(57)【要約】【課題】水域の底の変化に応じて水位などを常に正確に計測することにより、確実な水管理を実現できる水管理システムを提供することにある。【解決手段】本実施形態の水管理システムは、情報収集機器及び中央処理装置を具備する構成である。前記情報収集機器は、河川、湖、池を含む水域の所定範囲を移動し、ＧＰＳ情報を収集して緯度、経度、高度、時刻の各データを無線通信により送信する。前記中央処理装置は、前記情報収集用手段から送信される前記各データを受信して処理し、前記水域の所定範囲の水位を含む水管理用情報を生成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
河川、湖、池を含む水域の所定範囲を移動し、ＧＰＳ情報を収集して緯度、経度、高度、時刻の各データを無線通信により送信する情報収集用手段と、
前記情報収集用手段から送信される前記各データを受信して処理し、前記水域の所定範囲の水位を含む水管理用情報を生成する情報処理手段と
を具備する水管理システム。
【請求項２】
前記情報処理手段は、
前記水位以外に、前記水域の所定範囲での水量、流量、流速、滞留を含む水管理用情報を生成する請求項１に記載の水管理システム。
【請求項３】
前記情報処理手段は、
前記水管理用情報を蓄積し、蓄積された水管理用情報の統計的処理結果及び規定の基準に基づいて前記水域の耐力を判定するための耐力データを算出する請求項１又は請求項２のいずれか１項に記載の水管理システム。
【請求項４】
前記水域が河川の場合であって、
前記情報処理手段は、
前記水域の耐力として、前記水管理用情報の統計的処理結果に含まれる河川の水位と水量の変化に基づいて河川の堤防の高さに相当する蓄積量を判定し、当該蓄積量を前記耐力データとして算出する請求項３に記載の水管理システム。
【請求項５】
前記水域が河川の場合であって、
前記情報処理手段は、
前記河川の所定範囲を移動する前記情報収集用手段から送信される前記各データを使用して、前記河川の深さ、幅、標高を示す河道データを算出する請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の水管理システム。
【請求項６】
前記情報収集用手段は、
前記水域の所定範囲を移動する手段と、
前記ＧＰＳ情報を収集する手段と、
前記ＧＰＳ情報を無線通信により伝送する無線通信手段と
を含む請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の水管理システム。
【請求項７】
前記水域が河川の場合であって、
前記情報収集用手段は、
前記河川の上流側から下流側に自走で移動する手段と、
前記河川の所定の観測点でＧＰＳ情報を収集する手段と、
前記ＧＰＳ情報を無線通信により伝送する無線通信手段と
を含む請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の水管理システム。
【請求項８】
河川、湖、池を含む水域の所定範囲を移動し、ＧＰＳ情報を収集して緯度、経度、高度、時刻の各データを無線通信により送信する情報収集用手段を利用する水管理システムに適用する水管理情報処理方法であって、
前記情報収集用手段から送信される前記各データを受信し、
前記各データを使用して前記水域の所定範囲の水位を含む水管理用情報を生成する水管理情報処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、例えば河川や湖などの水管理を行なうための水管理システム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、豪雨や地震などの自然災害により、例えば河川、人工湖、自然湖、池などの水域（ダム湖や海岸近傍の海面なども含む）の氾濫や漏水を監視するために、水位観測機能を有する水管理システムの構築が提案されている。
【０００３】
例えば、ＣＣＴＶ（closed circuit television）カメラやデジタルカメラなどから収集される画像データを画像処理し、当該画像処理結果を利用して河川の水位を計測する水位計測装置を有する水管理システムが提案されている。このような水管理システムにより、河川の水位を継続的に監視・管理することが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−５７９９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の画像データを使用する水位計測装置を有する水管理システムは、水位計測装置の上下動の情報と危険ラインとされている値との比較による状態の管理を行なうことが可能である。しかし、水位が危険ラインを越える場合には、水管理ができない状況となる。これは、河川の河道が川底の変化に応じて日常的に変形するにも拘らず、画像データを使用する水位計測装置は水位のゼロ点を不変的に管理し計測を行う仕組みのためである。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、水域の底の変化に応じて水位などを常に正確に計測することにより、確実な水管理を実現できる水管理システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本実施形態の水管理システムは、情報収集用手段及び情報処理手段を具備する構成である。前記情報収集用手段は、河川、湖、池を含む水域の所定範囲を移動し、ＧＰＳ情報を収集して緯度、経度、高度、時刻の各データを無線通信により送信する。前記情報処理手段は、前記情報収集用手段から送信される前記各データを受信して処理し、前記水域の所定範囲の水位を含む水管理用情報を生成する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施形態に関する水管理システムの構成を説明するための図。
【図２】実施形態に関する情報収集機器の構成を説明するためのブロック図。
【図３】実施形態に関する中央処理装置の構成を説明するためのブロック図。
【図４】実施形態に関する中央処理装置の処理を説明するためのフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下図面を参照して、実施形態を説明する。
【００１０】
［システムの構成］
図１に示すように、本実施形態の水管理システムは大別して、情報収集機器１０と、中央処理装置２０とから構成される。情報収集機器１０は、本実施形態の管理（観測）対象の水域として、例えば河川１００の水面に浮遊した状態で移動し、後述するように、ＧＰＳ（Global Positioning System）情報を無線通信により伝送する。なお、本実施形態では、管理（観測）対象の水域を河川１００とする。但し、本実施形態の水管理システムは、河川に限ることなく、人工湖、自然湖、池などの水域の水管理に適用できる。また、海岸近傍の所定範囲の海面の水管理にも適用できる。
【００１１】
中央処理装置２０は、情報収集機器１０と無線通信により接続し、情報収集機器１０から送信されるＧＰＳ情報を受信して処理することで、後述するような水管理処理を実行する。中央処理装置２０は、受信データや水管理情報をデータベース（ＤＢ）２１に蓄積する。
【００１２】
［情報収集機器の構成］
図２に示すように、本実施形態の情報収集機器１０は、ＧＰＳ装置１１と、無線通信装置１２と、自走機器１３と、姿勢制御装置１４と、カメラ１５とを有する。情報収集機器１０は、河川１００の水面上に浮遊して移動（自走）可能な構造を有する。
【００１３】
自走機器１３は、例えばモータやスクリューなどの駆動系、及び太陽光電池などの電源１３Ｐを有する。姿勢制御装置１４は、例えば予めプログラムされているコントローラと姿勢制御機構を含む。コントローラは、プログラムに基づいて自走機器１３を制御し、情報収集機器１０の移動方向や移動速度を制御する。姿勢制御機構は、例えば河川１００の川底に対して水平になるように姿勢を維持する。
【００１４】
ＧＰＳ装置１１は衛星からの電波を受信して、緯度と経度を示す位置情報（即ち、情報収集機器１０の位置）、時刻情報、及び高度情報を含むＧＰＳ情報を出力する。なお、ＧＰＳ装置１１は、例えば気圧計を内蔵し、高度情報を出力する構成でもよい。高度情報は情報収集機器１０の高度を示すことになり、後述するように、情報収集機器１０が位置する河川１００の観測点での水位を算出するための情報として使用される。
【００１５】
無線通信装置１２は、ＧＰＳ装置１１から出力されるＧＰＳ情報を無線伝送する。無線通信装置１２は、カメラ１５の撮影により得られる画像データを無線伝送する。なお、無線通信装置１２は、無線ＬＡＮや携帯電話網を経由する無線通信方式でもよい。
【００１６】
カメラ１５はデジタルカメラであり、情報収集機器１０の周辺状態（河川１００の川岸など）を可視化できる映像情報（動画像又は静止画像）として出力する。
【００１７】
［中央処理装置の構成］
本実施形態の中央処理装置２０は、例えば河川１００の状態を観測するセンターに設置されているコンピュータシステム及び無線通信装置から構成されており、情報収集機器１０により収集される情報を処理して水位観測値を含む水管理情報を生成する。
【００１８】
図３に示すように、本実施形態の中央処理装置２０は、無線通信部３０と、無線データ受信部３１と、データ収集管理部３２と、データ蓄積管理部３３と、河道諸元情報作成部３４と、過去河道データ合成部３５と、関連情報連携部３６と、河川耐力データ判定部３７と、河道データ情報提供部３８と、河道データ立体表示部３９と、河川耐力データ情報提供部４０とを有する。
【００１９】
無線通信部３０は、情報収集機器１０の無線通信装置１２との無線通信を確立して、情報収集機器１０との間で無線通信を行なう。無線通信部３０は複数の観測点での各情報収集機器１０との同時無線通信が可能である。無線データ受信部３１は、無線通信部３０を介して情報収集機器１０から送信されたデータを受信し、所定の処理（データ変換処理など）を行なう。無線データ受信部３１は、情報収集機器１０から送信されたデータとして、ＧＰＳ情報及び画像データを含む受信データを出力する。
【００２０】
データ収集管理部３２は、情報収集機器１０により収集されるデータを管理する。具体的には、データ収集管理部３２は、無線データ受信部３１から出力される受信データを識別・分類するなどの管理処理を実行する。データ蓄積管理部３３は、データ収集管理部３２による管理処理後の受信データや、中央処理装置２０の内部で生成された情報（水管理情報）をデータベース（ＤＢ）２１に蓄積する。
【００２１】
河道諸元情報作成部３４は、情報収集機器１０からのＧＰＳ情報を処理して、観測点での河道諸元情報を生成する。河道諸元情報は、水位、水量、流速、流量、滞留（水が流れていない場合）を示すデータ、及び河川の深さ、幅、標高の河道データを含む。過去河道データ合成部３５は、河道諸元情報作成部３４により生成された河道データと、データベース（ＤＢ）２１から参照した過去の河道データとを合成する。
【００２２】
関連情報連携部３６は、データベース（ＤＢ）２１または外部から提供される治水情報や河川情報などの連携が可能な情報を収集し、本実施形態の河道諸元情報との関連付けなどのデータ加工処理を行なう。河川耐力データ判定部３７は、河道諸元情報を使用して、河川１００の耐力を判断するための河川耐力データを統計的に算出する。
【００２３】
河道データ情報提供部３８は、過去の河道データと合成した河道データを外部に提供するための処理を行なう。河道データ立体表示部３９は、河道データ情報提供部３８により提供する河道データを、表示装置２２の画面に立体的に表示するための表示情報を出力する。河川耐力データ情報提供部４０は、河川耐力データ判定部３７により算出された河川耐力データを外部に提供するための処理を行なう。
【００２４】
［水管理システムの動作］
以下、図１及び図４を参照して、本実施形態の水管理システムの動作を説明する。
【００２５】
図１に示すように、本実施形態では、情報収集機器１０は、例えば、河川１００の上流側から下流側に自走し、ＧＰＳ装置１１及びカメラ１５により情報収集を実行する。無線通信装置１２は、後述するように、通信可能な無線回線にアクセスして中央処理装置２０との無線通信を確立する。
【００２６】
情報収集機器１０は、ＧＰＳ装置１１で収集したＧＰＳ情報及びカメラ１５により撮影された画像データを無線通信装置１２から伝送する。この場合、情報収集機器１０は、一定時間間隔、例えば１分間隔でＧＰＳ情報及び画像データをサンプリングして無線通信装置１２から伝送する。また、情報収集機器１０は、一定距離の移動毎にＧＰＳ情報及び画像データを無線通信装置１２から伝送する。
【００２７】
情報収集機器１０は、例えば情報収集の際に、姿勢制御装置１４により河川１００の川床に対して水平となる様に姿勢制御を行う。さらに、図１に示すように、情報収集機器１０は、例えば予め指定される観測点において、上流側の確定位置Ｔ１から下流側の確定位置Ｔ２まで、川岸から川岸に横断するように移動する（矢印１１０）。
【００２８】
次に、図４のフローチャートを参照して、中央処理装置２０の処理手順を説明する。
【００２９】
先ず、中央処理装置２０は、無線通信部３０と情報収集機器１０の無線通信装置１２との間で無線通信を確立して、情報収集機器１０からの情報収集を可能にする（ステップＳ１）。中央処理装置２０は、無線通信部３０を介して情報収集機器１０から伝送されるデータを受信し、無線データ受信部３１に転送する（ステップＳ２）。無線データ受信部３１は、所定の処理（データ変換処理など）を実行した後に、データ収集管理部３２に出力する。
【００３０】
データ収集管理部３２は、情報収集機器１０により収集されたデータとしてＧＰＳ情報及び画像データを識別・分類するなどの管理処理を実行する（ステップＳ３）。管理処理には、情報収集のタイミング（時刻）や、提供元の情報収集機器１０の識別、情報量等の管理も含まれる。データ蓄積管理部３３は、データ収集管理部３２による管理処理後の受信データをデータベース（ＤＢ）２１に蓄積する。この場合、データ蓄積管理部３３は、受信データに管理用の付帯情報を付加してデータベース（ＤＢ）２１に蓄積する。
【００３１】
河道諸元情報作成部３４は、情報収集機器１０からのＧＰＳ情報を処理して、観測点での河道諸元情報を生成する（ステップＳ４）。河道諸元情報は、水位、水量、流速、流量、滞留（水が流れていない場合）を示すデータ、及び河川の深さ、幅、標高の河道データを含む。即ち、河道諸元情報作成部３４は、ＧＰＳ情報に含まれる緯度と経度を示す位置情報（即ち、情報収集機器１０の位置）、時刻情報及び高度情報、さらにベクトル情報等の連続したデータを使用して河道諸元情報を生成する。
【００３２】
具体的には、河道諸元情報作成部３４は、例えば情報収集機器１０の観測点での高度値に基づいて、河川１００の川底から水面までの高さ（河川の深さ）を推定し、水位として算出する。また、図１に示すように、情報収集機器１０が川岸から川岸に横断するように移動（矢印１１０）した場合の距離に基づいて、河川１００の幅１００Ｗを算出する。さらに、算出した水位と、情報収集機器１０の位置情報から算出する指定範囲の面積とから水量を推定する。
【００３３】
さらに、河道諸元情報作成部３４は、図１に示すように、情報収集機器１０が上流側の確定位置Ｔ１から下流側の確定位置Ｔ２まで移動した場合に、ＧＰＳ情報に含まれる位置情報と時刻情報から、情報収集機器１０の移動距離、移動時間及び移動速度を算出できる。河道諸元情報作成部３４は、これらの算出結果から流速を推定する。また、推定された水量と流速から流量を推定する。また、河道諸元情報作成部３４は、位置情報と時刻情報に基づいて、時間経過に応じた情報収集機器１０の移動距離が無い場合には、観測点では滞留（水が流れていない状態）していることを示す情報を生成する。
【００３４】
次に、データ蓄積管理部３３は、河道諸元情報作成部３４により生成された情報やデータを水管理情報としてデータベース（ＤＢ）２１に蓄積する（ステップＳ５）。この場合、データ蓄積管理部３３は、点データに基づいて線データや面データへの加工処理を実行する。過去河道データ合成部３５は、河道諸元情報作成部３４により生成された河道データと、データベース（ＤＢ）２１から参照した過去の河道データとを合成する（ステップＳ６）。データベース（ＤＢ）２１には、河川１００の工事の時に測定された過去の河道データが蓄積されている。
【００３５】
河川耐力データ判定部３７は、河道諸元情報作成部３４により生成された河道諸元情報を使用して、河川１００の耐力を判断するための河川耐力データを統計的に算出する（ステップＳ７）。河川耐力とは、規定の河川改修基準が示す河川の耐久性を水の蓄積可能量に基づいた評価値である。水の蓄積可能量は、河川１００の堤防の高さに関係する。河川耐力データ判定部３７は、河道諸元情報に含まれる水位と水量の変化（統計データ）に基づいて水の蓄積可能量の変化を推定する。
【００３６】
河道データ情報提供部３８は、過去河道データ合成部３５により過去の河道データと合成した河道データを外部に提供するための処理を行なう（ステップＳ８）。また、河川耐力データ情報提供部４０は、河川耐力データ判定部３７により算出された河川耐力データを外部に提供するための処理を行なう。さらに、河道データ立体表示部３９は、河道データ情報提供部３８により提供する河道データを、表示装置２２の画面に立体的に表示するための表示情報を出力する（ステップＳ９）。なお、河道データ立体表示部３９は、情報収集機器１０から送信された観測点どの画像データを参照情報として表示装置２２の画面に表示してもよい。
【００３７】
関連情報連携部３６は、データベース（ＤＢ）２１または外部から提供される治水情報や河川情報などの連携が可能な情報を収集し、本実施形態の河道諸元情報との関連付けなどのデータ加工処理を行なう（ステップＳ１０）。関連情報連携部３６は、河道諸元情報との関連付けされた連携可能情報を外部に提供するための処理を行なう。
【００３８】
なお、当然ながら、情報収集機器１０を異なる経路を自走させて、天候等の条件を見直して前述した処理を繰り返すことが望ましい。
【００３９】
以上のようにして、本実施形態の水管理システムであれば、管理対象（観測対象）の河川１００において情報収集機器１０を実際に自走させて、情報収集機器１０からＧＰＳ情報やカメラの画像データを収集することにより、河道諸元情報を生成できる。この河道諸元情報に基づいて、河川１００の河川耐力を判断することが可能となる。従って、例えば河川１００の改修・管理を行なう機関は、中央処理装置２０から河川１００の河川耐力を判断するための河川耐力データを取得することにより、情報収集機器１０が情報収集（計測）の可能な下流部に到達して海に流れる前に、複数の観測点での耐力が低下した箇所の改修を行うことができる。また、本実施形態の水管理を定期的に行うことにより、河川１００の耐力の変化ポイントが明確になり、河川改修に関わるポイントが明確になるので適正な費用で河川の維持管理を行なうことが可能となる。
【００４０】
なお、本実施形態では河川の水管理について説明したが、前述したように、人工湖、自然湖、池などの水域の水管理にも適用可能である。例えば、海岸近傍の海面に情報収集機器１０を投入して、地震発生時の津波観測にも適用可能である。
【００４１】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００４２】
１０…情報収集機器、１１…ＧＰＳ装置、１２…無線通信装置、１３…自走機器、
１４…姿勢制御装置、１５…カメラ、２０…中央処理装置、２１…データベース、
２２…表示装置、３０…無線通信部、３１…無線データ受信部、
３２…データ収集管理部、３３…データ蓄積管理部、３４…河道諸元情報作成部、
３５…過去河道データ合成部、３６…関連情報連携部、３７…河川耐力データ判定部、
３８…河道データ情報提供部、３９…河道データ立体表示部、
４０…河川耐力データ情報提供部、１００…河川。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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