０１は、河川に浮かぶブイ２１と、ブイ２１とワイヤ２３により接続され、ワイヤ２３の繰り出しおよび引き戻しが可能な、河川の川底または川底近傍に固定されたワイヤ繰り出し機構２２と、を有するブイ型センサ２０のうち、水面上のブイ２１を撮像する監視カメラ３０によって撮像された撮像画像を取得し、第１の算出部１０２は、撮像画像から、ワイヤ繰り出し機構２２に対して鉛直方向の水面の位置からのブイ２１の水平方向の変位Δｘ、およびブイ２１の水没状態（頂点高さΔｈ、ブイ２１の傾き）を導出し、変位Δｘ、水没状態、およびブイ２１に作用する重力Ｇ、浮力Ｕおよび水流による力Ｗのつり合いの式（１）および（２）に基づいて、河川の水深ｄおよび水流速度ｖを算出するものとしている。これによって、ブイ２１について何らかの信号または情報を送受信するための電力が不要であるため、高価なセンサを用いずに河川の水深ｄおよび水流速度ｖを精度よく算出することができる。

【0096】

また、本実施形態に係る予測管理サーバ１０では、予測部１０３は、所定の地図情報、および、第１の算出部１０２により算出された水深ｄおよび水流速度ｖに基づいて、河川からの浸水領域を時系列に予測し、第２の算出部１０４は、予測部１０３により予測された浸水領域を迂回する避難経路および避難時間を算出し、表示制御部１０５は、地図情報に対して、予測部１０３により予測された浸水領域、ならびに、第２の算出部１０４により算出された避難経路および避難時間を、重畳して情報端末４０に表示させるものとしている。これによって、情報端末４０のユーザは、予測精度の高い浸水領域を確認することができ、かつ、当該浸水領域を迂回する避難経路および避難時間を確認することができるため、洪水による浸水が発生しても、安全に避難所まで避難することが可能となる。

【0097】

（変形例１）
次に、変形例１に係る予測管理サーバ１０について、上述の実施形態に係る予測管理サーバ１０と相違する点を中心に説明する。本変形例では、鉛直面におけるブイ２１の支点２１ｃの周りの力のモーメントにより生じるブイ２１の傾きのずれを考慮した水深ｄおよび水流速度ｖの算出処理について説明する。

【0098】

図１０は、ブイに作用する力およびモーメントを説明する図である。図１０を参照しながら、ブイ２１に作用する力および力のモーメントについて説明する。

【0099】

図１０に示すように、ブイ２１に作用する力については、上述の図２で説明したものと同様である。ただし、以下で説明する鉛直面における支点２１ｃ周りの力のモーメントに関して、力のベクトルの線上に支点２１ｃが存在する張力Ｔについては、支点２１ｃ周りの力のモーメントに寄与しないため、図１０では図示していない。

【0100】

図１０に示すように、鉛直面における支点２１ｃ周りの力のモーメントとしては、浮力Ｕのモーメント、重力Ｇのモーメント、および水流による力Ｗのモーメントが存在する。そして、これらの力のモーメントは互いに釣り合っている場合、ブイ２１は支点２１ｃを中心とする回転運動が停止する。

【0101】

浮力Ｕのモーメントは、図１０に示すように、浮力Ｕのベクトルのうち始点（図１０の例ではブイ２１の中心）と支点２１ｃとを結ぶ直線に垂直な成分と、当該始点と支点２１ｃとの距離（以下、距離ｒ１と表す）との積で表される。より正確には、浮力Ｕのモーメントは、ブイ２１の水没体積部分の各点に作用する浮力のベクトルのうち始点と支点２１ｃとを結ぶ直線に垂直な成分と、当該始点と支点２１ｃとの距離との積を、当該水没体積部分の全体で積分することにより得られる。図１０に示す例では、浮力Ｕのモーメントは、支点２１ｃを中心として右回りの回転に寄与する。

【0102】

重力Ｇのモーメントは、図１０に示すように、重力Ｇのベクトルのうち始点（図１０の例ではブイ２１の重心）と支点２１ｃとを結ぶ直線に垂直な成分と、当該始点と支点２１ｃとの距離（以下、距離ｒ２と表す）との積で表される。より正確には、重力Ｇのモーメントは、ブイ２１内の各質点に作用する重力のベクトルのうち始点と支点２１ｃとを結ぶ直線に垂直な成分と、当該始点と支点２１ｃとの距離との積を、ブイ２１の全体積で積分することにより得られる。図１０に示す例では、重力Ｇのモーメントは、支点２１ｃを中心として左回りの回転に寄与する。

【0103】

水流による力Ｗのモーメントは、図１０に示すように、ブイ２１の水没部分の表面の各点に作用する水流による力のベクトル（左向き）のうち始点と支点２１ｃとを結ぶ直線に垂直な成分と、当該始点と支点２１ｃとの距離との積を、当該水没部分の表面全体で積分することにより得られる。ただし、水流による力Ｗのモーメントのうち、支点２１ｃを中心として左回りの回転に寄与するモーメントをＷ１とし、右回りの回転に寄与するモーメントをＷ２と表すものとする。

【0104】

以上のような浮力Ｕのモーメント、重力Ｇのモーメント、および水流による力Ｗのモーメントが互いにつり合っているものとすると、下記の式（３）に示すつり合いの式で関係付けられる。

【0105】

ｒ１・Ｕ（Δｈ）・ｓｉｎ（θ－φ）＋Ｗ２＝ｒ２・Ｇ・ｓｉｎ（θ－φ）＋Ｗ１
・・・（３）

【0106】

式（３）に示すずれ角φは、ブイ２１に対して支点２１ｃを中心とする各力のモーメントが作用した結果、図１０に示すように、ブイ２１の頂点（支点２１ｃと重心とを結ぶ直線が表面と交わる点）と支点２１ｃとを結ぶ直線の、ワイヤ２３の方向に対するずれ角である。したがって、ブイ２１の傾き（水没状態の一例）は、θ－φで表される。なお、上述の式（３）は、第２の関係に相当する。

【0107】

図１１は、変形例１に係る予測管理サーバの水深・水流速度の算出処理の流れの一例を示すフローチャートである。図１１を参照しながら、本変形例に係る予測管理サーバ１０による水深・水流速度の算出処理の流れについて説明する。

【0108】

＜ステップＳ３１＞
予測管理サーバ１０の取得部１０１は、監視カメラ３０により撮像された複数のブイ型センサ２０のブイ２１に対する撮像画像を、ネットワークＩ／Ｆ５０８を介して取得する。予測管理サーバ１０の第１の算出部１０２は、取得部１０１により取得された撮像画像から、ブイ型センサ２０のブイ２１の頂点高さΔｈを導出する。なお、第１の算出部１０２は、撮像画像から頂点高さΔｈを導出するために、ブイ２１の表面のマーク２１ａの位置を用いるものとしてもよい。また、第１の算出部１０２は、撮像画像におけるブイ２１のマーク２１ａの位置から、ブイ２１の傾きであるθ－φを導出する。そして、ステップＳ３２へ移行する。

【0109】

＜ステップＳ３２＞
第１の算出部１０２は、取得部１０１により取得された撮像画像から、河川の水面に浮かんでいるブイ２１の水平方向の変位Δｘを導出する。そして、ステップＳ３３へ移行する。

【0110】

＜ステップＳ３３＞
そして、第１の算出部１０２は、重力Ｇおよび頂点高さΔｈから決定される浮力Ｕ等、ならびに上述の式（１）～（３）等に基づいて、水深ｄ、水流速度ｖおよびずれ角φを算出する。例えば、他の値は、水深ｄ、水流速度ｖおよびずれ角φの依存値といえるため、水深ｄ、水流速度ｖおよびずれ角φは、数値計算により算出可能である。

【0111】

以上のステップＳ３１～Ｓ３３の流れで予測管理サーバ１０による水深・水流速度の算出処理が実行される。

【0112】

以上のように、本変形例に係る予測管理サーバ１０では、第１の算出部１０２は、撮像画像から、ブイ２１のうち水面上に現れた部分の水面からの頂点高さΔｈを水没状態として導出し、撮像画像から、ワイヤ２３の方向に対してずれ角φを有するブイの傾きを水没状態として導出し、変位Δｘ、水没状態、式（１）および（２）、ならびに、鉛直面におけるブイ２１とワイヤ２３との接続点である支点２１ｃの周りの重力Ｇ、浮力Ｕおよび水流による力Ｗの各モーメントのつり合いの式（３）に基づいて、水深ｄおよび水流速度ｖを算出するものとしている。これによって、ブイ２１について何らかの信号または情報を送受信するための電力が不要であるため、高価なセンサを用いずに河川の水深ｄおよび水流速度ｖを精度よく算出することができると共に、ブイ２１の傾きにずれ角φがある場合においても、水深ｄおよび水流速度ｖを精度よく算出することができる。

【0113】

（変形例２）
次に、変形例２に係る予測管理サーバ１０について、上述の実施形態に係る予測管理サーバ１０と相違する点を中心に説明する。本変形例では、水平面における左右非対称のブイ２１の支点２１ｃの周りの水流による力Ｗのモーメントにより生じるブイ２１の水流方向に対するずれ角を考慮した水流速度ｖの算出処理について説明する。

【0114】

図１２は、非対称のブイに作用する力およびモーメントを説明する図である。図１２を参照しながら、水平面におけるブイ２１に作用する水流による力Ｗのモーメントについて説明する。

【0115】

図１２では、上面から見たブイ２１の状態を示しており、ブイ２１は、左右非対称のブイであるものとしている。また、水面上表出部２１ｄは、ブイ２１のうち水面上に表出した体積部分である。図１２に示すように、水平面における支点２１ｃ周りの力のモーメントとしては、水流による力Ｗのモーメントが存在する。浮力Ｕおよび重力Ｇについては、水平面に垂直の向きに作用する力であるため、水平面における支点２１ｃ周りの力のモーメントとして寄与しない。

【0116】

水流による力Ｗのモーメントは、図１２に示すように、ブイ２１の水没部分の表面の各点に作用する水流による力のベクトル（左向き）のうち始点と支点２１ｃとを結ぶ直線に垂直な成分と、当該始点と支点２１ｃとの距離（以下、距離ｒと表す）との積を、当該水没部分の表面全体で積分することにより得られる。ここで、水流による力Ｗのモーメントのうち、支点２１ｃを中心として左回りの回転に寄与するモーメントに関して、ブイ２１の水没部分の表面の各点に作用する水流による力のベクトルのうち始点と支点２１ｃとを結ぶ直線に垂直な成分をＷ３と表す。一方、水流による力Ｗのモーメントのうち、支点２１ｃを中心として右回りの回転に寄与するモーメントに関して、ブイ２１の水没部分の表面の各点に作用する水流による力のベクトルのうち始点と支点２１ｃとを結ぶ直線に垂直な成分をＷ４と表す。

【0117】

以上のようなブイ２１の水没部分の表面の各点に作用する水流による力のモーメントが互いにつり合っているものとすると、下記の式（４）に示すつり合いの式で関係付けられる。

【0118】

∫ｒ×Ｗ３（ｖ，λ，ｒ）ｄｒ＝∫ｒ×Ｗ４（ｖ，λ，ｒ）ｄｒ ・・・（４）

【0119】

式（４）に示す水平ずれ角λは、ブイ２１に対して支点２１ｃを中心とする水流による力のモーメントが作用した結果、図１２に示すように、ブイ２１の頂点（支点２１ｃと重心とを結ぶ直線が表面と交わる点）と支点２１ｃとを結ぶ直線の、ワイヤ２３の方向に対する水平面でのずれ角である。この場合、Ｗ３およびＷ４は、水流速度ｖ、水平ずれ角λおよび距離ｒの関数となる。なお、上述の式（４）は、第３の関係に相当する。

【0120】

水流による力のモーメントがつり合い状態において、ブイ２１が転倒等を起こさずに左右非対称を保証するためには、非対称体積部分の半分以上が水面下である必要がある。そして、ブイ２１の水没部分におもり２１ｂを位置させることによって、転倒を抑制することができる。

【0121】

図１３は、変形例２に係る予測管理サーバの水流速度の算出処理の流れの一例を示すフローチャートである。図１３を参照しながら、本変形例に係る予測管理サーバ１０による水流速度の算出処理の流れについて説明する。

【0122】

＜ステップＳ４１＞
予測管理サーバ１０の取得部１０１は、監視カメラ３０により撮像された複数のブイ型センサ２０のブイ２１に対する撮像画像を、ネットワークＩ／Ｆ５０８を介して取得する。また、第１の算出部１０２は、撮像画像におけるブイ２１のマーク２１ａの位置から、ブイ２１の水平面での水平ずれ角λを導出する。そして、ステップＳ４２へ移行する。

【0123】

＜ステップＳ４２＞
第１の算出部１０２は、水平ずれ角λ、および、上述のブイ２１の水没部分の表面の各点に作用する水流による力のモーメントのつり合いの式（４）から、水流速度ｖを数値計算で算出する。

【0124】

以上のステップＳ４１～Ｓ４２の流れで予測管理サーバ１０による水流速度の算出処理が実行される。

【0125】

以上のように、本変形例に係る予測管理サーバ１０では、第１の算出部１０２は、撮像画像から、ブイ２１の水平面での水平ずれ角λを導出し、水平ずれ角λ、および、水平面におけるブイ２１とワイヤ２３との接続点である支点２１ｃの周りの水流による力の各モーメントのつり合いの式（４）に基づいて、水流速度ｖを算出するものとしている。これによって、ブイ２１について何らかの信号または情報を送受信するための電力が不要であるため、高価なセンサを用いずに河川の水流速度ｖを精度よく算出することができる。

【0126】

なお、上記で説明した実施形態および各変形例の各機能は、一又は複数の処理回路によって実現することが可能である。ここで、「処理回路」とは、電子回路により実装されるプロセッサのようにソフトウェアによって各機能を実行するようプログラミングされたプロセッサや、上記で説明した各機能を実行するよう設計されたＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）や従来の回路モジュール等のデバイスを含むものとする。

【0127】

また、上述の実施形態および各変形例の予測管理サーバ１０で実行されるプログラムは、ＲＯＭ等に予め組み込まれて提供するように構成してもよい。

【0128】

また、上述の実施形態および各変形例の予測管理サーバ１０で実行されるプログラムは、インストール可能な形式または実行可能な形式のファイルでＣＤ－ＲＯＭ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｃ Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、フレキシブルディスク（ＦＤ）、ＣＤ－Ｒ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｃ－Ｒｅｃｏｒｄａｂｌｅ）、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｃ）等のコンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録してコンピュータ・プログラム・プロダクトとして提供するように構成してもよい。

【0129】

また、上述の実施形態および各変形例の予測管理サーバ１０で実行されるプログラムを、インターネット等のネットワークに接続されたコンピュータ上に格納し、ネットワーク経由でダウンロードさせることにより提供するように構成してもよい。また、上述の実施形態および各変形例の予測管理サーバ１０で実行されるプログラムをインターネット等のネットワーク経由で提供または配布するように構成してもよい。

【0130】

また、上述の実施形態および各変形例の予測管理サーバ１０で実行されるプログラムは、上述した各機能部を含むモジュール構成となっており、実際のハードウェアとしてはＣＰＵ５０１（プロセッサ）がＲＯＭ５０２または補助記憶装置５０５からプログラムを読み出して実行することにより上述の各機能部がＲＡＭ５０３（主記憶装置）上にロードされ、各機能部がＲＡＭ５０３上に生成されるようになっている。

【符号の説明】

【0131】

１ 洪水監視システム
１０ 予測管理サーバ
２０ ブイ型センサ
２１ ブイ
２１ａ マーク
２１ｂ おもり
２１ｃ 支点
２１ｄ 水面上表出部
２２ ワイヤ繰り出し機構
２３ ワイヤ
３０ 監視カメラ
４０ 情報端末
１０１ 取得部
１０２ 第１の算出部
１０３ 予測部
１０４ 第２の算出部
１０５ 表示制御部
４０１ ＣＰＵ
４０２ ＲＯＭ
４０３ ＲＡＭ
４０４ ＥＥＰＲＯＭ
４０５ 撮像部
４０６ 撮像Ｉ／Ｆ
４０７ 加速度・方位センサ
４０８ ＧＰＳ受信部
４０９ バスライン
４１０ 遠距離通信回路
４１０ａ アンテナ
４１１ 近距離通信回路
４１１ａ アンテナ
４１２ マイク
４１３ スピーカ
４１４ 音入出力Ｉ／Ｆ
４１５ ディスプレイ
４１６ 外部機器接続Ｉ／Ｆ
４１７ バイブレータ
４１８ タッチパネル
５０１ ＣＰＵ
５０２ ＲＯＭ
５０３ ＲＡＭ
５０５ 補助記憶装置
５０８ ネットワークＩ／Ｆ
５０９ ディスプレイ
５１０ バスライン
５１１ キーボード
５１２ マウス
ｄ 水深
ＦＡ 予測浸水領域
Ｇ 重力
Ｌ ワイヤ長
ＬＴ１、ＬＴ２ 避難経路
Ｔ 張力
Ｕ 浮力
ｖ 水流速度
Ｗ 水流による力
θ 傾斜角
λ 水平ずれ角
φ ずれ角
Δｈ 頂点高さ
Δｘ 変位

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】