(57)【要約】【課題】計測環境に関わらず非接触型の水位計測の信頼性を維持すること。【解決手段】水位計測装置１は、光源２、カメラ３及び画像処理部４を備える。光源２は、マンホール１０内の上方から水面１００にレーザー光２１を照射する。カメラ３は、前記照射により水面１００に映るレーザー光２１の照射形状を撮影する。画像処理部４は、前記照射形状の撮影画像に基づきマンホール１０内の水位を算出する。画像処理部４は、例えば、前記照射形状とマンホール１０内の水位との関係に基づき前記水位を算出する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
マンホール内の上方から水面へのレーザー光の照射により当該水面に映る当該レーザー光の照射形状の撮影画像に基づき当該マンホール内の水位を算出すること
を特徴とする水位計測方法。
【請求項２】
前記レーザー光は、前記マンホール内の上方から下方鉛直に対して所定の角度で照射されることを特徴とする請求項１に記載の水位計測方法。
【請求項３】
前記照射形状は、前記マンホール内の水位の下限から上限までの範囲の水面に映る照射形状であること
を特徴とする請求項１または２に記載の水位計測方法。
【請求項４】
前記照射形状と前記マンホール内の水位との関係に基づき前記水位を算出することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の水位計測方法。
【請求項５】
前記照射形状と前記マンホール内の水位との関係を予め機械学習し、前記照射形状の撮影画像に基づき前記水位を算出することを特徴とする請求項４に記載の水位計測方法。
【請求項６】
マンホール内の上方から水面にレーザー光を照射する光源と、
前記照射により前記水面に映る前記レーザー光の照射形状を撮影する撮像装置と、
前記照射形状の撮影画像に基づき前記マンホール内の水位を算出する画像処理部と
を備えたことを特徴とする水位計測装置。
【請求項７】
前記光源は、前記マンホール内の上方から下方鉛直に対して所定の角度で前記レーザー光を照射することを特徴とする請求項６に記載の水位計測装置。
【請求項８】
前記撮像装置は、前記水位の下限から上限までの範囲の水面に映る照射形状を撮影することを特徴とする請求項６または７に記載の水位計測装置。
【請求項９】
前記画像処理部は、前記照射形状と前記マンホール内の水位との関係に基づき前記水位を算出することを特徴とする請求項６から８のいずれか１項に記載の水位計測装置。
【請求項１０】
前記画像処理部は、前記照射形状と前記マンホール内の水位との関係を予め機械学習し、前記照射形状の撮影画像に基づき前記水位を算出することを特徴とする請求項９に記載の水位計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、管渠内の水位情報を計測する方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
路の地下に埋められた下水道管渠には、清掃や修理などの維持管理のための出入口として、マンホールが設けられている。そして、このマンホール内の空間を利用して、マンホール内の環境計測や、管渠を流れる下水水質を計測するための計測器が設置され、管内情報を計測するシステムが構築されている。
【０００３】
このような管渠内情報計測システムにおいて、合流式下水道などでは、降雨時の下水道管渠への雨水流入によってマンホール管渠内水位が高くなり、また、その変動は降雨量の影響を大きく受ける。このような場合には水位計測が重要な測定項目となる。
【０００４】
水位計の方式としては、水圧式水位計などの投げ込み式、超音波式水位計などの非接触式、静電容量式水位計などの接触式に分類される。
【０００５】
測定対象とする流体の水面は水流によって波打つため、浸漬する計測器である水圧式水位計などでは、動圧の影響による測定値の誤差や変動など精度の課題がある。また、浸漬する計測器に対しては水流によって過大な力が加わることによる故障の懸念や、浸漬する計測器の耐蝕性の問題から、非接触式の水位計などが提案されている。
【０００６】
例えば、特許文献１〜３に開示された非接触式の水位計は、流体の水面が波打っている場合であっても、その水面の水位を計測可能となるよう工夫されている。
【０００７】
特許文献１の測定方式は、光源から水面へ光を出射し、光位置検出器が受光した光に応じた出力電圧に基づいて水面までの距離を計測する。そして、この距離に基づき、水底から水面までの水位を計測する。
【０００８】
特許文献２の測定方式は、測定液面に消波管を設けレーザー距離計を消波管の上部に配置して、レーザー光を送出し、液面に浮かべたフロートに投射する。そして、その拡散反射光を前記レーザー距離計により受信して前記フロートまでの距離に基づき液位を算出する。
【０００９】
特許文献３の測定方式は、液体の液面に光を照射する発光素子と、前記液面で反射された光と前記管路内の底面の液底で反射された光とを受光する受光素子と、を利用して液位を測定する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２０１７−２０７４００号公報
【特許文献２】特開２０１３−１４２６８８号公報
【特許文献３】ＷＯ２０１６／０７９８７０号公報
【特許文献４】特開２０１５−１０４０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、特許文献１及び３の測定方式は、三角測量による水位計測のため、水面の位置、水底の位置を検知して演算する必要がある。したがって、水位が高くなった場合、レーザー照明の光量が水中での減衰によって不足して、水底まで届かないことがあり、また、これにより、水底からの反射光が検知されない状況となることがある。
【００１２】
特許文献２の測定方式は、液面にレーザー照明を照射する浮遊物を浮かべる必要があるので、下水道管渠に適用された場合、ごみの付着や流下阻害などにより、測定の障害が生じることがあり、下水管路への設置は困難となる。
【００１３】
本発明は、上記の事情を鑑み、計測環境に関わらず非接触型の水位計測の信頼性を維持することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
そこで、本発明の一態様は、水位計測方法であって、マンホール内の上方から水面へのレーザー光の照射により当該水面に映る当該レーザー光の照射形状の撮影画像に基づき当該マンホール内の水位を算出する。
【００１５】
本発明の一態様は、前記水位計測方法において、前記レーザー光は、前記マンホール内の上方から下方鉛直に対して所定の角度で照射される。
【００１６】
本発明の一態様は、前記水位計測方法において、前記照射形状は、前記マンホール内の水位の下限から上限までの範囲の水面に映る照射形状である。
【００１７】
本発明の一態様は、前記水位計測方法において、前記照射形状と前記マンホール内の水位との関係に基づき前記水位を算出する。
【００１８】
本発明の一態様は、前記水位計測方法において、前記照射形状と前記マンホール内の水位との関係を予め機械学習し、前記照射形状の撮影画像に基づき前記水位を算出する。
【００１９】
本発明の一態様は、水位計測装置であって、マンホール内の上方から水面にレーザー光を照射する光源と、前記照射により前記水面に映る前記レーザー光の照射形状を撮影する撮像装置と、前記照射形状の撮影画像に基づき前記マンホール内の水位を算出する画像処理部とを備える。
【００２０】
本発明の一態様は、前記水位計測装置において、前記光源は、前記マンホールの内面に対して所定の角度で前記レーザー光を照射する。
【００２１】
本発明の一態様は、前記水位計測装置において、前記撮像装置は、前記水位の下限から上限までの範囲の水面に映る照射形状を撮影する。
【００２２】
本発明の一態様は、前記水位計測装置において、前記画像処理部は、前記照射形状と前記マンホール内の水位との関係に基づき前記水位を算出する。
【００２３】
本発明の一態様は、前記水位計測装置において、前記画像処理部は、前記照射形状と前記マンホール内の水位との関係を予め機械学習し、前記照射形状の撮影画像に基づき前記水位を算出する。
【発明の効果】
【００２４】
以上の本発明によれば、計測環境に関わらず非接触型の水位計測の信頼性を維持できる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の一態様である水位計測装置の概略構成図。
【図２】本発明のレーザー照射により得られる線型の照射形状と水位との関係の説明図。
【図３】（ａ）は水位ｄの水面の撮影画像、（ｂ）は水位ｂ〜ｃの水面の撮影画像、（ｃ）は水位ａの水面の撮影画像。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下に図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。
【００２７】
図１に例示された水位計測装置１は、非接触式の水位計の特徴を生かし、信頼性の高い水位測定を行える。特に、降雨時など管渠水位をリアルタイムに信頼性のある監視を可能とする。下水道管渠内に入らなくても機器の設置ができる。
【００２８】
水位計測装置１は、既存のマンホール１０内に設置される水位計測装置であって、光源２、カメラ３、画像処理部４、通信部５及び電源部６を備える。
【００２９】
（各機能部の態様例）
光源２は、マンホール１０内の上方から水面１００にレーザー光２１を照射する。光源２としては、水位計測装置１の設置環境に応じて、適宜、光強度および波長を有する周知のレーザーが適宜選択されて適用される。例えば、マンホール１０の点検作業などで作業員がレーザー光２１を直視する可能性がある場合には、高輝度、低消費電力、長寿命及び低価格が考慮され、周知の半導体レーザーから光強度（最大出力）が低出力の仕様のものが適用される。
【００３０】
光源２は、図１に例示するように、マンホール１０内の上部に設置された状態で、マンホール１０内の上方から下方鉛直に対して所定の角度でレーザー光２１を照射する。レーザー光２１の照射先は、光源２の設置面と対向するマンホール１０の内面１３であって、水位の測定対象範囲で調整が可能となっている。前記照射形状は、マンホール１０内の水位の下限から上限までの範囲の水面１００に映る照射形状を意味する。尚、マンホール１０内においては、光源２以外の照明具は特に設置する必要はない。
【００３１】
カメラ３（撮像装置）は、前記照射により水面１００に映るレーザー光２１の照射形状を撮影する。カメラ３としては、デジタルカメラやビデオカメラなど水面１００上のレーザー光２１の照射形状を撮影し、デジタル画像のデータとして出力できれば、周知のものから利用可能である。さらに、防水仕様のカメラであればなおよい。
【００３２】
画像処理部４は、ＣＰＵ、揮発性メモリ及び不揮発性メモリ等のコンピュータのハードウェア資源を備え、このハードウェア資源と不揮発性メモリに格納されたプログラムとの協働により、前記照射形状の撮影画像に基づきマンホール１０内の水位を算出する。具体的には、前記照射形状とマンホール１０内の水位との関係に基づき前記水位を算出する。
【００３３】
本実施形態において、画像処理部４はマンホール１０の内部に設置されているが、マンホール１０の外部に画像処理部４を設置してもよい。画像処理部４がマンホール１０の内部に設置される場合、計測結果（水位のデータ）の送信だけでよいので、データの伝送量を抑えることができる。一方、画像処理部４がマンホール１０の外部に設置される場合、カメラ３により取得された撮影画像は通信部５により外部に送信される。この撮影画像は外部の端末での水位の演算に供される。
【００３４】
通信部５は、前記算出された水位のデータを無線通信により外部に送信する。通信部５は、周期的に稼動し、アンテナ７を介した８００ＭＨｚ帯の携帯電話網のデータ通信回線または特定小電力無線，無線ＬＡＮ，ＷｉＦｉ等のネットワーク回線により、前記データを送信する。
【００３５】
電源部６は、光源２、カメラ３、画像処理部４及び通信部５に電源を供給する。電源部６における電源供給方式は、マンホール蓋１１の用途に応じて選択される。例えば、マンホール１０内の水位の監視が短期間の場合、動作容量との関係で最も低コストである一次電池を用いた電源供給方式が採用される。一方、前記水位の監視が長期に及ぶ場合、環境発電デバイスとの組み合せにより２次電池の充電を行う電源供給方式が採用される。前記環境発電デバイスとしては、太陽光発電、マンホール１０の内部と外部との温度差を利用した温度差発電や振動による振動発電が例示される。
【００３６】
画像処理部４、通信部５、電源部６及びアンテナ７は、単一の筐体内に液密に収容された状態で、図１に例示されたように、マンホール１０内の上端付近の傾斜内面１２の近辺に配置される。尚、アンテナ７は、マンホール蓋１１の蓋本体の内部に収容させてもよい。
【００３７】
（動作例の説明）
マンホール１０内の水位の監視にあたり、光源２は、図２，３に示したように、照射されたレーザー光２１の照射形状が線型となるように、マンホール１０内において水面１００の上方に配置される。同様に、カメラ３も、マンホール１０内の水面１００に映ったレーザー光２１の照射形状を撮影できるように、水面１００の上方に配置される。
【００３８】
水位計測装置１のタイマの時刻がマンホール１０内の水位を計測する時刻になると、例えば、電源部６からの電源の供給により、光源２、カメラ３、画像処理部４及び通信部５が順次起動する。光源２はレーザー光２１をマンホール１０内の水面１００に照射する。カメラ３は水面１００に映ったレーザー光２１の照射形状を撮影する。次いで、画像処理部４は前記撮影により取得された前記照射形状の撮影画像に基づきマンホール１０内の水位を算出する。そして、この算出された水位のデータは通信部５により外部に送信される。
【００３９】
前記水位の算出は、例えば、図１及び図２（ａ）〜（ｄ）に示されたように、レーザー光２１が照射されて水面１００に映ったレーザー光２１の照射形状（円内）の位置と水位とを関連付けることができる。したがって、予めこの照射形状と水位との関係を算出しておけば、撮影により検出された照射形状から水位の測定が可能となる。より具体的には、前記照射形状とマンホール１０内の水位との関係を予め機械学習し、前記照射形状の撮影画像に基づき前記水位を算出する。
【００４０】
各水位に対応した測定結果を図２に例示した。同図に示された水面１００に映ったレーザー光２１の照射形状２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄは、図１に示されたマンホール１０内の水位ａ，ｂ，ｃ，ｄに各々対応したものとなる。
【００４１】
また、各水位に対応したレーザー光２１の照射形状を図３に例示した。同図において、（ａ）は水位ｄの水面１００の撮影画像、（ｂ）は水位ｂ〜ｃの水面１００の撮影画像、（ｃ）は水位ａの水面１００の撮影画像を示す。
【００４２】
以上のようにマンホール１０内の水位は周期的に計測される。また、前記計測の周期は長く確保されることにより、電源部６のバッテリ（二次電池）の寿命の延命化が図れる。水位計測装置１からの水位測定信号を特許文献４などの従来の計測システムへ出力することが可能である。
【００４３】
また、水位計測装置１の電源は前記従来の計測システムから供給され、さらに、当該計測システムから指令により水位の計測の開始及び停止を行うようにしてもよい。
【００４４】
そして、レーザー光２１はその照射形状が線型となるように照射されるが、水位の上下動に応じて水面１００上のレーザー光２１による照射形状の映像の位置が平面上での移動を確認できればよい。照射形状は線型のみならず円形状、楕円状となるようにレーザー光２１が照射されるようにしてもよい。また、前記照射形状が線型以外の場合は、照射形状の映像の特定位置を起点とすれば線型の場合と同様に取扱うことが可能となる。
【００４５】
（本実施形態の効果）
以上の水位計測方法及び水位計測装置１によれば計測環境に関わらず非接触型の水位計測の信頼性を維持できる。特に、画像処理部４により算出された水位のデータは、外部に伝送されることにより、マンホール１０内の水位をリアルタイムに監視できる。また、通信部５の代わりにデータロガーを設置することにより、リアルタイムの監視はできないが、機器費の低減が可能となる。
【００４６】
さらに、本実施形態は非接触方式が採用されたことにより、下水中のごみ付着の影響を受けずに、測定誤差が生じ難くなり、定期的な清掃が必要でなくなる。また、マンホール１０内に水の流れのある場所でも、水面１００の揺れにより多少の測定誤差が生じるが、動圧の影響がないため水圧式水位よりも測定誤差は小さくなる。
【００４７】
そして、前記照射形状とマンホール１０内の水位との関係を予め機械学習し、前記照射形状の撮影画像に基づき前記水位を算出することにより、当該水位の計測の高速化を図ることができる。
【符号の説明】
【００４８】
１…水位計測装置
２…光源、３…カメラ、４…画像処理部、５…通信部、６…電源部、７…アンテナ
１０…マンホール、１１…マンホール蓋、１２…傾斜内面、１３…内面
２１…レーザー光
１００…水面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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