(57)【要約】【課題】所望の水域において、簡易かつ正確に水流を観測する水流観測方法を提供すること。【解決手段】サーモカメラ５及びＧＰＳセンサ４を搭載したマルチロータヘリ１を用いて所定水域を上方からサーモカメラ５で撮影し、該撮影により得られた水面温度分布画像に基づいて所定水域における水流を観測する水流観測方法である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
サーモカメラを搭載した飛行体を用いて所定水域を上方からサーモカメラで撮影し、該撮影により得られた水面温度分布画像に基づいて前記所定水域における水流を観測することを特徴とする水流観測方法。
【請求項２】
前記飛行体が、位置検知手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載の水流観測方法。
【請求項３】
前記飛行体が、小型飛行体であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の水流観測方法。
【請求項４】
１５０ｍ未満の高度から水面の撮影を行うことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の水流観測方法。
【請求項５】
前記サーモカメラを垂直下方から４８．６°の範囲内に調整して水面の撮影を行うことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の水流観測方法。
【請求項６】
前記サーモカメラを垂直下方に調整して垂直上方から水面の撮影を行うことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の水流観測方法。
【請求項７】
同一水域を複数の異なる撮影角度で撮影することを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の水流観測方法。
【請求項８】
河川の合流点における水流、又は河川水が流れ込む河口における水流の観測を行うことを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の水流観測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、河流等の水流調査などに使用される水流観測方法に係り、詳しくは、サーモカメラ（赤外線サーモグラフィ）を用いた水流観測方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、河流、潮流等の水流調査を目的とした水流観測方法としては、例えば流速計の設置による観測がある。
【０００３】
このような流速計としては、例えば、自由水面を有する流体が流れる水路の上部空間に流れ方向に沿って流体表面のパターンに感応するイメージセンサを設け、異なる時限の流体表面のパターン情報をそれぞれのメモリへ格納し、メモリから読出された両者のパターン情報の相互間の移送を調節してその相関関数が極大になる時のパターン移動量を求め、パターン移動速度からランダム現象を呈する水路内流体の表面流速を測定する流速計が提案されている（特許文献１参照）。
【０００４】
この流速計は、上水、下水、農水、河川などの表面流速測定に利用でき、かつ流体内部の夾雑物の影響を避けて安定した測定ができるものであるが、観測点が限定されるという問題がある。
【０００５】
また、水面の起伏模様を一定の時間間隔で撮影するためのビデオカメラと、ビデオカメラで撮影された画像から低周波成分をカットし、高周波成分を残す処理を行う画像処理手段と、第一の画像に一定の領域を特定してその第一の特定領域の平均画素色値を計算し、第二の画像において前記特定された領域の近傍の複数地域における平均画素色値を計算し、前記第一の画像の特定された領域における平均画素色値と第二の画像における複数の平均画素色値との面積相関値を計算し、第二の画像中前記面積相関値が最大となる領域を第二の特定領域として特定する比較領域特定手段と、第一ないし第ｎの特定領域の位置データに基づき水流の方向及び／又は速度を演算する水流演算手段とを備えた水流測定装置が提案されている（特許文献２参照）。
【０００６】
この水流測定装置は、水の流れや波によって水面に生じる水面の起伏模様を一定の時間間隔でビデオカメラ撮影し、一定の領域の起伏模様の移動量、移動方向を測定して水流の流速及び方向の何れか一方又は双方を測定するものであって、ある時間間隔で撮影された２枚の画像（キャプチャー画像）から計測点を中心とする相関窓の画像を切り出し、その相関窓の画像間の平均画素色値の類似度が最大になるような相関窓の位置関係に基づき流れの速度、方向を測定するものである。しかしながら、通常のビデオカメラを用いて撮影した画像から、起伏模様の移動量、移動方向を測定するという煩雑な処理が必要であり、また、ビデオカメラの設置場所が限られることから、特許文献１同様、観測点が限定されるという問題がある。
【０００７】
一方で、数百メートルから数キロメートルの範囲での潮流の観測方法として、ブイや染料を用いた方法がある。しかし、染料を用いた方法によれば、染料の広がりが汚染との誤解を与える可能性があるため、頻繁に調査を行うことができないという問題がある。
【０００８】
その他、潮流等の水流調査を目的として、気球カメラによる流れの場の測定方法が提案されている（特許文献３参照）。かかる方法は、例えば、それぞれ２本のロープによって２つの気球を繋留して略同一高度かつ同一間隔をおいて浮揚せしめ、それぞれ下方を撮影可能な写真機を各気球に懸吊し、両写真機によって海面を同時的かつ遠隔的に撮影し、共通撮影範囲についてステレオモデル化して図化機を使用して水面形状分布を求める。
【０００９】
この観測方法は、飛行機、ヘリコプター等を使用したステレオ写真撮影はコストがかかること、及び小型カメラによる図化は測定精度及び再現性が低いといった問題を解消すべく提案された方法であるが、気球を用いた大掛かりな方法でありコスト的にも安価なものであるとはいいがたい。また、同時に複数個のフロートを海面上に配置し、所定の時間間隔をおいて撮影を行い、これによって流れの方向及び速度分布を求めるといった作業も同時に行う必要があり、作業も非常に煩雑なものとなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開平４−１２０４６７号公報
【特許文献２】特開２００９−０７４９６８号公報
【特許文献３】特開昭５２−１５１０７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、上記のような問題点に鑑みてなされたものであり、所望の水域において、簡易かつ正確に水流を観測する水流観測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】
【００１２】
本発明者らは、従来より離岸流に関する調査研究を行っており、離岸流の発生パターン等の調査を行ってきた。その調査においては、例えば有線式ＧＰＳ小型フロートを用いた離岸流の計測を行っていたが、流れが速く、離岸流の発生を見極めることが容易な、いわゆる離岸流のネックラインを発見することが困難であり、その調査は容易ではなく、より簡易かつ正確に水流調査をできる方法が望まれていた。
【００１３】
このような状況下、本発明者らは、水流調査を目的として水流の観測方法について鋭意研究した結果、
（１）温度分解能が高いサーモカメラを使って水面温度を測定することにより水流が可視化できること、
（２）水面温度を正確に得るためには、水面からの反射による背景の映り込みや大気からの赤外線放射の影響を防止する必要があり、このためには、所望の水域上方の適度な高度から撮影することが必要であること
を見出し、本発明を完成するに至った。
【００１４】
すなわち、本発明は、サーモカメラを搭載した飛行体を用いて所定水域を上方からサーモカメラで撮影し、該撮影により得られた水面温度分布画像に基づいて前記所定水域における水流を観測する水流観測方法に関する。
【００１５】
本発明の水流観測方法に用いる飛行体は、好ましくは、位置検知手段を備えている。
【００１６】
また、本発明の水流観測方法に用いる飛行体は、好ましくは小型飛行体である。
【００１７】
本発明の水流観測方法においては、好ましくは、１５０ｍ未満の高度から水面の撮影を行う。
【００１８】
また、本発明の水流観測方法においては、好ましくは、サーモカメラを垂直下方から４８．６°の範囲内に調整して水面の撮影を行い、より好ましくは、サーモカメラを垂直下方に調整して垂直上方から水面の撮影を行う。
【００１９】
さらに、本発明の水流観測方法においては、好ましくは、同一水域を複数の異なる撮影角度で撮影を行う。
【００２０】
また、本発明の水流観測方法は、好ましくは、河川の合流点における水流、又は河川水が流れ込む河口における水流の観測を行うものである。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の水流観測方法によれば、簡易かつ正確に水流を可視化することができ、所望の水域における水流を把握することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の水流観測方法に用いる一実施形態に係る小型飛行体の構成を示す図である。
【図２】本発明の水流観測方法に用いる一実施形態に係る小型飛行体の構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の水流観測方法において、低高度での撮影が必要な理由を説明するための図である。
【図４】本発明の水流観測方法において、上方からの撮影が必要な理由を説明するための図である。
【図５】本発明の水流観測方法において、異なる角度で撮影する態様を説明するための図である。
【図６】プール及び防火水槽の水深と温度の関係を示す図である。
【図７】（ａ）はプールを真上からサーモカメラで撮影して水流を可視化した一例を示すサーモカメラによる画像であり、（ｂ）は同様に可視カメラで撮影した可視カメラによる画像である。
【図８】（ａ）はプールを真上からサーモカメラで撮影して水流を可視化した一例を示すサーモカメラによる画像であり、（ｂ）は同様に可視カメラで撮影した可視カメラによる画像である。
【図９】（ａ）はプールを真上からサーモカメラで撮影して水流を可視化した一例を示すサーモカメラによる画像であり、（ｂ）は同様に可視カメラで撮影した可視カメラによる画像である。
【図１０】プールサイドからプールをサーモカメラで撮影して、背景からの赤外線放射が水面で反射して観測が困難になる例を示す図であり、（ａ）はサーモカメラによる画像であり、（ｂ）は可視カメラによる画像である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本発明の水流観測方法としては、サーモカメラを搭載した飛行体を用いて所定水域を上方からサーモカメラで撮影し、この撮影により得られた水面温度分布画像に基づいて前記所定水域における水流を観測する方法であれば特に制限されるものではなく、本発明の水流観測方法を用いることにより、簡易かつ正確に水流を可視化することができ、所望の水域における水流を把握することができる。
【００２４】
具体的には、水温の異なる河川の合流点、河川水が流れ込む河口、潮目、浅瀬付近、離岸流発生地点等において、簡易かつ正確にその水流を可視化して観測することができる。本発明の水流観測方法は、従来のブイや染料を用いた方法と異なり、肉眼等によっては実際に水流が生じているかどうかわからないような地点においても容易に適用することができ、これにより各所における水流の有無を容易に把握することができる。
【００２５】
例えば、本発明の水流観測方法を用いた離岸流の発見等により、海水浴場における水難事故予防のための安全対策を行うことができる。また、海水の流れ等が容易に可視化できることから、魚の動向予測も可能となる。さらに、水流の可視化により、例えば、水の流れの重なりがある部分は砂等が堆積しているなど、地形形状の予測にも応用することができる。
【００２６】
本発明の水流観測方法は、サーモカメラを搭載した飛行体を用いて所定水域を上方から撮影するものである。サーモカメラとは、物体から放出されている赤外線のエネルギー量を測定して物体の温度分布を画像化する赤外線サーモグラフィであって、検出した赤外線の強さに応じた色調で画像表示するものである。ここで、物体から放出される赤外線放射エネルギーは、物体の温度と相関関係があることから、物体の表面から放出される赤外線放射エネルギーを測定することで、物体の表面温度を視覚的に認識することができる。
【００２７】
かかるサーモカメラは、撮影高度、測定対象物の動き等を考慮して、水流を検知・観測できる程度の温度分解能及び画像解像度を有するものを用いることができ、市販のサーモカメラを使用することができる。例えば、温度分解能０．２℃、解像度１６０×１２０ピクセル程度のものを用いることができる。このサーモカメラは、一般的には静止画を撮影し記録するものであり、連続写真を撮影し記録できるものであることが好ましい。また、サーモカメラは、動画を撮影し記録するものであってもよく、したがって、本発明に係る水面温度分布画像とは、対象となる水流の表面部分の温度分布を示す画像であり、静止画及び動画の両者を含む概念である。
【００２８】
本発明の水流観測方法に用いる飛行体としては、位置検知手段を備えた飛行体であることが好ましい。位置検知手段は、飛行体の現在位置を検知するための手段であって、例えば、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ）衛星からの信号（ＧＰＳ信号）を受信するＧＰＳセンサを挙げることができる。
【００２９】
ＧＰＳセンサは、ＧＰＳ受信機としての機能と、ＧＰＳアンテナとしての機能とを有し、複数のＧＰＳ衛星との通信を行う。ＧＰＳセンサが受信したＧＰＳ信号はマイクロコンピュータに入力され、マイクロコンピュータは、ＧＰＳ信号に基づき、飛行体の現在位置を検知する。
【００３０】
この位置検知手段における位置情報（経度、緯度、高度）及びサーモカメラの撮影角度・視野角から、撮影水域（特定の地点を中心とする所定水域）を特定することができる。サーモカメラによる撮影位置の特定を容易とするため、位置検知手段の位置情報が画像内部に同時にインポーズされる構成であることが好ましい。
【００３１】
また、場所の特定された狭い範囲の水域等の調査を行う場合には、位置検知手段は必ずしも必要なく、例えばサーモカメラと共に可視カメラを飛行体に搭載して、可視画像より撮影水域を特定することもできる。
【００３２】
本発明に係る飛行体としては、所望の水域の上方（高度）に到達して撮影を可能とする飛行体であれば特に制限されるものではなく、小型飛行体であることが好ましく、例えば、マルチロータヘリ、ラジコンヘリコプター等を挙げることができる。
【００３３】
小型飛行体とは、いわゆる無人飛行体（ＵＡＶ：Ｕｎｍａｎｎｅｄ  Ａｅｒｉａｌ  Ｖｅｈｉｃｌｅ）であり、小型飛行体の「小型」とは、人が搭乗できない程度の大きさを意味する。小型飛行体としては、例えばローター（回転翼）の回転等の飛行体の動作により観測水域の水面に影響を与えない程度の小型のものが好ましい。
【００３４】
この飛行体としては、具体的に、位置検知手段の情報に基づき遠隔操作（コントローラ）により飛行体を操作して飛行経路を決定するものを例示することができる。すなわち、小型飛行機は、遠隔操作により動作する構成となっており、位置検知手段からの情報をもとに小型飛行体の現在位置を確認しつつ、所望の位置に飛行体を移動させることができる。また、サーモカメラによる水面温度分布画像を手元のモニタで確認しつつ、小型飛行体の進路を決定することもできる。さらに、小型飛行体は、位置検知手段の情報を利用して予め設定した飛行経路を自動運転するものであってもよい。
【００３５】
ここで、本発明の水流観測方法に用いる一実施形態に係る小型飛行体について、図面を参照しつつより詳細に説明する。
【００３６】
図１に示すように、本発明の一実施形態に係る飛行体であるマルチロータヘリ１は、機体本体２と、４つのロータ３と、ＧＰＳセンサ４と、サーモカメラ５と、サーモカメラ５を保持するジンバル６とを備えた小型飛行体である。このマルチロータヘリ１は、例えば、縦横高さがそれぞれ７０ｃｍ程度の大きさであり、ロータ３の回転等によって水面に影響を与えない程度の大きさとなっている。
【００３７】
４つのロータ３は、機体本体２の周囲に等間隔をあけて設けられている。このロータ３は、回転することで揚力を生じさせる。ロータ３は、揚力を得るための２〜４枚程度の複数枚のブレードと、これらのブレードを支持するハブとを有し、このブレードは、ロータ３の回転軸線を中心としてその周囲に等間隔で設けられる。
【００３８】
図２に示すように、各ロータ３は、それぞれモータ７によって回転する。モータ７は、ロータ３を回転させる駆動源として機能する。モータ７は、駆動軸を有し、この駆動軸をロータ３のハブに連結させることで、ロータ３に回転駆動力を伝達する。モータ７は、図示せぬバッテリから電力の供給を受けて駆動する。バッテリは、機体本体２の所定の位置に保持される。
【００３９】
モータ７は、マイクロコンピュータ８により、モータアンプ９を介して制御される。モータアンプ９は、マイクロコンピュータ８からの信号を受けると共に、バッテリの電圧を感知し、モータ７に供給される電圧を調節する。このため、バッテリは、モータアンプ９に接続され、モータアンプ９を介してモータ７に電力を供給する。
【００４０】
なお、マイクロコンピュータ８は、マルチロータヘリ１の各部を制御するコントローラとして機能し、ＣＰＵ、フラッシュメモリ、ＲＯＭ等を有している。マイクロコンピュータ８としては、ワンチップのＬＳＩ等からなる構成等であってもよい。
【００４１】
以上のように、機体本体２と、この機体本体２に保持されるロータ３及びモータ７とを備えるマルチロータヘリ１は、モータ７により駆動するロータ３の回転によって生じる揚力により上昇して飛行する。
【００４２】
ＧＰＳセンサ４は、ＧＰＳ衛星からの信号（ＧＰＳ信号）を受信する。ＧＰＳセンサ４は、機体本体２の上部の所定の位置に固定された状態で保持されている。ＧＰＳセンサ４は、ＧＰＳ受信機としての機能と、ＧＰＳアンテナとしての機能とを有し、複数のＧＰＳ衛星との通信を行う。ＧＰＳセンサ４により受信されたＧＰＳ衛星からのＧＰＳ信号は、マイクロコンピュータ８に入力され、マルチロータヘリ１の現在位置として検知される。
【００４３】
マイクロコンピュータ８は、ＧＰＳセンサ４が受信したＧＰＳ信号に基づき、マルチロータヘリ１の機体本体２が現在存在する位置（マルチロータヘリ１の現在位置）の経度、緯度、高度からなる空間座標と時刻とを検知する。このため、マイクロコンピュータ８は、ＧＰＳセンサ４が受信したＧＰＳ信号に基づいて、空間座標と時刻とを検知する機能部を有する。ＧＰＳセンサ４により取得されるマルチロータヘリ１の現在位置の空間座標と時刻は、マイクロコンピュータ８により所定のプログラムに従って行われるマルチロータヘリ１の自律的な航行の制御に用いられる。例えば、マイクロコンピュータ８は、ＧＰＳセンサ４及びジャイロセンサ１０のそれぞれから随時送られてくる信号に基づき、所定のプログラムに従って行われる航行の経路を目標として、ロータ３に対する制御量を更新するフィードバック制御を行う。これにより、マイクロコンピュータ８は、マルチロータヘリ１の水平方向の位置（緯度、経度）、垂直方向の位置（高度）、移動方向（進行方向）、移動速度等の制御を行う。
【００４４】
サーモカメラ５は、機体本体２の中心の下方に設けられており、ジンバル６により安定的に保持されている。ジンバル６は、サーモカメラ５を固定して保持する固定部と、サーモカメラ５の撮影角度θ（重力方向に対する角度：図４参照）を維持できるよう回動する角度調整機構を有する。ジャイロセンサ１０の制御により、サーモカメラ５を予め設定された所定撮影角度θに維持する。ジャイロセンサ１０は、重力（重力加速度の方向）に対して機体がどちらを向いているかを検知するセンサである。撮影角度θは、マイクロコンピュータ８が有する記憶部等に予め設定され記憶される。
【００４５】
ジンバル６の動作、すなわち機体本体２に対するジンバル６の傾動動作は、ジャイロセンサ１０の情報に基づいてマイクロコンピュータ８により制御される。具体的には、ジンバル６の動作は、マイクロコンピュータ８からの信号を受けるサーボモータ１１によって制御される。
【００４６】
本実施形態では、図１に示すように、ジンバル６は、回転軸を互いに直交させるように配置された２つのサーボモータ１１（１１ａ，１１ｂ）によって制御される、いわゆる２軸制御の構成を有する。すなわち、本実施形態のマルチロータヘリ１は、サーボモータ１１として、所定の第１の方向（図１において紙面に対して垂直な方向）を回転軸方向とする第１のサーボモータ１１ａと、投影された第１の方向に直交する第２の方向（図１において左右方向）を回転軸方向とする第２のサーボモータ１１ｂとを有し、これらのサーボモータ１１ａ，１１ｂにより、ジンバル６の動作が制御される。詳細には、ジンバル６は、マルチロータヘリ１の機体に対して第１のサーボモータ１１ａにより回動される回動軸を介して支持される第１の支持フレーム部６ａと、この第１の支持フレーム部６ａに対して第２のサーボモータ１１ｂにより回動される回動軸を介して支持されるとともにサーモカメラ５を支持する第２の支持フレーム部６ｂとを有する。そして、マルチロータヘリ１の機体の傾きとして、第１の方向の軸回りの傾き、及び第２の方向の軸回りの傾きのそれぞれについて、ジャイロセンサ１０によって検出された傾きに基づいて、サーモカメラ５が常に所定の向き（例えば下向き）となるように、２つのサーボモータ１１ａ，１１ｂによって、第１の支持フレーム部６ａ及び第２の支持フレーム部６ｂの傾き等のジンバル６の動作が制御される。このようなジンバル６の動作制御によって、サーモカメラ５の向きが一定の向きに保持されるように制御される。
【００４７】
なお、このジンバル６を用いたサーモカメラ５の所定撮影角度θの設定は、上記のように予め設定する構成とすることもできるが、遠隔操作により飛行中に変更できる構成とすることもできる。すなわち、マイクロコンピュータ８は、後述するＲＣ受信機１２により受信された無線信号に基づいてジンバル６の動作を制御する構成とすることもできる。
【００４８】
また、マルチロータヘリ１は、無線操縦（遠隔操作）を行うための構成を備える。すなわち、マルチロータヘリ１は、モータ７を遠隔操作するための無線信号を受信する受信機としてのＲＣ受信機１２を備える（図２参照）。ＲＣ受信機１２は、機体本体２の表側の面における所定の位置に固定された状態で保持される。
【００４９】
ＲＣ受信機１２は、マルチロータヘリ１を操縦する操縦者によって操作される無線操縦機からの無線信号を受信する。ＲＣ受信機１２が無線操縦機から受信する無線信号には、ロータ３を駆動するモータ７の動作を制御するための制御信号が含まれる。ＲＣ受信機１２により受信された無線操縦機からの無線信号は、マイクロコンピュータ８に入力され、モータ７の動作の制御に用いられる。
【００５０】
具体的には、マイクロコンピュータ８は、ＲＣ受信機１２により受信された無線信号に基づいてモータ７の動作を制御する際、無線操縦機の操作により指示された制御量に対応して、モータアンプ９を介してモータ７の制御量を決め、モータ７の回転数（回転速度）等を制御する。また、サーモカメラ５の所定撮影角度θを遠隔操作により飛行中に変更する構成の場合は、ＲＣ受信機１２が無線操縦機から受信する無線信号に、撮影角度θを変更するための信号が含まれる。
【００５１】
以上のような構成のサーモカメラ５を搭載したマルチロータヘリ１を用いることにより、所望の水域を所定の高度及び撮影角度θで、より安定して撮影を行うことができ、本実施形態に係る水流観測方法をより確実に実施することができる。
【００５２】
本実施形態の水流観測方法は、上記のような飛行体を用いて比較的低空の高度から撮影するものであり、例えば、水面から１０００ｍ以下程度であればよいが、水面から１５０ｍ未満の高度から水面を撮影することが好ましく、１００ｍ未満の高度から撮影することがより好ましく、その下限は３ｍ程度である。低空からの撮影により、大気から発生する赤外線の影響を抑制して、水面の温度をより正確に測定することができる。小型飛行体を用いる本実施形態の水流観測方法においては、航空機の最低安全高度（１５０ｍ）を下回る高度から撮影を行うことができる。この撮影高度の把握は、飛行体に搭載したＧＰＳによっても可能であるが、別途高度計を用いて高度を把握してもよい。
【００５３】
また、本実施形態の水流観測方法においては、検知・観測したい水の動きの程度及びサーモカメラ５の性能（解像度）に応じて撮影高度を決定することができ、例えば細かい水の動きを検知・観測したい場合やサーモカメラ５の性能が低い場合には、低空から撮影することによって、所望の水流観測を行うことができる。
【００５４】
なお、撮影高度が低いことにより、撮影エリアが狭くなるおそれがある。しかしながら、飛行体、特に小型飛行体を用いることにより、容易に移動して撮影することができ、複数の撮影画像を合わせて１つの広範囲の画像とすることができる。例えば、水の流れに合わせて飛行体を移動させて撮影することができる。
【００５５】
また、水流観測を行う方法としては、例えば、図３に示すように、リモートセンシングによる衛星１３からの撮影を行う方法が考えられる。しかし、衛星１３によるリモートセンシングでは、衛星１３の位置が高高度となるため、計測の対象である水面からの赤外線放射が、大気の赤外線放射に埋もれたり水の深部からの放射の影響を受けたりしてしまい、また撮影場所が遠すぎて画像が粗くなるため、対象とする水面からの赤外線放射を観測することが困難となる。特に、例えば１〜１０００ｍ四方程度の狭い範囲の水域の正確な水流観測は困難である。したがって、本実施形態の水流観測方法においては、比較的低空から撮影することが好ましく、水面から数百ｍまでの範囲で任意の高度で計測が容易なマルチロータヘリ１が、サーモカメラ５による水流観測に適している。
【００５６】
また、衛星１３によるリモートセンシングの場合は、水流を観測するために水面状態の変化が把握できる程度に短い時間で画像を連続的に撮影することが難しく、水流を正確に観測することが困難である。この点、本実施形態の水流観測方法によれば、マルチロータヘリ１を所定の位置に移動させ、比較的短い時間間隔で連続的に水面を撮影することができるので、所定の位置における水面の温度状態の変化がわかり、水流の動きを正確に観測することが可能となる。
【００５７】
さらに、本実施形態の水流観測方法は、飛行体を用いて所定水域において上方から水面の撮影を行うものであるが、背景が水面に映りこまないような角度で水面の撮影を行うことが好ましい。
【００５８】
すなわち、図４に示すように、例えば、河川２０の水面の撮影を行う場合、河川２０の沿岸付近の地上に設置された固定サーモカメラ１４から河川２０の水面を撮影することが考えられる。しかし、河川２０の沿岸付近の地上に設置された固定サーモカメラ１４によると、水面に対する撮影角度が浅くなるため、河川２０の向こう側（対岸側）の建造物等による赤外線放射が河川２０の表面で反射し、その建造物等が画像に映り込んでしまうという現象が生じる。かかる現象は、正確な水面の温度測定を困難なものとする可能性がある。この点、本実施形態の水流観測方法のように、マルチロータヘリ１によってサーモカメラ５を撮影したい位置まで移動させ、上方から水面を撮影するにより、上述のような映り込みの減少を防止することができ、水面の温度分布を正確に測定することが可能となる。
【００５９】
サーモカメラ５の撮影角度θとしては、具体的には、サーモカメラ５を垂直下方から４８．６°の範囲内（θ＝０〜４８．６°）に調整して水面の撮影を行うことが好ましく、垂直下方から３０°の範囲内（θ＝０〜３０°）に調整することがより好ましく、垂直下方から１５°の範囲内（θ＝０〜１５°）に調整することがさらに好ましく、垂直下方（θ＝０°）に調整して垂直上方から水面の撮影を行うことが特に好ましい。
【００６０】
また、本実施形態の水流観測方法においては、水面の温度差がはっきりしない場合等、必要に応じて、同一の水域あるいは同一の地点を複数の撮影角度で撮影することができる。
【００６１】
図５に示すように、サーモカメラ５を鉛直方向に対して斜め下方向に向けたマルチロータヘリ１Ａによる斜め方向からの撮影では、光の減衰によって、水の深部からの赤外線放射（矢印Ａ１参照）よりも表面部分の赤外線放射（矢印Ａ２参照）の割合が高くなる。したがって、斜め方向からの撮影の場合の方が、水面の温度分布がより明確となる場合がある。このため、複数の撮影角度の情報を合わせて解析することにより、水の深さ方向の情報を得ることができ、水面部分の温度をより正確に把握することが可能となって、より正確な水流の把握が可能となる。なお、この斜め方向からの撮影による測定を行う場合、上述したような建造物等の映り込みを防止すべく、上記撮影角度θの範囲において行うことが好ましい。
【００６２】
このように同一の水域を複数の撮影角度で撮影する方法としては、例えば、水面における特定の地点を撮影中心と設定し、１回撮影した後に、飛行体を移動させて、その撮影中心を設定したまま（サーモカメラ５が撮影中心を常に向くように設定したまま）、再度撮影することにより、同一箇所についての異なる角度での撮影が可能となる。このような撮影方法においては、例えば、撮影中心の位置とＧＰＳセンサ４により検知されるマルチロータヘリ１の空間座標との関係から、マルチロータヘリ１の移動にともなうサーモカメラ５の撮影角度の変化が算出され、その算出結果に基づいて、サーモカメラ５の撮影角度が調整される。
【００６３】
また、本実施形態の水流観測方法は、サーモカメラ５による撮影により得られた水面温度分布画像から所定水域における水流を検知するものである。ここで、本発明に係る水面温度分布画像とは、必ずしも厳密な水面（水の表面）の温度分布を表す画像を意味するものではなく、サーモカメラによる上方からの撮影より得られる水面部分（表面層）の温度分布を表す画像を意味する。
【００６４】
具体的には、潮流等の水流調査などにおいては、晴天時の日射量が多いときには水面部（表面部）の温度が水深部の温度に比較して高くなることから、水面部と水深部の水の混合が生じる水流発生部分は水面温度が相対的に低くなることを利用して、水面温度分布画像における水面温度が相対的に低い部分に水流が生じていると判断する。
【００６５】
例えば、離岸流の発見は、ネック（ネックライン）と呼ばれる流れの速い部分を見つけることが重要なポイントとなるが、この離岸流におけるネックを発見するのが一般的には困難である。このネック部分の発見の困難性が離岸流の発見・解明を困難としているが、本実施形態の水流観測方法によれば、水面温度分布画像から水の流れを視覚的に正確に捉えることができるので、離岸流のネックはもちろんのこと、離岸流の全体像を解明することができる。
【００６６】
離岸流を発見できることで、次のようなメリットが得られる。離岸流は、海岸の侵食に大きく関与する。例えば、離岸流によって砂が流されることで崖が形成さる。このため、離岸流の実態がつかめることにより、河川から供給される砂の移動の状況を把握することが可能となる。このような情報は、例えば防波堤の設置や海岸形状の維持等のために使用される。また、離岸流は、局所的に水深が深い部分を形成する原因ともなる。このため、離岸流の流れを認識することができれば、例えば海水浴場において客の安全を守ることができる。また、離岸流が生じる場所は、漁場になりやすい。したがって、漁場の形成に際し、離岸流に対してテトラポット等の人工物をどのように配置するか等を適切に決めることが可能となる。
【００６７】
また、本実施形態の水流観測方法によれば、河川水が流れ込む河口における水流調査においては、河川から海に流れ込む淡水は海水より温度が低く軽いことから、水面温度が相対的に低い部分は淡水の流れであると判断することができる。さらに、河川の合流点における水流調査においては、それぞれ河川の水温が異なることから、水流の観測が可能となる。
【実施例１】
【００６８】
以下、実施例に基づき、本発明を説明する。
【００６９】
まず、本実施例では、水換え直後の透明度の高いプール及び透明度の低い防火水槽のそれぞれについて水深と水温を測定した。その関係を図６に示す。図６に示すグラフにおいて、横軸は水温（℃）であり、縦軸は水深（ｃｍ）である。図６に示す計測結果は、晴天の同一日同時間帯での計測結果である。
【００７０】
図６に示すように、この計測結果は晴天の同一日同時間帯での計測結果であるが、水面部分（水深１０ｃｍ）の部分について、プールでは０．５℃の温度上昇、防火水槽では４℃の温度上昇がみられた。観測対象となる河川や海は、プールと防火水槽の中間程度の透明度であり、水深１５ｃｍ程度で数度の温度変化を見込むことができる。市販のサーモカメラの温度分解能は０．１℃程度であるので、十分に観測可能であると考えられる。
【００７１】
また、本実施例では、実際に、水換え前のプールの水面に水流を作って、小型飛行体に搭載したサーモカメラ及び可視カメラで垂直下方の水面を観測した。その結果を図７〜図９に示す。図７〜図９において、（ａ）はプールを真上からサーモカメラで撮影したサーモカメラによる画像であり、（ｂ）はプールを同様にして可視カメラで撮影した可視カメラによる画像である。
【００７２】
図７〜図９の撮影画像から、各図（ｂ）に示すように、可視カメラでは観測不能な水流が、同各図（ａ）に示すように、サーモカメラによる水面温度分布画像では鮮明に捉えられていることがわかる。すなわち、図７〜図９の各図（ｂ）に示す可視カメラによる画像においては、水面温度にかかわらず水の色が単調に表れているだけであり、水流は観測不能であるが、同各図（ａ）に示すサーモカメラによる画像によれば、水面の温度分布が色の変化として表れていることから、水面の温度変化をともなう水流を視覚的に観測することが可能となる。
【００７３】
また、比較例として、地上に設置したサーモカメラ及び可視カメラにて水替え直後のプールの水面を撮影した。この比較例は、図４を用いて説明したように、水面の反射により建造物等が画像に映り込む場合の例である。この比較例の結果を図１０に示す。図１０において、（ａ）はプールを浅い角度からサーモカメラで撮影したサーモカメラによる画像であり、（ｂ）はプールを同様にして可視カメラで撮影した可視カメラによる画像である。
【００７４】
図１０の撮影画像から、同図（ｂ）に示すように、可視カメラ画像においては水面に背景の建造物等が反射して表れており、この可視カメラ画像における建造物等の反射部分が、同図（ａ）に示すサーモカメラによる画像においても水面の温度分布として影響を受けて表れている。つまり、図１０（ａ）のサーモカメラによる画像において、水面部分の中央より上部分は背景の映り込みにより、水面の温度情報は得られていない。このことから、本実施形態に係る水流観測方法のように、水面に対して上方、好ましくは垂直上方からの観測が必要であることがわかる。
【００７５】
以上のように、本発明は、河流や潮流等の調査を目的として、サーモカメラによる鳥瞰画像を利用した水流の観測方法を考案したものである。晴天時で日射量が多い場合には水面温度が水深部に比較して高くなるため、水面部と水深部との水温の差に起因して水流が水面温度の分布として表れることから、サーモカメラを使うことで、水流を可視化することができる。そして、本発明に係る方法は、水面からの反射による背景の映り込みを防ぐために、ＧＰＳを搭載したマルチロータヘリなどの飛行体による上方から水面の撮影・観測を好適に採用する。
【産業上の利用可能性】
【００７６】
本発明に係る水流観測方法によれば、水温の異なる河川の合流点、河口における河川水の海への流れ込み、潮目、浅瀬付近、離岸流発生地点等、所望の水域における水流を正確に観測することができる。
【符号の説明】
【００７７】
１    マルチロータヘリ（小型飛行体）
２    機体本体
３    ロータ
４    ＧＰＳセンサ
５    サーモカメラ
６    ジンバル
７    モータ
８    マイクロコンピュータ
９    モータアンプ
１０  ジャイロセンサ
１１  サーボモータ
１２  ＲＣ受信機
１３  衛星
１４  固定サーモカメラ
【図１】
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【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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