松江市
内
比津
川・北田川
他
水位・雨量
観測
実証
試
験mrub
y/cによる
水位・雨量
観測のプ
ロ
グ
ラ
ム
開発と429M
HzLo
R
a無線
通信シス
テ
ムによる
河川
水位・降
雨量
観測（中間報告）
株
式会社
シン
ク・フジ
イ
開発部小村
芳生
はじめに
近年、記録的な大雨により各地で被害が発生している。特に、集中豪雨では、河川堤防内側の土地の水路や側溝・ 下水道が溢れる「 内水氾濫」 のケースが多く 、松江市内においても標高の低い比津町・ 春日町周辺では過去度々、河川氾濫が発生している。これらの地区では河川水位や雨量の観測地点が少なく 、 防災・ 減災システムの構築に繋がるデータが不足している。
そこで、新たな防災・ 減災システムの構築に繋がるデータ収集方法として、開発生産性が高く 、電力消費量を抑えることができる等の特徴を持った「 mruby/c」 で制御する雨量・ 水位センサ
ー観測用プログラムと特定小電力無線で長距離通信を可能にする新たな LoRa 通信モジュールを用いた観測システムの実証実験を（ 財） しまねソフト 研究開発センター、（ 株） 島根情報処理センターと共同で行っているのでここに紹介する。

試験概要
島根県松江市内（ 比津町、 春日町、 北陵町） に水位計3 基、 雨量計2 基設置し、 各センサーに接続された送信機から 10 分毎に離れた場所にある受信機（ ゲート ウエイ） に無線通信でデータ を集め、 さらにインターネッ ト を介したデータ通信で藤井基礎サーバーへデータ を送信する。データはサーバーでグラフ化され、専用のWEBページで再配信される。関係者はパソコンやスマート フォンなどで雨量や河川水位の現状を知ることができる。
観測とデータ収集は 2 年間行う 予定であるが、 先ずは観測とデータ収集を 1 年間継続し、 その後、 収集されたデータを元に降雨量や水位のデータ変化から河川氾濫の予測モデルの構築が可能か検討する。 1 年経過した現時点で観測とデータ収集について中間報告を行う 。

機器設置場所
送信側（ ノ ード ）①

比津川 センチュリ ータウン付近

受信機まで 646m②

比津川 河川監視カメ ラ撮影付近

受信機まで 402m③

北田川 高梨眼科付近

受信機まで 425m④

しまねテクノ アーク敷地内 中庭

受信機まで 3,493ｍ

受信側（ ゲイト ウエイ）⑤

施工業者様河川改修工事現場事務所⑥

しまねソフト 研究開発センター（ く にびきメ ッ セ； 島根県立産業交流会館４ F）

システムの構成

設置場所地図
全体図 松江市 市街地北部（ 橋北地区）

B

④①② ⑤
③A
C
⑥1㎞

設置状況写真①

比津川 センチュリ ータウン付近 松江市比津町 2-1 付近比津川護岸
設置機器； 水位計・ 雨量計・ 送信機② 比津川 松江市春日町 630 付近比津川川岸（ みしまや春日店西側）
設置機器 ；

水位計・ 送信機③ 北田川 松江市春日町 586-2 付近北田川護岸（ 高梨眼科医院西側）
設置機器 ；

水位計・ 送信機

④ しまねテクノ アーク敷地内 中庭 松江市北陵町１
設置機器；

雨量計・ 送信機

受信側（ ゲイト ウエイ）
⑤ 松江市春日町284 付近現場事務所敷地内
設置機器 ；

受信機１ （ AC100V 電源使用 ネッ ト 接続）

通信機器
送信機（ ノ ード ）； LoRa429MHz モジュール内蔵）

ゲイト ウエイ（ アルマジロ I oT G3 で開発）

観測結果（ 平成 30 年 6 月 〜 令和 1 年 6 月 28 日）
観測地点①； ノ ード １

水位（ グラフ） 雨量（ 棒グラフ）

観測地点②； ノ ード ２

水位（ グラフ）

雨量（ 棒グラフ） は①の観測点のデータ

水位
1.2m

観測地点③； ノ ード ３

水位（ グラフ）

雨量（ 棒グラフ） は①の観測点のデータ

観測地点①と ②は位置が近いため水位データ はほぼ同じ である。 特に②の地点は水位が1.2m を超えると氾濫し前の道路が冠水する。 観測期間中、 4 回氾濫した。

観測地点①； ノ ード １

累積雨量（ 線）・ 日雨量（ 棒グラフ）

観測地点① 気温（ 線）

観測地点① 気圧（ 線）観測システムの動作について
本試験で新たに用いた LoRa 無線による通信システムは、 通常の特定小電力無線に比べて 10 倍以上の距離で通信が可能で 10 ㎞を超える通信が可能とされている。 しかしこれは条件の良い場合（ 見通しがある、外的な電波攪乱・ 擾乱がない） の通信距離であり、特に市街地においては通信を妨害する要因（ 障害物や他の電波ノ イズ） が多く 、仕様通りに満足な通信が行えないこともある。実際、本試験においても特にノ ード ２ は送信場所から受信場所の間に建物が多く 、 交通量の多い道路などもあり 、 通信距離は 700m 以下と短いにも関わらず、何らかの障害（ 原因は特定できていない） によって通信が途切れることもあった。 また、 LoRa 無線は遠方までの通信が可能であるが、 通信速度は遅い。 通常の無線はほぼ瞬間的に信号伝達が可能だが、LoRa 無線は、距離や障害物の有無にもよるが、条件が厳しい場合、 受信感度を上げるため、 1 回の通信に 10 秒以上時間をかけることもある。この場合、複数のノ ード が一斉に受信側ゲイト ウエイに信号を送信すると、ゲイトウエイは最初に受信した信号のみ処理し、輻輳した次の信号を受け取れない（ 所謂、隠れ端末問題） が発生する。今回使用した通信システムではこの問題が発生してデータが欠損することもあった。
ここまでに紹介した観測結果は全期間グラフであり 、 10 分間隔で得られてるデータの詳細は分からない。 以下に 2019 年 8 月 31 日夜（ 急な集中豪雨で河川氾濫が起きた時） のグラフを紹介する。データは本試験の水位・ 雨量（ 春日町・ 北稜町） に加えて気象台松江・鹿島の雨量データも重ねて示す。
Node1雨量

Node4雨量氾
濫水位1.2m10分雨量

気
象
庁
鹿島
雨
量

水位；TP
Node2水位（㎜）（ｍ）

気
象
庁
松江
雨
量

Node1水位時刻2019 年 8 月 31 日 19： 40〜20： 00 に Node1、 Node4 観測地点で強烈な雨（ 10 分雨量で最大 16.5 ㎜； １ 時間雨量換算 99 ㎜相当） が降った。 Node１ 、 Node２ 観測地点の水

位は雨の降り 始めから約 20〜30 分後に急に上昇して氾濫水位を超えていることが分かる。
おわり に
本報告では平成 30 年 6 月から令和 1 年 6 月までの松江市内における水位・ 雨量観測試験の方法と結果の概要を紹介した。 新たな通信機器 429MHz 帯 LoRa 無線は、 従来の特定小電力無線に比べ、通信の到達距離を大幅に伸ばすことが出来るが、その距離は障害物や外乱の影響で極端に変化する。また、通信が輻輳してデータが伝達できないという 不具合も発生しているため、これらの面について今後、解決・ 改善方法を見出していく 必要がある。
水位・ 雨量観測については前年度の出雲市斐川町での観測結果と同様に、小河川における水位はその場所の降雨によって急激に変化することが確かめられた。 過去に何度も氾濫、道路冠水の被害を受けている松江市春日町では、本報告内で紹介した通り、強烈な雨が降った 20〜30 分後には氾濫水位に達している。 これでは、設置した雨量計の実測雨量をもとにメ ールなどを配信し、それから河川が氾濫した場合の行動（ 避難や浸水させたく ない家財や自動車などの移動） を行う のでは間に合わないよう に思われる。やはり 防災行動は実際に強い雨が降る前、 雨量予測、 水位予測から避難など防災行動をとる必要がある。
気象庁のレーダー雨量、ナウキャスト 、エッ クスレインと雨量実況と予測は年々進歩している。 この情報を活用して大雨が降る前に避難するのがより 安全な防災行動と考えられる。
今回得られた観測データより 、観測場所（ 春日町） についての降雨量と河川の水位上昇の関係が明らかになった。これにより 、今後は予想される降雨量から水位の上昇も予測できると思われる。これは、ある地点で本試験のよう に一定期間、雨量と水位を観測し、雨量と水位の相関が分かれば、以後は気象庁の予測雨量から水位を予測可能となるため、ある場所で常時水位・ 雨量の観測を継続していく 必要がなく なる可能性も示唆している。
本試験の観測は現在も継続して（ 2020 年 6 月終了予定） おり 、 今後はこのデータをもとに AI による機械学習により 河川氾濫の予測を行い、警報メ ール配信や安全に避難する方法など防災システムの構築に取り 組んでいく 予定である。