(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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を出力する光学式水位センサと、
前記出力電圧に基づいて、前記水面の波の状態が、正反射条件、正反射及び拡散光が混在する混在条件、及び拡散光条件のいずれかであるかを判定し、前記出力電圧を、判定結果の条件に応じた変換式で変換して水底から前記水面までの水位の計測値を演算するプロセッサと、
を備えたことを特徴とする、水位計測装置。
【請求項２】
前記プロセッサは、前記出力電圧をフーリエ変換して得られる成分の低周波成分の割合を表すＳ値が第１の閾値未満であると前記正反射条件であると判定し、前記Ｓ値が前記第１の閾値より大きな第２の閾値より大きいと前記混在条件であると判定し、前記第２の閾値より大きな第３の閾値より未満であると前記拡散光条件であると判定することを特徴とする、請求項１記載の水位計測装置。
【請求項３】
前記プロセッサは、
前記Ｓ値が前記第２の閾値以上、且つ、前記第３の閾値未満であり、前記出力電圧の最大値をＶｍａｘ、最小値をＶｍｉｎで表し、Ｍ＝（Ｖｍａｘ−Ｖｍｉｎ）／Ｖｍａｘで表されるＭ値が第４の閾値より大きいと前記混在条件であると判定し、
前記Ｓ値が前記第２の閾値以上、且つ、前記第３の閾値未満であり、前記Ｍ値が前記第４の閾値以下であると前記拡散光条件であると判定することを特徴とする、請求項２記載の水位計測装置。
【請求項４】
前記プロセッサは、前記出力電圧の最大値をＶｍａｘ、最小値をＶｍｉｎで表し、Ｍ＝（Ｖｍａｘ−Ｖｍｉｎ）／Ｖｍａｘで表されるＭ値が第１の閾値未満であると前記正反射条件であると判定し、前記Ｍ値が前記第１の閾値より大きな第２の閾値以上であると前記混在条件であると判定し、前記第２の閾値未満であると前記拡散光条件であると判定することを特徴とする、請求項１記載の水位計測装置。
【請求項５】
光学式水位センサが、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を出力し、
プロセッサが、前記出力電圧に基づいて、前記水面の波の状態が、正反射条件、正反射及び拡散光が混在する混在条件、及び拡散光条件のいずれかであるかを判定し、前記出力電圧を、判定結果の条件に応じた変換式で変換して水底から前記水面までの水位の計測値を演算する、
ことを特徴とする、水位計測方法。
【請求項６】
コンピュータに、水底から水面までの水位を計測させるプログラムであって、
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を光学式水位センサから取得し、
前記出力電圧に基づいて、前記水面の波の状態が、正反射条件、正反射及び拡散光が混在する混在条件、及び拡散光条件のいずれかであるかを判定し、前記出力電圧を、判定結果の条件に応じた変換式で変換して水底から前記水面までの水位の計測値を演算する、
処理を前記コンピュータに実行させることを特徴とする、プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水位計測装置、方法及びプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
所謂ゲリラ豪雨が発生すると、想定を超える量の雨水が下水管へ流入し、氾濫を引き起こす可能性がある。このため、例えばマンホール内の水位を水位センサで計測し、各水位センサが計測した水位を例えばサーバで集約して解析することで、氾濫が発生し得る状況を推定できる。
【０００３】
水位を計測する水位計測方法には、接触型の水位計測方法と、非接触型の水位計測方法とがある。接触型の水位計測方法は、例えばケーブルに接続した圧力式水位センサを下水管内に配置するので、浮遊物などによりケーブルまたは圧力式水位センサが破損する可能性がある。また、圧力式水位センサは、接触型のセンサであるため、異物が付着して検知精度を低下させる可能性がある。このため、定期的に圧力式水位センサのメンテナンスを行うことが望ましい。また、安価に、比較的小型で低消費電力の圧力式水位センサを作製することは難しい。
【０００４】
一方、非接触型の水位計測方法は、例えば光学式水位センサを用いる。光学式水位センサは、非接触型のセンサであるため、定期的にメンテナンスを行わなくても、検知精度は低下しにくい。また、比較的小型で低消費電力の光学式水位センサは、安価に作製することができる。このため、非接触型の水位計測方法は、マンホール内で下水管の水位を計測するのに適している。
【０００５】
しかし、下水管内の水位を決める水面の状態は、水流に応じて異なる。つまり、水面の波の状態が、水流などに応じて異なる。また、水面の波の状態は、下水管内を流れる浮遊物などによっても異なる。このように、光学式水位センサの検知出力は、水面の波の状態に影響されるので、検知出力から水面までの距離を高精度に計測することは難しい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開昭５８−１６０８２２号公報
【特許文献２】特開２００５−２４９４５３号公報
【特許文献３】特開２００６−２５８５７９号公報
【特許文献４】特開２０１１−４２９４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来の水位計測方法では、光学式水位センサの検知出力から水面までの距離を高精度に計測することは難しい。
【０００８】
そこで、１つの側面では、光学式水位センサの検知出力から水面までの距離を高精度に計測可能な水位計測装置、方法及びプログラム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】
【０００９】
１つの案によれば、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を出力する光学式水位センサと、前記出力電圧に基づいて、前記水面の波の状態が、正反射条件、正反射及び拡散光が混在する混在条件、及び拡散光条件のいずれかであるかを判定し、前記出力電圧を、判定結果の条件に応じた変換式で変換して水底から前記水面までの水位の計測値を演算するプロセッサと、を備えた水位計測装置が提供される。
【発明の効果】
【００１０】
一態様によれば、光学式水位センサの検知出力から水面までの距離を高精度に計測することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】一実施例における水位計測装置の一例を示すブロック図である。
【図２】光スポット径が比較的小さい場合に水面を撮影した赤外線カメラの映像の一例を説明する図である。
【図３】光スポット径が比較的大きい場合に水面を撮影した赤外線カメラの映像の一例を説明する図である。
【図４】光学式水位センサの動作を説明する模式図である。
【図５】ＰＳＤの出力電圧と水面状態との関係を説明する図である。
【図６】第１実施例における水位計測処理の一例を説明するフローチャートである。
【図７】Ｓ値を説明する図である。
【図８】水底における拡散光に加えてフレネル反射光が結像して、図４に示す仮想計測面の影響を受ける場合を模式的に示す図である。
【図９】水面を撮影した赤外線カメラの映像の一例を説明する図である。
【図１０】第１の変換式を用いずに、ＰＳＤの出力電圧から、水面までの距離を算出した場合を、計算サンプル数Ｎ＝２００について示す図である。
【図１１】第１の変換式を用いて、ＰＳＤの出力電圧から、水面までの距離を算出した場合を、計算サンプル数Ｎ＝２００について示す図である。
【図１２】光スポット径が比較的大きなＬＥＤを用いて、ＰＳＤの出力電圧から三角測量により、水面までの距離を計測する場合を模式的に示す図である。
【図１３】水面に反射物を浮かべて光スポットを含む水面を撮影した赤外線カメラの映像の一例を説明する図である。
【図１４】波有り条件で水面を撮影した赤外線カメラの映像の一例を説明する図である。
【図１５】第２の変換式または第３の変換式を用いて、ＰＳＤの出力電圧から、水面までの距離を算出した場合を、計算サンプル数Ｎ＝２００について示す図である。
【図１６】ＰＳＤの出力電圧の一例を示す図である。
【図１７】第２実施例における水位計測処理の一例を説明するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
開示の水位計測装置、方法及びプログラムでは、光学式水位センサが、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を出力する。プロセッサは、当該出力電圧に基づいて、水面の波の状態が、正反射条件、正反射及び拡散光が混在する混在条件、及び拡散光条件のいずれかであるかを判定し、当該出力電圧を、判定結果の条件に応じた変換式で変換して水底から水面までの水位の計測値を演算する。
【００１３】
以下に、開示の水位計測装置、方法及びプログラムの各実施例を図面と共に説明する。
【実施例】
【００１４】
図１は、一実施例における水位計測装置の一例を示すブロック図である。図１に示す水位計測装置１は、水位計測部２と、ゲートウェイ（ＧＷ：Gate-Way）３と、ネットワーク４と、サーバ５とを有する。
【００１５】
水位計測部２は、例えばマンホール６１内に設けられており、下水管６２内の水位を計測する。水位計測部２は、非接触型の水位センサの一例である光学式水位センサ２１と、プロセッサの一例であるＣＰＵ（Central Processing Unit）２２と、無線通信機２３と、メモリ２４とを有する。
【００１６】
この例では、光学式水位センサ２１は、光源の一例であるＬＥＤ（Light Emitting Diode）２１１と、収束レンズ２１２と、受光レンズ２１３と、光位置検出器（または、光位置センサ）の一例であるＰＳＤ（Position Sensitive Detector）２１４とを有する。この例では、ＬＥＤ２１１は、赤外光を、収束レンズ２１２を介して下水管６２内の水面６３に照射する。水面６３などから反射された光は、受光レンズ２１３を介してＰＳＤ２１４により検出される。
【００１７】
ＣＰＵ２２は、ＰＳＤ２１４により検出された、光スポットの位置を表す出力電圧に、演算処理を施して、下水管６２内の水面６３までの距離を演算することで、下水管６２内の水位の計測値を演算する。
【００１８】
無線通信機２３は、ＣＰＵ２２が求めた水位を表す水位データを、ＧＷ３へ無線送信する。
【００１９】
メモリ２４は、ＣＰＵ２２が実行するプログラム、ＣＰＵ２２が実行する演算処理で用いる定数を含む各種データなどを格納する。メモリ２４は、コンピュータ読取可能な記憶媒体により形成可能である。
【００２０】
ＧＷ３は、無線受信した水位データを、ネットワーク４を介してサーバ５へ送信する。ＧＷ３は、複数設けられても良い。各ＧＷ３は、一または複数の水位計測部２からの水位データを受信しても良い。ネットワーク４は、無線ネットワーク、有線ネットワーク、または無線ネットワークと有線ネットワークの組み合わせであっても良く、例えばインターネットを含んでも良い。
【００２１】
各マンホール６１内の水位を光学式水位センサ２１で計測し、各光学式水位センサ２１が計測した水位データをＧＷ３を介してサーバ５で集約して解析することで、氾濫が発生し得る状況を推定できる。サーバ５は、汎用のコンピュータにより形成可能である。サーバ５は、ＣＰＵなどのプロセッサと、メモリと、キーボードなどの入力装置と、表示装置とを有しても良い。
【００２２】
図２は、光スポット径が比較的小さい場合に水面を撮影した赤外線カメラの映像の一例を説明する図である。図２中、（ａ）は、光学式水位センサ２１と、下水管６２内の水面６３及び水底６４とを模式的に示し、ＬＥＤ２１１などの図示は省略する。また、図２中、（ｂ）は、赤外線カメラが撮影した、光スポットを含む水面６３の映像を示す。下水管６２内の水面６３に形成される光スポット２１１Ａが比較的小さく、光スポット２１１Ａの径が水面６３の波の周期より小さい場合、光スポット２１１Ａは水面６３の波の影響を受けにくいため、水面６３では正反射に近い状態となる。一方、例えば約９００ｎｍの波長帯の破線で示す如き光成分は、水面６３を透過して水底６４または水中の異物などで反射するが、水面６３での光スポットは広がって比較的大きくなる。この結果、赤外線カメラの映像では、比較的小さい光スポット２１１Ａを容易に判別可能であり、水底６４または異物などの反射した光成分とは容易に識別できる。
【００２３】
図３は、光スポット径が比較的大きい場合に水面を撮影した赤外線カメラの映像の一例を説明する図である。図３中、（ａ）は、光学式水位センサ２１と、下水管６２内の水面６３及び水底６４とを模式的に示し、ＬＥＤ２１１などの図示は省略する。また、図３中、（ｂ）は、赤外線カメラが撮影した、光スポットを含む水面６３の映像を示す。下水管６２内の水面６３に形成される光スポット２１１Ｂが比較的大きく、光スポット２１１Ｂの径が水面６３の波の周期より大きい場合、光スポット２１１Ｂは水面６３の波の影響を受けやすいため、水面６３では拡散光に近い状態となる。この結果、赤外線カメラの映像では、比較的大きい光スポット２１１Ｂを容易に判別することは難しく、水底６４または異物などの反射した光成分との識別は難しい。
【００２４】
図４は、光学式水位センサの動作を説明する模式図である。また、図５は、ＰＳＤの出力電圧と水面状態との関係を説明する図である。図５中、縦軸はＰＳＤ２１４の出力電圧を任意単位で示し、横軸は水面６３の波の状態を示す。
【００２５】
図５の正反射条件Ｃ１では、反射光スポット２１１Ａが比較的小さく、図４において光が破線で示すように、ＰＳＤ２１４の位置Ｐ１に到達する。また、図５の正反射及び拡散光が混在する混在条件Ｃ２では、後述する拡散光スポット２１１Ｃより光学式水位センサ２１から遠距離に形成される拡散光スポット２１１Ｂが比較的大きく、図４において光が実線で示すように、ＰＳＤ２１４の位置Ｐ１（または、位置Ｐ１と略同じ位置）に到達する。図５の拡散光（または、乱反射）条件Ｃ３では、拡散光スポット２１１Ｃが比較的大きく、図４において光が実線で示すように、ＰＳＤ２１４の位置Ｐ３に到達する。この例では、正反射条件Ｃ１の場合と混在条件Ｃ２の場合とでは、光がＰＳＤ２１４の位置Ｐ１（または、位置Ｐ１と略同じ位置）に到達するものの、混在条件Ｃ２の場合の光は、見かけ上は図４に示す仮想計測面２１１Ｖから反射された光と捉えられてしまうため、光学式水位センサ２１から水面６３までの距離が、正反射条件Ｃ１の場合の約２倍であるかの如く計測されてしまう。このため、正反射条件Ｃ１と混在条件Ｃ２とを識別できないと、光学式水位センサ２１の検知出力から水面６３までの距離を高精度に計測することは難しい。
【００２６】
以下に説明する各実施例では、正反射条件Ｃ１、混在条件Ｃ２、及び拡散光条件Ｃ３を識別し、ＰＳＤ２１４により検出された光スポットの位置を表す出力電圧に、各条件Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３毎に異なる演算処理を施し、水面６３までの距離を高精度に演算することで、下水管６２内の水位の計測値を高精度に演算する。つまり、光学式水位センサ２１のＰＳＤ２１４からの出力電圧を、各条件Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３毎に異なる変換式で変換して水位の計測値を演算することができる。変換式を用いたＰＳＤ２１４の出力電圧の変換は、水面の波の状態に応じた水位の計測値の補正に相当する。
（第１実施例）
図６は、第１実施例における水位計測処理の一例を説明するフローチャートである。図６に示す水位計測処理は、例えば図１に示す水位計測部２のＣＰＵ２２により実行可能である。図６において、ステップＳ１では、ＣＰＵ２２が、水位計測処理を開始する。この例では、ＰＳＤ２１４の出力電圧をＶ０で表し、光学式水位センサ２１から下水管６２内の水面６３までの距離をＤ０で表し、定数をａ，ｂ，ｃで表すと、距離Ｄ０は、Ｄ０＝ａ／（ｂＶ０−ｃ）で表すことができる。
【００２７】
ステップＳ２では、ＣＰＵ２２が、下水管６２内の水の有無を判定する。具体的には、水が無い状態で計測した距離Ｄ０が一定値Ｌとなることを、例えば予め求めておくことで、Ｄ０＝Ｌであれば水が無いと判定して処理はステップＳ１１へ進み、Ｄ０≠Ｌであれば水が有ると判定して処理はステップＳ３へ進む。下水管６２内に水が無い場合、ステップＳ１１では、ＣＰＵ２２が、水位ＷＬをＷＬ＝０に設定し、処理はステップＳ１へ戻る。一方、下水管６２内に水がある場合、ステップＳ３では、ＣＰＵ２２が、水面６３の波の有無を判定する。具体的には、下水管６２内の水流により水面６３で発生する波の周波数は、低周波数であるため、ＰＳＤ２１４の出力電圧Ｖ０をフーリエ変換して得られる成分の低周波成分の割合Ｓ（以下、「Ｓ値」とも言う）が例えばＳ＜０．００８であれば波が無いと判定して処理はステップＳ１２へ進む。Ｓ値が例えばＳ≧０．００８であれば波が有ると判定して処理はステップＳ４へ進む。Ｓ＝０．００８は、Ｓ値の第１の閾値の一例である。
【００２８】
ステップＳ１２では、波が正反射条件Ｃ１を満足する波無分類であるため、ＣＰＵ２２が、ＰＳＤ２１４の出力電圧Ｖ０を第１の変換式を用いて変換して、光学式水位センサ２１から下水管６２内の水面６３までの距離Ｄ０を算出し、処理はステップＳ９へ進む。第１の変換式は、例えば次の通りである。
【００２９】
Ｄ０＝０．５ａ／（ｂＶ０−ｃ）
図７は、Ｓ値を説明する図である。図７中、縦軸はフーリエ成分を任意単位で示し、横軸は周波数ｆを任意単位で示す。ＰＳＤ２１４の出力電圧Ｖ０のデータ取得条件を例えば１点／１ｍｓｅｃとし、ＰＳＤ２１４の出力電圧Ｖ０をＶ０（ｔ１），Ｖ０（ｔ２），...，Ｖ０（ｔ５１２）と記述してフーリエ変換すると、Ｖ０（ｔ１），Ｖ０（ｔ２），...，Ｖ０（ｔ５１２）のフーリエ成分を実部Ａｋ及び虚部Ｂｋで記述することができる。Ｓ値は、図７に示す周波数間隔Δｆ＝１／（Δｔ×Ｎ）に対してＮｆ＝rounddown（ｆｍａｘ／Δｆ，０）なる切り捨て関数Ｎｆによって、次式のように表すことができる。
【００３０】
【数１】
0006677075.tif 000002
【００３１】
Ｓ値がＳ＜０．００８の波無し条件を満足する場合を、図８乃至図１１と共に説明する。図８は、水底における拡散光に加えてフレネル反射光が結像して、図４に示す仮想計測面の影響を受ける場合を模式的に示す図である。図９は、光スポットを含む水面を撮影した赤外線カメラの映像の一例を説明する図である。図８及び図９において、６７は、水底６４における拡散光を示し、６８は、水面６３におけるフレネル反射光６８を示す。図９中、水底６４における拡散光６７は、便宜上、破線の円で囲んで示す。
【００３２】
図１０は、第１の変換式を用いずに、ＰＳＤ２１４の出力電圧Ｖ０から、光学式水位センサ２１から下水管６２内の水面６３までの距離Ｄ０を演算した場合を、計算サンプル数Ｎ＝２００について示す図（または、ヒストグラム）である。図１１は、ＰＳＤ２１４の出力電圧Ｖ０を第１の変換式を用いて変換して、光学式水位センサ２１から下水管６２内の水面６３までの距離Ｄ０を演算した場合を、計算サンプル数Ｎ＝２００について示す図（または、ヒストグラム）である。図１０及び図１１中、縦軸は頻度（個）を示し、横軸は距離Ｄ０（ｍ）を示す。また、図１０において、破線で示す実測値は、光学式水位センサ２１から下水管６２内の水面６３までの実際の距離Ｄ０であり、この例では１．２８ｍである。図１０と図１１との比較からもわかるように、図１０では演算された距離Ｄ０が実測値から大きく外れているが、図１１では第１の変換式を用いた変換により演算された距離Ｄ０が実測値に近いことが確認された。つまり、図１１のように、ＰＳＤ２１４の出力電圧Ｖ０を第１の変換式を用いて変換することで、光学式水位センサ２１から下水管６２内の水面６３までの距離Ｄ０を高精度に演算できることが確認された。
【００３３】
Ｓ値がＳ≧０．００８の波有り条件を満足する場合を、図１２乃至図１５と共に説明する。図１２は、光スポット径が比較的大きなＬＥＤ２１１を用いて、ＰＳＤ２１４の出力電圧から、周知の三角測量により水面６３までの距離Ｄ０を演算する場合を模式的に示す図である。図１２では、光スポット径が５０ｍｍより大きく、水面６３における散乱光は、小さい反射光スポットの集合である。
【００３４】
図１３は、水面に反射物を浮かべて光スポットを含む水面を撮影した赤外線カメラの映像の一例を説明する図である。図１３中、光スポットは、便宜上、破線の円で囲んで示す。図１４は、波有り条件で光スポットを含む水面を撮影した赤外線カメラの映像の一例を説明する図である。図１４中、光スポットは、便宜上、破線の円で囲んで示す。図１３と図１４との比較からもわかるように、散乱光の結像位置が略一致しても、浮遊物を含む水面と、波有り条件の水面とは、光スポットの状態から容易に識別可能である。
【００３５】
また、ＰＳＤ２１４の出力電圧Ｖ０を第２の変換式または第３の変換式を用いて変換して、光学式水位センサ２１から下水管６２内の水面６３までの距離Ｄ０を演算することで、距離Ｄ０を高精度に演算できることが確認された。図１５は、ＰＳＤ２１４の出力電圧Ｖ０を第２変換式または第３の変換式を用いて変換して、光学式水位センサ２１から下水管６２内の水面６３までの距離Ｄ０を演算した場合を、計算サンプル数Ｎ＝２００について示す図（または、ヒストグラム）である。図１５中、縦軸は頻度（個）を示し、横軸は距離Ｄ０（ｍ）を示す。また、図１５において、破線で示す実測値は、光学式水位センサ２１から下水管６２内の水面６３までの実際の距離Ｄ０であり、この例では１．２８ｍである。第２の変換式または第３の変換式により距離Ｄ０からノイズを除去して平均化することで、水底６４から水面６３までの水位を０．５ｓｅｃの平均時間で、±０．１０ｍの確度で算出できることが確認された。
【００３６】
ステップＳ４では、ＣＰＵ２２が、水面６３の波が有る場合の波有分類が拡散光条件Ｃ３に対応する波有分類Ｉであるか否かを判定する。具体的には、例えばＳ＜０．０２であれば、波有分類Ｉであると判定し、処理は後述するステップＳ８へ進む。一方、例えばＳ≧０．０２であれば、ステップＳ５では、ＣＰＵ２２が、波有分類ＩＩであるか否かを判定する。具体的には、例えばＳ＞０．０３であれば波有分類ＩＩであると判定し、処理はステップＳ７へ進む。一方、例えば０．０２≦Ｓ＜０．０３であれば、ステップＳ６では、ＣＰＵ２２が、波有分類ＩＩＩであるか否かを判定する。具体的には、ＰＳＤ２１４の出力電圧Ｖ０の最大値をＶｍａｘ、最小値をＶｍｉｎで表すと、Ｍ＝（Ｖｍａｘ−Ｖｍｉｎ）／Ｖｍａｘで表されるＭ値が例えばＭ＞０．２を満足すると、波有分類ＩＩＩであると判定し、処理はステップＳ７へ進む。一方、Ｍが例えばＭ≦０．２を満足すると、波有分類ＩＩＩではないと判定し、処理はステップＳ８へ進む。Ｓ＝０．０２は、Ｓ値の第２の閾値の一例であり、Ｓ＝０．０３は、Ｓ値の第３の閾値の一例である。
【００３７】
上記の例では、Ｓ値がＳ＞０．０３を満足すると、水面が大きなうねりを伴う波面状態である波有分類ＩＩであると判定される。また、Ｓ値が０．０２≦Ｓ＜０．０３を満足しても、Ｍ値がＭ＞０．２を満足すると、水面が大きなうねりを伴う波面状態である波有分類ＩＩであると判定される。Ｍ＝０．２は、Ｍ値の第４の閾値の一例である。
【００３８】
図１６は、ＰＳＤの出力電圧の一例を示す図である。図１６中、縦軸はＰＳＤ２１４の出力電圧Ｖ０（Ｖ）を示し、横軸は時間を任意単位で示す。ＰＳＤ２１４の出力電圧Ｖ０のデータ取得条件を例えば１点／１ｍｓｅｃとし、ＰＳＤ２１４の出力電圧Ｖ０をＶ０（ｔ１），Ｖ０（ｔ２），...，Ｖ０（ｔ５１２）と記述した場合、最大値Ｖｍａｘは、Ｖ０（ｔ１），Ｖ０（ｔ２），...，Ｖ０（ｔ５１２）の最大値であり、最小値Ｖｍｉｎは、Ｖ０（ｔ１），Ｖ０（ｔ２），...，Ｖ０（ｔ５１２）の最小値である。
【００３９】
ステップＳ７では、波が混在条件Ｃ２を満足する波有分類ＩＩまたは波有分類ＩＩＩであるため、ＣＰＵ２２が、ＰＳＤ２１４の出力電圧Ｖ０を第２の変換式を用いて変換して、光学式水位センサ２１から下水管６２内の水面６３までの距離Ｄ０を算出し、処理はステップＳ９へ進む。第２の変換式は、例えば次の通りである。
【００４０】
Ｖ＝｛（３Ｖｍａｘ＋Ｖｍｉｎ）／２｝−Ｖ０
Ｄ０＝ａ／（ｂＶ−ｃ）
ステップＳ８では、波が拡散光条件Ｃ３を満足する波有分類Ｉであるため、ＣＰＵ２２が、ＰＳＤ２１４の出力電圧Ｖ０を第３の変換式を用いて変換して、光学式水位センサ２１から下水管６２内の水面６３までの距離Ｄ０を算出し、処理はステップＳ９へ進む。第３の変換式は、例えば次の通りである。
【００４１】
Ｄ０＝ａ／（ｂＶ０−ｃ）
図６において、ステップＳ７，Ｓ８，Ｓ１２の上には、夫々の条件Ｃ２，Ｃ３，Ｃ１で水面６３を撮影した赤外線カメラの映像の一例を示す。
【００４２】
ステップＳ９では、ＣＰＵ２２が、算出された距離Ｄ０に基づいて、マンホール６１内の下水管６２内の水位ＷＬを次式に基づき算出して出力し、処理は終了する。
【００４３】
ＷＬ＝Ｌ−Ｄ０
なお、ステップＳ９では、距離Ｄ０に加え、ＰＳＤ２１４の出力電圧Ｖ０、出力電圧Ｖ０の最大値をＶｍａｘ及び最小値をＶｍｉｎ、及びＳ値のうち、少なくとも１つの値を出力するようにしても良い。
【００４４】
本実施例によれば、マンホール内の水位の上昇を、非接触で計測することができる。また、光学式水位センサの検知出力から水面までの距離を、水面の波の状態を考慮して、高精度に計測することができる。さらに、水位計測部の無線通信機からＧＷを介してサーバへ送信される情報量を抑えることで、水位計測部の消費電力を抑えることができる。このため、低消費電力でマンホール内の水位を計測することが可能になり、迅速に氾濫対策を遂行できる。
（第２実施例）
図１７は、第２実施例における水位計測処理の一例を説明するフローチャートである。図１７中、図６と同一ステップには同一符号を付し、その説明は省略する。図１７に示す水位計測処理は、例えば図１に示す水位計測部２のＣＰＵ２２により実行可能である。図１７において、下水管６２内に水がある場合、ステップＳ１３では、ＣＰＵ２２が、水面６３の波の有無を判定する。具体的には、ＰＳＤ２１４の出力電圧Ｖ０の最大値をＶｍａｘ、最小値をＶｍｉｎで表すと、Ｍ＝（Ｖｍａｘ−Ｖｍｉｎ）／Ｖｍａｘで表されるＭ値が例えばＭ＜０．０１であれば波が無いと判定して処理はステップＳ１２へ進む。Ｍ値が例えばＳ≧０．００１であれば波が有ると判定して処理はステップＳ１４へ進む。
【００４５】
ステップＳ１２では、波が正反射条件Ｃ１を満足する波無分類であるため、ＣＰＵ２２が、ＰＳＤ２１４の出力電圧Ｖ０を第１の変換式を用いて変換して、光学式水位センサ２１から下水管６２内の水面６３までの距離Ｄ０を算出し、処理はステップＳ９へ進む。
【００４６】
Ｍ値がＭ＜０．０１の波無し条件を満足する場合は、上記の図８乃至図１１と共に説明した場合と同様である。図１０と図１１との比較からもわかるように、図１０では演算された距離Ｄ０が実測値から大きく外れているが、図１１では第１の変換式を用いた変換により演算された距離Ｄ０が実測値に近いことが確認された。つまり、図１１のように、ＰＳＤ２１４の出力電圧Ｖ０を第１の変換式を用いて変換して、光学式水位センサ２１から下水管６２内の水面６３までの距離Ｄ０を演算することで、距離Ｄ０を高精度に演算できることが確認された。
【００４７】
ステップＳ１４では、ＣＰＵ２２が、水面６３の波が有る場合の波有分類が拡散光条件Ｃ３に対応する波有分類Ｉであるか否かを判定する。具体的には、例えばＭ＜０．２であれば、波有分類Ｉであると判定し、処理はステップＳ８へ進む。一方、例えばＭ≧０．２であれば、ステップＳ１５では、ＣＰＵ２２が、波有分類ＩＩであるか否かを判定する。具体的には、例えばＳ＞０．０３であれば波有分類ＩＩであると判定し、処理はステップＳ７へ進む。一方、例えばＳ≦０．０３であれば、処理はステップＳ８へ進む。
【００４８】
上記の例では、Ｍ値がＭ≧０．２を満足し、Ｓ値がＳ＞０．０３を満足すると、水面が大きなうねりを伴う波面状態である波有分類ＩＩであると判定される。また、Ｍ値がＭ＜０．２を満足すると、波有分類Ｉであると判定される。
【００４９】
ステップＳ７では、波が混在条件Ｃ２を満足する波有分類ＩＩであるため、ＣＰＵ２２が、ＰＳＤ２１４の出力電圧Ｖ０を第２の変換式を用いて変換して、光学式水位センサ２１から下水管６２内の水面６３までの距離Ｄ０を算出し、処理はステップＳ９へ進む。
【００５０】
ステップＳ８では、波が拡散光条件Ｃ３を満足する波有分類Ｉであるため、ＣＰＵ２２が、ＰＳＤ２１４の出力電圧Ｖ０を第３の変換式を用いて変換して、光学式水位センサ２１から下水管６２内の水面６３までの距離Ｄ０を算出し、処理はステップＳ９へ進む。
【００５１】
図１７において、ステップＳ７，Ｓ８，Ｓ１２の上には、夫々の条件Ｃ２，Ｃ３，Ｃ１で水面６３を撮影した赤外線カメラの映像の一例を示す。
【００５２】
ステップＳ９では、ＣＰＵ２２が、算出された距離Ｄ０に基づいて、マンホール６１内の下水管６２内の水位ＷＬを上記の式に基づき算出して出力し、処理は終了する。
【００５３】
本実施例によれば、マンホール内の水位の上昇を、非接触で計測することができる。また、光学式水位センサの検知出力から水面までの距離を、水面の波の状態を考慮して、高精度に計測することができる。さらに、水位計測部の無線通信機からＧＷを介してサーバへ送信される情報量を抑えることで、水位計測部の消費電力を抑えることができる。このため、低消費電力でマンホール内の水位を計測することが可能になり、迅速に氾濫対策を遂行できる。
【００５４】
以上の実施例を含む実施形態に関し、更に以下の付記を開示する。
（付記１）
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を出力する光学式水位センサと、
前記出力電圧に基づいて、前記水面の波の状態が、正反射条件、正反射及び拡散光が混在する混在条件、及び拡散光条件のいずれかであるかを判定し、前記出力電圧を、判定結果の条件に応じた変換式で変換して水底から前記水面までの水位の計測値を演算するプロセッサと、
を備えたことを特徴とする、水位計測装置。
（付記２）
前記プロセッサは、前記出力電圧をフーリエ変換して得られる成分の低周波成分の割合を表すＳ値が第１の閾値未満であると前記正反射条件であると判定し、前記Ｓ値が前記第１の閾値より大きな第２の閾値より大きいと前記混在条件であると判定し、前記第２の閾値より大きな第３の閾値より未満であると前記拡散光条件であると判定することを特徴とする、付記１記載の水位計測装置。
（付記３）
前記プロセッサは、
前記Ｓ値が前記第２の閾値以上、且つ、前記第３の閾値未満であり、前記出力電圧の最大値をＶｍａｘ、最小値をＶｍｉｎで表し、Ｍ＝（Ｖｍａｘ−Ｖｍｉｎ）／Ｖｍａｘで表されるＭ値が第４の閾値より大きいと前記混在条件であると判定し、
前記Ｓ値が前記第２の閾値以上、且つ、前記第３の閾値未満であり、前記Ｍ値が前記第４の閾値以下であると前記拡散光条件であると判定することを特徴とする、付記２記載の水位計測装置。
（付記４）
前記プロセッサは、前記出力電圧の最大値をＶｍａｘ、最小値をＶｍｉｎで表し、Ｍ＝（Ｖｍａｘ−Ｖｍｉｎ）／Ｖｍａｘで表されるＭ値が第１の閾値未満であると前記正反射条件であると判定し、前記Ｍ値が前記第１の閾値より大きな第２の閾値以上であると前記混在条件であると判定し、前記第２の閾値未満であると前記拡散光条件であると判定することを特徴とする、付記１記載の水位計測装置。
（付記５）
前記プロセッサは、
前記Ｍ値が前記第２の閾値以上、且つ、前記出力電圧をフーリエ変換して得られる成分の低周波成分の割合を表すＳ値が前記第３の閾値より大きいと前記混在条件であると判定し、
前記Ｍ値が前記第２の閾値以上、且つ、前記Ｓ値が第３の閾値以下であると前記拡散光条件であると判定することを特徴とする、付記４記載の水位計測装置。
（付記６）
前記水面までの距離をＤ０で表し、定数をａ，ｂ，ｃで表すと、前記正反射条件で用いる第１の変換式は、Ｄ０＝０．５ａ／（ｂＶ０−ｃ）で表され、
前記出力電圧の最大値をＶｍａｘ、最小値をＶｍｉｎで表すと、前記混在条件で用いる第２の変換式は、Ｖ＝｛（３Ｖｍａｘ＋Ｖｍｉｎ）／２｝−Ｖ０，Ｄ０＝ａ／（ｂＶ−ｃ）で表され、
前記拡散光条件で用いる第３の変換式は、Ｄ０＝ａ／（ｂＶ０−ｃ）で表される、
ことを特徴とする、付記１乃至５のいずれか１項記載の水位計測装置。
（付記７）
光学式水位センサが、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を出力し、
プロセッサが、前記出力電圧に基づいて、前記水面の波の状態が、正反射条件、正反射及び拡散光が混在する混在条件、及び拡散光条件のいずれかであるかを判定し、前記出力電圧を、判定結果の条件に応じた変換式で変換して水底から前記水面までの水位の計測値を演算する、
ことを特徴とする、水位計測方法。
（付記８）
前記プロセッサが、前記出力電圧をフーリエ変換して得られる成分の低周波成分の割合を表すＳ値が第１の閾値未満であると前記正反射条件であると判定し、前記Ｓ値が前記第１の閾値より大きな第２の閾値より大きいと前記混在条件であると判定し、前記第２の閾値より大きな第３の閾値より未満であると前記拡散光条件であると判定することを特徴とする、付記７記載の水位計測方法。
（付記９）
前記プロセッサが、
前記Ｓ値が前記第２の閾値以上、且つ、前記第３の閾値未満であり、前記出力電圧の最大値をＶｍａｘ、最小値をＶｍｉｎで表し、Ｍ＝（Ｖｍａｘ−Ｖｍｉｎ）／Ｖｍａｘで表されるＭ値が第４の閾値より大きいと前記混在条件であると判定し、
前記Ｓ値が前記第２の閾値以上、且つ、前記第３の閾値未満であり、前記Ｍ値が前記第４の閾値以下であると前記拡散光条件であると判定することを特徴とする、付記８記載の水位計測方法。
（付記１０）
前記プロセッサが、前記出力電圧の最大値をＶｍａｘ、最小値をＶｍｉｎで表し、Ｍ＝（Ｖｍａｘ−Ｖｍｉｎ）／Ｖｍａｘで表されるＭ値が第１の閾値未満であると前記正反射条件であると判定し、前記Ｍ値が前記第１の閾値より大きな第２の閾値以上であると前記混在条件であると判定し、前記第２の閾値未満であると前記拡散光条件であると判定することを特徴とする、付記７記載の水位計測方法。
（付記１１）
前記プロセッサが、
前記Ｍ値が前記第２の閾値以上、且つ、前記出力電圧をフーリエ変換して得られる成分の低周波成分の割合を表すＳ値が前記第３の閾値より大きいと前記混在条件であると判定し、
前記Ｍ値が前記第２の閾値以上、且つ、前記Ｓ値が第３の閾値以下であると前記拡散光条件であると判定することを特徴とする、付記１０記載の水位計測方法。
（付記１２）
前記水面までの距離をＤ０で表し、定数をａ，ｂ，ｃで表すと、前記正反射条件で用いる第１の変換式は、Ｄ０＝０．５ａ／（ｂＶ０−ｃ）で表され、
前記出力電圧の最大値をＶｍａｘ、最小値をＶｍｉｎで表すと、前記混在条件で用いる第２の変換式は、Ｖ＝｛（３Ｖｍａｘ＋Ｖｍｉｎ）／２｝−Ｖ０，Ｄ０＝ａ／（ｂＶ−ｃ）で表され、
前記拡散光条件で用いる第３の変換式は、Ｄ０＝ａ／（ｂＶ０−ｃ）で表される、
ことを特徴とする、付記７乃至１１のいずれか１項記載の水位計測方法。
（付記１３）
前記光学式水位センサが、無線通信機から前記水位を表す水位データを送信する、
ことを特徴とする、付記７乃至１２のいずれか１項記載の水位計測方法。
（付記１４）
ゲートウェイが、前記光学式水位センサから受信した前記水位データを、ネットワークを介してサーバへ送信する、
ことを特徴とする、付記１３記載の水位計測方法。
（付記１５）
コンピュータに、水底から水面までの水位を計測させるプログラムであって、
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を光学式水位センサから取得し、
前記出力電圧に基づいて、前記水面の波の状態が、正反射条件、正反射及び拡散光が混在する混在条件、及び拡散光条件のいずれかであるかを判定し、前記出力電圧を、判定結果の条件に応じた変換式で変換して水底から前記水面までの水位の計測値を演算する、
処理を前記コンピュータに実行させることを特徴とする、プログラム。
（付記１６）
前記出力電圧をフーリエ変換して得られる成分の低周波成分の割合を表すＳ値が第１の閾値未満であると前記正反射条件であると判定し、
前記Ｓ値が前記第１の閾値より大きな第２の閾値より大きいと前記混在条件であると判定し、
前記第２の閾値より大きな第３の閾値より未満であると前記拡散光条件であると判定する、
処理を前記コンピュータに実行させることを特徴とする、付記１５記載のプログラム。
（付記１７）
前記Ｓ値が前記第２の閾値以上、且つ、前記第３の閾値未満であり、前記出力電圧の最大値をＶｍａｘ、最小値をＶｍｉｎで表し、Ｍ＝（Ｖｍａｘ−Ｖｍｉｎ）／Ｖｍａｘで表されるＭ値が第４の閾値より大きいと前記混在条件であると判定し、
前記Ｓ値が前記第２の閾値以上、且つ、前記第３の閾値未満であり、前記Ｍ値が前記第４の閾値以下であると前記拡散光条件であると判定する
処理を前記コンピュータに実行させることを特徴とする、付記１７記載のプログラム。
（付記１８）
前記出力電圧の最大値をＶｍａｘ、最小値をＶｍｉｎで表し、Ｍ＝（Ｖｍａｘ−Ｖｍｉｎ）／Ｖｍａｘで表されるＭ値が第１の閾値未満であると前記正反射条件であると判定し、
前記Ｍ値が前記第１の閾値より大きな第２の閾値以上であると前記混在条件であると判定し、前記第２の閾値未満であると前記拡散光条件であると判定する
処理を前記コンピュータに実行させることを特徴とする、付記１５記載のプログラム。
（付記１９）
前記Ｍ値が前記第２の閾値以上、且つ、前記出力電圧をフーリエ変換して得られる成分の低周波成分の割合を表すＳ値が前記第３の閾値より大きいと前記混在条件であると判定し、
前記Ｍ値が前記第２の閾値以上、且つ、前記Ｓ値が第３の閾値以下であると前記拡散光条件であると判定
処理を前記コンピュータに実行させるすることを特徴とする、付記１８記載のプログラム。
（付記２０）
前記水面までの距離をＤ０で表し、定数をａ，ｂ，ｃで表すと、前記正反射条件で用いる第１の変換式は、Ｄ０＝０．５ａ／（ｂＶ０−ｃ）で表され、
前記出力電圧の最大値をＶｍａｘ、最小値をＶｍｉｎで表すと、前記混在条件で用いる第２の変換式は、Ｖ＝｛（３Ｖｍａｘ＋Ｖｍｉｎ）／２｝−Ｖ０，Ｄ０＝ａ／（ｂＶ−ｃ）で表され、
前記拡散光条件で用いる第３の変換式は、Ｄ０＝ａ／（ｂＶ０−ｃ）で表される、
ことを特徴とする、付記１５乃至１９のいずれか１項記載のプログラム。
【００５５】
以上、開示の水位計測装置、方法及びプログラムを実施例により説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々の変形及び改良が可能であることは言うまでもない。
【符号の説明】
【００５６】
１      水位計測装置
２      水位計測部
３      ＧＷ
４      ネットワーク
５      サーバ
２１      光学式水位センサ
２２      ＣＰＵ
２３      無線通信機
２４      メモリ
６１      マンホール
６２      下水管
６３      水面
６４      水底
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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