(57)【要約】【課題】  流量測定における測定精度の向上を向上させる。【解決手段】  測定対象の幅方向に複数設定された各分割領域の流速を測定する流速計と、各分割領域の水位を測定する水位計と、測定対象の断面形状を示す断面形状データを記憶し、水位計から得られた水位と断面形状データとに基づいて各分割領域の断面積を求め、各分割領域の断面積と流速計から得られた各分割領域の流速とに基づいて各分割領域の区分流量を求め、該各区分流量を合算することにより測定対象の総流量を求める演算手段とを具備する。【選択図】      図２
2005189186.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象の幅方向に複数設定された各分割領域の流速を測定する流速計と、
前記各分割領域の水位を測定する水位計と、
測定対象の断面形状を示す断面形状データを記憶し、前記水位計から得られた水位と前記断面形状データとに基づいて前記各分割領域の断面積を求め、前記各分割領域の断面積と前記流速計から得られた各分割領域の流速とに基づいて各分割領域の区分流量を求め、該各区分流量を合算することにより測定対象の総流量を求める演算手段と
を具備することを特徴とする流量測定装置。
【請求項２】
演算手段は、任意の分割領域の水位が水位計から得られない場合には、当該任意の分割領域に隣接する分割領域の水位に基づいて断面積を求める
ことを特徴とする請求項１記載の流量測定装置。
【請求項３】
演算手段は、水位に対応した各分割領域の断面積（流積）を示す断面積データが各分割領域毎に複数登録された水位−流積テーブルを断面形状データとして記憶し、水位計から得られた水位に基づいて水位−流積テーブルを検索することにより各分割領域の断面積を特定することを特徴とする請求項１または２記載の流量測定装置。
【請求項４】
流速計及び水位計は、各分割領域に対応して複数設けられることを特徴とする請求項１〜３いずれかに記載の流量測定装置。
【請求項５】
演算手段によって算出された総流量を通信回線を介して外部機器に送信する通信手段をさらに備えることを特徴とする請求項１〜４いずれかに記載の流量測定装置。
【請求項６】
通信手段は、水位−流積テーブルを断面形状データあるいは演算手段が実行する演算プログラムを外部から受信すると、これらを演算手段に設定させることを特徴とする請求項５記載の流量測定装置。
【請求項７】
通信手段は、流量を外部機器に提供するためのＷｅｂサーバ機能あるいは／及びＦＴＰサーバ機能を備えることを特徴とする請求項５または６記載の流量測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定対象の流量を測定する流量測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば特開平０２−０８３４１６号公報には、複数の流速検出器を用いて河川の幅方向の各水面の流速を検出すると共に、単一の水位発信器を用いて河川の水位を検出し、各流速検出器の出力信号（流速信号）及び水位発信器の出力信号（水位信号）並びに河川の水位計測断面における断面形状データに基づいて河川の流量をリアルタイムに自動計測する河川流量監視システムが開示されている。この河川流量監視システムでは、流速の測線数に応じて河川を幅方向に分割し、各分割領域の断面積（分割断面積）を水位と断面形状データとに基づいて求め、各分割断面積を加算することによって全断面積を求め、この全断面積に流速を掛け合わせることによって流量を求める。
【特許文献１】特開平０２−０８３４１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、河川流量監視システムでは、河川の低水位時における測定精度が低下するという問題がある。例えば、低水位になると河川の水路が分断されることがある。上記河川流量監視システムでは単一の水位発信器で河川の一箇所の水位のみを検出するので、このような分断状態の場合、単一の水位発信器で検出した一方の流路の水位に基づいて他方の流路の流量を求めると水位の差異による誤差が生じ、測定精度を著しく低下させる。なお、このような河川の幅方向における水位の差異は、低水位時における流路の分断状態だけではなく、河川の湾曲した箇所や高水位の場合にも生じることが知られている。
【０００４】
また、水位と断面形状データとに基づいて分割断面積を求めるが、河川の断面形状によっては、水が流れているにも関わらず流速の測定部位に低水位によって川底が露出するために流速測定が不能状態となる分割領域が存在し、これによって測定精度が低下するという問題がある。
【０００５】
さらには、上記河川流量監視システムでは、信号切替器を用いることにより各流速信号を順次時系列的に選択して演算処理部に取り込むために、各流速信号の演算処理部への取込タイミングにズレが生じる。この取込タイミングのズレは流速の計測時刻のズレとなるため、この結果測定精度が低下するという問題がある。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、以下の点を目的とするものである。
（１）流量測定における測定精度の向上を図る。
（２）測定対象の水位変動に応じた測定精度の変動を抑制する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明では、測定対象の幅方向に複数設定された各分割領域の流速を測定する流速計と、各分割領域の水位を測定する水位計と、測定対象の断面形状を示す断面形状データを記憶し、水位計から得られた水位と断面形状データとに基づいて各分割領域の断面積を求め、各分割領域の断面積と流速計から得られた各分割領域の流速とに基づいて各分割領域の区分流量を求め、該各区分流量を合算することにより測定対象の総流量を求める演算手段とを具備する、という解決手段を採用する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、水位計によって各分割領域毎に水位を測定するので、例えば流路が分断されたような場合において従来の１箇所の水位を測定する場合に比較して精度良く流量を測定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態について説明する。なお、本実施形態は、測定対象を河川としたものである。
図１は、本実施形態に係る流量測定装置を用いた流量計測システムのシステム構成図である。この図１において、符号Ｃは流量計、Ｍは処理装置（通信手段）、ＫはＷｅｂカメラ、Ｎはインターネット、Ａは管理端末、Ｔ1，Ｔ2，……はユーザ端末である。本流量測定装置は、流量計Ｃ及び処理装置Ｍから構成されている。
【００１０】
処理装置Ｍは、流量計ＣとインターネットＮとの間に設けられると共に、ＷｅｂカメラＫが接続されている。この処理装置Ｍは、ＲＳ−４８５に準拠した通信方式で流量計Ｃと交信すると共に、イーサネット（登録商標）に準拠した通信方式でＷｅｂカメラＫと交信し、またＴＣＰ／ＩＰプロトコルに準拠した通信方式でインターネットＮを介して管理端末Ａやユーザ端末Ｔ1，Ｔ2，……と交信する。また、処理装置Ｍは、上記通信機能の他に、流量計Ｃから流速データを取得して各種処理を施すデータ処理機能をも併せ持つ。
【００１１】
ＷｅｂカメラＫは、流量計Ｃが測定対象としている河川の映像（測定現場映像）を撮影すると共に、当該測定現場映像をイーサネット（登録商標）に準拠した通信方式で処理装置Ｍに送信する。ここで、上記処理装置Ｍは、通信機能の一環としてのＷｅｂサーバ機能及びＦＴＰ（File Transfer Protocol）サーバ機能を備えており、流量計Ｃから取得した流量データやＷｅｂカメラＫから取得した現場画像データをＷｅｂページやＦＴＰに準拠したファイルの形態で管理端末Ａやユーザ端末Ｔ1，Ｔ2，……に情報提供する。
【００１２】
インターネットＮは、周知のようにＴＣＰ／ＩＰプロトコルに準拠した広域通信網である。管理端末Ａは、このインターネットＮを介して流量計Ｃや処理装置Ｍの動作状態の監視するコンピュータである。この管理端末Ａは、例えば処理装置Ｍにアクセスすることによって、上述した制御データの処理装置Ｍへの提供、流量データの取得及び流量計Ｃや処理装置Ｍの動作状態を示す動作データの取得等を行う。ユーザ端末Ｔ1，Ｔ2，……は、流量データを必要とする一般ユーザが操作するコンピュータであり，インターネットＮを介して処理装置Ｍにアクセスすることによって流量データを取得する。
【００１３】
図２は、上記流量計Ｃの機能構成を示すブロック図である。この図に示すように、流量計Ｃは、電波流速計Ｆ1〜Ｆ5、水位計Ｌ1〜Ｌ5、ＲＳ−４８５Ｉ／Ｆ１Ａ〜１Ｃ、ＣＰＵ(Central Processing Unit)２（演算手段）、フラッシュメモリ３及び共有メモリ４等から構成されてている。これら各構成要素のうち、ＲＳ−４８５Ｉ／Ｆ１Ａ〜１Ｃ、ＣＰＵ２、フラッシュメモリ３及び共有メモリ４は、装置本体Ｈ内に収容されている。すなわち、本流量計Ｃは、合計５台の電波流速計Ｆ1〜Ｆ5（流速計群）、同じく合計５台の水位計Ｌ1〜Ｌ5（水位計群）及び装置本体Ｈから構成されている。
【００１４】
電波流速計Ｆ1〜Ｆ5は、河川の水面に照射した電波（測定波）の周波数が流速によってドップラシフトする現象つまりドップラ効果を利用したものであり、水面からの反射波の周波数偏移量（ドップラ周波数）を検出することによって水面の流速を計測する。このような電波流速計Ｆ1〜Ｆ5は、河川に設けられた橋梁に取り付けられており、河川の幅方向に所定間隔で複数設定された地点の流速を各々測定し、その測定値を示す流速信号をＲＳ−４８５に準拠する信号形態で装置本体Ｈに送信する。
【００１５】
図３は、上記電波流速計Ｆ1〜Ｆ5が測定する各地点（流速測定点Ｐ1〜Ｐ5）及び当該流速測定点Ｐ1〜Ｐ5に対応する各分割領域を示す模式図である。この図３に示すように、各電波流速計Ｆ1〜Ｆ5は、河川の幅方向に予め設定された流速測定点Ｐ1〜Ｐ5に測定波を照射することにより当該流速測定点Ｐ1〜Ｐ5からの反射波を取得し、該反射波のドップラ周波数に基づいて水面の流速を測定する。河川の断面は、このような流速測定点Ｐ1〜Ｐ5に対応して、垂直線によって河川の幅方向に５つの領域（分割領域）に区分されている。水位計Ｌ1〜Ｌ5は、上記電波流速計Ｆ1〜Ｆ5に対応して５台設けられており、各分割領域の水位を測定し、その測定値を示す水位信号をＲＳ−４８５に準拠する信号形態で装置本体Ｈに送信する。
【００１６】
続いて装置本体Ｈにおいて、ＲＳ−４８５Ｉ／Ｆ１Ａは、ＣＰＵ２による制御の下に上記電波流速計Ｆ1〜Ｆ5とＲＳ−４８５に準拠した通信を行うインタフェースであり、各電波流速計Ｆ1〜Ｆ5から受信した流速信号をＣＰＵ２に出力する。また、ＲＳ−４８５Ｉ／Ｆ１Ｂは、ＣＰＵ２による制御の下に上記水位計Ｌ1〜Ｌ5とＲＳ−４８５に準拠した通信を行うインタフェースであり、各水位計Ｌ1〜Ｌ5から受信した水位信号をＣＰＵ２に出力する。
【００１７】
ＣＰＵ２は、所定の演算プログラムに基づいて流速信号及び水位信号を演算処理することにより河川の流量を算出し、その流量値をＲＳ−４８５Ｉ／Ｆ１Ｃを介して処理装置Ｍに出力する。このＣＰＵ２による演算処理については、後述する動作説明の中で詳しく説明する。フラッシュメモリ３は、周知のように電気的に書換え可能なメモリであり、水位−流積テーブルやＣＰＵ２が実行する演算プログラム等を記憶するものであり、ＣＰＵ２からの検索要求に対して水位−流積テーブルに登録された特定の流積データ（断面積データ）をＣＰＵ２に出力する。
【００１８】
上記水位−流積テーブルは本実施形態における断面形状データであり、図３及び図４を参照して詳しく説明する。上述したように河川の断面は、垂直線によって河川の幅方向に５つの分割領域に区分されており、各分割領域の面積（断面積）Ｓ1〜Ｓ5は水が流れる面積であり流積という。この流積Ｓ1〜Ｓ5は、図３に示するように河川の断面形状と水位によって規定されるものである。
【００１９】
ここで、河川の断面形状は、電波流速計Ｆ1〜Ｆ5による流速の測定位置における断面として予め測定によって求めることができるので、よって各分割領域の流積Ｓ1〜Ｓ5は、各分割領域の水位によって一義的に求めることができる。上記水位−流積テーブルは、図４の概念図に示すように、各分割領域＃１〜＃５の水位に応じた流積Ｓ1〜Ｓ5を示す流積データを登録したものである。
【００２０】
共有メモリ４は、ＣＰＵ２の演算結果である流量データ及びＣＰＵ２の演算処理に必要な各種の設定データ等を記憶するメモリである。ＲＳ−４８５Ｉ／Ｆ１Ｃは、ＣＰＵ２と処理装置Ｍとの通信を仲介するインタフェースであり、ＣＰＵ２による制御の下にＲＳ−４８５に準拠した通信を処理装置Ｍとの間で行う。
【００２１】
次に、このように構成された流量測定装置の動作について説明する。
最初に、図５に示すフローチャートに沿って流量計Ｃの動作を説明する。なお、このフローチャートは、上記ＣＰＵ２の要部処理手順を示すものである。
【００２２】
ＣＰＵ２は、最初に初期化され（ステップＳａ）、続いてＲＳ−４８５Ｉ／Ｆ１Ａを介して各電波流速計Ｆ1〜Ｆ5から流速データを取得し（ステップＳb）、さらにＲＳ−４８５Ｉ／Ｆ１Ｂを介して各水位計Ｌ1〜Ｌ5から流速データを取得する（ステップＳc）。ステップＳａの初期化処理では共有メモリ４から設定データがＣＰＵ２に読み込まれる。
【００２３】
また、ステップＳbの処理では、所定の順番で各電波流速計Ｆ1〜Ｆ5の機器番号が順次指定されることにより、例えば電波流速計Ｆ1→電波流速計Ｆ2→電波流速計Ｆ3→電波流速計Ｆ4→電波流速計Ｆ5の順で各分割領域＃１〜＃５に対応した流速データがＣＰＵ２に順次取得され、以って各分割領域＃１〜＃５に対応する流速Ｖ1〜Ｖ5がＣＰＵ２に特定される。また、ステップＳcの処理では、所定の順番で各水位計Ｌ1〜Ｌ5の機器番号が順次指定されることにより、例えば水位計Ｌ1→水位計Ｌ2→水位計Ｌ3→水位計Ｌ4→水位計Ｌ5の順で各分割領域＃１〜＃５に対応した水位データがＣＰＵ２に順次取得される。
【００２４】
続いて、ＣＰＵ２は、上記ステップＳcで取得した各分割領域＃１〜＃５の水位データＲiに基づいて図４に示す水位−流積テーブルを検索することにより各分割領域＃１〜＃５の流積Ｓ1i〜Ｓ5iを特定する。ここで、ＣＰＵ２は、各分割領域＃１〜＃５の流速データの中に流速Ｖ1〜Ｖ5が「０」を示しているものがあるか否かを判断し（ステップＳd）、この判断が「ＹＥＳ」の場合は、流速Ｖ1〜Ｖ5が「０」を示している流速データの分割領域の隣に位置している分割領域の水位データを流速Ｖ1〜Ｖ5が「０」を示している流速データの分割領域の水位データに適用し（ステップＳe）、この判断が「ＮＯ」の場合には、ステップＳeの処理を割愛してステップＳfの検索処理を実行する。
【００２５】
図６は、このような流速Ｖ1〜Ｖ5が「０」を示す流速データが存在する場合に一例を示す図である。すなわち、電波流速計Ｆ1〜Ｆ5は、河川の水面に測定波を照射し、当該測定波の反射波のドップラ周波数に基づいて水面の流速Ｖ1〜Ｖ5を計測するものなので、図６に示すように河川の水位が低水位となり測定波の照射領域が川底になる場合、分割領域＃１に該当する流速測定点Ｐ1及び分割領域＃5に該当する流速測定点Ｐ5には流水が存在しないので、当該分割領域＃１及び＃５について測定される流速Ｖ1，Ｖ5は「０」となる。
【００２６】
ＣＰＵ２は、このような場合、分割領域＃１については隣り合う分割領域＃２の水位データと流速データを分割領域＃１の水位データと流速データに適用し、また分割領域＃５については隣り合う分割領域＃４の水位データと流速データを分割領域＃５の水位データと流速データに適用する。なお、流速Ｖ1〜Ｖ5が「０」を示す流速データが存在する場合は、上述した低水位の場合の他に、例えば任意の電波流速計Ｆ1〜Ｆ5が故障した場合等にも生じ得る。
【００２７】
そして、ＣＰＵ２は、各分割領域＃１〜＃５に適用された水位データに基づいて水位−流積テーブルを検索することにより、各分割領域＃１〜＃５の水位に応じた流積データを取得する（ステップＳf）。すなわち、ＣＰＵ２は、演算処理によって各分割領域＃１〜＃５の流積を算出するのではなく、水位−流積テーブルを検索することにより各分割領域＃１〜＃５の流積を特定する。
【００２８】
ここで、図６を例として、分割領域＃２及び分割領域＃３の各水位データが図４における水位Ｒ2を示していた場合、分割領域＃１には隣接する分割領域＃２の水位Ｒ2を適用する。同様に分割領域＃４が水位R１を示していた場合、分割領域＃５には隣接する分割領域＃４の水位Ｒ1を適用する。そして、ＣＰＵ２は、水位−流積テーブルを検索することにより、分割領域＃１〜＃３については水位Ｒ2に対応する流積Ｓ12，Ｓ22，Ｓ32を取得し、分割領域＃４，＃５については水位Ｒ1に対応する流積Ｓ41，Ｓ51を取得する。
【００２９】
このようにして各分割領域＃１〜＃５の流積Ｓ12，Ｓ22，Ｓ32，Ｓ41，Ｓ51を特定すると、ＣＰＵ２は、当該流積Ｓ12，Ｓ22，Ｓ32，Ｓ41，Ｓ51に各々の分割領域＃１〜＃５の流速流速Ｖ1〜Ｖ5を掛け合わせることにより各分割領域＃１〜＃５の流量Ａ1〜Ａ5（区分流量）を算出し（ステップＳg）、さらにこれら区分流量Ａ1〜Ａ5を合算することにより総流量Ａsを算出する（ステップＳh）。そして、このようにして総流量Ａsの算出が終了すると、ＣＰＵ２は、処理をステップＳbに戻して次のサイクルの総流量Ａsの算出処理を開始する。
【００３０】
このような流量計Ｃによれば、各分割領域＃１〜＃５の流速データの中に流速Ｖ1〜Ｖ5が「０」を示しているものがある場合には、それを代替する分割領域として、例えば隣に位置する分割領域の水位データと流速データを流速が「０」を示している流速データの分割領域の水位データと流速データに適用することにより流積を特定するので、低水位の場合や電波流速計Ｆ1〜Ｆ5が故障した場合等、電波流速計Ｆ1〜Ｆ5が測定不能状態の場合においても総流量Ａsを正確に算出することができる。
【００３１】
また、各電波流速計Ｆ1〜Ｆ5に対応した複数の各水位計Ｌ1〜Ｌ5で各流速測定点Ｐ1〜Ｐ5の水位を計測するので、例えば図７に示すように、低水位の状態において川底の中央部が隆起していることによって河川が２つあるいはそれ以上の水路に分断され、かつ各水路の水位に差異ｒが生じている場合であっても、各々の水路の水位に応じて各分割領域＃１〜＃５の流積を正確に算出することが可能である。
【００３２】
さらに、各電波流速計Ｆ1〜Ｆ5の流速データがＲＳ−４８５Ｉ／Ｆ１Ａを介して、また各水位計Ｌ1〜Ｌ5の水位データはＲＳ−４８５Ｉ／Ｆ１Ｂを介してＣＰＵ２に高速に取得されるもので、流速データ及び水位データの取込時間のズレは極めて小さい。したがって、当該取込時間のズレに起因する測定精度の低下を抑制することができる。
すなわち、本流量計Ｃは、従来技術に比較して河川の流量を極めて精度良く測定することができる。
【００３３】
次に、処理装置Ｍの動作について説明する。
処理装置Ｍは、Ｉ／Ｆ１Ｃを介してＣＰＵ２にアクセスすることにより共有メモリ４に格納された流量データを定期的に取得すると共にＷｅｂカメラＫから測定現場映像の現場画像データを取得して、内部メモリに格納する。そして、インターネットＮを介して接続された管理端末Ａやユーザ端末Ｔ1，Ｔ2…から測定データの提供要求を受信すると、流速データや現場画像データを管理端末Ａやユーザ端末Ｔ1，Ｔ2…に情報提供する。この情報提供の形態は、ＷｅｂページやＦＴＰに準拠したファイルの形態である。
【００３４】
また、処理装置Ｍは、フラッシュメモリ３に記憶されたＣＰＵ２の演算プログラムや水位−流積テーブルの書換え要求を管理端末Ａから受信すると、Ｉ／Ｆ１Ｃを介して新規の演算プログラムや水位−流積テーブルをＣＰＵ２に提供し、従来の演算プログラムや水位−流積テーブルを新規の演算プログラムや水位−流積テーブルに書換えさせる。
【００３５】
このような処理装置Ｍによれば、インターネットＮを介した通信機能を備えるので、流量計Ｃのメンテナンスや動作監視を遠隔地の管理端末Ａから行うことができる。したがって、流量計Ｃのメンテナンスや動作監視の利便性が従来の人手によるメンテナンスや動作監視に比べて飛躍的に向上し、メンテナンスや動作監視に関するコストダウンを実現することができる。また、インターネット関連技術として汎用的なＷｅｂページやＦＴＰに準拠したファイルの形式で流速情報を管理端末Ａやユーザ端末Ｔ1，Ｔ2…に情報提供することができるので、管理者や一般ユーザは流速情報の取得が極めて容易である。
【００３６】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、例えば以下のような変形例が考えられる。
（１）上記実施形態では、このように各々５台の電波流速計Ｆ1〜Ｆ5及び水位計Ｌ1〜Ｌ5を装置本体Ｈに接続したが、装置本体Ｈは、最大で２０台の電波流速計及び水位計を接続し得る仕様に設計されているので、電波流速計及び水位計の個数つまり分割領域の個数は、河川の規模に応じて適宜変更することができる。
（２）また、上記実施形態では、５個の電波流速計Ｆ1〜Ｆ5に対応させて同じく５個の水位計Ｌ1〜Ｌ5を設けたが、水位計Ｌ1〜Ｌ5の個数は必ずしも電波流速計Ｆ1〜Ｆ5の個数と同一にする必要はない。水位計Ｌ1〜Ｌ5の個数を電波流速計Ｆ1〜Ｆ5の個数よりも少なくしても良い。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の一実施形態に係わる流量測定装置を用いた流速計測システムのシステム構成図である。
【図２】本発明の一実施形態に係わる測定装置の要部機能構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の一実施形態において電波流速計Ｆ1〜Ｆ5が測定する流速測定点Ｐ1〜Ｐ5及び各分割領域を示す模式図である。
【図４】本発明の一実施形態における水位−流積テーブルの概念図である。
【図５】本発明の一実施形態における流量計Ｃの動作を示すフローチャートである。
【図６】本発明の一実施形態において低水位時における各流速測定点Ｐ1〜Ｐ5の状態を示す模式図である。
【図７】本発明の一実施形態において低水位時における流路の分断状態を示す模式図である。
【符号の説明】
【００３８】
Ｃ…流量計、Ｍ…処理装置（通信手段）、Ｋ…Ｗｅｂカメラ、Ｎ…インターネット、Ａ…管理端末、Ｔ1，Ｔ2…ユーザ端末、Ｆ1〜Ｆ5…電波流速計、Ｌ1〜Ｌ5…水位計、１Ａ〜１Ｃ…ＲＳ−４８５Ｉ／Ｆ、２…ＣＰＵ（演算手段）、３…フラッシュメモリ、４…共有メモリ
【図１】
2005189186.tif 000003
【図２】
2005189186.tif 000004
【図３】
2005189186.tif 000005
【図４】
2005189186.tif 000006
【図５】
2005189186.tif 000007
【図６】
2005189186.tif 000008
【図７】
2005189186.tif 000009