(57)【要約】【課題】小型で安価な流量センサを提供する。【解決手段】流量センサ１は、ケース１０１と、ケース１０１内に配置され、水中における点流速を検出する点流速センサ１１と、ケース１０１内に配置され、水中における圧力を検出する絶対圧圧力センサ１２とを備える。点流速センサ１１は、一部がケース１０１の下端面１０１Ｂより下方に突出し、水流によって回転軸を中心として回転する検知アーム１１２と、円弧状に配置された複数のリードスイッチと、検知アーム１１２に固定され、検知アーム１１２の回転方向の位置に応じて複数のリードスイッチのうちの一部を導通させる永久磁石１１４とを有する。【選択図】図５
2018036218.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケースと、
前記ケース内に配置され、水中における点流速を検出する点流速センサと、
前記ケース内に配置され、水中における圧力を検出する絶対圧圧力センサと、
を備え、
前記点流速センサは、
一部が前記ケースの下端面より下方に突出し、水流によって回転軸を中心として回転する検知アームと、
円弧状に配置された複数のリードスイッチと、
前記検知アームに固定され、前記検知アームの回転方向の位置に応じて前記複数のリードスイッチのうちの一部を導通させる永久磁石と、
を有することを特徴とする流量センサ。
【請求項２】
前記点流速センサは、前記検知アームを固定するためのベース板をさらに有し、
前記検知アームは前記ベース板における水流の上流側に固定されており、前記検知アームと前記ベース板とは一体的に回転するように構成され、
前記ベース板の水流の下流側には、前記検知アーム及び前記ベース板を上流側に予め所定の角度だけ回転させるバランスウェイトが取り付けられている
ことを特徴とする請求項１に記載の流量センサ。
【請求項３】
点流速センサと絶対圧圧力センサとを有し、河川の水中となり得る場所に設置された複数の流量センサと、
前記複数の流量センサそれぞれを識別する識別符号と、前記複数の流量センサそれぞれの前記点流速センサが検出した点流速を示す点流速データと、前記絶対圧圧力センサが検出した圧力を示す圧力データとを含む計測データを送信する第１の無線機を有する計測データ無線送信部と、
前記第１の無線機が送信した前記計測データを受信する第２の無線機と、大気圧センサと、前記計測データと前記大気圧センサが検出した大気圧を示す大気圧データとを送信するデータ送信部とを有する中継局と、
前記計測データと前記大気圧データとを受信するデータ受信部と、
前記計測データに含まれる前記点流速データに基づいて前記流量センサが配置されている位置の点流速を検出し、前記計測データに含まれる前記圧力データと前記大気圧データとに基づいて河川の水位を算出し、前記複数の流量センサのうち、算出された水位より下方に位置するそれぞれの流量センサによる点流速と支配流水断面積とに基づいて前記河川の流量を算出するデータ処理装置と、
を備えることを特徴とする河川流量観測装置。
【請求項４】
前記計測データ無線送信部は、前記計測データを記憶する記憶部を有し、
前記第１の無線機は、前記計測データ無線送信部に対する前記データ処理装置からのデータ送信の要求に応答して、前記記憶部に記憶された前記計測データを前記第２の無線機に送信するように構成されている
ことを特徴とする請求項３に記載の河川流量観測装置。
【請求項５】
前記点流速センサは、
一部がケースの下端面より下方に突出し、水流によって回転軸を中心として回転する検知アームと、
円弧状に配置された複数のリードスイッチと、
前記検知アームに固定され、前記検知アームの回転方向の位置に応じて前記複数のリードスイッチのうちの一部を導通させる永久磁石と、
を有し、
前記データ処理装置は、
前記点流速データが、前記複数のリードスイッチのうちの互いに隣接する奇数個のリードスイッチが導通した状態のデータであれば、前記奇数個のリードスイッチのうちの中央に位置するリードスイッチに対応する値に基づいて点流速を検出し、
前記点流速データが、前記複数のリードスイッチのうちの互いに隣接する偶数個のリードスイッチが導通した状態のデータであれば、中央側の２つのリードスイッチそれぞれに対応する値の平均値に基づいて点流速を検出する
ことを特徴とする請求項３または４に記載の河川流量観測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、河川の流量を計測するための流量センサ、及び、流量センサを用いて河川の流量を観測する河川流量観測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
河川を適切に管理するために、河川の流量を観測することが必要である。河川の流量を無人で自動観測するために、種々の方法が用いられている。従来の流量観測方法として、超音波流速計を用いる超音波流速計測法、水平計測型のドップラー流速計（Ｈ−ＡＤＣＰ：Horizontal Type of Acoustic Doppler Current Profilers）を用いるＨ−ＡＤＣＰ法等がある。超音波流速計及びドップラー流速計は、河川の水中に固定されて使用される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−１９０９０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
河川の流量を高精度に観測するには、超音波流速計またはドップラー流速計のような流量を計測するための計測機器を河川に複数設置する必要がある。従来用いられている計測機器はいずれも大型であり高価である。河川に複数の計測機器を設置すると莫大なコストがかかってしまう。
【０００５】
さらに、河川の流量を高精度に観測するには、河川の源流域から河口域までの複数の箇所に計測機器を設置することが望ましいが、従来の計測機器は大型であるため、水位の低い源流域に設置することができない。
【０００６】
本発明は、小型で安価な流量センサ、及び、流量センサを用いた簡易な設備で河川の流量を観測することができる河川流量観測装置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】
本発明は、ケースと、前記ケース内に配置され、水中における点流速を検出する点流速センサと、前記ケース内に配置され、水中における圧力を検出する絶対圧圧力センサとを備え、前記点流速センサは、一部が前記ケースの下端面より下方に突出し、水流によって回転軸を中心として回転する検知アームと、円弧状に配置された複数のリードスイッチと、前記検知アームに固定され、前記検知アームの回転方向の位置に応じて前記複数のリードスイッチのうちの一部を導通させる永久磁石とを有することを特徴とする流量センサを提供する。
【０００８】
本発明は、点流速センサと絶対圧圧力センサとを有し、河川の水中となり得る場所に設置された複数の流量センサと、前記複数の流量センサそれぞれを識別する識別符号と、前記複数の流量センサそれぞれの前記点流速センサが検出した点流速を示す点流速データと、前記絶対圧圧力センサが検出した圧力を示す圧力データとを含む計測データを送信する第１の無線機を有する計測データ無線送信部と、前記第１の無線機が送信した前記計測データを受信する第２の無線機と、大気圧センサと、前記計測データと前記大気圧センサが検出した大気圧を示す大気圧データとを送信するデータ送信部とを有する中継局と、前記計測データと前記大気圧データとを受信するデータ受信部と、前記計測データに含まれる前記点流速データに基づいて前記流量センサが配置されている位置の点流速を検出し、前記計測データに含まれる前記圧力データと前記大気圧データとに基づいて河川の水位を算出し、前記複数の流量センサのうち、算出された水位より下方に位置するそれぞれの流量センサによる点流速と支配流水断面積とに基づいて前記河川の流量を算出するデータ処理装置とを備えることを特徴とする河川流量観測装置を提供する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の流量センサによれば、小型で安価に実現することができる。本発明の河川流量観測装置によれば、流量センサを用いた簡易な設備で河川の流量を観測することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】一実施形態の河川流量観測装置の全体的な構成を示すブロック図である。
【図２】一実施形態の河川流量観測装置を設置する場所の例を示す図である。
【図３】流量センサ及び計測データ無線送信部を河川に配置する取り付け位置の例を示す図である。
【図４】流量センサの第１の構成例を示す平面図である。
【図５】流量センサの第２の構成例を示す平面図である。
【図６】流量センサが備えるリードスイッチ基板を示す平面図である。
【図７】リードスイッチの構成を示す断面図である。
【図８】永久磁石の位置に応じて導通するリードスイッチの例を示す図である。
【図９】計測データ無線送信部による点流速データの生成動作、及び、データ処理装置による点流速データの補正動作を示す図である。
【図１０】データ処理装置の内部構成例を示すブロック図である。
【図１１】点流速データが表す計測値と点流速との関係の一例を示す図である。
【図１２】複数の流量センサを設置した河川の断面を概念的に示す図である。
【図１３】支配流水断面積の求め方を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、一実施形態の流量センサ及び河川流量観測装置について、添付図面を参照して説明する。本実施形態においては、流量センサ及び河川流量観測装置を用いて河川の流量を計測（観測）する場合を例とするが、河川以外に水路等の流量を計測（観測）してもよい。
【００１２】
図１において、流量センサ１と計測データ無線送信部２とがケーブルＣＢで接続されている。計測データ無線送信部２と中継局３とが無線にて接続されている。中継局３と河川流量監視事務所４とが有線または無線にて接続されている。中継局３と河川流量監視事務所４とは光ケーブルで接続されていてもよいし、携帯電話またはVSAT（Very Small Aperture Terminal）等の所定規格の無線回線で接続されていてもよい。
【００１３】
流量センサ１は、点流速センサ１１及び圧力センサ１２を備える。流量センサ１は、河川の水中に設置される。但し、河川の水位によっては流量センサ１が水面より上方に位置することがあってもよい。流量センサ１は、河川の水中となり得る場所に設置されていればよい。流量センサ１及び点流速センサ１１の具体的な構成及び動作は後述する。圧力センサ１２は絶対圧圧力センサである。
【００１４】
計測データ無線送信部２は、マイクロコンピュータ２１と、無線機２２と、電源部２３とを備える。計測データ無線送信部２は、河川の水位よりも上方に設置されることが好ましいが、水位の上昇によって水没することがあってもよい。
【００１５】
マイクロコンピュータ２１は、Ａ／Ｄ変換器２１１、時計２１２、計測データ生成部２１３、記憶部２１４を有する。Ａ／Ｄ変換器２１１、時計２１２、計測データ生成部２１３は、マイクロコンピュータ２１の中央処理装置（ＣＰＵ）によって機能的に構成することができ、記憶部２１４はマイクロコンピュータ２１の記憶装置によって構成することができる。
【００１６】
無線機２２は任意の規格の無線機でよい。但し、省電力で通信品質に優れ、通信距離が比較的長いことから、無線機２２として、９２０ＭＨｚ帯の周波数を用いるWi-SUN規格に準拠する無線機を用いることが好ましい。
【００１７】
電源部２３は一次電池であってもよいし、太陽電池であってもよい。電池の交換が不要となることから、電源部２３は太陽電池であることが好ましい。電源部２３からの電力は、マイクロコンピュータ２１及び無線機２２に供給され、ケーブルＣＢを介して流量センサ１に供給される。
【００１８】
点流速センサ１１が検出した流量センサ１が設置されている位置の点流速を示す点流速検出信号は、ケーブルＣＢを介して計測データ生成部２１３に供給される。計測データ生成部２１３は、後述のようにして点流速検出信号に基づいて点流速データを生成する。圧力センサ１２が検出したアナログの圧力値はＡ／Ｄ変換器２１１によってデジタルの圧力データに変換され、計測データ生成部２１３に供給される。計測データ生成部２１３には、時計２１２からの時刻データも供給される。
【００１９】
計測データ生成部２１３は、計測データ生成部２１３を一意に識別する識別符号（ＩＤ）と、時刻データと、点流速データと、圧力データとを含む計測データを生成する。ＩＤはＭＡＣアドレスであってもよい。図１では、中継局３が１つの計測データ無線送信部２と無線通信するように図示しているが、中継局３は複数の計測データ無線送信部２と無線通信することがある。計測データがＩＤを含むのは、それぞれの計測データ無線送信部２を識別するためである。
【００２０】
記憶部２１４は、複数の計測データを記憶する。無線機２２は、記憶部２１４に記憶された計測データを中継局３へと送信する。無線機２２は、イベント方式にて計測データを中継局３へと送信してもよいし、ポーリング方式にて、河川流量監視事務所４内のデータ処理装置４２によるデータ送信の要求に応答して計測データを中継局３へと送信してもよい。
【００２１】
中継局３は、無線機３１、大気圧センサ３２、Ａ／Ｄ変換器３３、データ送受信部３４、電源部３５を備える。無線機２２がWi-SUN規格に準拠する無線機であれば、無線機３１もWi-SUN規格に準拠する無線機である。大気圧センサ３２は絶対圧圧力センサである。大気圧センサ３２が検出した大気圧を示すアナログの圧力値はＡ／Ｄ変換器３３によってデジタルの大圧力データに変換され、データ送受信部３４に供給される。
【００２２】
データ送受信部３４は、計測データ無線送信部２より受信した計測データと大気圧データとを、河川流量監視事務所４内のデータ送受信部４１に送信する。データ送受信部３４は、計測データと大気圧データとを一体化してデータ送受信部４１に送信してもよいし、計測データと大気圧データとを個別にデータ送受信部４１に送信してもよい。
【００２３】
電源部３５は、中継局３内の各部に電力を供給する。電源部３５は太陽電池であってもよいし、商用交流電源より得た電力を各部に供給する電源部であってもよい。
【００２４】
データ送受信部４１は、データ送受信部３４が送信した計測データと大気圧データとを受信する。データ処理装置４２は、計測データと大気圧データとに基づいて、河川の流量を算出するためにデータを処理する。河川流量監視事務所４内で、河川の流量を観測するために算出した流量をディスプレイに表示してもよいし、より上位の監視事務所へとデータまたは算出した流量を送信してもよい。
【００２５】
ところで、本実施形態においては、ポーリング方式によってデータ処理装置４２から中継局３を介して計測データ無線送信部２（マイクロコンピュータ２１）にデータ送信の要求信号が送信されることがある。データ処理装置４２が計測データ無線送信部２に要求信号を送信しない場合には、データ送受信部３４は単にデータ送信部であってもよく、データ送受信部４１は単にデータ受信部であってもよい。
【００２６】
図２に示すように、流量センサ１及び計測データ無線送信部２は、河川２００に設けられた河川構造物の一例であるＨ鋼２１０に固定されている。流量センサ１は、河川２００の水中に位置するようにＨ鋼２１０に固定されている。計測データ無線送信部２は、水面よりも上方に位置するようにＨ鋼２１０に固定されている。
【００２７】
中継局３は、例えば、堤防２０１に設置した建屋に設置されている。中継局３を設置する場所は堤防２０１に限定されない。中継局３は、計測データ無線送信部２と通信できる距離以内の任意の場所に設置されている。中継局３における大気圧センサ３２は、流量センサ１と比較的近い場所における大気圧を検出する必要があるため、中継局３は流量センサ１及び計測データ無線送信部２と５００ｍ以内の距離に位置しているのがよい。
【００２８】
河川流量監視事務所４は河川２００から離れた任意の場所に位置している。中継局３と河川流量監視事務所４とは、数キロメートルまたは数十キロメートル、さらにはそれ以上の距離離れていてもよい。
【００２９】
河川の流速は、深さ方向の位置で異なる。河床に近い位置では流速は遅く、水面に近い位置では流速は速い。そこで、図３に示すように、流量センサ１及び計測データ無線送信部２を河川２００の深さ方向の異なる位置に配置するのがよい。図３において、水位が平水位ＮＷＬ（Neutral Water Level）であるとき、いずれの計測データ無線送信部２も水没していないが、水位が最高水位ＨＷＬ（High Water Level）となると、いずれの計測データ無線送信部２も水没する。
【００３０】
計測データ無線送信部２が水没していると、計測データ無線送信部２は計測データを中継局３に送信することができない。計測データ無線送信部２は、水位が低下して計測データ無線送信部２が河川の水位よりも上方に現れたときに、送信できなかった計測データを中継局３に送信するように構成されていることが好ましい。
【００３１】
そこで、記憶部２１４は、少なくとも半日程度の計測データを記憶する容量があることが好ましい。ポーリング方式を用いれば、データ処理装置４２が中継局３を介して計測データ無線送信部２へと計測データの送信を要求するので、データ処理装置４２は、水没により送信されず記憶部２１４に蓄積された計測データを水没の解消後に取得することができる。
【００３２】
次に、流量センサ１及び点流速センサ１１の具体的な構成及び動作を説明する。図４に示すように、流量センサ１は、例えばステンレスよりなる箱状のケース１０１の内部に点流速センサ１１及び圧力センサ１２を設けた構成を有している。図４及び後述する図５は、ケース１０１の蓋を外した状態を示している。
【００３３】
点流速センサ１１は、回転軸１１１、検知アーム１１２、一対のベース板１１３ａ及び１１３ｂ、永久磁石１１４、リードスイッチ収納部１１５を有する。リードスイッチ収納部１１５は、箱状のケースの内部にリードスイッチ基板１１６を収納している。回転軸１１１、検知アーム１１２、ベース板１１３ａ及び１１３ｂ、リードスイッチ収納部１１５のケースも、例えばステンレスにより形成されている。
【００３４】
回転軸１１１は、ケース１０１の底面に対して直交するように取り付けられている。検知アーム１１２は例えば円柱状の棒であり、回転軸１１１を中心として回転する。検知アーム１１２は板であってもよい。ベース板１１３ａ及び１１３ｂは、検知アーム１１２を固定する位置を可変できるように構成されており、図４では、検知アーム１１２はベース板１１３ａ及び１１３ｂの中央部に固定されている。検知アーム１１２とベース板１１３ａ及び１１３ｂとは一体的に回転する。
【００３５】
検知アーム１１２には、永久磁石１１４がＮ極とＳ極とが図示の向きで固定されている。永久磁石１１４は、検知アーム１１２におけるケース１０１の内側に位置する部分に取り付けられている。ケース１０１の下端面１０１Ｂは開放しており、検知アーム１１２の一部は下端面１０１Ｂより下方に突出している。下端面１０１Ｂの全体が開放していなくてもよく、下端面１０１Ｂに突出した検知アーム１１２が回転できるスリットが形成されていてもよい。
【００３６】
ケース１０１のリードスイッチ収納部１１５より外側の部分には、圧力センサ１２が配置されている。圧力センサ１２の位置は特に限定されない。圧力センサ１２には電力が供給される。
【００３７】
図４に示す流量センサ１を河川の水中に設置すると、水が図４の左側から右側へと流れると検知アーム１１２は右側に回転し、水が図４の右側から左側へと流れると検知アーム１１２は左側に回転する。水が流れず流速が０であると、検知アーム１１２は図４に示す状態となる。即ち、図４に示す点流速センサ１１は、左側から右側への流れをプラスの流速とすると、プラス方向及びマイナス方向の点流速を検出することができる。
【００３８】
マイナス方向の点流速を検出する必要がない場合には、流量センサ１を図５に示すように構成すればよい。図５に示すように、検知アーム１１２はベース板１１３ａ及び１１３ｂの左端部（上流側）に固定されている。ベース板１１３ａ及び１１３ｂの右端部（下流側）にはバランスウェイト１１７が取り付けられている。
【００３９】
図５に示す流量センサ１を河川の水中に設置すると、バランスウェイト１１７の重さにより検知アーム１１２は流速０のとき左方向に回転した状態となる。即ち、バランスウェイト１１７は、検知アーム１１２とベース板１１３ａ及び１１３ｂを上流側に予め所定の角度だけ回転させる。バランスウェイト１１７は、検知アーム１１２が左端に回転したときの０点を定める。
【００４０】
図５に示す点流速センサ１１は、バランスウェイト１１７の重さを適宜に設定することにより、０点を流速０に設定して、流速０からプラス方向の水流のみの点流速を検出することができる。また、点流速センサ１１は、０点を例えば流速１．０（ｍ／ｓ）に設定して、流速１．０〜１．５（ｍ／ｓ）のような所定の範囲の点流速を検出することもできる。以下、流量センサ１は図５に示す構成であるとする。
【００４１】
図５において、検知アーム１１２の長さ及び太さは、計測する流速に応じて適宜設定すればよい。検知アーム１１２の太さを同じとすれば、検知アーム１１２が長いほど、より低速の流速でも回転しやすくなる。検知アーム１１２の長さまたは太さ（検知アーム１１２が板であれば面積）を適宜に設定することによって、流速０〜１．０、０〜３．０、０〜５．０（ｍ／ｓ）等の測定範囲を定めることができる。
【００４２】
前述のように、河床に近い位置では流速は遅く、水面に近い位置では流速は速い。そこで、河床に近い位置に設置する流量センサ１の検知アーム１１２を長く、水面に近い位置に設置する流量センサ１の検知アーム１１２を短くするのがよい。
【００４３】
図６を用いて、リードスイッチ基板１１６の構成を説明する。図６に示すように、リードスイッチ基板１１６には、例えば１３個のリードスイッチ６０１〜６１３が取り付けられている。リードスイッチ６０１〜６１３は例えば６度間隔で円弧状に配置されている。よって、リードスイッチ６０１〜６１３は７２度の角度範囲に配置されている。
【００４４】
リードスイッチ６０１〜６１３の総称またはリードスイッチ６０１〜６１３のうちのいずれかを特定しないリードスイッチをリードスイッチ６と称することとする。
【００４５】
リードスイッチ６は図７に示すように構成されている。リードスイッチ６は、不活性ガスが封入されたガラス管６１の内部に、強磁性体のリード６２及び６３の先端部６２１及び６３１が間隔を有して対向する構成を有している。永久磁石１１４がリードスイッチ６に近付くと、永久磁石１１４の磁力線によってリード６２及び６３にＮ極とＳ極とが誘導され、先端部６２１及び６３１が接触して導通して電流が流れる。
【００４６】
永久磁石１１４は、検知アーム１１２の回転方向の位置に応じて複数のリードスイッチ６のうちの一部を導通させる。リードスイッチ６０１〜６１３のうち導通するリードスイッチ６は、回転する検知アーム１１２の位置を示す。
【００４７】
なお、リードスイッチ収納部１１５の内部のケース１０１の底面側を硬質樹脂でモールドし、その上方のリードスイッチ基板１１６の全体を軟質樹脂でモールドするのがよい。永久磁石１１４及び圧力センサ１２を硬質樹脂または軟質樹脂でモールドするのがよい。
【００４８】
図６に示すように、永久磁石１１４はリードスイッチ６の直上には位置しておらず、リードスイッチ６よりも下方側に位置している。永久磁石１１４をリードスイッチ６に近付けすぎると永久磁石１１４から大きく離れた位置のリードスイッチ６も導通することがある。リードスイッチ６と永久磁石１１４との位置関係を図６のようにすることにより、永久磁石１１４に近い位置のリードスイッチ６のみを導通させることができる。
【００４９】
図８の（ａ）及び（ｂ）は、導通するリードスイッチ６の例を示している。図８は、リードスイッチ６を端面側から見た状態（図６の上方または下方からリードスイッチ６を見た状態）を示している。図８において、ハッチングを付したリードスイッチ６は導通しているリードスイッチ６であり、一点鎖線は永久磁石１１４によって発生する磁力線を示している。
【００５０】
図８の（ａ）及び（ｂ）に示すように、永久磁石１１４の位置によって、３つのリードスイッチ６が導通したり、４つのリードスイッチ６が導通したりする。図示していないが、永久磁石１１４がリードスイッチ６０１または６１３側に位置している場合には、２つのリードスイッチ６が導通することもある。
【００５１】
図１において、計測データ生成部２１３には、図８の（ａ）及び（ｂ）に示すようなリードスイッチ６０１〜６１３の導通・非導通の状態を示す点流速検出信号が入力されることになる。図８の（ａ）の場合、計測データ生成部２１３は、非導通の状態を０、導通の状態を１として、“0001110000000”という１３ビットの点流速データを生成する。図８の（ｂ）の場合、計測データ生成部２１３は、“0001111000000”という１３ビットの点流速データを生成する。
【００５２】
リードスイッチ６０１〜６１３にそれぞれ値１〜１３を割り当てる。データ処理装置４２は、点流速データ“0001110000000”のように導通の状態１のビット数が奇数であれば、中央に位置するビットに対応するリードスイッチ６の値を点流速の計測値とする。点流速データが“0001110000000”であれば、計測値は５．０となる。
【００５３】
データ処理装置４２は、点流速データ“0001111000000”のように導通の状態１のビット数が偶数であれば、中央側の２つのビットに対応するリードスイッチ６の値の平均値を点流速の計測値とする。点流速データが“0001111000000”であれば、計測値は５．５となる。
【００５４】
このように、点流速データが、複数のリードスイッチ６のうちの互いに隣接する奇数個のリードスイッチ６が導通した状態のデータであれば、データ処理装置４２は、奇数個のリードスイッチ６のうちの中央に位置するリードスイッチ６に対応する値に基づいて点流速を検出すればよい。点流速データが、複数のリードスイッチ６のうちの互いに隣接する偶数個のリードスイッチ６が導通した状態のデータであれば、データ処理装置４２は、中央側の２つのリードスイッチ６それぞれに対応する値の平均値に基づいて点流速を検出すればよい。
【００５５】
勿論、点流速データが、複数のリードスイッチ６のうちの１つのみが導通した状態のデータであれば、データ処理装置４２は、導通したリードスイッチ６に対応する値に基づいて点流速を検出する。また、点流速データが、複数のリードスイッチ６のうちの隣接する２つのリードスイッチ６が導通した状態のデータであれば、データ処理装置４２は、導通した２つのリードスイッチ６に対応する値の平均値に基づいて点流速を検出する。
【００５６】
データ処理装置４２がこのように点流速データに基づいて点流速の計測値を生成すると、点流速センサ１１の分解能を増大させることができる。仮にリードスイッチ６０１及び６１３がそれぞれ単独で導通する場合があれば、例えば２６分解能とすることができることになる。
【００５７】
図５において、検知アーム１１２の回転がケース１０１の側壁で制限されると、端部のリードスイッチ６０１または６１３近傍のリードスイッチ６が導通しないことがある。この場合、点流速の計測値は、例えば、０．５の中間値を用いなければ３．０〜１２．０の１０分解能で、０．５の中間値を用いて２０分解能となる。
【００５８】
点流速センサ１１の分解能を２６分解能とするには、一例として、検知アーム１１２がより広い角度範囲で回転できるよう、ケース１０１の側壁に切り欠きを設ければよい。ケース１０１の側壁に切り欠きを設けると、流速が過大となった場合、または、流石等が検知アーム１１２に当たった場合に、検知アーム１１２の破損を防ぐこともできる。
【００５９】
図１において、計測データ生成部２１３には、リードスイッチ６０１〜６１３の導通・非導通の状態を示す点流速検出信号が連続的に入力される。計測データ生成部２１３は、所定の時間間隔でＩＤと時刻データと点流速データと圧力データとを含む計測データを生成して、無線機２２が計測データを送信すればよい。
【００６０】
図９を用いて、計測データ無線送信部２及びデータ処理装置４２の動作の一例を説明する。図９の（ｂ）に示すように、計測データ生成部２１３は例えば１０ｍｓ間隔で点流速データを生成する。図９の（ｂ）〜（ｄ）における丸印は点流速データを概念的に示しており、丸印の縦方向の位置は点流速データが表す計測値を示している。
【００６１】
計測データ生成部２１３は、図９の（ａ）に示す２ｓごとに２０ｍｓの期間ハイとなるパルスの期間の３つの点流速データのうち、２つ以上が同じ計測値であれば、実際に送信する点流速データとする。このようにすると、サージまたはノイズによる２０ｍｓ以下で変動する異常値を除くことができる。
【００６２】
計測データ生成部２１３は、ＩＤと、図９の（ｃ）に示す２ｓごとの点流速データと、時刻データと、圧力データとを含む計測データを記憶部２１４に書き込む。記憶部２１４に書き込まれた計測データは、中継局３及びデータ送受信部４１を介してデータ処理装置４２に供給される。
【００６３】
図９の（ｄ）は、データ処理装置４２に供給される点流速データを示している。例えば３０個の点流速データが示す計測値の移動平均値よりも５０％以上計測値が大きくなったり小さくなったりした場合、検知アーム１１２にごみが付着することによる異常値であると考えられる。そこで、図９の（ｄ）に示すように、データ処理装置４２は、移動平均値よりも５０％以上計測値が大きいか小さい点流速データを破線の丸印で示す移動平均値に置換して点流速データを補正することが好ましい。
【００６４】
図１０に示すように、データ処理装置４２は、点流速検出部４２１、変換テーブル保持部４２２、水位圧力算出部４２３、水位算出部４２４、流量算出部４２５、表示制御部４２６を有する。
【００６５】
データ処理装置４２は、次のようにして河川の流量を計測する。変換テーブル保持部４２２は、図１１に示すような点流速データが表す計測値と点流速との関係を示す変換テーブルを保持している。計測値と点流速との関係は予め測定されている。前述のように、流量センサ１の構成の仕方によって、１．０〜１３．０の計測値が得られることがある。図１１に示す変換テーブルは単なる一例である。
【００６６】
点流速検出部４２１は、変換テーブルを参照して、流量センサ１が配置されている位置の点流速を検出する。一例として、上記のように点流速データが“0001110000000”であれば計測値は５．０であるから、点流速検出部４２１は、変換テーブルを参照して、流速データを点流速０．４４（ｍ／ｓ）と検出する。点流速検出部４２１は、点流速データが表す計測値を点流速に変換する変換式用いて点流速を検出してもよい。
【００６７】
図１２に示すように河川２００の複数の箇所に流量センサ１が設置されていれば、データ処理装置４２はそれぞれの箇所の点流速を求めることができる。河川２００に設置する流量センサ１の数を多くすればするほど、多くの箇所の点流速を求めることができるので、流量を高精度に計測することができる。点流速検出部４２１は、複数の流量センサ１それぞれから送信される流速データに基づいて点流速を検出して、流量算出部４２５に供給する。
【００６８】
流量センサ１が水中にあるとき圧力センサ１２が検出する圧力値は、水位圧力Ｈｗと大気圧力Ｈａとの加算圧力Ｈｓとなる。無線機２２が送信する計測データに含まれる圧力センサ１２に基づく圧力データは加算圧力Ｈｓを示す。データ送受信部３４が送信する大気圧センサ３２に基づく大気圧データは大気圧力Ｈａを示す。そこで、水位圧力算出部４２３は、式（１）に基づいて水位圧力Ｈｗを算出する。
【００６９】
Ｈｗ＝Ｈｓ−Ｈａ    …（１）
【００７０】
水位算出部４２４は、水位圧力Ｈｗに基づいて河川２００の水位を算出する。水位を示すデータは流量算出部４２５に供給される。データ処理装置４２は、図１２における流量センサ１が高さ方向及び幅方向のどの位置に設置されているかを認識している。水位によっては一部の流量センサ１が水位より上方に位置することがあるから、流量算出部４２５は水位より下方の流量センサ１による点流速に基づいて河川の流量を算出する。
【００７１】
なお、図１２における全ての流量センサ１が圧力センサ１２を備えなくてもよい。同一の地区において、最も河床に近い位置の流量センサ１のみが圧力センサ１２を備えてもよい。
【００７２】
複数の流量センサ１が河川２００の断面において図１２に示すように設置されているとする。河川２００の流量Ｑ（ｍ３／ｓ）は、式（２）で表される。式（２）において、Ｖｉは各点の点流速（ｍ／ｓ）、Ａｉは各点の支配流水断面積（ｍ２）である。
【００７３】
【数１】
2018036218.tif 000003
【００７４】
各点の支配流水断面積Ａｉは、次のように求められる。図１３のように単純化した図で説明すると、３つの流量センサ１が深さ方向に並んで配置されているとする。３つの流量センサ１を区別するために、水面側から順に流量センサ１ａ，１ｂ，１ｃと称する。隣接する流量センサ１ａ，１ｂの中央位置に境界線Ｌ１が引かれ、隣接する流量センサ１ｂ，１ｃの中央位置に境界線Ｌ２が引かれる。
【００７５】
水面から境界線Ｌ１までは流量センサ１ａの点流速が用いられ、境界線Ｌ１，Ｌ２間は流量センサ１ｂの点流速が用いられ、境界線Ｌ２から河床までは流量センサ１ｃの点流速が用いられる。川幅方向にも同様にして領域が分けられる。河川２００の断面形状は既知であるから、各点の支配流水断面積Ａｉが求められる。なお、流量センサ１が設置されていない位置の流速を補間により求めてもよい。
【００７６】
流量算出部４２５は、式（２）を用いて、図１２に示す河川２００の流量Ｑを算出する。河川２００の流量Ｑは表示制御部４２６に供給される。表示制御部４２６は、図１では図示を省略したディスプレイ４３に流量Ｑに関する情報を表示させる。上記のように、データ処理装置４２は、より上位の監視事務所に流量Ｑを示すデータを送信してもよい。
【００７７】
本実施形態の流量センサ１は、検知アーム１１２の長さが十数ｃｍ程度でよく、小型で安価に実現することができる。本実施形態の流量センサ１は絶対圧圧力センサの圧力センサ１２を備えるので、差圧式の圧力センサと異なり、流量センサ１に空気を供給する必要がないので、水没しても不具合が発生せず、かつ、小型で安価に実現することができる。
【００７８】
本実施形態の河川流量観測装置は、圧力センサ１２の圧力データと地上に設けた大気圧センサ３２の大気圧データとに基づいて河川の水位及び流量を算出する構成である。よって、水位圧力Ｈｗを直接計測するために空気を流量センサ１に供給する必要がなく、簡易な設備で河川の流量を観測することができる。また、空気に含まれる湿気により流量センサ１に不具合が発生することもない。
【００７９】
本発明は以上説明した本実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能である。
【符号の説明】
【００８０】
１  流量センサ
２  計測データ無線送信部
３  中継局
４  河川流量監視事務所
６，６０１〜６１３  リードスイッチ
１１  点流速センサ
１２  圧力センサ（絶対圧圧力センサ）
２２  無線機（第１の無線機）
３１  無線機（第２の無線機）
３２  大気圧センサ
３４  データ送受信部（データ送信部）
４１  データ送受信部（データ受信部）
４２  データ処理装置
１０１  ケース
１１２  検知アーム
１１４  永久磁石
２１３  計測データ生成部
２１４  記憶部
【図１】
2018036218.tif 000004
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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