JP2015010896A - 水位測定システム - Google Patents

Abstract

【課題】水位測定対象の規模が大きい場合でも、水圧式水位計のセンサの設置や交換の作業負荷をより小さくする。
【解決手段】水位測定システムが、水面が第１の範囲内にある場合に水位を測定する第１の水圧式水位計と、前記水面が、前記第１の範囲の上限よりも高い上限から、前記第１の範囲の上限よりも低く前記第１の範囲の下限よりも高い下限までの、第２の範囲内にある場合に水位を測定する第２の水圧式水位計と、前記第１の水圧式水位計の水位測定値または前記第２の水圧式水位計の水位測定値に基づいて、前記水面が前記第１の範囲内にある場合および前記水面が前記第２の範囲内にある場合に水位を算出する演算部とを具備する。
【選択図】図１

Description

本発明は、水位測定システムに関する。

水中の所定位置の水圧と大気圧との差圧に基づいて水位を測定する水圧式水位計がある（特許文献１参照）。例えば、水中の所定位置にセンサを設置し、センサのダイヤフラムの一方を大気圧導入チューブによって大気中に開放し、もう一方は水圧を受けるようにする。ダイヤフラムが受ける水圧には大気圧も加わっており、ダイヤフラムにおける水圧と大気圧との差圧を検出することで、水面からセンサまでの水圧を検出することができる。

水圧式水位計を設置する従来の方法の１つに、保護管を用いる方法がある。この方法では、例えば、水位測定対象（例えばダム）の底面に水圧式水位計のセンサを設置する。また、水位測定対象の側面に沿って保護管を設け、大気圧導入チューブを含むケーブルを保護管に通してセンサから観測小屋まで敷設する。

水圧式水位計を設置する従来の方法のもう１つに、観測井戸を用いる方法がある。この方法では、例えば、観測小屋の真下に観測井戸を設け、水位測定対象と観測井戸とを導水管で接続して、観測井戸に水を引き込む。そして、大気圧導入チューブを含むケーブルの先端に水圧式水位計のセンサを設け、観測小屋から観測井戸の水中へと、センサをケーブルで吊り下げる。

特開平１１−１４４２９号公報

水圧式水位計の従来の設置方法では、水位測定対象の規模が大きい場合、センサの設置や交換の作業負荷が特に大きい。
例えば、保護管を用いる方法では、水位測定対象の規模が大きい場合、広範囲にわたり保護管を設置する必要がある。また、通常、センサとケーブルとは一体的に形成されており、センサを交換する場合、センサが付いた状態のままケーブルを保護管から引き抜いて再設置する。水位測定対象の規模が大きくケーブルが長い場合、ケーブルおよびセンサの引き抜きや再設置に特に時間を要する。

また、観測井戸を用いる方法では、導水管および観測井戸の工事に多大な費用や労力を要し、導水管のつまりなど保守の負担も大きい。また、水位測定対象の規模が大きくケーブルが長い場合、ケーブルの重さにより、センサ交換の際のケーブルおよびセンサの引き上げや再設置の作業負荷が特に大きい。さらに、観測井戸に他のセンサが設置されている場合、他のセンサに接触しないようケーブルおよびセンサの引き上げや再設置の作業に慎重を要し、作業負荷がさらに大きくなる。

本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、その目的は、水位測定対象の規模が大きい場合でも、センサの設置や交換の作業負荷がより小さい水位測定システムを提供することにある。

この発明は上述した課題を解決するためになされたもので、本発明の一態様による水位測定システムは、水面が第１の範囲内にある場合に水位を測定する第１の水圧式水位計と、前記水面が、前記第１の範囲の上限よりも高い上限から、前記第１の範囲の上限よりも低く前記第１の範囲の下限よりも高い下限までの、第２の範囲内にある場合に水位を測定する第２の水圧式水位計と、前記第１の水圧式水位計の水位測定値または前記第２の水圧式水位計の水位測定値に基づいて、前記水面が前記第１の範囲内にある場合および前記水面が前記第２の範囲内にある場合に水位を算出する演算部とを具備することを特徴とする。

また、本発明の他の一態様による水位測定システムは、上述の水位測定システムであって、前記第２の水圧式水位計の水位測定値に対するオフセット値を、前記水面が前記第１の範囲内かつ前記第２の範囲内にある状態における前記第１の水圧式水位計の水位測定値および前記第２の水圧式水位計の水位測定値と、前記第１の水圧式水位計の水位測定値に対するオフセット値とに基づいて設定するオフセット設定部を具備し、前記演算部は、前記第２の水圧式水位計の水位測定値に、前記オフセット設定部が設定した前記第２の水圧式水位計の水位測定値に対するオフセット値を加算した水位を算出する、ことを特徴とする。

また、本発明の他の一態様による水位測定システムは、上述の水位測定システムであって、前記第１の水圧式水位計または前記第２の水圧式水位計の少なくともいずれかは、下向きに開口した大気導入口が形成されて前記水圧式水位計の内部に大気を導く開口部材と、前記水面に浮遊可能に設けられ、浮上により前記大気導入口を閉じて前記水圧式水位計の内部への水の浸入を防ぐフロートと、を具備することを特徴とする。

この発明によれば、水位測定対象の規模が大きい場合でも、センサの設置や交換の作業負荷がより小さくて済む。

本発明の一実施形態における水位測定システムの設置例を示す説明図である。 同実施形態における圧力式水位計の構成の概要を示す概略構成図である。 同実施形態におけるセンサの構造を示す概略構造図である。 同実施形態における大気中開放機構の構造の概要を示す概略断面図である。 同実施形態における大気中開放機構を下側から見た形状の概略を示す説明図である。 同実施形態において、水面がパッキンの高さ以上に上昇した場合の、大気中開放機構内部の状態の例を示す説明図である。 同実施形態における圧力式水位計の機能構成を示す概略ブロック図である。 同実施形態における変換器の機能構成を示す概略ブロック図である。 同実施形態における、２つの圧力式水位計を具備する水位測定システムの設置例を示す説明図である。 同実施形態において、変換器がアクティブな水位計の切り替えを行う処理手順の例を示すフローチャートである。 同実施形態において、変換器が水位上昇傾向処理を行う手順の例を示すフローチャートである。 同実施形態において、変換器が水位下降傾向処理を行う手順の例を示すフローチャートである。 同実施形態において、変換器が圧力式水位計の水位測定値に対するオフセットを設定して水位を算出する処理手順の例を示すフローチャートである。 同実施形態における水位測定システムの出力水位の例を示すグラフである。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本発明の一実施形態における水位測定システムの設置例を示す説明図である。同図において、水位測定システム１は、圧力式水位計１００−１〜１００−４と、変換器２００とを具備する。圧力式水位計１００−１〜１００−４は、それぞれ、測定柱６１０−１〜６１０−４に設置されている。変換器２００は、観測小屋６２０に設置されている。以下では、圧力式水位計１００−１〜１００−４や、後述する図９における圧力式水位計１００Ａや１００Ｂを総称して「圧力式水位計１００」と表記する。また、測定柱６１０−１〜６１０−４や、図９における測定柱６１０Ａや６１０Ｂを総称して「測定柱６１０」と表記する。
なお、水位測定システム１が具備する圧力式水位計１００の数は、図１に示す４つに限らず２つ以上であればよい。

水位測定システム１は、水位測定対象に設置され、水位として所定の基準位置に対する水面の高さを測定する。例えば、水位測定システム１は、ダムに設置され、ダム底の所定位置に対する水面の高さを水位として測定する。
圧力式水位計１００−１〜１００−４は、各々の水位測定範囲において水位を測定する。圧力式水位計１００−１〜１００−４における水位の基準位置は、水位測定システム１における水位の基準位置と必ずしも一致しない。

例えば、圧力式水位計１００−１は、水面が範囲Ａ１１内にある場合に、範囲Ａ１１の下限に対する水面の高さを水位として測定し、測定結果を変換器２００へ無線送信する。なお、水面が範囲Ａ１１の下限以下の場合、圧力式水位計１００−１は、水位０との測定結果を変換器２００へ送信する。また、水面が範囲Ａ１１の上限以上の場合、圧力式水位計１００−１は、範囲Ａ１１の上限以上の水位を測定結果として変換器２００へ送信するが、必ずしも正確な水位ではない。あるいは、水面が範囲Ａ１１外の場合、圧力式水位計１００−１が水位の送信を停止するようにしてもよい。
同様に、圧力式水位計１００−２、１００−３、１００−４は、それぞれ、水面が範囲Ａ１２、Ａ１３、Ａ１４内にある場合に水位を測定し、測定結果を変換器２００へ無線送信する。水面が測定範囲外の場合についても、圧力式水位計１００−１の場合と同様である。

また、圧力式水位計１００−１〜１００−４のうち隣り合う２つは、水位測定範囲の一部が重なる位置に設置されており、これら２つは、第１の水圧式水位計および第２の水圧式水位計の一例に該当する。
例えば、圧力式水位計１００−２が水位を測定する範囲Ａ１２の上限は、圧力式水位計１００−１が水位を測定する範囲Ａ１１の上限よりも高い。また、範囲Ａ１２の下限は、範囲Ａ１１の上限よりも低く、範囲Ａ１１の下限よりも高い。従って、圧力式水位計１００−１、圧力式水位計１００−２、範囲Ａ１１、範囲Ａ１２は、それぞれ、第１の水圧式水位計、第２の水圧式水位計、第１の範囲、第２の範囲の一例に該当する。

図２は、圧力式水位計１００の構成の概要を示す概略構成図である。同図において、圧力式水位計１００は、センサ１１０と、送信機１２０と、ケーブル１３０と、大気中開放機構１４０とを具備する。
センサ１１０は、水中に設置されて水圧を検出し、得られた水圧を電気信号にて送信機１２０へ出力する。

図３は、センサ１１０の構造を示す概略構造図である。同図において、センサ１１０の具備するダイヤフラム（diaphragm、隔膜）１１１が示されている。
センサ１１０の内部は、ケーブル１３０（図２）に内蔵された大気圧導入チューブ１３１にて大気に開放されており、ダイヤフラム１１１の上面は大気圧Ｐ_ａ１を受けている。一方、ダイヤフラム１１１の下面は水中にあり、水圧を受ける。ダイヤフラム１１１の下面が受ける水圧は、水の重みによる水圧Ｐ_ｗと、水にかかる大気圧Ｐ_ａ２とを合わせたＰ_ｗ＋Ｐ_ａ２となる。従って、ダイヤフラム１１１における差圧Ｐは、式（１）のように示される。

センサ１１０は、この差圧Ｐを検出し、電気信号にて送信機１２０（図２）へ出力する。大気圧Ｐ_ａ１とＰ_ａ２とが等しいと見做せば、センサ１１０が検出する差圧Ｐは、水の重みによる水圧Ｐ_ｗに等しいと見做すことができる。

図２へ戻って、送信機１２０は、センサ１１０が検出した差圧Ｐに基づいて、ダイヤフラム１１１に対する水面の高さを水位として算出する。具体的には、送信機１２０は、式（２）に基づいて水位ｈを算出する。

但し、ρ_ｗ、ｇは、それぞれ、水の密度、重力加速度を示す。
あるいは、送信機１２０が、空気密度を予め記憶しておき、大気圧導入チューブ１３１内のダイヤフラム１１１から水面までの気柱による圧力を水位測定値に反映させる補正を行うようにしてもよい。具体的には、送信機１２０は、式（２）に代えて式（３）に基づいて水位ｈを算出する。

但し、ρ_ａは空気密度を示す。
なお、水没時に送信機１２０が故障しないよう、送信機１２０の筐体は、ケーブル１３０との接続部分および大気中開放機構１４０との接続部分を除いて密封されている。
ケーブル１３０は、大気圧導入チューブ１３１（図３）および信号線を内蔵して、センサ１１０と送信機１２０とを接続する。ケーブル１３０は、大気圧導入チューブ１３１にてセンサ１１０の内部を大気に開放する。また、ケーブル１３０は、センサ１１０が検出した圧力（差圧Ｐ）を、信号線にて送信機１２０へ伝達する。

大気中開放機構１４０は、圧力式水位計１００の内部と外部との通気性を確保する。これにより、大気圧導入チューブ１３１は、センサ１１０の内部を大気に開放することができ、圧力式水位計１００は、気圧の変化（大気圧の時間変動）に影響されずに水位を測定することができる。
一方、水位が上昇した場合、大気中開放機構１４０は、通気を遮断して圧力式水位計１００の内部への水の浸入を防止する。

図４は、大気中開放機構１４０の構造の概要を示す概略断面図である。同図において、大気中開放機構１４０は、筒１４１と、パッキン１４２と、フロート脱落防止ピン１４３と、フロート１４４とを具備する。図４は、水面の位置がフロート脱落防止ピン１４３よりも低い場合の、大気中開放機構１４０の内部の状態の例を示している。
筒１４１は、内部にフロート１４４を格納する。筒１４１の内径よりフロート１４４の径が小さく、筒１４１とフロート１４４との間に隙間がある。この隙間にて、圧力式水位計１００の内部と外部との通気性を確保することができる。

パッキン１４２は、送信機１２０の内部から見て下向きに開口した大気導入口が形成され、圧力式水位計１００の内部に大気を導く。パッキン１４２は、開口部材の一例に該当する。
フロート脱落防止ピン１４３は、筒１４１の内部からのフロート１４４の脱落を防止する。具体的には、水面の位置がフロート脱落防止ピン１４３よりも低い場合、図４に示すように、フロート１４４がフロート脱落防止ピン１４３上に置かれる。

図５は、大気中開放機構１４０を下側から見た形状の概略を示す説明図である。図４の場合と同様、図５は、水面の位置が大気中開放機構１４０の最下部よりも低い場合の、大気中開放機構１４０の状態の例を示している。上述したように、筒１４１の内径よりフロート１４４の径が小さく、筒１４１とフロート１４４との間に隙間がある。また、フロート脱落防止ピン１４３と筒１４１との隙間はフロート１４４の径よりも小さく、上述したように、フロート１４４がフロート脱落防止ピン１４３上に置かれている。
フロート１４４は、水面に浮遊可能に設けられ、浮上によりパッキン１４２の大気導入口を閉じて圧力式水位計１００を密封状態にする。これにより、フロート１４４は、圧力式水位計１００へ内部への水の浸入を防ぐ。

図６は、水面がパッキン１４２の高さ以上に上昇した場合の、大気中開放機構１４０内部の状態の例を示す説明図である。同図の例では、水位の上昇に伴ってフロート１４４が浮遊し、パッキン１４２に接して大気導入口を閉じている。パッキン１４２は、例えばゴムにて生成されており、水圧にてフロート１４４がパッキン１４２に押し当てられると、圧力式水位計１００の内部を密封状態にする。

図７は、圧力式水位計１００の機能構成を示す概略ブロック図である。同図において、圧力式水位計１００のセンサ１１０と送信機１２０とが示されており、センサ１１０は、ダイヤフラム１１１と、圧力検出素子１１２とを具備する。送信機１２０は、水位演算器１２１と、無線機１２２と、アンテナ１２３と、バッテリ１２９とを具備する。図７において図２または図３の各部に対応して同様の機能を有する部分には同一の符号（１００、１１０、１１１、１２０）を付して説明を省略する。

センサ１１０において、圧力検出素子１１２は、図３を参照して説明したダイヤフラム１１１における差圧Ｐを検出する。圧力検出素子１１２は、ダイヤフラム１１１における差圧を検出可能なものであればよく、様々な素子を用いることができる。例えば、圧力検出素子１１２として半導体ピエゾ抵抗式の圧力センサを用いるようにしてもよい。あるいは、圧力検出素子１１２として歪ゲージを用いて、差圧によるダイヤフラム１１１の変位を検出するようにしてもよい。
圧力検出素子１１２は、検出した差圧Ｐを、電気信号にて経路Ｗ１３２を通じて水位演算器１２１へ出力する。経路Ｗ１３２は、ケーブル１３０に内蔵される信号線にて構成される。

送信機１２０において、水位演算器１２１は、センサ１１０が測定した差圧Ｐに基づいて水位を算出する。具体的には、水位演算器１２１は、上述した式（２）または式（３）に基づいて、ダイヤフラム１１１に対する水面の高さを水位ｈとして算出する。
無線機１２２は、水位演算器１２１が算出した水位ｈを、変換器２００宛の無線信号にてアンテナ１２３から送信する。
バッテリ１２９は、圧力式水位計１００の各部へ電力を供給する。

図１に戻って、変換器２００は、圧力式水位計１００−１〜１００−４の各々が測定した水位に基づいて、所定の基準位置に対する水面の高さを水位として算出する。変換器２００は、例えばコンピュータにて構成される。
図８は、変換器２００の機能構成を示す概略ブロック図である。同図において、変換器２００は、アンテナ２１０と、無線機２２０と、制御部２３０と、記憶部２４０と、水位出力部２５０とを具備する。制御部２３０は、オフセット設定部２３１と、演算部２３２とを具備する。

無線機２２０は、圧力式水位計１００−１〜１００−４の各々の無線機１２２が送信した無線信号をアンテナ２１０にて受信し、水位測定値（水位ｈ）を示す電気信号にて制御部２３０へ出力する。
制御部２３０は、変換器２００の各部を制御して各種処理を実行する。制御部２３０は、例えば変換器２００が具備するＣＰＵ（Central Processing Unit、中央処理装置）が記憶部２４０からプログラムを読み出して実行することによって構成される。

オフセット設定部２３１は、圧力式水位計１００−１〜１００−４の水位測定値に対するオフセット値を設定する。
演算部２３２は、圧力式水位計１００−１〜１００−４の水位測定値のうち水面が測定範囲内にある圧力式水位計１００を選択し、選択した圧力式水位計１００の水位測定値に、オフセット設定部２３１が設定したオフセット値を加算することで、所定の基準位置に対する水面の高さを水位として算出する。
以下では、演算部２３２が選択する水圧式水位計を「アクティブ」な水位計と称する。また、以下では、演算部２３２が算出する水位を「出力水位」と称して、圧力式水位計１００が測定する水位と区別する。

記憶部２４０は、圧力式水位計１００−１〜１００−４の水位測定値や、オフセット設定部２３１が設定したオフセット値など各種データを記憶する。記憶部２４０は、変換器２００が具備する記憶デバイスにて構成される。特に、記憶部２４０は、オフセット設定部２３１が設定したオフセット値を不揮発メモリにて記憶する。これにより、変換器２００が一時的に電源を喪失した場合でも、電源回復後、演算部２３２は速やかに出力水位の算出を再開することができる。

水位出力部２５０は、演算部２３２が算出した水位を出力する。例えば、水位出力部２５０は、液晶ディスプレイ等の表示画面を有し、演算部２３２が算出した水位など各種情報を表示する。あるいは、水位出力部２５０が、演算部２３２が算出した水位を他の装置へ信号にて出力（送信）するなど、演算部２３２が算出した水位を表示以外の方法で出力するようにしてもよい。

次に、図９〜図１４を参照して変換器２００の動作について説明する。以下では、説明をより簡単にするために、水位測定システムが２つの圧力式水位計を具備する場合を例に説明する。水位測定システムが３つ以上の圧力式水位計を具備する場合は、変換器２００が、隣り合う２つの圧力式水位計の各々に対して、以下に説明する処理を同様の処理を行うようにすることができる。

図９は、２つの圧力式水位計を具備する水位測定システムの設置例を示す説明図である。同図において、水位測定システム２は、圧力式水位計１００Ａおよび１００Ｂと、変換器２００とを具備する。圧力式水位計１００Ａ、１００Ｂは、それぞれ、測定柱６１０Ａ、６１０Ｂに設置されている。また、変換器２００は観測小屋６２０に設置されている。
圧力式水位計１００Ａ、１００Ｂの水位測定範囲は、それぞれ、範囲Ａ２１１、Ａ２１２である。すなわち、圧力式水位計１００Ａは、水面が範囲Ａ２１１内にある場合に水位を測定し、圧力式水位計１００Ｂは、水面が範囲Ａ２１２内にある場合に水位を測定する。水面が水位測定範囲外の場合に圧力式水位計１００Ａや１００Ｂが行う処理は、上記と同様である。

また、圧力式水位計１００Ｂが水位を測定する範囲Ａ２１２の上限は、圧力式水位計１００Ａが水位を測定する範囲Ａ２１１の上限よりも高い。また、範囲Ａ２１２の下限は、範囲Ａ２１１の上限よりも低く、範囲Ａ２１１の下限よりも高い。従って、圧力式水位計１００Ａ、圧力式水位計１００Ｂ、範囲Ａ２１１、範囲Ａ２１２は、それぞれ、第１の水圧式水位計、第２の水圧式水位計、第１の範囲、第２の範囲の一例に該当する。

また、圧力式水位計１００Ａの水位測定値がｂより大きくなり、かつ、所定の条件に該当する場合、変換器２００は、アクティブな水位計を圧力式水位計１００Ａから圧力式水位計１００Ｂへ切り替える。一方、圧力式水位計１００Ｂの水位測定値がｂ’より小さくなり、かつ、所定の条件に該当する場合、変換器２００は、アクティブな水位計を圧力式水位計１００Ｂから圧力式水位計１００Ａへ切り替える。範囲Ａ２３１は、アクティブな水位計の切替におけるヒステリシスを示す。以下、ｂやｂ’を「切替水位」と称する。
また、ｃは、圧力式水位計１００Ａの水位測定値の上限値を示す。
なお、切替水位ｂやｂ’や、水位測定値の上限値ｃや、水位測定範囲が重複する範囲Ａ２２１や、ヒステリシスの範囲Ａ２３１は、圧力式水位計１００毎または隣り合う２つの圧力式水位計１００毎に設定されていてもよいし、各圧力式水位計１００に共通に設定されていてもよい。

図１０は、変換器２００がアクティブな水位計の切り替えを行う処理手順の例を示すフローチャートである。変換器２００は、同図の処理を一定周期毎など繰り返し行う。
図１０の処理において、演算部２３２は、圧力式水位計１００Ａ、１００Ｂそれぞれの水位測定値を取得する（ステップＳ１０１）。例えば、演算部２３２は、無線機２２０が受信した水位測定値の最新値を、無線機２２０から直接、あるいは、記憶部２４０から読み出して取得する。
以下では、圧力式水位計１００Ａの水位をＷＬ_１とし、圧力式水位計１００Ｂの水位をＷＬ_２とする。

次に、演算部２３２は、圧力式水位計１００Ａ、１００Ｂのいずれがアクティブか判定する（ステップＳ１０２）。圧力式水位計１００Ａがアクティブであると判定した場合（ステップＳ１０２：水位計１００Ａ）、演算部２３２は、水位上昇傾向処理を行う（ステップＳ２００）。水位上昇傾向処理は、水位が上昇傾向にある場合のアクティブな水位計の切替処理であり、演算部２３２は、所定の条件に該当する場合にアクティブな水位計を圧力式水位計１００Ａから１００Ｂへ切り替える。
ステップＳ２００の後、図１０の処理を終了する。

一方、ステップＳ１０２において、圧力式水位計１００Ｂがアクティブであると判定した場合（ステップＳ１０２：水位計１００Ｂ）、演算部２３２は、水位下降傾向処理を行う（ステップＳ３００）。水位下降傾向処理は、水位が下降傾向にある場合のアクティブな水位計の切替処理であり、演算部２３２は、所定の条件に該当する場合にアクティブな水位計を圧力式水位計１００Ｂから１００Ａへ切り替える。
ステップＳ３００の後、図１０の処理を終了する。

なお、水位測定システムが３つ以上の圧力式水位計１００を具備している場合、ステップＳ１０２において、アクティブな水位計が処理対象の２つの圧力式水位計１００のいずれでもないと判定したときは、そのまま図１０の処理を終了する。

図１１は、変換器２００が水位上昇傾向処理を行う手順の例を示すフローチャートである。変換器２００は、図１０のステップＳ２００において、図１１の処理を行う。
図１１の処理において、演算部２３２は、圧力式水位計１００Ａの水位測定値ＷＬ_１が正常な値か否かを判定する（ステップＳ２０１）。これにより、演算部２３２は、圧力式水位計１００Ａが正常に動作しているか否かを判定する。

水位測定値ＷＬ_１が正常な値であると判定した場合（ステップＳ２０１：ＹＥＳ）、演算部２３２は、水位測定値ＷＬ_１が切替水位ｂより大きいか否かを判定する（ステップＳ２１１）。水位測定値ＷＬ_１が切替水位ｂ以下であると判定した場合（ステップＳ２１１：ＮＯ）、図１１の処理を終了する。
一方、水位測定値ＷＬ_１が切替水位ｂより大きいと判定した場合（ステップＳ２１１：ＹＥＳ）、演算部２３２は、水位測定値ＷＬ_２が正常な値かつ０より大きいか否かを判定する（ステップＳ２２１）。これにより、演算部２３２は、圧力式水位計１００Ｂが正常に動作し、かつ、水面が圧力式水位計１００Ｂの水位測定範囲内にあるか否かを判定する。

水位測定値ＷＬ_２が正常な値かつ０より大きいと判定した場合（ステップＳ２２１：ＹＥＳ）、演算部２３２は、アクティブな水位計を圧力式水位計１００Ａから１００Ｂへ切り替える（ステップＳ２５１）。例えば、記憶部２４０が、アクティブな水位計を圧力式水位計１００毎のフラグにて記憶し、演算部２３２は、フラグの値を書き換える。
ステップＳ２５１の後、図１１の処理を終了する。

一方、ステップＳ２２１において、水位測定値ＷＬ_２が異常な値または０以下であると判定した場合（ステップＳ２２１：ＮＯ）、演算部２３２は、水位測定値ＷＬ_１が上限値ｃより小さいか否かを判定する（ステップＳ２３１）。
水位測定値ＷＬ_１が上限値ｃより小さいと判定した場合（ステップＳ２３１：ＹＥＳ）、図１１の処理を終了する。この場合、アクティブな水位計は、圧力式水位計１００Ａのままとなる。

一方、ステップＳ２３１において、水位測定値ＷＬ_１が上限値ｃ以上であると判定した場合（ステップＳ２３１：ＮＯ）、演算部２３２は、水位欠測処理を行う（ステップＳ２６１）。水位欠測処理は、演算部２３２が出力水位を算出できない場合の処理である。例えば、変換器２００は、水位測定に失敗したことを示す警報を出力する。
ステップＳ２６１の後、図１１の処理を終了する。

一方、ステップＳ２０１において、水位測定値ＷＬ_１が正常な値でないと判定した場合（ステップＳ２０１：ＮＯ）、演算部２３２は、水位測定値ＷＬ_２が正常な値かつ０より大きいか否かを判定する（ステップＳ２４１）。
水位測定値ＷＬ_２が正常な値かつ０より大きいと判定した場合（ステップＳ２４１：ＹＥＳ）、ステップＳ２５１へ進む。
一方、ステップＳ２４１において、水位測定値ＷＬ_２が異常な値または０以下であると判定した場合（ステップＳ２４１：ＮＯ）、ステップＳ２６１へ進む。

図１２は、変換器２００が水位下降傾向処理を行う手順の例を示すフローチャートである。変換器２００は、図１０のステップＳ３００において、図１２の処理を行う。
図１２の処理において、演算部２３２は、圧力式水位計１００Ｂの水位測定値ＷＬ_２が正常な値かつ０より大きいか否かを判定する（ステップＳ３０１）。これにより、演算部２３２は、圧力式水位計１００Ｂが水位を測定可能（正常に動作し、かつ、水面が水位測定範囲内）か否かを判定する。

水位測定値ＷＬ_２が正常な値かつ０より大きいと判定した場合（ステップＳ３０１：ＹＥＳ）、演算部２３２は、水位測定値ＷＬ_２が切替水位ｂ’より小さいか否かを判定する（ステップＳ３１１）。水位測定値ＷＬ_２が切替水位ｂ’以上であると判定した場合（ステップＳ３１１：ＮＯ）、図１２の処理を終了する。
一方、水位測定値ＷＬ_２が切替水位ｂ’より小さいと判定した場合（ステップＳ３１１：ＹＥＳ）、演算部２３２は、水位測定値ＷＬ_１が正常な値かつ０より大きいか否かを判定する（ステップＳ３２１）。これにより、演算部２３２は、圧力式水位計１００Ａが正常に動作し、かつ、水面が圧力式水位計１００Ａの水位測定範囲内にあるか否かを判定する。

水位測定値ＷＬ_１が正常な値かつ０より大きいと判定した場合（ステップＳ３２１：ＹＥＳ）、演算部２３２は、アクティブな水位計を圧力式水位計１００Ｂから１００Ａへ切り替える（ステップＳ３５１）。
ステップＳ３５１の後、図１２の処理を終了する。

一方、ステップＳ３２１において、水位測定値ＷＬ_１が異常な値または０以下であると判定した場合（ステップＳ３２１：ＮＯ）、演算部２３２は、水位測定値ＷＬ_２が０（測定下限値）より大きいか否かを判定する（ステップＳ３３１）。
水位測定値ＷＬ_２が０より大きいと判定した場合（ステップＳ３３１：ＹＥＳ）、図１２の処理を終了する。この場合、アクティブな水位計は、圧力式水位計１００Ｂのままとなる。

一方、ステップＳ３３１において、水位測定値ＷＬ_２が０以下であると判定した場合（ステップＳ３３１：ＮＯ）、演算部２３２は、水位欠測処理を行う（ステップＳ３６１）。
ステップＳ２３１の後、図１２の処理を終了する。

一方、ステップＳ３０１において、水位測定値ＷＬ_２が異常な値または０以下であると判定した場合（ステップＳ３０１：ＮＯ）、演算部２３２は、水位測定値ＷＬ_１が正常な値かつ０より大きいか否かを判定する（ステップＳ３４１）。
水位測定値ＷＬ_１が正常な値かつ０より大きいと判定した場合（ステップＳ３４１：ＹＥＳ）、ステップＳ３５１へ進む。
一方、ステップＳ３４１において、水位測定値ＷＬ_１が異常な値または０以下であると判定した場合（ステップＳ３４１：ＮＯ）、ステップＳ３６１へ進む。

図１３は、変換器２００が圧力式水位計１００の水位測定値に対するオフセットを設定して水位を算出する処理手順の例を示すフローチャートである。変換器２００は、同図の処理を一定周期毎など繰り返し行う。
図１３の処理において、演算部２３２とオフセット設定部２３１とは、圧力式水位計１００Ａ、１００Ｂそれぞれの水位測定値を取得する（ステップＳ４０１）。

次に、オフセット設定部２３１は、アクティブな水位計の切替状況を判定する（ステップＳ４０２）。具体的には、オフセット設定部２３１は、アクティブな水位計が切り替わった際にオフセット値を設定済みか否か判定する。例えば、演算部２３２は、図１１のステップＳ２５１や図１２のステップＳ２５２でのアクティブな水位計の切り替えにてフラグの値を書き換える際、オフセット値未設定を示す値をフラグに書き込む。そして、オフセット設定部２３１は、フラグの値を参照して、オフセット値を設定済みか否か判定する。

ステップＳ４０２において、圧力式水位計１００Ｂが新たにアクティブになって、かつ、オフセット値未設定と判定した場合（ステップＳ４０２：１００Ａ→１００Ｂ）、オフセット設定部２３１は、圧力式水位計１００Ｂのオフセット値を設定する（ステップＳ４１１）。
ここで、通常、アクティブな水位計の切替の際、水面は、圧力式水位計１００Ａの測定範囲と圧力式水位計１００Ｂの測定範囲が重複する範囲内（図９の範囲Ａ２２１内）にあり、圧力式水位計１００Ａ、１００Ｂのいずれも水位を測定可能である。そこで、オフセット設定部２３１は、圧力式水位計１００Ａ、１００Ｂそれぞれの水位測定値ＷＬ_１、ＷＬ_２と、切替前にアクティブであった圧力式水位計１００Ａのオフセット値ＷＬ_{ｏｆｆｓｅｔ１}とを用いて、式（４）に基づいて、圧力式水位計１００Ｂのオフセット値ＷＬ_{ｏｆｆｓｅｔ２}を算出する。

すなわち、オフセット設定部２３１は、切替前にアクティブであった圧力式水位計１００の水位測定値およびオフセット値に基づく水位演算値から、切替後にアクティブな圧力式水位計１００の水位測定値を減算することで切替後のオフセット値を算出する。これにより、スムーズな水位切替を行うことができる。この点について、図１４を参照して説明する。

図１４は、水位測定システムの出力水位の例を示すグラフである。同図の横軸は時刻を示し、縦軸は出力水位を示す。時間Ｔ１１においては、変換器２００は、圧力式水位計１００Ａの水位測定値およびオフセット値に基づいて出力水位を算出している。一方、時間Ｔ１２においては、変換器２００は、圧力式水位計１００Ａの水位測定値およびオフセット値に基づいて出力水位を算出している。

また、線Ｌ１１は、式（４）に基づいて算出したオフセット値を用いた場合の出力水位の例を示す。一方、線Ｌ１２では、線Ｌ１１との比較のために、圧力式水位計１００毎に予め設定されているオフセット値を用いた場合の出力水位の例を示している。
圧力式水位計１００毎に予め設定されているオフセット値を用いた場合、線Ｌ１２のように、アクティブな水位計の切替の際に、あたかも水位の急変動があったかのように出力水位が急激に変化するおそれがあり、水位観測の支障となり得る。
これに対して、式（４）に基づいて算出したオフセット値を用いることで、線Ｌ１１のように、アクティブな水位計の切替の前後で出力水位の急変を抑制してスムーズに切替を行うことができる。

なお、図１３のステップＳ４２１において、圧力式水位計１００Ａの故障などにより正常な水位測定値を得られない場合、式（４）に基づいて適切にオフセット値を算出することができない。この場合、オフセット設定部２３１は、圧力式水位計１００Ｂに対して前回設定したオフセット値を再度設定する。具体的には、記憶部２４０が、圧力式水位計１００毎に最新のオフセット値を記憶しておき、オフセット設定部２３１は、圧力式水位計１００Ｂについて記憶部２４０が記憶しているオフセット値を読み出して、演算部２３２が用いるオフセット値として設定する。
これにより、圧力式水位計１００が故障した場合でも、他の圧力式水位計１００の水位測定範囲については、演算部２３２は出力水位を算出することができる。この点において、欠測期間（変換器２００が水位を出力できない期間）が短くて済む。

ステップＳ４１１の後、オフセット設定部２３１は、ステップＳ４１１で設定した圧力式水位計１００Ｂのオフセット値を記憶部２４０に記憶させる（ステップＳ４１２）。
次に、演算部２３２は、圧力式水位計１００Ａ、１００Ｂのいずれがアクティブになっているか判定する（ステップＳ４３１）。
圧力式水位計１００Ａがアクティブになっていると判定した場合、（ステップＳ４３１：水位計１００Ａ）、演算部２３２は、圧力式水位計１００Ａの水位測定値ＷＬ_１およびオフセット値ＷＬ_{ｏｆｆｓｅｔ１}を用いて、式（５）に基づいて出力水位ＷＬを算出する。

その後、図１３の処理を終了する。
一方、ステップＳ４３１において、圧力式水位計１００Ｂがアクティブになっていると判定した場合、（ステップＳ４３１：水位計１００Ｂ）、演算部２３２は、圧力式水位計１００Ｂの水位測定値ＷＬ_２およびオフセット値ＷＬ_{ｏｆｆｓｅｔ２}を用いて、式（６）に基づいて出力水位ＷＬを算出する。

その後、図１３の処理を終了する。
なお、水位測定システムが３つ以上の圧力式水位計１００を具備している場合、ステップＳ４３１において、アクティブな水位計が処理対象の２つの圧力式水位計１００のいずれでもないと判定したときは、そのまま図１３の処理を終了する。

一方、ステップＳ４０２において、圧力式水位計１００Ａが新たにアクティブになって、かつ、オフセット値未設定と判定した場合（ステップＳ４０２：１００Ｂ→１００Ａ）、オフセット設定部２３１は、圧力式水位計１００Ａのオフセット値を設定する（ステップＳ４２１）。
具体的には、オフセット設定部２３１は、圧力式水位計１００Ａ、１００Ｂそれぞれの水位測定値ＷＬ_１、ＷＬ_２と、切替前にアクティブであった圧力式水位計１００Ｂのオフセット値ＷＬ_{ｏｆｆｓｅｔ２}とを用いて、式（７）に基づいて、圧力式水位計１００Ａのオフセット値ＷＬ_{ｏｆｆｓｅｔ１}を算出する。

そして、オフセット設定部２３１は、ステップＳ４２１で設定した圧力式水位計１００Ａのオフセット値を記憶部２４０に記憶させる（ステップＳ４２２）。
その後、ステップＳ４３１へ遷移する。

一方、ステップＳ４０２において、アクティブな水位計の切替が行われていない（オフセット値を設定済みである）と判定した場合（ステップＳ４０２：切替なし）、ステップＳ４３１へ遷移する。

以上のように、圧力式水位計１００Ａは、水面が範囲Ａ２１１内にある場合に水位を測定する。また、圧力式水位計１００Ｂは、水面が、範囲Ａ２１１よりも高い上限から、範囲Ａ２１１の上限よりも低く範囲Ａ２１１の下限よりも高い下限までの範囲Ａ２１２内にある場合に水位を測定する。そして、演算部２３２は、圧力式水位計１００Ａの水位測定値または圧力式水位計１００Ｂの水位測定値に基づいて、水面が範囲Ａ２１１内にある場合および水面が範囲Ａ２１２内にある場合に水位を算出する。
これにより、圧力式水位計１００の各々が具備するケーブル１３０を比較的短くすることができ、かつ、変換器２００は、範囲Ａ２１１の下限から範囲Ａ２１２の上限までの広範囲にわたって水位を出力することができる。従って、水位測定対象の規模が大きい場合でも、センサの設置や交換の作業負荷がより小さくて済む。

また、オフセット設定部２３１は、圧力式水位計１００Ｂの水位測定値に対するオフセット値を、水面が範囲Ａ２２１内にある状態における圧力式水位計１００Ａの水位測定値および圧力式水位計１００Ｂの水位測定値と、圧力式水位計１００Ａの水位測定値に対するオフセット値とに基づいて設定する。そして、演算部２３２は、圧力式水位計１００Ｂの水位測定値に、オフセット設定部２３１が設定した圧力式水位計１００Ｂの水位測定値に対するオフセット値を加算した水位を算出する。
これにより、図１４を参照して説明したように、アクティブな水位計の切替の前後で出力水位の急変を抑制してスムーズに切替を行うことができ、この点において、水位観測に支障が生じることを防止できる。
さらには、水位測定システム１または２の始動など、調整作業者が手作業でオフセット値を設定する場合、アクティブな水位計に対するオフセット値のみを設定すればよく、他の圧力式水位計１００のオフセット値は、オフセット設定部２３１が自動的に算出する。１つの圧力式水位計１００のオフセット値のみを設定すればよい点で、調整作業者の作業負荷が小さい。

また、圧力式水位計１００において、パッキン１４２（図４）は、下向きに開口した大気導入口が形成されて圧力式水位計１００の内部に大気を導く。また、フロート１４４は、水面に浮遊可能に設けられ、浮上によりパッキン１４２の大気導入口を閉じて、圧力式水位計１００の内部への水の浸入を防ぐ。
これにより、圧力式水位計１００が水位を測定する際は、センサ１１０の内部を大気に開放することができ、圧力式水位計１００は、気圧の変化に影響されずに水位を測定することができる。一方、水位が情報して圧力式水位計１００が水没する際は、圧力式水位計１００内部への水の浸入を防止することができる。さらに、ケーブル１３０の上端を常に大気中に出しておく必要がなく、ケーブル１３０を比較的短くすることができ、この点において、センサの設置や交換の作業負荷がより小さくて済む。

なお、アクティブな水位計の切替の際のヒステリシス（例えば、図９の範囲Ａ２３１）は、圧力式水位計１００を設置する環境に応じて設定することが考えられる。例えば、ダムなど比較的波が小さい環境の場合、ヒステリシスを１０センチメートル（ｃｍ）または２０センチメートル程度に設定することが考えられる。

なお、圧力式水位計１００の測定範囲の重なりが大きくなるように圧力式水位計１００を設置することで、圧力式水位計１００の多重化を図ることができる。例えば、図１の例において、範囲Ａ１３の下限が範囲Ａ１１の上限以下となる位置に、測定柱６１０−３および圧力式水位計１００−３を設置するようにしてもよい。これにより、圧力式水位計１００−２が故障した場合でも、範囲Ａ１２について、圧力式水位計１００−１または圧力式水位計１００−３が水位を測定することができ、欠測の発生を回避できる。

なお、変換器２００の機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより各部の処理を行ってもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。
また、「コンピュータシステム」は、ＷＷＷシステムを利用している場合であれば、ホームページ提供環境（あるいは表示環境）も含むものとする。
また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、コンパクトディスク等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良く、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであっても良い。

以上、この発明の実施形態を図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。

１、２ 水位測定システム
１００、１００−１〜１００−４、１００Ａ、１００Ｂ 圧力式水位計
１１０ センサ
１１１ ダイヤフラム
１１２ 圧力検出素子
１２０ 送信機
１２１ 水位演算器
１２２ 無線機
１２３ アンテナ
１２９ バッテリ
１３０ ケーブル
１３１ 大気圧導入チューブ
１４０ 大気中開放機構
１４１ 筒
１４２ パッキン
１４３ フロート脱落防止ピン
１４４ フロート
２００ 変換器
２１０ アンテナ
２２０ 無線機
２３０ 制御部
２３１ オフセット設定部
２３２ 演算部
２４０ 記憶部
２５０ 水位出力部

Claims (3)

1. 水面が第１の範囲内にある場合に水位を測定する第１の水圧式水位計と、
   前記水面が、前記第１の範囲の上限よりも高い上限から、前記第１の範囲の上限よりも低く前記第１の範囲の下限よりも高い下限までの、第２の範囲内にある場合に水位を測定する第２の水圧式水位計と、
   前記第１の水圧式水位計の水位測定値または前記第２の水圧式水位計の水位測定値に基づいて、前記水面が前記第１の範囲内にある場合および前記水面が前記第２の範囲内にある場合に水位を算出する演算部と
   を具備することを特徴とする水位測定システム。
2. 前記第２の水圧式水位計の水位測定値に対するオフセット値を、前記水面が前記第１の範囲内かつ前記第２の範囲内にある状態における前記第１の水圧式水位計の水位測定値および前記第２の水圧式水位計の水位測定値と、前記第１の水圧式水位計の水位測定値に対するオフセット値とに基づいて設定するオフセット設定部を具備し、
   前記演算部は、前記第２の水圧式水位計の水位測定値に、前記オフセット設定部が設定した前記第２の水圧式水位計の水位測定値に対するオフセット値を加算した水位を算出する、ことを特徴とする請求項１に記載の水位測定システム。
3. 前記第１の水圧式水位計または前記第２の水圧式水位計の少なくともいずれかは、
   下向きに開口した大気導入口が形成されて前記水圧式水位計の内部に大気を導く開口部材と、
   前記水面に浮遊可能に設けられ、浮上により前記大気導入口を閉じて前記水圧式水位計の内部への水の浸入を防ぐフロートと、
   を具備することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の水位測定システム。
   

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