JP2001004649A - Ｇｐｓによる流動体移動の計測システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 治水計画や河道計画に対してより正確で安価
なデータの計測装置を提供することを課題としている。 【解決手段】 ＧＰＳ衛星４からのデータを受信する受
信機７と、該受信データに基づくデータを無線で送信す
る送信機８とを内収し、水または土石流の変動とともに
一体移動する浮体２を水面上又は土砂上面に配し、浮体
２からの受信データに基づいて浮体２の位置座標又は変
位量を測定システム３により検出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は土石流，ダムの水
面，河川や海流等の流動体の移動を計測するＧＰＳによ
る流動体移動の計測システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来所定の河川に関わる治水計画や河道
計画には、前記河川の水位と水流（流速）のデータが重
要であることが一般に知られている。このため河川の水
位と水流に関する計測が行われているが、現状では河川
における１００ｍ程度の範囲で「浮き」あるいは「浮
子」と呼ばれるフロートを流し、該浮子の流れる速度を
計算して、この１００ｍ程度の範囲の流速を演算し、い
わゆるＨ-Ｑ曲線（水位と流速の関数表）を使用して流
速から流量を推定し、以上の計測を河川の複数箇所にお
いて行うことで、河川の水位と水流（流速）のデータを
得ていた。あるいは音波観測機器や土石流河川に点在さ
せたワイヤセンサにより測定を行っていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし上記「浮子」に
よる河川の水位と水流（流速）の計測においては、河川
全体に対して断続的な計測であるため、河川全体のデー
タは推量となり、データの誤差が比較的大きいという欠
点の他、浮子の投入者以外に複数の観測者が必要となる
という欠点もあった。またいわゆる洪水時においては計
測が危険であり、特に水位のデータまで一元的に実測値
を得られないという問題点もあった。

【０００４】さらにデータの電子記録媒体等への蓄積が
困難であり、さらに浮子の回収がほぼ不可能であること
や、計測に時間や手間がかかること等により計測コスト
が高くなるという欠点もあった。一方ワイヤセンサや音
波測定器を使用する場合は、固定的な設備（ワイヤセン
サや音波測定器）を複数設置する必要があり、以上のよ
うな欠点から治水計画や河道計画に対してより正確で安
価なデータの計測装置が望まれていた。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の本発明のＧＰＳによる流動体移動の計測システムは、
ＧＰＳ衛星４からのデータを受信する受信機７と、該受
信データに基づくデータを無線で送信する送信機８とを
備え、水面上に浮遊し又は流動する土砂上面に、これら
の水または土石流の変動とともに一体移動するように配
置される浮体２と、該浮体２からの送信データを受信
し、該受信データに基づいて上記浮体２の位置座標又は
変位量を検出する測定システム３とからなり、浮体２の
移動を浮体２の遠隔位置で検出することを第１の特徴と
している。

【０００６】また浮体２が土砂又は水に対して浮遊する
中空の框体６からなり、該框体６内に受信機７及び送信
機８が内収されるとともに、浮遊する框体６の受信姿勢
を保持するウエイト部１２を框体６に取り付けたことを
第２の特徴としている。

【０００７】さらにウエイト部１２を、框体６の下方
に、框体６から所定距離離間させて設けたことを第３の
特徴としている。

【０００８】

【発明の実施の形態】図１は河川の水流及び水量を計測
するための本発明のＧＰＳによる流動体移動の計測シス
テム１の概略ブロック図であり、河川の水流又は水量を
センシングするセンサとしての浮体２と、該浮体２から
のデータに基づいて河川の水流及び水量を計測（演算）
する測定システム３等から構成されている。

【０００９】そして浮体２を河川に浮遊せしめ、浮体２
を河川の水と一体的に移動させ（流し）、浮体２の位置
座標を検知（測定）することにより河川の水流及び水量
を計測するシステムとなっている。なお浮体２の位置座
標の検知は、浮体２がＧＰＳ衛星４からの電波（デー
タ）を受信するとともに、測定システム３がこの受信デ
ータに基づいて浮体２の位置座標を計測するシステムと
なっている。

【００１０】上記浮体２は、図２に示されるように土砂
や水面上の浮遊が可能な中空の略球状をなす框体である
ボール体６からなり、該ボール体６内にＧＰＳ衛星４か
らの電波（データ）を受信する受信機７及び計測システ
ム３側に該受信データに基づくデータを無線で送信する
送信機８とが収容されているとともに、該ボール体６の
下方にウエイト９が取り付けられた構造となっている。

【００１１】このとき上記受信機７及び送信機８がボー
ル体６における一方の半球側内に収容されているととも
に、ウエイト９が上記半球に対向する半球側に収容され
ており、つまりボール体６は受信機７及び送信機８が収
容された半球状のシステム部１１とウエイト９が収容さ
れた半球状のウエイト部１２とから構成されている。な
おシステム部１１の上方からは通信用のアンテナ１３が
突設されている。

【００１２】これにより浮体２を河川に投入すると、図
２（ａ）に示されるように、浮体２（ボール体６）が水
面上に浮遊するが、ウエイト９によりウエイト部１２側
が河川Ｒの川底側に位置し、システム部１１側が水面上
に浮ぶように、水面に対する浮体２の姿勢が保持され、
つまりボール体６内に収容された受信機７及び送信機８
の水面に対する姿勢が保持される。なおシステム部１１
上方側のアンテナ１３は水面から突出する。

【００１３】一方上記測定システム３はパーソナルコン
ピュータ等から構成することが可能であり、図１に示さ
れるように浮体２からの送信信号を受信する受信部１４
と、受信データから浮体２の位置座標，座標変位等の算
出を行う算出部１６とを備えており、浮体２の流れ（位
置座標の変位）を常時（非常に短い時間間隔で）測定し
て追うことで、河川の流れや水位を演算することができ
る構造となっている。

【００１４】つまりＧＰＳ衛星４からの電波（データ）
を浮体２が受信することで、浮体２の平面方向及び高さ
方向の座標が得られるため、浮体２が水面に浮いている
ことで浮体２の高さ方向の座標から水位が測定され、浮
体２が流水と一体的に移動する（浮体２が流される）こ
とで浮体２の平面方向の座標データと時間から流速を計
測することができる。

【００１５】なお測定システム３側に浮体２により計測
する河川の周辺地形等のデータを与えておき、受信部１
４側のディスプレイに地形を表示せしめると共に、該表
示地形内に浮体２の位置を表示することで、河川の流れ
や水量（水位）を容易にグラフィック表示させることも
できる。

【００１６】上記構造のＧＰＳによる流動体の位置計測
システムにより、図３に示されるように上流側で河川Ｒ
に浮体２を投入し、浮体２を河川Ｒの上流から下流に向
かって流水と一体的に移動させる（流す）ことにより、
浮体２が浮いている水面の水位が計測されるとともに、
浮体２の平面座標と移動時間により水流（流速）をリア
ルタイムで計測することができ、河川全体の水位と流速
を測定することができる。

【００１７】このとき測定システム３が浮体２から遠隔
位置に配置されるため、測定者は河川Ｒに特に近づくこ
と無く上記測定を行うことができ、洪水時等における河
川Ｒの上記データを一括して容易に得ることができる。
また測定システム３がパーソナルコンピュータ等により
構成されている場合は、このパーソナルコンピュータを
遠隔操作することで測定システム３が配置された場所に
測定者がいなくても良い。つまり無人システムを構築す
ることも容易であり、情報を遠隔地でディスプレイ表示
させることも可能である。

【００１８】なお上記のようにウエイト部１２により水
面に対するボール体６の姿勢が保持されるため、つまり
水面に対する受信機７の姿勢が保持され、ＧＰＳ衛星４
からの受信データがより正確になり、これにより上記河
川のデータをより正確に計測することができる。また図
２（ｂ）に示されるようにウエイト部（ウエイト）１２
をチェーン等の連結具１７を介して、ボール体６から所
定距離離間して設けても良い。

【００１９】この場合浮体２を河川に投入した場合は、
図２（ｂ）に示されるように、例えば浮体２はウエイト
部１２がボール体６に対して遅れた状態に傾斜して、ウ
エイト部１２の流れに従って、つまり水面から所定距離
潜った位置の河川の流れにしたがって移動する（流され
る）。そして通常河川Ｒは水面より下方に潜った位置の
流れが水の流れを代表し、河川の流速は水面から所定位
置（１ｍ）潜った位置の流速を基準とするため、ウエイ
ト部１２をボール体６から１ｍ内外（略１ｍ）離間させ
て設けることで、より正確な流速（基準流速）を測定す
ることができる。

【００２０】なおＧＰＳ衛星４からのデータにより浮体
２の位置が測定されるため、測定終了後の浮体２の位置
が測定システム３により特定でき、これにより浮体２の
回収が容易であり、計測コストが必要以上に高くならな
い。

【００２１】また計測中浮体２は河川Ｒにおける幅方向
の略中央位置に、河川Ｒの外形に沿って流れていくこと
が望ましいが、このため浮体２に方向制御用のモータや
舵等を取り付け、河川Ｒの外形を予め地図データ等の地
形データから取り出し、河川Ｒの外形に基づきモータや
舵により浮体２の進行方向をアクティブに制御して、浮
体２を河川Ｒにおける幅方向の略中央位置で流水と一体
に移動させる（流す）ように構成することもできる。

【００２２】なお上記実施形態は浮体２を河川Ｒに投入
し、河川Ｒの流れ（水位と流速）を計測する場合につい
て説明したが、上記浮体２をダム等の貯水池や湖沼に投
入することでダム，貯水池，湖沼の水位を容易に計測す
ることができ、さらに浮体２を土石流発生の恐れがある
現場に配置し、浮体２の移動（位置座標の変位）を測定
することで、土石流の発生予報や土石流の流れの計測等
も容易に行うことができる。

【００２３】このため例えば、現在ダム等の貯水量の自
動計測は、堤体からガイドを構築して行う場合が一般的
であり、この技術によるとガイドケースへの水の連通が
阻塞されて観測水位に比較的大きな誤差が生じる場合が
あるという欠点があったが、本発明の上記技術により前
記欠点が防止され、浮体２の高さ方向の位置座標からよ
り正確にダム等の貯水量を自動計測することができる。

【００２４】また上記いずれの場合も浮体２を河川やダ
ム，土石流発生可能現場等に配置する必要があるが、浮
体２が比較的小さなボール体により構成されているた
め、配置現場に向かって投入することで、浮体２の配置
は容易であり、場合によってはヘリコプタ等により空中
から落下させることで浮体２を現場に配置しても良い。
さらに浮体２は水の進行（流れ）に応じて、框体をロケ
ット型等に形成しても良い。

【００２５】以上により土石流や流水，貯水の水位等の
観測の一層の省力化や安全化を図ることができるととも
に、土石流や河川の流れの連続的且つ即時的な観測も容
易に行うことができ、このデータに基づいてより正確な
治水計画や河道計画を立てることができる他、土石流や
洪水等の予警報用の情報を付近住民や施設管理者等に提
供することができる。またデジタルデータとしてインタ
ーネット等のコンピュータネットワークを利用した情報
の実況伝達もより容易に行うことができる。

【００２６】

【発明の効果】以上のように構成される本発明の構造に
よると、水面上に浮遊、又は流動する土砂や流水に一体
移動するように配された浮体の３次元の位置を、浮体か
ら離れた場所で計測することができるため、例えば浮体
を変位物であるダム等の貯水面上や河川に浮かべたり、
変位物となり得る土石流が発生する可能性のある斜面に
埋め込むことにより、河川やダムの水位と水の移動、土
石流の移動等を河川，ダム，土石流発生可能現場等から
離れた位置でリアルタイムに容易に測定することができ
る。

【００２７】このため土石流の速度や移動状態を観測す
ることができる他、洪水時等における河川の水位及び水
の移動観測等も容易に行うことができ、土石流に関する
データや治水計画や河道計画に必要な河川のデータ等を
より正確に得ることができる。そして上記観測は河川や
ダム，土石流現場から離れた場所で行うことができ、観
測がより安全に行われるという効果がある。

【００２８】これにより土石流や流水の観測の省力化や
安全化、及び連続的且つ即時的な流量観測や地盤変位計
測も可能となり、従って住民あるいは公共施設管理者に
対する予警報用の情報を早く供することができ、インタ
ーネット等による洪水等の情報の提供も容易となる。な
お浮体の位置データが浮体から離れた位置で受信できる
ため、使用した浮体の回収を容易におこなうこともでき
る。

【００２９】一方浮体を受信機，送信機，重りが内収さ
れたボール体等の中空の框体により構成することで、浮
体が小型化されるとともに受信機の位置が浮遊する框体
の所定位置に配置されるため、より正確な浮体の位置測
定を行うことができるが、特にウエイト部を、框体の下
方に、框体から所定距離離間させて設けることにより、
浮体を流水に浮遊させた場合に、流水表面の流れではな
く、表面から所定距離潜った位置の水の基準の流れを観
測することができ、より詳細な流水データを得ることが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】流動体の位置計測システムのシステム概略図で
ある。

【図２】（ａ），（ｂ）は河川に浮遊する浮体の側断面
図である。

【図３】流動体の位置計測システムによる河川の測定状
態を示す概略図である。

【符号の説明】

４ ＧＰＳ衛星 ７ 受信機 ８ 送信機 ２ 浮体 ３ 測定システム ６ ボール体（框体） １２ ウエイト部

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ＧＰＳ衛星（４）からのデータを受信す
   る受信機（７）と、該受信データに基づくデータを無線
   で送信する送信機（８）とを備え、水面上に浮遊し又は
   流動する土砂上面に、これらの水または土石流の変動と
   ともに一体移動するように配置される浮体（２）と、該
   浮体（２）からの送信データを受信し、該受信データに
   基づいて上記浮体（２）の位置座標又は変位量を検出す
   る測定システム（３）とからなり、浮体（２）の移動を
   浮体（２）の遠隔位置で検出するＧＰＳによる流動体移
   動の計測システム。
2. 【請求項２】 浮体（２）が土砂又は水に対して浮遊す
   る中空の框体（６）からなり、該框体（６）内に受信機
   （７）及び送信機（８）が内収されるとともに、浮遊す
   る框体（６）の受信姿勢を保持するウエイト部（１２）
   を框体（６）に取り付けた請求項１のＧＰＳによる流動
   体移動の計測システム。
3. 【請求項３】 ウエイト部（１２）を、框体（６）の下
   方に、框体（６）から所定距離離間させて設けた請求項
   ２のＧＰＳによる流動体移動の計測システム。