(57)【要約】【課題】天然ダムの貯水量と水位を観測できる観測システムを実現することにある。【解決手段】本実施形態の天然ダムの観測システムは、ＭＰレーダ装置と、ＧＩＳデータ記憶部と、観測装置とを具備する。ＭＰレーダ装置はＭＰレーダを使用して、天然ダムを含むエリアの降雨量強度データを算出する。ＧＩＳデータ記憶部は、前記天然ダムの土壌水分量及び地質を含むＧＩＳデータを取得して記憶する。観測装置は、前記降雨量強度データ及び前記ＧＩＳデータを使用して前記天然ダムの貯水量と水位を含む観測情報を生成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
マルチパラメータレーダを使用して、天然ダムを含むエリアの降雨量強度データを算出するレーダ装置と、
前記天然ダムの土壌水分量及び地質を含む地理情報を取得する地理情報取得手段と、
前記降雨量強度データ及び前記地理情報を使用して前記天然ダムの貯水量と水位を含む観測情報を生成する観測装置と
を具備する天然ダムの観測システム。
【請求項２】
前記観測装置は、
前記降雨量強度データ及び前記地理情報を使用して有効降雨量データを算出する第１の算出手段と、
前記有効降雨量データに基づいて前記天然ダムの貯水量と水位を算出する第２の算出手段とを含む請求項１に記載の天然ダムの観測システム。
【請求項３】
前記第１の算出手段は、
前記降雨量強度データから単位時間当たりの降雨量を示す時間雨量データを算出し、
前記地理情報に基づいて有効係数を設定し、
前記時間雨量データ及び前記有効係数を使用して前記有効降雨量データを算出する請求項２に記載の天然ダムの観測システム。
【請求項４】
前記地理情報取得手段は、
地理情報システムに接続し、前記天然ダムの土壌水分量、地質、地形、標高の各データを含む地理情報を取得する請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の天然ダムの観測システム。
【請求項５】
前記レーダ装置は将来の降雨量強度データである予測データを算出する手段を含み、
前記観測装置は、
前記予測データに基づいて前記天然ダムの予想水位を算出する手段と、
前記予想水位に基づいて前記天然ダムの破堤水位を判定する手段と
を含む請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の天然ダムの観測システム。
【請求項６】
前記観測装置は、前記予想水位が前記天然ダムの破堤水位を超える場合には警報情報を出力する手段を含む請求項５に記載の天然ダムの観測システム。
【請求項７】
マルチパラメータレーダを使用するレーダ装置により算出される天然ダムを含むエリアの降雨量強度データを取得する第１の取得手段と、
前記天然ダムの土壌水分量及び地質を含む地理情報を取得する第２の取得手段と、
前記降雨量強度データ及び前記地理情報を使用して前記天然ダムの貯水量と水位を含む観測情報を生成する観測情報処理手段と
を具備する観測装置。
【請求項８】
前記観測情報処理手段は、
前記降雨量強度データ及び前記地理情報を使用して有効降雨量データを算出する第１の算出手段と、
前記有効降雨量データに基づいて前記天然ダムの貯水量と水位を算出する第２の算出手段とを含む請求項７に記載の観測装置。
【請求項９】
天然ダムの観測システムに適用する観測方法であって、
マルチパラメータレーダを使用して天然ダムを含むエリアの降雨量強度データを算出する処理と、
前記天然ダムの土壌水分量及び地質を含む地理情報を取得する処理と、
前記降雨量強度データ及び前記地理情報を使用して前記天然ダムの貯水量と水位を含む観測情報を生成する処理と
を具備する観測方法。
【請求項１０】
前記観測情報を生成する処理は、
前記降雨量強度データ及び前記地理情報を使用して有効降雨量データを算出し、
前記有効降雨量データに基づいて前記天然ダムの貯水量と水位を算出する請求項９に記載の観測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、天然ダムの観測システム、観測装置及び観測方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、地震や土砂災害などにより、いわゆる天然ダムが生成されることがある。天然ダムは、天然ダム湖、土砂ダム、土砂崩れダム、堰止め湖、土砂崩れダム、天然貯水池などとも呼ばれている。以下、天然ダムと表記する。
【０００３】
一般的に、人工ダムでは水位や降雨量をテレメータ等で観測するシステムが構築されている。しかし、天然ダムについては、テレメータ等の観測装置の設置が困難な地域が多いなどの理由で、水位や降雨量を観測するシステムが構築されていない。
【０００４】
従来のレーダ雨量計や気象観測用レーダでは、観測メッシュサイズが１ｋｍから３ｋｍと大きいなど、数ｋｍ２以下程度の天然ダムに対する観測には不向きである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１２−１４９９２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来のレーダ雨量計や気象観測用レーダを使用するだけでは、天然ダムの貯水量と水位を観測することは困難である。
【０００７】
本発明の課題は、天然ダムの貯水量と水位を観測できる観測システムを実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本実施形態の天然ダムの観測システムは、レーダ装置と、地理情報取得手段と、観測装置とを具備する。レーダ装置は、マルチパラメータレーダを使用して、天然ダムを含むエリアの降雨量強度データを算出する。地理情報取得手段は、前記天然ダムの土壌水分量及び地質を含む地理情報を取得する。観測装置は、前記降雨量強度データ及び前記地理情報を使用して前記天然ダムの貯水量と水位を含む観測情報を生成する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施形態に関する天然ダムの観測システムの構成を示すブロック図。
【図２】実施形態に関する天然ダムの観測処理を説明するための図。
【図３】実施形態に関する観測システムの動作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】
【００１０】
以下図面を参照して、実施形態を説明する。
【００１１】
［システムの構成］
図１に示すように、本実施形態の観測システム１は、システム本体である観測装置１０と、マルチパラメータレーダ装置（ＭＰレーダ装置）１１と、測量データ記憶部１３と、ＧＩＳデータ記憶部１４と、出力装置１５とを有する。
【００１２】
本実施形態の観測システム１は、天然ダムの観測用レーダとしてマルチパラメータレーダ（multi-parameter Radar、以下ＭＰレーダと表記する）を使用する。特に、ＭＰレーダとして、波長が約３cmのＸバンドＭＰレーダを使用する。ＸバンドＭＰレーダは、特に局地型集中豪雨（ゲリラ豪雨）を観測するために設置されたレーダであり、観測メッシュが例えば２５０ｍメッシュで３６０度での観測が可能である。
【００１３】
ＭＰレーダ装置１１は、複数のアンテナ１２からの電波を処理し、例えば４０ｋｍ〜６０ｋｍ四方のエリアを３６０度で観測したレーダデータを算出する。レーダデータは、実測データ１１０及び後述する予測データ１１１を含む。ＭＰレーダ装置１１は、実測データ１１０として例えば１分間隔で高精度の降雨量強度データを算出する。
【００１４】
測量データ記憶部１３は、システム１の外部からネットワークなどを介して提供される天然ダムの各種の測量データを受信して記憶装置に格納する。測量データには、生成された天然ダムの位置情報、面積や標高などの測定データ、及び航空写真データが含まれる。
【００１５】
ＧＩＳデータ記憶部１４は、システム１の外部（例えばＷｅｂサイト）にある地理情報システム（ＧＩＳ）からネットワークなどを介して提供される地理情報（以下、ＧＩＳデータと表記する）を受信して記憶装置に格納する。ＧＩＳデータには、生成された天然ダムの土壌水分量、地質、地形、標高の各データが含まれる。
【００１６】
観測装置１０は、ハードウェア及びソフトウェアからなるコンピュータシステムを主構成要素として構成されている。観測装置１０は、後述するように、ＭＰレーダ装置１１からのレーダデータ、測量データ記憶部１３からの測量データ、及びＧＩＳデータ記憶部１４からのＧＩＳデータを使用して、生成された天然ダムの観測情報及び警報情報を生成する。出力装置１５は、例えばネットワークを介して観測装置１０に接続されており、観測装置１０から出力される天然ダムの観測情報及び警報情報を受信し、表示画面上に表示する。
【００１７】
［システムの動作］
以下、図２及び図３のフローチャートを参照して、本実施形態の観測システム１の動作を説明する。
【００１８】
図２に示すように、天然ダム２０は、例えば豪雨や地震による土砂崩れ、地盤沈下などで生成されて、降雨量に応じた貯水量を有する貯水湖（貯水池）２１に相当する。観測システム１は、天然ダム２０の貯水量と水面２２から底部までの水位１００を観測する。
【００１９】
図３に示すように、観測システム１は、観測対象の天然ダム２０の生成情報を取得すると、観測装置１０を主とする一連の観測処理を開始する（ステップＳ１）。天然ダム２０の生成情報は、生成された天然ダム２０を特定する情報であり、概略的な位置情報も含む。具体的には、観測システム１は、例えば航空機や人工衛星からの観測データを受信して解析することで生成情報を取得し、観測対象の天然ダム２０を特定する。
【００２０】
観測装置１０は、特定された観測対象の天然ダム２０に対する測量データを測量データ記憶部１３から取得する（ステップＳ２）。測量データは、具体的には航空機による測量や、または現地調査が可能であれば作業者が測量器を使用する測量により取得される。測量データは、前述したように、天然ダム２０の位置情報、面積や標高などの測定データ、及び航空写真データを含む。
【００２１】
次に、観測装置１０は、ＭＰレーダ装置１１から、特定された観測対象の天然ダム２０のエリアに対するレーダデータを取得する（ステップＳ３）。この場合、レーダデータは、
観測対象の天然ダム２０のエリアに対して、ＭＰレーダにより１分間隔で観測された降雨量強度を示す降雨量強度データを示す実測データ１１０である。ＭＰレーダ装置１１は、通常では２４時間の連続観測を実行しており、過去の相当期間での実測データ１１０を蓄積している。
【００２２】
観測装置１０は、ＭＰレーダ装置１１からの天然ダム２０のエリアに対する過去から現時点までに蓄積された実測データ１１０に基づいて、１時間当たりの時間雨量Ｒｈ及びｎ時間分の累加雨量を算出する（ステップＳ４）。ここで、実測データ１１０は、降雨量強度データ（mm/h）である。
【００２３】
次に、観測装置１０は、ＧＩＳデータ記憶部１４からＧＩＳデータを取得する。ＧＩＳデータには、生成された天然ダムの土壌水分量、地質、地形、標高の各データが含まれる。観測装置１０は、時間雨量Ｒｈ、ｎ時間分の累加雨量及びＧＩＳデータを使用して、有効降雨量Ｒｅを示す有効降雨量データを算出する（ステップＳ５）。有効降雨量Ｒｅは次式（１）で算出される。
【００２４】
Ｒｅ＝Ｒｈ＋α＊Ｒｈ−１＋α２Ｒｈ−２＋・・・・・+αｎＲｈ―ｎ…（１）
ここで、Ｒｈは時間雨量、αは有効係数、Ｒｈ―ｎはｎ時間前の時間雨量を示す。有効係数αは、天然ダム２０の土壌水分量や地質により変化する係数であり、例えばメンバーシップ関数などを使用するファジィ（fuzzy）方法により決定される。
【００２５】
観測装置１０は、測量データに基づいた天然ダム２０のエリア全体の有効降雨量Ｒｅを算出することにより、天然ダム２０の貯水量を算出する（ステップＳ６）。具体的には、観測装置１０は、エリア全体の有効降雨量Ｒｅから天然ダム２０に流入した流量を推定し、この流量データと実測データ１１０との比較によるオフセット量に基づいて天然ダム２０の全体の貯水量を求める。さらに、観測装置１０は、ＧＩＳデータを利用して、観測対象の天然ダム２０の水面２２の面積及び水位１００を算出する。
【００２６】
次に、観測装置１０は、ＭＰレーダ装置１１から、天然ダム２０のエリアに対するレーダデータの予測データ１１１を取得する（ステップＳ７）。予測データ１１１は、数時間先までの予測降雨量を実測降雨量と同じ降雨量強度データとして示すものである。観測装置１０は、予測データ１１１を使用して、予測降雨量から天然ダム２０への予測流量を算出し、現状の天然ダム２０の面積から予測水位を算出する。これらの予測流量及び予測水位を予測情報とする。
【００２７】
観測装置１０は、予測水位が天然ダム２０の破堤水位を超えるか否かを判定する。観測装置１０は、破堤水位を超える場合には、天然ダム２０の堤防を超える水流量が発生することを通知する警報とその越流量を含む警報情報を生成して出力する（ステップＳ８）。
【００２８】
以上のように本実施形態の観測システムであれば、ＭＰレーダ装置１１のレーダデータ、測量データ及びＧＩＳデータを使用して、生成された天然ダム２０の貯水量及び水位を算出して観測情報として出力装置１５に出力する。これにより、出力装置１５が天然ダムを観測するための観測センターなどに設置されていれば、豪雨や土砂災害などにより発生した天然ダムの状態を確実に観測することができる。
【００２９】
さらに、ＭＰレーダ装置１１のレーダデータに含まれる予測データを利用することにより、例えば豪雨が継続している場合などに、天然ダム２０への予測流量による予測水位が破堤水位を超えるか否かを判定する。天然ダム２０の破堤水位を超える場合には、それを通知する警報とその越流量（天然ダム２０から流出する水流量）を含む警報情報を、観測センターなどに設置された出力装置１５に出力できる。これにより、天然ダムの破堤水位を超える越流による災害などの発生を未然に回避できる。
【００３０】
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】
【００３１】
１…天然ダムの観測システム、１０…観測装置、
１１…マルチパラメータレーダ装置（ＭＰレーダ装置）、１２…アンテナ、
１３…測量データ記憶部、１４…ＧＩＳデータ記憶部、１５…出力装置、
２０…天然ダム。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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