JP3420130B2

JP3420130B2 - スノージャム検出装置及び検出方法

Info

Publication number: JP3420130B2
Application number: JP24278999A
Authority: JP
Inventors: 謙一松村; 洋文松浦
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1999-08-30
Filing date: 1999-08-30
Publication date: 2003-06-23
Anticipated expiration: 2019-08-30
Also published as: JP2001064952A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はスノージャム検出装
置及び検出方法に関し、特に発電設備用ダム等の水路に
流入するスノージャムを検出する検出装置と、その検出
方法とに関する。

【０００２】

【従来の技術】スノージャムとは水路や貯水槽などの水
面に浮かぶ、雪起源の比較的柔らかい氷の塊であり、多
量の水分を含んでいる。このため、水面上にある程度拡
がると同時に、通常の氷以上に水面下にある部分が多
い。例えば水力発電所において、このようなスノージャ
ムを含んだ水をダム水路を通して発電用水として取り入
れると発電設備（発電機用タービン）の損傷を招くの
で、スノージャムの正確，安定な検出が必要とされる。

【０００３】従来のスノージャムの検出装置・方法の一
例を図１１を参照して説明する（特開平８−１５９００
６号公報「降雪地の水力発電所の上水槽水位調整制御装
置」参照）。この技術では、水路（水槽）１の途中にス
ノージャム３を堰き止めるスクリーン（網）２を設け、
スクリーンの上流側及び下流側に水位に応じた圧力を検
出する上流圧力計４及び下流圧力計５をそれぞれ設けて
いる。スノージャムの検出は、スノージャム自体の発生
可能性を季節（カレンダー）及び外気温から求めてお
き、上流圧力計および下流圧力計の測定値からスクリー
ンの上下流での水位差≒圧力差を求め、圧力差が一定値
以上発生した場合、スノージャムが発生しスクリーンに
堰き止められていると推定する間接的方法を使用してい
た。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この従
来のスノージャム検出装置・方法では次のような問題点
があった。第１の問題点は、スクリーンの上下流での圧
力差によりスノージャムの発生を推定する間接的な方法
であり、直接スノージャムを検出しておらず、検出精度
が低いことにある。第２の問題点は、検出精度が低いま
まに季節（カレンダー）を利用していることである。こ
のため、季節はずれの降雪に対し正常に検出しないか、
発生可能のある季節を広く取ると落ち葉などを誤検出す
るといった事態が生じていた。第３の問題点は、スクリ
ーン（網）にスノージャムを引っかけるため、圧力管へ
の導水量が減少し、発電量が低下することである。

【０００５】また、上に説明した以外の従来技術とし
て、水路側面に設けた電極間の水流断面方向の電気伝導
度変化を利用する技術、水面上に設けた浮き付き棒の水
面からの浮き量を利用する技術、水中あるいは水面上に
設けた超音波発信機及び受信機間で送受信される超音波
の水中あるいは水面の反射波（散乱波）を利用する技術
があるが、それぞれ次のような問題点がある。

【０００６】すなわち、電気伝導度変化利用の場合、水
中のイオン濃度に非常に依存し、この大きな変動を除外
することと、電極にスノージャムが接触するが、付着し
ないようにすること、電極が水面直近下にあるように管
理しないと精度が出ないことである。

【０００７】浮き量利用の場合、浮きの感度をとるため
のバランスが非常に微妙なことと、浮き付き棒へのスノ
ージャム付着防止と、浮遊異物などによる浮きの破損防
止を必要とすること、浮き付き棒自体が消耗品であるこ
とである。

【０００８】超音波の水面反射利用の場合、水路の乱流
などの影響で安定して検出できないことや、初期調整が
難しいこと、定期的に水中発信器・受信機の保守が必要
なことである。また、超音波の水面表面散乱利用の場
合、水路側面からの反射波により安定した検出ができな
いことや、初期調整が難しいことである。

【０００９】本発明の目的は、発電設備用ダム等の水路
において、スノージャム検出による流量損失を防止しな
がら、安定したスノージャム検出を行い、スノージャム
による圧力管の詰まり・タービン破損などを確実に防止
可能とするスノージャム検出装置及び検出方法を提供す
ることにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に係る
スノージャム検出装置は、水路に流入するスノージャム
を検出する検出装置において、前記水路上から収束光を
下方の水面に照射する照明手段と、前記収束光の照射地
点からやや外れた部分領域を含む水面領域上面を撮像範
囲とする撮像手段とを有し、前記照明手段から照射され
た収束光が水面のスノージャムで表面散乱もしくは内部
散乱されて生じた散乱光を前記撮像手段により検出する
ことによりスノージャムを検出することを特徴とする。

【００１１】本発明の請求項２に係るスノージャム検出
装置は、水路に流入するスノージャムを検出する検出装
置において、前記水路内から収束光を上方の水面に照射
する照明手段と、前記収束光の照射地点からやや外れた
部分領域を含む水面領域上面を撮像範囲とする撮像手段
とを有し、前記照明手段から照射された収束光が水面の
スノージャムで透過散乱されて生じた散乱光を前記撮像
手段により検出することによりスノージャムを検出する
ことを特徴とする。

【００１２】本発明の請求項３に係るスノージャム検出
装置は、請求項１または２に係るスノージャム検出装置
において、前記照明手段が、前記収束光を前記水路の水
流に対し垂直な方向に直線状となるように照射すること
を特徴とする。

【００１３】本発明の請求項４に係るスノージャム検出
装置は、請求項３に係るスノージャム検出装置におい
て、前記撮像手段が、前記収束光に沿った直線状の撮像
範囲を１走査線のみで走査するラインカメラであること
を特徴とする。

【００１４】本発明の請求項５に係るスノージャム検出
装置は、請求項１または２に係るスノージャム検出装置
において、前記照明手段の光源として単色光を発光する
単色光源を使用し、前記撮像手段に前記単色光に対応し
たバンドパス干渉フィルタを装着したことを特徴とす
る。

【００１５】本発明の請求項６に係るスノージャム検出
装置は、請求項１または２に係るスノージャム検出装置
において前記照明手段の光源として偏光を発光する偏光
光源を使用し、前記撮像手段に、前記照明手段から照射
される偏光と直交した偏光面を有する偏光フィルタを装
着したことを特徴とする。

【００１６】本発明の請求項７に係るスノージャム検出
装置は、請求項１または２に係るスノージャム検出装置
において、前記照明手段が収束光を点滅し、前記撮像手
段が、前記照明手段の点滅に同期して撮像し、点灯時及
び非点灯時各々の撮像の差分画像にて前記照明手段起源
の光のみを抽出処理することを特徴とする。

【００１７】本発明の請求項８に係るスノージャム検出
装置は、請求項１または２に係るスノージャム検出装置
において、スノージャム除去装置の稼働制御を行う際、
間欠的に流れてくるスノージャムの検出結果に対しヒス
テリシス特性を持つような時系列処理を行うことで、前
記スノージャム除去装置の応答可能な稼動，停止周期に
対応した安定した稼働制御を行なうことを特徴とする。

【００１８】本発明の請求項９に係るスノージャム検出
装置は、請求項１または２に係るスノージャム検出装置
において、水温，外気温を含む気象情報及び月日情報に
基づいて、スノージャムの発生を予想し、予想結果に応
じて前記照明手段及び前記撮像手段の稼働制御を行うこ
とを特徴とする。

【００１９】本発明の請求項１０に係るスノージャム検
出方法は、水路に流入するスノージャムを検出する検出
方法において、前記水路上に設けられた照明手段から収
束光を下方の水面に照射し、前記水路上に設けられた撮
像手段により前記収束光の照射地点からやや外れた部分
領域を含む水面領域上面を撮像し、照射された収束光が
水面のスノージャムで表面散乱もしくは内部散乱されて
生じた散乱光を検出することによりスノージャムを検出
することを特徴とする。

【００２０】本発明の請求項１１に係るスノージャム検
出方法は、水路に流入するスノージャムを検出する検出
方法において、前記水路内に設けられた照明手段から収
束光を上方の水面に照射し、前記水路上に設けられた撮
像手段により前記収束光の照射地点からやや外れた部分
領域を含む水面領域上面を撮像し、照射された収束光が
水面のスノージャムで透過散乱されて生じた散乱光を検
出することによりスノージャムを検出することを特徴と
する。

【００２１】本発明の請求項１２に係るスノージャム検
出方法は、請求項１０または１１に係るスノージャム検
出方法において、前記収束光を前記水路の水流に対し垂
直な方向に直線状となるように照射することを特徴とす
る。

【００２２】本発明の請求項１３に係るスノージャム検
出方法は、請求項１０または１１に係るスノージャム検
出方法において、前記照明手段からの収束光として単色
光を照射し、前記撮像手段にて前記単色光に対応したバ
ンドパス干渉フィルタを通して撮像することを特徴とす
る。

【００２３】本発明の請求項１４に係るスノージャム検
出方法は、請求項１０または１１に係るスノージャム検
出方法において、前記照明手段からの収束光として偏光
を照射し、前記撮像手段にて、前記照明手段から照射さ
れる偏光と直交した偏光面を有する偏光フィルタを通し
て撮像することを特徴とする。

【００２４】本発明の請求項１５に係るスノージャム検
出方法は、請求項１０または１１に係るスノージャム検
出方法において、前記照明手段が収束光を点滅し、前記
撮像手段が、前記照明手段の点滅に同期して撮像し、点
灯時及び非点灯時各々の撮像の差分画像にて前記照明手
段起源の光のみを抽出処理することを特徴とする。

【００２５】本発明の請求項１６に係るスノージャム検
出方法は、請求項１０または１１に係るスノージャム検
出方法において、スノージャム除去装置の稼働制御を行
う際、間欠的に流れてくるスノージャムの検出結果に対
しヒステリシス特性を持つような時系列処理を行うこと
で、前記スノージャム除去装置の応答可能な稼動，停止
周期に対応した安定した稼働制御を行なうことを特徴と
する。

【００２６】本発明の請求項１７に係るスノージャム検
出方法は、請求項１０または１１に係るスノージャム検
出方法において、水温，外気温を含む気象情報及び月日
情報に基づいて、スノージャムの発生を予想し、予想結
果に応じて前記照明手段及び前記撮像手段の稼働制御を
行うことを特徴とする。

【００２７】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。

【００２８】まず、図１、図２、図３を参照して本発明
の概要を説明する。図３は本発明の検出対象であるスノ
ージャムを説明するための図である。図３において、水
力発電設備の圧力管へ導水する幅２〜４ｍ程度の水路１
１（場合により、中間の貯水槽なども含む）の水面に、
雪起源の比較的柔らかい氷の塊であり、多量の水分を含
んでいるスノージャム３２が浮かんでいる。このスノー
ジャム３２は、水面上にある程度拡がると同時に、通常
の氷以上に水面下にある部分３３が多い。

【００２９】このスノージャム３２は、水面（液面）近
くを、水路の中央部にある程度凝って流れてくる搬送特
性と、透過性が高いが同時に散乱性もある光学特性とを
有している。

【００３０】このスノージャム３２をラインカメラによ
り視野３４で水流と垂直に走査することで連続して撮像
するか、エリヤカメラにより視野３５で反復撮像するこ
とでスノージャムを検出する。すなわち、水路上から収
束光（含むレーザ）を水面に照射する照明手段もしくは
水路内から収束光（含むレーザ）を上方の水面に照射す
る照明手段と、照射地点からやや外れた部分領域を含む
水面領域を撮像範囲とする撮像手段（カメラ）とを備
え、水面に浮かぶスノージャムに対し、収束した光を上
方もしくは下方から照射し、その表面や内部で散乱され
た散乱光もしくは透過散乱光が強く生じる領域を撮像す
る。このようにして、安定したスノージャム検出を可能
にする。

【００３１】視野の大きさとしては、水路の幅は２〜４
ｍ程度でスノージャムは中央部に凝って流れるため、エ
リヤカメラの場合（視野４）は、分解能との兼ね合いか
ら、中央部の０．５〜１ｍ程度のみをカバーすればよ
い。２次元高分解能カメラを使用する場合は、もっと広
い範囲をカバーさせることができる。ラインカメラの場
合（視野３５）は、水路幅を原則としてカバーする視野
とする。ただし、水路の両サイドは水路側面から（散
乱）反射光や、視差の関係で水路側面自体を撮像するこ
とになるため、多少除外する。

【００３２】ただし、単に照明して撮像するだけでは、
水面の表面の波の影響もあり、Ｓ／Ｎ良く検出できな
い。このため、図１、図２に示すような散乱光を撮像す
る。

【００３３】すなわち、図１において、水路１１にスノ
ージャム１２が流れて来た場合、水面上方から収束され
た照明を行うライン照明（照明装置）１３（場合により
スポット状の照明を並べたラインスポット照明、レーザ
ビームの走査照明（ポリゴンミラー利用を含む）、扇状
レーザビーム（レーザファンビーム）等の収束性照明）
を使用し、その散乱光を受光する（散乱領域サイズ検
出）。なお、単なる直管蛍光灯は散乱性照明のため、不
可である。

【００３４】もしくは図２において、水路１１にスノー
ジャム２２が流れて来た場合、下方（水底）から収束さ
れた照明を行うライン照明２３（シリドリカルレンズ付
きロッド、レンズ付きＬＥＤライン照明等も可）から照
射し、この光がスノージャム２２により、散乱もしくは
透過散乱され、これをカメラ２４で撮像を行うことで、
スノージャム２２を検出する（透過散乱領域サイズ検
出）。

【００３５】ここで、「収束された照明を行うライン照
明（照明装置）」の構成例について説明する。

【００３６】（１）スポット状の照明を並べたラインス
ポット照明は、出力数ｍＷの小型半導体レーザをアレイ
状に一定間隔で並べて構成する。稼動部が無く、低コス
トで、小型化できる。ただし、光軸アライメントの微調
整を行わない場合、使用するカメラはエリヤカメラに限
定される。

【００３７】（２）レーザビームの走査照明（ポリゴン
ミラー利用を含む）は、レーザビームプリンタ（ＬＢ
Ｐ）のレーザビーム走査と同じような構造である。しか
し、ＬＢＰでは、レーザ自身を非常に短い周期で点滅
（走査しながら文字を描くため）しているが、本発明で
使用するレーザ走査では、常時点灯もしくは、間欠点灯
（撮像カメラ側のシャッター開の期間のみ発光、もしく
は、何回かのシャッター開に１回発光）となる。常時点
灯しない場合は、Ｓ／Ｎ改善を目的とする。

【００３８】（３）扇状レーザビーム（レーザファンビ
ーム）は、レーザビームを扇状に拡げたものである。特
性上の理想は、ガスレーザ・コリメータレンズ・回転ポ
リゴンミラーを用いたレーザビームの走査照明である。
上記（２）項の半導体レーザ走査照明もファンビームで
あり、この場合は、レーザの発光部の方向に合わせて走
査する場合は、比較的薄く、かつ、一様な光量分布を持
つ良好なファンビームにすることができる（半導体レー
ザ発光の拡がり角の大きな方向に合わせてビームを振
る）。簡単にファンビームを作成するには、シリンドリ
カルレンズ（カマボコレンズ・円柱レンズ）にレーザビ
ームを照射して、ビームを扇状に拡げることで実現でき
る。また、非均一吸収により光量分布整形を行い、稼働
部なくライン状にレーザを照射するものもある。

【００３９】（４）シリドリカルレンズ付きロッド照明
は、プラスチックロッドの片側（もしくは両端）からハ
ロゲンランプの光を入れて、ロッドの散乱面からの光
を、ロッドと並べて配置したシリンドリカルレンズにて
収束させている。照明長は、２ｍ位まである。また、ラ
インファイバー照明＋シリンドリカルレンズの方が収束
性が良いが、照明長を確保することが難しい。なお、蛍
光灯（特にアパーチャ蛍光灯）とシリンドリカルレンズ
・凹面鏡は収束性が悪く、本発明のように、散乱光のみ
を検出しようとする用途には不向きである。

【００４０】（５）レンズ付きＬＥＤライン照明は、ラ
イン状に並べたＬＥＤ照明の前面にシリンドリカルレン
ズをつけて平行光化したものである。ただし、通常のＬ
ＥＤでは点光源と見なすことができず、収束性が悪い。
ＬＥＤアレイプリンタ用のＬＥＤアレイを使用すれば収
束性がよくなる。

【００４１】次に、図４乃至図９を参照して本発明の各
実施の形態について詳細に説明する。

【００４２】まず、図４に示す実施の形態例を説明す
る。本例では、（ライン）カメラ４４は散乱光受光方式
のものであり、上方からの照明光４７を受けて、散乱光
４８で明るくなっているスノージャム４２を、視野４６
の位置で撮像している。

【００４３】また、図５に示す実施の形態例では、（ラ
イン）カメラ５４は透過散乱光受光方式のものであり、
下方からの照明光５７を受けて、透過散乱光５８で明る
くなっているスノージャム５２を、視野５６の位置で撮
像している。

【００４４】実際にはＳ／Ｎを改善するために、図４及
び図５に示す実施の形態例において、収束した上方から
の照明光４７、収束した下方からの照明光５７にレーザ
・ＬＥＤ等の単色照明（照明装置）による単色光を使用
し、カメラ４４，５４にはその単色光を通すバンドパス
干渉フィルタ４５，５５をそれぞれ装着している。

【００４５】次に、図６に示す実施の形態例を説明す
る。本例と図４に示す例との相違点は、上方からの照明
光６７を発光する図示していない照明装置に偏光板が装
着してあり、（直線）偏光された収束光でスノージャム
６２の照明を行い、カメラ６４には照明と直交した偏光
面を持つ偏光フィルタ６５を装着することで、水あるい
はスノージャムでの反射により、照明の偏光を保持（直
線偏光気味の楕円偏光）した反射光６８と、偏光性を失
った（円偏光に近い状態になった）散乱光６９とが混在
した状態から、散乱光６９を抽出することでＳ／Ｎを改
善している。

【００４６】また、図７に示す実施の形態例では、図６
に示す例と同様に、下方からの照明光７７を発光する図
示していない照明装置に偏光板が装着してあり、（直
線）偏光された収束光でスノージャム７２の照明を行
い、カメラ７４には照明と直交した偏光面を持つ偏光フ
ィルタ７５を装着することで、水あるいはスノージャム
での透過により、照明の偏光を保持（直線偏光気味の楕
円偏光）した透過光７８と、偏光性を失った（円偏光に
近い状態になった）透過散乱光７９とが混在した状態か
ら、透過散乱光７９を抽出することでＳ／Ｎを改善して
いる。

【００４７】次に、図８に示す実施の形態例を説明す
る。本例は図４に示す例に加えて、照明の点滅制御を行
っており、照明の消えた状態（収束した照明光８７及び
散乱光８８のない状態）でのバックグランドの照度をカ
メラ８４で撮像し画像Ａを得て、また照明が点灯した状
態（収束した照明光８７及び散乱光８８のある状態）で
の画像Ｂを得て、差分画像Ｃ＝画像Ｂ−画像Ａ（ただ
し、負となった場合は０とする）を算出する。

【００４８】また、図９に示す実施の形態例では、図８
に示す例と同様に、図５に示す例に加えて、照明の点滅
制御を行っており、照明の消えた状態（収束した照明光
９７及び透過散乱光９８のない状態）でのバックグラン
ドの照度をカメラ９４で撮像し画像Ａを得て、また照明
が点灯した状態（照明光９７及び透過散乱光９８のある
状態）での画像Ｂを得て、差分画像Ｃ＝画像Ｂ−画像Ａ
（ただし、負となった場合は０とする）を算出する。

【００４９】図８及び図９に示す実施の形態例において
はともに、照明はラインカメラの場合は走査線ごとに点
滅させ、エリヤカメラの場合はフィールドごとに点滅さ
せる。また、エリヤカメラでは、電子シャッターも併用
し、シャッター開の瞬間にＬＥＤもしくはレーザ等の照
明を点灯させることで、外乱光を抑えて、照明起源光の
みを抽出処理することができ、Ｓ／Ｎ改善に有効とな
る。

【００５０】すなわち、電子シャッターは、カメラ機種
によって決まっている標準的なタイミングで、１フィー
ルド期間内の一定のタイミングでシャッター開になり撮
像を行う。この電子シャッターのシャッター開時間は、
エリヤカメラの場合は、１フィールド期間（通常のＮＴ
ＳＣインタレースでは１／６０秒。ノンインタレースカ
メラでは多くの場合、１／６０秒か１／３０秒。なお、
この場合は、１フィールド期間＝１フレーム期間）に対
し、十分短い時間（ＮＴＳＣカメラの場合は１／２００
０秒以上の高速が多い）を設定する。

【００５１】上記各実施の形態におけるスノージャム検
出の最短の処理間隔は、カメラによる画像取込間隔＝フ
ィールドレートもしくはフレームレートであり、１／６
０秒もしくは１／３０秒となる。ただし、１回の撮像毎
に、光源（レーザ）を常時（といってもシャッターｏｎ
のみの期間）出力せずに、２回の撮像に１回の光源を点
灯させて、差を取ることでＳ／Ｎを改善する方式として
いる場合は、その２倍の間隔での処理が最短の処理間隔
となり、１／１５秒もしくは１／３０秒となる。

【００５２】次に、スノージャム検出装置にスノージャ
ム除去装置を連動させた場合の実施の形態例を、図１０
を参照して説明する。

【００５３】図１０において、スノージャム検出装置１
００は、収束した照明光を水路に上方または下方から照
射する照明部１０１と、水路の照明光の散乱または透過
散乱状態を撮像する撮像部１０２と、上記各部を制御し
スノージャムの検出を行うとともにインタフェース部
（Ｉ／Ｆ部）１０４を通してスノージャム除去装置２０
０を制御する制御部１０３とを有している。スノージャ
ム除去装置２００は、水路のスノージャム検出装置１０
０の照明部１０１及び撮像部１０２の設置位置より下流
に設けられ、水中及び水面のスノージャムを除去する機
構部２０３と、インタフェース部（Ｉ／Ｆ部）２０１を
通してスノージャム検出装置１００からの制御を受け、
機構部２０３を制御する制御部２０２とを有している。

【００５４】なお、スノージャム検出装置１００の制御
部１０３と、スノージャム除去装置２００の制御部２０
２とはそれぞれ、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）を用
いて構成することができる。その場合、各Ｉ／Ｆ部１０
４，２０１を含めて各制御部１０３，２０２を、同一Ｐ
Ｃの異なるソフトウェアモジュールとして構成すること
ができる。

【００５５】スノージャム除去装置２００の機構部２０
３（詳細図示省略）は、水路の全幅に渡って水面下２０
ｃｍから水上１０ｃｍ程度の枠を下ろしてスノージャム
を堰き止め、同時に、巡回フォークリフトのメッシュ状
（あるいは鋤状）受皿にスノージャムをかき揚げ、上部
のダストドロップに廃棄することにより、水路の水中及
び水面のスノージャムを除去する。

【００５６】スノージャム検出装置１００からスノージ
ャム除去装置２００に対し連動信号が送られると、スノ
ージャム除去装置２００の機構部２０３の電源がオンし
動作スタンバイ状態になる。スノージャム検出装置１０
０はスノージャムを検出すると稼動信号をスノージャム
除去装置２００に送る（稼動信号をｏｎ）。スノージャ
ム除去装置２００は稼動信号がｏｎになると、機構部２
０３を制御し、枠を下ろして、巡回フォークリフトを稼
動させる。

【００５７】スノージャム検出装置１００はスノージャ
ムを検出しなくなるとスノージャム除去装置２００への
稼動信号の送出を停止する（稼動信号をｏｆｆ）。スノ
ージャム除去装置２００は稼動信号がｏｆｆになると、
機構部２０３を制御し、巡回フォークリフトを停止さ
せ、枠を上げてスタンバイ状態に戻す。

【００５８】このスノージャム除去装置２００（機構部
２０３）は、水路を塞ぐ大型装置であり、あまりこまめ
（短時間内）に稼働／停止（ｏｎ／ｏｆｆ）を繰り返す
ことは適さず、せいぜい１分〜１０分オーダである。

【００５９】一方、スノージャム検出装置におけるスノ
ージャムの検出処理間隔は、撮像反復間隔、点滅撮像を
行っている場合はその間隔であり（上述したように１秒
未満）、タイムスケールの相違が大きい。また、スノー
ジャム自体不定形且つ間欠的に流れて来るものであり、
余り細かくスノージャムの有無を判定しても意味がな
い。

【００６０】このため、スノージャム除去装置の稼働／
停止の状態に合わせて、スノージャム検出装置における
スノージャムの検出感度を調整し、ヒステリシス特性を
持つような時系列処理を行うことで、スノージャム除去
装置の安定した稼働を図る。

【００６１】すなわち、水路を塞ぐように設置されてい
るスノージャム除去装置に対する稼動信号は、こまめに
ｏｎ／ｏｆｆするのではなく、スノージャムが実際に発
生していると思われる期間の間中、安定して出力させる
ため、最初のスノージャム検出の感度はやや低く、いっ
たんスノージャムの検出を始めたら、稼動信号をｏｎに
すると同時に、スノージャムの検出感度を高くする。

【００６２】その後、最後のスノージャム検出後、相当
の一定期間（１０分程度）は感度を高めたままとしてこ
の期間にスノージャムが検出されない場合、初めて、ス
ノージャム除去装置に対する稼動信号をｏｆｆにすると
同時に、スノージャムの検出感度を初期状態に復帰させ
る。

【００６３】さらに他の実施の形態例を説明する。

【００６４】スノージャムが発生するのは、水温０度、
外気温０度以上、晴れ、積雪の開始後暫くしてからと春
先が多い。スノージャム検出装置は、これらの水温、外
気温、カレンダー、気象情報等の条件の入力手段と、こ
れに対応して検出感度を調整する手段とを有し、スノー
ジャムが予想される場合、予想されない場合に応じて、
照明制御を含むスノージャム検出装置自身の稼働制御、
スノージャム除去装置の稼働制御を行う。例えば、スノ
ージャムが予想される場合、感度を少し上げて、確実に
スノージャム発生を捉えられるようにする。

【００６５】上記条件の入力手段は次のように構成する
ことができる。水温は、スノージャム検出装置の設置部
位に水路内の流水の温度を検出する水温度計を併設し、
温度計測値をＰＣ（制御部１０３）に取り込む。外気温
は、スノージャム検出装置の設置部位（半屋内）より水
路上流側に気温を検出する外気温用温度計を設置し、Ｐ
Ｃに同時取り込むか、後述の気象データの一部ととし
て、上位系から送られてくるデータを取り込む。気象
は、上位系（ダム・水系全体の天候観測データの収集系
を含む）から定期的（最短１分間隔）に気象データが送
信されてくるので、そのデータをＰＣに取り込む。カレ
ンダーは、ＰＣに内蔵されたカレンダーを利用する。

【００６６】上記検出感度を調整する手段は、ＰＣ（制
御部１０３）に設けられるが、温度条件などにより発生
しやすいスノージャムの種類が異なる（発電設備に与え
る影響が異なる）ため、感度調整を行う。外気温のみ低
下時の、フラジル発生検出には感度を上げることが必要
となる。

【００６７】以下にスノージャムの種類とその発生条件
とを記す。

【００６８】（１）フラジル：外気温＜−６〜８度。フ
ラジルとは、過冷却となった水が乱流となった部分で発
生する水中に分散している微少な氷の結晶。

【００６９】（２）フラジルスラッシュ：日中最低気温
＜−１５度が連続した場合。フラジルスラッシュとは、
フラジルが集まり塊状になったもの。別名、アイスジャ
ム。

【００７０】（３）アンカーアイス：夜間外気温＜−５
度、晴天続きで流量減少、フラジル発生時。アンカーア
イスの剥離・流下の発生は、アンカーアイス発生後の水
温上昇期と、アンカーアイス発生要因の継続による厚増
の二通りある。

【００７１】（４）スノーフラッシュ：フラジル発生条
件＋激しい降雪・吹雪。スノーフラッシュとは、雪が水
に飽和して、河川をフロック状に流れるもの。代表的な
スノージャム（狭義のスノージャム）。

【００７２】（５）スラッシュボール：最低気温＜−１
５度が連続で発生。スラッシュボールとは、スラッシュ
（フラジルスラッシュ・スノーフラッシュ）が硬く固ま
ったもの。

【００７３】（６）アイスフロー：外気温低下＜−５＋
水温≒０度。アイスフローとは、流速の遅い部分で発生
した氷板が剥離して流下したもの。

【００７４】スノージャム除去装置の稼働制御の一例と
して、次のような条件に応じて行う。すなわち、外気温
＞５度、水温＞４度といった条件では、スノージャム除
去装置をスタンバイ状態としておく。外気温＜０度、水
温≒０度の時点で、感度を上げて、スノージャムの初発
生検出に備える。

【００７５】

【発明の効果】本発明によれば次のような効果が得られ
る。まず第１の効果は、水面の影響をあまり受けずに、
同時に、スノージャム検出による流量損失を防止しなが
ら、スノージャムを安定して検出することができる。そ
の理由は、直接、スノージャムの特性を活かして、照射
光が表面散乱もしくは透過散乱している領域を撮像・計
測してスノージャムを検出しており、従来技術で用いた
スクリーン（網）を用いる必要がなく、また、電気伝導
度、浮き量、超音波散乱等に比べて安定した特性が得ら
れるためである。

【００７６】第２の効果は、距離変動（＝水面高さ変
動）に対してもロバスト（安定して検出できる）なこと
である。その理由は、領域としての散乱光若しくは透過
散乱光の強度のある部分を抽出判定することから、多少
ピントがあっていない状態であっても検出に影響がない
からである。すなわち、スノージャム検出では、散乱光
の強度が検出基準であり、ピントがぼけても撮像される
強度があまり変化しない。言い換えると、面の照度はピ
ントを合わせても、ぼかしても（当然、ボケが面サイズ
より小さいとみなせる範囲で）測定に影響がない。

【００７７】第３の効果は、水面のどの程度をスノージ
ャムが占めているかといった定量的な計測ができること
である。その理由は、ラインカメラでの連続撮像もしく
はエリヤカメラでの反復撮像により、流れる面としての
スノージャムを検出してるからである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の散乱光受光によるスノージャム検出の
概要を説明するための図である。

【図２】本発明の透過散乱光受光によるスノージャム検
出の概要を説明するための図である。

【図３】本発明の検出対象であるスノージャムを説明す
るための図である。

【図４】本発明の一実施の形態を示す概略構成図であ
る。

【図５】本発明の他の実施の形態を示す概略構成図であ
る。

【図６】本発明の他の実施の形態を示す概略構成図であ
る。

【図７】本発明の他の実施の形態を示す概略構成図であ
る。

【図８】本発明の他の実施の形態を示す概略構成図であ
る。

【図９】本発明の他の実施の形態を示す概略構成図であ
る。

【図１０】スノージャム検出装置とスノージャム除去装
置との概要構成を示すブロック図である。

【図１１】従来技術を説明するための図である。

【符号の説明】

１１水路１２，２２，４２，５２，６２，７２，８２，９２
スノージャム１３，２３ライン照明１４，２４，４４，５４，６４，７４，８４，９４
カメラ４５，５５バンドパス干渉フィルタ４７，５７収束した単色照明４８，６８，６９，８８散乱光または反射光５８，７８，７９，９８透過光または透過散乱光６５，７５偏光フィルタ６７，７７収束した偏光照明８７，９７収束した点滅照明

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者松浦洋文神奈川県横浜市神奈川区新浦島町１丁目１番地25 日本電気ロボットエンジニアリング株式会社内 (56)参考文献特開平８−159006（ＪＰ，Ａ) 特開平２−274912（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) E02B 9/04 E02B 5/00 G01W 1/00 G01F 1/74

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】水路に流入するスノージャムを検出する
検出装置において、前記水路上から収束光を下方の水面
に照射する照明手段と、前記収束光の照射地点からやや
外れた部分領域を含む水面領域上面を撮像範囲とする撮
像手段とを有し、前記照明手段から照射された収束光が
水面のスノージャムで表面散乱もしくは内部散乱されて
生じた散乱光を前記撮像手段により検出することにより
スノージャムを検出することを特徴とするスノージャム
検出装置。
【請求項２】水路に流入するスノージャムを検出する
検出装置において、前記水路内から収束光を上方の水面
に照射する照明手段と、前記収束光の照射地点からやや
外れた部分領域を含む水面領域上面を撮像範囲とする撮
像手段とを有し、前記照明手段から照射された収束光が
水面のスノージャムで透過散乱されて生じた散乱光を前
記撮像手段により検出することによりスノージャムを検
出することを特徴とするスノージャム検出装置。
【請求項３】前記照明手段が、前記収束光を前記水路
の水流に対し垂直な方向に直線状となるように照射する
ことを特徴とする請求項１または２記載のスノージャム
検出装置。
【請求項４】前記撮像手段が、前記収束光に沿った直
線状の撮像範囲を１走査線のみで走査するラインカメラ
であることを特徴とする請求項３記載のスノージャム検
出装置。
【請求項５】前記照明手段の光源として単色光を発光
する単色光源を使用し、前記撮像手段に前記単色光に対
応したバンドパス干渉フィルタを装着したことを特徴と
する請求項１または２記載のスノージャム検出装置。
【請求項６】前記照明手段の光源として偏光を発光す
る偏光光源を使用し、前記撮像手段に、前記照明手段か
ら照射される偏光と直交した偏光面を有する偏光フィル
タを装着したことを特徴とする請求項１または２記載の
スノージャム検出装置。
【請求項７】前記照明手段が収束光を点滅し、前記撮
像手段が、前記照明手段の点滅に同期して撮像し、点灯
時及び非点灯時各々の撮像の差分画像にて前記照明手段
起源の光のみを抽出処理することを特徴とする請求項１
または２記載のスノージャム検出装置。
【請求項８】スノージャム除去装置の稼働制御を行う
際、間欠的に流れてくるスノージャムの検出結果に対し
ヒステリシス特性を持つような時系列処理を行うこと
で、前記スノージャム除去装置の応答可能な稼動，停止
周期に対応した安定した稼働制御を行なうことを特徴と
する請求項１または２記載のスノージャム検出装置。
【請求項９】水温，外気温を含む気象情報及び月日情
報に基づいて、スノージャムの発生を予想し、予想結果
に応じて前記照明手段及び前記撮像手段の稼働制御を行
うことを特徴とする請求項１または２記載のスノージャ
ム検出装置。
【請求項１０】水路に流入するスノージャムを検出す
る検出方法において、前記水路上に設けられた照明手段
から収束光を下方の水面に照射し、前記水路上に設けら
れた撮像手段により前記収束光の照射地点からやや外れ
た部分領域を含む水面領域上面を撮像し、照射された収
束光が水面のスノージャムで表面散乱もしくは内部散乱
されて生じた散乱光を検出することによりスノージャム
を検出することを特徴とするスノージャム検出方法。
【請求項１１】水路に流入するスノージャムを検出す
る検出方法において、前記水路内に設けられた照明手段
から収束光を上方の水面に照射し、前記水路上に設けら
れた撮像手段により前記収束光の照射地点からやや外れ
た部分領域を含む水面領域上面を撮像し、照射された収
束光が水面のスノージャムで透過散乱されて生じた散乱
光を検出することによりスノージャムを検出することを
特徴とするスノージャム検出方法。
【請求項１２】前記収束光を前記水路の水流に対し垂
直な方向に直線状となるように照射することを特徴とす
る請求項１０または１１記載のスノージャム検出方法。
【請求項１３】前記照明手段からの収束光として単色
光を照射し、前記撮像手段にて前記単色光に対応したバ
ンドパス干渉フィルタを通して撮像することを特徴とす
る請求項１０または１１記載のスノージャム検出方法。
【請求項１４】前記照明手段からの収束光として偏光
を照射し、前記撮像手段にて、前記照明手段から照射さ
れる偏光と直交した偏光面を有する偏光フィルタを通し
て撮像することを特徴とする請求項１０または１１記載
のスノージャム検出方法。
【請求項１５】前記照明手段が収束光を点滅し、前記
撮像手段が、前記照明手段の点滅に同期して撮像し、点
灯時及び非点灯時各々の撮像の差分画像にて前記照明手
段起源の光のみを抽出処理することを特徴とする請求項
１０または１１記載のスノージャム検出方法。
【請求項１６】スノージャム除去装置の稼働制御を行
う際、間欠的に流れてくるスノージャムの検出結果に対
しヒステリシス特性を持つような時系列処理を行うこと
で、前記スノージャム除去装置の応答可能な稼動，停止
周期に対応した安定した稼働制御を行なうことを特徴と
する請求項１０または１１記載のスノージャム検出方
法。
【請求項１７】水温，外気温を含む気象情報及び月日
情報に基づいて、スノージャムの発生を予想し、予想結
果に応じて前記照明手段及び前記撮像手段の稼働制御を
行うことを特徴とする請求項１０または１１記載のスノ
ージャム検出方法。