JP2000298055A - 水位検知装置及び異常水位警報装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】電源設備が不要で機構要素のないメンテナンス
の容易な水位検知装置を提供する。 【解決手段】マイクロ波の送受が可能な質問器１を、固
定部或いは移動体に設置し、質問器１の質問信号を受信
するとマイクロ波応答信号を返信する応答器２を、検知
したい水面位置に設置し、応答器２が水没して質問器１
で応答信号が受信できなくなったことにより、水面位置
を検知する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、マイクロ波を利用
した水位検知装置及びこの水位検知装置を用いた、河川
・湖沼等の橋梁上の通行車用に異常水位を警報するのに
好適な異常水位警報装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】河川・湖沼の水位が増水により上昇する
と、河川・湖沼の横断用の橋梁上を通行する車両にとっ
て危険である。このため、河川・湖沼の水位を検知して
車両に異常水位を警報する異常水位警報装置が設けられ
ている。

【０００３】このような異常水位警報装置等に用いられ
る従来の水位検知装置としては、スイッチ式、静電式、
水圧式等の水位計がある。スイッチ式水位計は、マイク
ロスイッチの接点にフロートを連結し水位の変動による
フロートの上下動でスイッチがＯＮ／ＯＦＦする方式
や、リードスイッチの磁界発生部をフロートに連結し水
位の変動によるフロートの上下動でスイッチ部に作用す
る磁界の変化でスイッチがＯＮ／ＯＦＦする方式があ
る。

【０００４】静電式水位計は、水位上昇による電極の静
電容量の変化を検出して水位を検知する。水圧式水位計
は、センサーを観測孔や河床に設置し、センサーにかか
る水圧を水深に換算して水位を検知する。

【０００５】そして、このような水位計を用いた従来の
異常水位警報装置のシステム構成としては、警報対象車
両が列車の場合を例にとると、各橋梁毎に警報装置を設
置する局所監視方式と、所定のエリア内に存在する橋梁
毎に設置された複数の水位計を集中監視し前記エリア内
を通過する該当列車に警報する集中監視方式とがある。

【０００６】前者は、河川の水位を計測する水位計と、
予め設定された危険水位を示す閾値と水位計の計測値と
を比較し安全と危険を判別する異常水位判定部と、異常
水位判定部の判定結果を「安全」又は「危険」等の文字
で表示する警報表示器で構成される警報装置を各橋梁毎
に設置する。

【０００７】後者は、エリア内の橋梁毎に設置される水
位計、異常水位判定部及び警報表示器と、各所の異常水
位判定部からのデータを集約する運行管理部とで構成さ
れる。そして、各所の異常水位判定部からのデータに基
づいて運行管理部で複数の警報表示器の表示を集中制御
する。

【０００８】そして、橋梁を通行する列車は、警報器の
表示に従って安全速度で走行するか、または停止する。
尚、どちらの場合も、警報表示器を用いずに列車の制動
機構を判定結果で制御する場合もある。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
水位計には次のような問題点がある。静電式や水圧式で
は、電源供給設備と水位計への電源供給線が必要であ
る。スイッチ式は、接点等の機構要素があり、水面のゴ
ミ等の付着作動で誤作動する恐れがあり、清掃等の保守
作業が大変である。

【００１０】そして、このような水位計を利用した異常
水位警報装置では、上記の水位計の問題点に加えて、静
電式や水圧式の水位計を利用する場合、高い計測精度が
得られるが、警報出力を目的とした場合はこれほど高い
精度は不要であり、コストが高くなる。また、いづれの
水位計を用いても、移動する車両に対して判定部の判定
出力を伝達するための表示手段や通信手段が別途必要で
ある。

【００１１】本発明は、上記の問題点に鑑み、マイクロ
波が水で吸収される性質を利用し、マイクロ波を用いて
データを送受信する構成の水位検知装置及びこの水位検
知装置を用いた異常水位警報装置を提供することを目的
とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】このため、請求項１に記
載の本発明の水位検知装置では、マイクロ波の質問信号
の送信及び応答信号の受信が可能な質問器と、検知した
い水面位置に設置され前記質問器の質問信号を受信した
時にマイクロ波応答信号を返信する応答器と、前記質問
器の応答信号受信の有無に基づいて水位を判定する判定
手段とを備えて構成した。

【００１３】かかる構成では、応答器より水面が下であ
れば質問器からの質問信号は応答器で受信され、応答器
からの応答信号が質問器で受信できるが、応答器より水
面が上であれば質問器の質問信号が水で吸収され応答器
に到達せず、応答器からの応答信号を質問器で受信でき
なくなる。従って、質問器での応答信号の有無を判定す
れば、水位を検知できる。

【００１４】請求項２のように、前記応答器の上面を水
平面に対して傾斜させるよう構成すれば、降雨時や水位
低下時に応答器上面の水が流れ落ちるので、マイクロ波
の送受面に水壁ができ難い。

【００１５】請求項３に記載の本発明の異常水位警報装
置では、請求項１又は２に記載の水位検知装置を用い、
前記応答器を警報水位に対応する水面位置に設置する一
方、前記質問器及び判定手段と、該判定手段から応答信
号受信なしの判定出力が入力した時に水位異常を警報す
る警報手段を移動体に搭載する構成とした。

【００１６】かかる構成では、質問器での応答信号の有
無を判定し、応答信号があれば水面は警報水位より下で
あり警報手段は動作しないが、応答信号がなければ水面
は警報水位より上であり判定手段からの出力により警報
手段から異常水位を知らせる警報が発生し、移動体側に
知らせる。

【００１７】請求項４に記載のように、前記判定手段か
ら応答信号受信なしの判定出力が入力した時に移動体速
度を制御する速度制御手段を備える構成とすれば、異常
水位の警報の発生と同時に、移動体速度も制御できるよ
うになる。

【００１８】請求項５に記載のように、前記応答器が、
前記質問器からのデータ書き換え信号で記憶データの書
き換えが可能な構成とするとよい。かかる構成では、応
答器を設置した状態のまま非接触で応答器内のデータの
書き換えが可能となる。

【００１９】請求項６に記載のように、前記応答器を、
複数の警報水位に対応させて複数個設置する構成とすれ
ば、多段階に警報水位を設定して警報できるようにな
る。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。図１は、本発明の水位検知装置の実
施形態を示すブロック図である。

【００２１】図１において、本実施形態の水位検知装置
は、マイクロ波による質問信号を送信し後述の応答器２
からの応答信号を受信する質問器１と、質問器１からの
質問信号を受信すると予め書き込まれた記憶データを応
答信号としてマイクロ波で返送する前述の応答器２と、
質問器１からの出力に基づいて質問器１が応答器２から
の応答信号を受信したか否かを判定し水位検知出力を出
力する判定手段としての判定部３で構成される。質問器
１と判定部３は前記応答器２は、内蔵の電池で作動し、
検知したい水面位置に設置される。

【００２２】質問器１と応答器２の配置は、例えば図２
に示すように、河川や湖沼に取付け体４を設け、応答器
２を通常時は冠水せず、増水により冠水する位置に設置
する。質問器１は、応答器２の上方に対向させて通信可
能な位置に設置する。５は水面を示す。

【００２３】次に、図２を参照して動作を説明する。図
２（Ａ）のように、通常時、応答器２が水面５より上に
位置し水没していない状態では、質問器１が送信した質
問信号を応答器２が受信し、応答器２は記憶データに応
じた応答信号を返信する。従って、質問器１で応答信号
を受信することができ、判定部３は異常水位でないこと
を知らせる判定出力を出力する。

【００２４】一方、図２（Ｂ）のように、増水により水
面５が上昇し応答器２が水没すると、質問器１が送信し
たマイクロ波による質問信号は水に吸収されて応答器２
では受信できなくなり、質問器１に応答信号が返送され
ることがない。

【００２５】このようにして、応答器２を検知したい水
位以下に設置しておき、応答信号の有無で水位が一定量
以上に増水したことを判定することができる。かかる構
成の水位検知装置によれば、応答器２は内蔵の電池で動
作するので、電源設備や電源供給線が不要になる。ま
た、ゴミ等の付着による誤動作の心配がなく、信頼性を
向上できると共に清掃等を行う必要がなくメンテナンス
が容易になる。更には、応答器２が増水で流失した場合
は、質問器１は応答信号が得られなくなるので、判定出
力の形態が危険を示す時と同じ出力形態となりフェール
セーフな構成になっている。

【００２６】降雨や河川の水位下降時には、応答器２の
上面（マイクロ波の送受面）に残った水壁で誤判定する
ことがあり得る。これを解消するための質問器１と応答
器２の配置例や構造例を図３〜図５に示す。

【００２７】図３は、質問器１及び応答器２の互いの対
向面を傾斜させる構造である。この場合、質問器１と応
答器２の内部にある送受信アンテナも対向面に沿って傾
斜させる。

【００２８】図４は、質問器１及び応答器２を、互いに
水面５に対して傾斜させて対向配置する。図５は、応答
器２を、レドーム２ａ内部に収納した送受信アンテナ２
ｂの送受面は水平に保ちレドーム２ａ上面を傾斜させる
構造とした。

【００２９】上記の図３〜図５のような配置又は構造に
すれば、降雨時や水面の下降時に応答器２のレドーム２
ａ上面に水が溜まらず流れ落ちるので、マイクロ波に影
響を与える水壁が形成されず、誤判定を防止でき水位検
知装置の信頼性を向上できる。

【００３０】尚、図３〜図５の例は、最も安定した結合
が得られる設置状態を示したものであり、非水没時に送
受信可能な設置位置であれば、これら図示の例に限定す
るものではない。

【００３１】前述の図２〜図５の設置では、応答器２は
防水構造にする必要があるが、図６4）のようにマイク
ロ波を透過する材質の導水管６（又は導水溝）を設け、
その下に応答器２を設置することにより、必ずしも防水
構造を備えている必要はなくなる。

【００３２】上述の各実施形態では、質問器１と応答器
２を共に固定設置する例を示したが、図７のように応答
器２を例えば河川の水位観測地点に固定し、質問器１を
移動体としての車両７に取り付けてもよい。

【００３３】このように、質問器１を移動体に搭載する
構成では、車両７は、水位観測点を通過する際に、その
地点が安全であるか危険であるかを判断しながら通行す
ることができる。また、複数の応答器２に対して質問器
１は１つでよくコストが安価になる。

【００３４】また、図８のように、河川等に複数、例え
ば３つの応答器２−１，２−２，２−３を異なる警報水
位１，２，３に対応させて設置する。この構成では、応
答信号が混信しないように、各応答器２−１，２−２，
２−３を配置するか、又は、質問器１から送信する質問
信号波の指向角を小さくする。この場合、応答器２は予
め書き込まれた記憶データから応答信号を生成するの
で、それぞれに異なるデータを書き込んでおく。

【００３５】かかる構成では、車両７は、走行しながら
各応答器２−１，２−２，２−３からの各応答信号を受
信し、応答信号に含まれるデータからそれぞれの警報水
位１，２，３を判定することができ、多段階の水位判定
が可能である。尚、この時に応答器２−１，２−２，２
−３に書き込むデータは、危険水位と応答器設置の高さ
との差分や危険の度合いを表す数値等である。

【００３６】次に、上述の水位検知装置を利用した本発
明の異常水位警報装置について説明する。以下で説明す
る本実施形態は、河川の水位による危険度に応じて移動
体としての通行列車の走行速度を制御する機能を備える
例である。

【００３７】図９は、本発明の異常水位警報装置の実施
形態を示す概略図であり、図１０は列車側の構成を示す
ブロック図である。図９において、本実施形態の異常水
位警報装置では、河川２１の手前に傾斜面を持つ計測槽
２２を設け、計測槽２２と河川２１を導水管２３で接続
して計測槽２２の水位が河川２１の水位と常に同じにな
るようにする。この計測槽２２の手前には計測槽２２の
存在を確認するための確認用応答器２４を設置し、計測
槽２２の傾斜面には、判定したい警報水位１，２，３に
応じた位置に水位検知用の応答器２５−１，２５−２，
２５−３を設置し、危険の度合いを多段階で通知できる
ようにしている。各応答器２５−１，２５−２，２５−
３には異なるデータを書き込んでおく。尚、最も高い警
報水位１に設置された応答器２５−１が車両進行方向か
らみて最も手前にあるのは、最も危険度合が高いため最
も早い時機に移動体である列車１０の制動制御を動作さ
せるためである。

【００３８】一方、列車１０側には、図１０に示すよう
に、列車１０の前面部に配置され、マイクロ波による質
問信号を内蔵の送受信アンテナから連続して送信し、地
上に設置された応答器２４，２５−１〜２５−３からの
応答信号を送受信アンテナで受信して復調する質問器１
１と、列車１０の走行路上に設置された全ての応答器２
４，２５−１〜２５−３の設置位置を地理情報として記
憶している沿線情報部１２と、質問器１１が応答器２
４，２５−１〜２５−３から受信した応答信号に含まれ
るデータと前述の沿線情報とを照合して危険の度合いを
判断する判定手段である危険判断部１３と、危険判断部
１３が判定した結果を運転士にメッセージアラーム等で
警報表示する警報手段である警報表示器１４と、危険判
断部１３が判定した結果に応じて制動指令を発生するブ
レーキ制御部１５と、ブレーキ制御部１５からの制動指
令で車輪に制動をかけるブレーキ装置１６と、車軸の回
転角に対応したパルス信号を発生する車軸エンコーダ１
７とを備えている。危険判断部１３は、車軸エンコーダ
１７が出力したパルスをカウントし、車両の走行距離を
算出する機能を有する。前記ブレーキ制御部１５とブレ
ーキ装置１６で速度制御手段を構成する。

【００３９】次に、動作を説明する。危険判断部１３で
は、常時、図１１のフローチャートの処理を繰り返し実
行する。

【００４０】即ち、ステップ１（図中Ｓ１で示し、以下
同様とする）では、移動量（走行距離）の計算を実行す
る。移動量の計算は、前回の処理以降に車軸エンコーダ
１７が発生したパルス数をカウントしそのカウント数か
らこの間に移動した距離を計算する。

【００４１】ステップ２では、現在の列車位置の計算を
実行する。この列車位置の計算は、ステップ１で求めた
移動量を前回までの列車位置データに加算することで求
める。ここで求めた列車位置データを列車の現在位置と
して記憶する。

【００４２】ステップ３では、応答器の応答に対する処
理を実行する。この処理では、以下に説明するようにし
て列車位置の補正、危険度の判定及び速度制御を行う。
尚、ステップ２で記憶した列車位置データは、応答信号
を受信した時にその応答信号を返信した応答器の情報を
沿線情報から得る時に用いる。

【００４３】ステップ３の処理過程は、まず、列車１０
が計測槽２２に接近し応答信号を受信すると、その応答
信号が確認用応答器２４のデータを含んでいれば、現在
の列車位置データに基づいて最も近い確認用応答器２４
の位置を沿線情報から探し、その位置を現在の列車位置
とすることで、ステップ２で記憶した列車位置データを
補正する。

【００４４】また、車両位置データにより沿線情報を参
照した結果、確認用応答器２４が存在すべき位置を一定
距離以上過ぎても確認用応答器２４からのデータを受信
できない時には、安全確保のために減速制動指令をブレ
ーキ制御部１５に出力し、ブレーキ装置１６を動作させ
て減速すると共にその旨を警報表示器１４に表示させ
る。

【００４５】更に、応答器２５−１、応答器２５−２或
いは応答器２５−３が設置されている所定の位置を通過
していてもそれらからの応答信号が得られなかった時、
異常水位と判断し、応答信号が得られなかった応答器に
対応する警報水位１、２或いは３に対して予め定められ
た安全速度まで減速するようにブレーキ制御部１５に減
速指令を出力し、その旨を警報表示器１４に表示させ
る。応答器２５−１，応答器２５−２，応答器２５−３
には異なるデータが書き込まれており、沿線情報と照合
することにより、応答信号が得られなかった応答器を判
定することができる。尚、応答器２５−１は図９のよう
に最も高い警報水位１に対応しているので、応答器２５
−1の応答信号が得られないと判断した時点で、応答器
２５−２及び応答器２５−３の応答信号が得られないこ
とがわかるため、応答器２５−１の警報水位１に対応す
る最も厳しい速度制限を適用する。

【００４６】かかる異常水位警報装置によれば、前述し
たようなマイクロ波利用の水位検知装置を利用したこと
による効果に加えて、橋梁等を通行する列車等の車両に
対して、異常水位警報を直接伝達することができるの
で、従来のように水位判定出力を車両に対して表示又は
通信する手段を別途設ける必要がない。

【００４７】図１１のステップ３における応答器の応答
に対する処理方法の別の例について説明する。まず、列
車１０が計測槽２２に接近し応答信号を受信しその応答
信号が確認用応答器２４のデータを含んでいれば、ステ
ップ２で記憶した現在の列車位置データに基づいて最も
近い確認用応答器２４の位置を沿線情報から探し、列車
位置データを補正することは前述の処理と同様である。
同時に、一定距離を走行する間に次の応答器２５−１か
らの応答信号が得られない場合に減速制御を実行するた
めの安全確認モード0に入る。尚、この安全確認モード0
で減速制御が実行された場合の制限速度データを手前の
応答器２４に書き込んでおく。

【００４８】車両位置データにより沿線情報を参照した
結果、確認用応答器２４が存在すべき位置を一定距離以
上過ぎても確認用応答器２４からのデータを受信できな
い時には、安全確保のために減速制動指令をブレーキ制
御部１５に出力し、ブレーキ装置１６を動作させて減速
すると共にその旨を警報表示器１４に表示させる。

【００４９】安全確認モード0での運転時に、応答器２
５−１からの応答信号が得られた時は、安全確認モード
１に入る。安全確認モード1は、さらに一定距離を走行
する間に次の応答器２５−２からの応答信号が得られな
い場合に減速制御を実行する運転モードである。

【００５０】同様に、安全確認モード1での運転時に応
答器２５−２から応答信号が得られれば安全確認モード
２へ移行し、この安全確認モード２での運転時に応答器
２５−３からの応答信号が得られた時には、安全確認モ
ードを解除して通常運転に戻る。

【００５１】各安全確認モード０〜２での運転時におい
て、応答器からの応答信号が得られたかった場合は、そ
の手前の応答器から得たデータに含まれる制限速度まで
減速するためにブレーキ制御部１５に指令を出し、その
旨を警報表示器１４に表示させる。尚、各安全確認モー
ド０〜２による制限速度の設定は、モード0＜モード１
＜モード２のように設定する。

【００５２】この処理方法では、列車は、各応答器２
４，２５−１，２５−２に記憶させたデータ値を減速時
の目標速度にしている。従って、各応答器を外部からの
信号で記憶データの書き換えが可能な構成とし、車両上
の質問器をデータの書き込み機能を備える構成とすれ
ば、各応答器にそれぞれ記憶させた安全確認モード走行
時の制限速度データを、設置した状態で非接触で変更す
ることができる。こうすることにより、現場状況にあわ
せて車両運転の安全基準を容易に変更することが可能に
なる。

【００５３】

【発明の効果】以上説明したように請求項１の発明によ
れば、スイッチ式と比較して機構要素が無いので、水面
のゴミや藻の付着や汚れによる誤検知がない。また、応
答器は内蔵の電池で駆動できるので、静電式や水圧式の
ような給電設備及び給電のための配線が不要になる。

【００５４】請求項２の発明によれば、請求項１の効果
に加えて、応答器の上面にマイクロ波の送受信を妨害す
る水壁ができないので、水位検知装置の信頼性を向上で
きる。

【００５５】請求項３の発明によれば、異常水位を直接
移動体側で判断できるので、別途警報情報の伝達手段を
備える必要がない。また、応答器が流失した場合は応答
信号が得られず危険側に検知されるので、フェールセー
フな構成であり装置の信頼性が向上する。

【００５６】請求項４の発明によれば、移動体の速度も
制御できるので、移動体側の安全を確保できる。請求項
５の発明によれば、非接触で応答器の記憶データの書き
換えが可能となり、水位に応じた移動体制御等の内容を
通過する移動体側から変更することができる。

【００５７】請求項６の発明によれば、各応答器に異な
るデータを書き込んでおくことで、水位の危険度合に応
じて段階的な警報が実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る水位検知装置の一実施形態のブロ
ック図

【図２】同上実施形態の動作説明図

【図３】水壁防止のための構成例を示す図

【図４】水壁防止のための別の構成例を示す図

【図５】水壁防止のための更に別の構成例を示す図

【図６】応答器の防水構造を不要とする配置例を示す図

【図７】質問器を移動体に搭載した実施形態を示す図

【図８】応答器を複数設置する構成例を示す図

【図９】本発明に係る異常水位警報装置の実施形態を示
す図

【図１０】同上実施形態の列車側の構成図

【図１１】同上実施形態の動作を説明するフローチャー
ト

【符号の説明】

１、１１ 質問器 ２、２４、２５−１〜２５−３ 応答器 ３ 判定部 ５ 水面 １０ 列車 １３ 危険判断部 １４ 警報表示器 １５ ブレーキ制御部 １６ ブレーキ装置

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】マイクロ波の質問信号の送信及び応答信号
   の受信が可能な質問器と、検知したい水面位置に設置さ
   れ前記質問器の質問信号を受信した時にマイクロ波応答
   信号を返信する応答器と、前記質問器の応答信号受信の
   有無に基づいて水位を判定する判定手段とを、備えて構
   成したことを特徴とする水位検知装置。
2. 【請求項２】前記応答器の上面を水平面に対して傾斜さ
   せることを特徴とした請求項１に記載の水位検知装置。
3. 【請求項３】請求項１又は２に記載の水位検知装置を用
   いた異常水位警報装置であって、前記応答器を警報水位
   に対応する水面位置に設置する一方、前記質問器及び判
   定手段と、該判定手段から応答信号受信なしの判定出力
   が入力した時に水位異常を警報する警報手段を移動体に
   搭載する構成としたことを特徴とする異常水位警報装
   置。
4. 【請求項４】前記判定手段から応答信号受信なしの判定
   出力が入力した時に移動体速度を制御する速度制御手段
   を備える構成である請求項３に記載の異常水位警報装
   置。
5. 【請求項５】前記応答器が、前記質問器からのデータ書
   き換え信号で記憶データの書き換えが可能な構成である
   請求項３又は４に記載の異常水位警報装置。
6. 【請求項６】前記応答器を、複数の警報水位に対応させ
   て複数個設置する構成である請求項３〜５のいづれか１
   つに記載の異常水位警報装置。