mruby/c を組込んだ雨量･水位センサーによる実証実験
河川の防災・減災に向けた新たな観測システムの構築（株）藤井基礎設計事務所グループ
有限会社

シンク・フジイ開発部

小村芳生

１．はじめに近年、各地で記録的な大雨により甚大な被害が出ている。特にゲリラ豪雨では、河川堤防の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、避難路沿いにある河川水位の把握が重要となる。大規模河川では水位計測結果が防災情報として配信されるが、「内水氾濫」の情報は配信されない。豪雨時に農地の様子を調べに行く、または、避難する際、道路が冠水し隣接する水路に落ちて流される事故も発生している。そこで、河川の防災・減災に向けた新たな観測システムの構築に繋がるものとして、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・水位センサーによる観測システムの実証実験を公益財団法人島根県産業振興財団しまねソフト研究開発センター（ITOC）と共同で行った。

２．概要
出雲市斐川町内に雨量計 1 箇所と水位計 3 箇所を設置し、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（ゲートウェイ）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した。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た。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。

３．実証実験場所
島根県出雲市斐川町神氷周辺の新建川、間樋川、鷺谷川
４．実証試験期間
実証試験システム設置
平成 29 年 6 月 20 日
実証試験システム撤去
平成 30 年 3 月 30 日
５．観測期間平成 29 年 6 月 2１日～平成 30 年 3 月 15 日
６．実証実験の観測データ配信
専用 WEB ページにて公開した。
斐川町神氷付近
新建川については島根県出雲県土整備事務所、間樋川、鷺谷川については出雲市
道水路管理者の河川占用許可を得た上でシステム機器を設置、観測を行った。

７．観測結果観測は水位計 W-1（ノード 2）W-2（ノード 3）W-3（ノード 4）および R-1（ノード１）の全てが期間中、動作を続け、各地点の水位データおよび雨量計データ、ノードボックス内温度、気圧計データを ITOCと藤井基礎サーバーに蓄積、グラフとして閲覧することができた。また、各ノードの電源として単 1 電池 4 個を使用していたが、観測期間（約 9 か月）中、1 度も電池を交換することなくノードの通信動作に問題の生じる 5.0V 以下となったものはなかった。観測期間中のデータグラフを以下の図に示す。

W-1 観測結果（全期間；平成 29 年 6 月 20 日～平成 30 年 3 月 15 日）

W-2 観測結果（全期間；平成 29 年 6 月 20 日～平成 30 年 3 月 15 日）

W-3 観測結果（全期間；平成 29 年 6 月 20 日～平成 30 年 3 月 15 日）

期間中、強い雨が観測された時、河川水位の急激な上昇が見られた。また、参考データとして受信地点で気圧を計測したが、降雨に応じて気圧の低下も観測された。
降雨による水位変化が最も大きく早い場所は W-1 観測点（間樋川）であり、この場所は用水路出口の集まる集水井となっている。W-2 は小河川（新建川）であり W-3（鷺谷川）の観測点は W-2 の河川にそそぐ用水路の出口付近となっているため、W-3 は W-2 の水位の影響（W-2 の河川からの逆流による水位上昇）も受けている。
期間中、観測は継続していたが W-1 と W-3 の水位計については全て定時（10 分おき）にデータが得られたわけではなく、途切れながらデータがサーバーに届けられる現象が頻繁に起きていた。W-2 や R-1のデータは全て定時に不足なく送られていたことから、W-1 や W-3 のデータ欠損は水位計に接続された送信機（ノード）と受信基地である住宅敷地の受信機との間にある障害物と距離により通信が不安定になっていたためと考えられる。
受信機と観測地点（ノード設置場所）間の距離
W-1（ノード 2）－受信機

510.9 m （障害物として住宅、樹木あり）W-2（ノード 3）－受信機

55.7 m （障害物として樹木あり）

W-3（ノード 4）－受信機

356.0 m （障害物として尾根、樹木、住宅あり）

R-1（ノードⅠ）－受信機

0.0 m(受信機直近に設置;障害物無し)

現場内通信に使用した通信モジュールは 920MHz 特定小電力無線モジュールを使用しており、見通しの通信距離は 1 ㎞以上と言われるが、実際に障害物のある現場ではその 1/3 程度となることが多く、この現場でも W-1 や W-3 地点の通信が 100％満足に達成できなかったことは機器設置当初から予想されていた。距離の近い W-2 や受信機直近の R-1 との通信には問題なく、期間中システムに問題が発生したことはなかった。
（平成 29 年 12 月 28 日から平成 30 年 1 月 4 日までの欠測は ITOC サーバーメン
テナンスによる）

R-1 日雨量・累積雨量観測結果（全期間；平成 29 年 6 月 20 日～平成 30 年 3 月 15 日）

R-1 気温・雨量

観測結果（全期間；平成 29 年 6 月 20 日～平成 30 年 3 月 15 日））

気圧・雨量 観測結果（全期間；平成 29 年 6 月 20 日～平成 30 年 3 月 15 日）

観測期間中のデータグラフと強い雨が観測された時の代表的なデータ例を示す。
今回観測した河川（間樋川、新建川、鷺谷川）のような小河川では強い降雨があると 10 分から 20 分程度のうちに急な水位の上昇が見られた。7 月 25 日降雨時には W-1、W-2 で 40 ㎝以上の水位上昇が観測された。

W-2 地点の河川水位の状況（H29．7.25 豪雨時）
平成 29 年 7 月 24 日深夜から 7 月 25 日に強い雨が観測された。この時の W-2 地点の雨量（1 時間雨量）と水位（ｍ）のデータグラフを下に示す。

降雨量と河川の水位上昇に密接な関係があることがわかる。

この小河川においては降雨から約30 分以内に河川の水位が変化し、17 ㎜の時間雨量で約 30 ㎝、22 ㎜の時間雨量で 40 ㎝の水位上昇と、雨量に応じた水位の上昇が観測された。

（１時間雨量：青色棒グラフ、水位：赤線折れグラフ）
また、8 月 18 日の降雨では W-1 で約 65 ㎝の水位上昇、W-2 や W-3 で約 75 ㎝の急激な水位上昇が観測された。これらの河川の下流にある国交省観測所（国交省新橋水位観測所）での水位変化は約 20 ㎝であり、小河川では下流の 2 倍から 3 倍の変化が短時間のうちに生じていたことがわかった。

各観測地点の河川水位の状況（H29．8.18 豪雨時）
平成 29 年 8 月 17 日 24：00～8 月 18 日 3：00 雨量・水位データ

水位計 W-1

水位計 W-2

水位計 W-3

平成 29 年 8 月 17 日深夜 24：00 頃から強い雨が観測され、水位計を設置した W-1～W-3 でそれぞれ水位の上昇が見られた。W-1 観測点で 0.1m から 0.75m（65 ㎝）W-2 観測点で 0.6m から 1.35m（70 ㎝）、W-3観測点で 0.05m から 0.79m（78 ㎝）の急激な水位上昇が計測された。
一方、この河川の下流約 2 ㎞地点に国土交通省の水位観測所があるが、水位データに大きな動きは見られていない。

平成 30 年 8 月 18 日

国交省新橋水位観測所のデータ（国土交通省

川の防災情報WEB ページより）

平成 29 年 8 月 17 日深夜から 8 月 18 日午前にかけて水位(グラフ中青線)の上昇が認められるが、水防団待機水位（0.9m）に達していない。

おわりに近年、ゲリラ豪雨などの集中豪雨が増え、突発的な水害に対する防災の必要性が増す中、河川氾濫を事前に予測し、災害時の安全な避難路を確保するためにも河川下流の限られた観測点だけではなく、上流の小河川や用水路などの水位を監視し防災に役立てることが必要と考えられる。
今回の mruby/c を組込んだ雨量･水位センサーによる実証実験により本通信システムの長期間の動作が確認され、また、得られたデータは小河川の急激な水位上昇を示していることから、本システムの防災分野での必要性と実用性は実証されたものと考えられる。
この実証試験の新聞報道をきっかけとして松江県土整備事務所と島根県河川課の協力により松江
市内比津町、春日町での水位・雨量観測を平成 30 年 6 月から開始することとなった。今後、水位と雨量の観測を地域の防災・減災に生かすシステムの構築に取り組んでいく予定である。