JP2004245793A

JP2004245793A - 圧力式水位計の大気圧補正システムおよび同方法

Info

Publication number: JP2004245793A
Application number: JP2003038520A
Authority: JP
Inventors: Fumio Hotta; 文雄堀田; Takanori Ageta; 崇徳揚田
Original assignee: ASAHI CHISUI TANSA KK
Current assignee: ASAHI CHISUI TANSA KK
Priority date: 2003-02-17
Filing date: 2003-02-17
Publication date: 2004-09-02

Abstract

【課題】大気圧補正無しの装置を用いつつ、全国津々浦々に設置された水位計の大気圧の影響を効率的に補正可能とする。
【解決手段】大気圧補正をしないタイプの圧力式水位計（１）、・・、（ｎ）４がインターネット、無線通信装置等の通信回線２を用いて、中央の演算処理装置１と接続され、演算処理装置１は、全国ネットまたは所定の地域ネットの地上気象観測装置３からの各原簿データの大気圧測定値を取得可能とされる。本構成の演算処理装置１は、圧力水位計４から送信される測定値を随時受け、この測定値に取得した大気圧測定値を用いて大気圧補正を実行処理する。これにより、圧力水位計４の本体が大気圧補正装置を備えていなくても、遠隔地において測定された圧力水位値の大気圧による誤差成分値の演算補正を、効率的に実行が可能となる。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧力式水位計の大気圧補正システムおよび同方法に関し、特に、地域毎の大気圧に対応する演算補正を集中管理する圧力式水位計の大気圧補正システムおよび同方法である。
【０００２】
【従来の技術】
従来、圧力式水位計の大気圧補正システムおよび同方法は、例えば、大気圧無補正タイプの圧力式水位計の測定値に対し効率的に補正を実施する圧力水位計の大気圧補正システムおよび同方法に適用される。
【０００３】
上記従来の圧力式水位計において高精度を求められる場合として、検出した圧力値から気圧補正管等により検出した大気圧値を引き、引いた後の圧力値から水位に換算する気圧補正タイプがある。また、高精度を必要としない場合には、検出した圧力値をそのまま水位に換算する大気圧無補正タイプのものもある。これらの二方式の価格には、例えば、大気圧無補正タイプが１台１０万円で、大気圧補正タイプが１台２０万円等であり、両者には大きな価格差がある。また、圧力式でなく、光学方式の水位計も市販されているが、おおむね本方式の水位計は高価である。
【０００４】
上記状況において一般的に、短期間、例えば、３０分以内の水位を観測するような業務においては、大気圧無補正タイプの圧力式水位計を使用しても、差し支えが無い場合が多い。しかし、長期間水位を観測するような業務においては、大気圧は時々刻々変化するので補正タイプを使用する必要がある。
【０００５】
【公開文献１】
特開平９−２６３４８号公報
「投入圧力式水位計」
【０００６】
本発明と技術分野の類似する上記公開文献１では、条件適用性の拡大および施工性の向上を図りつつ、所定の水位を確実に計測することを課題としている。
本課題の解決のために、上記公開文献１では、水位計本体１１とは別個に設けられた大気圧センサ１８と、差圧計測部で計測された差圧（Ｐｗ−Ｐｏｏ）と大気圧センサ１８により検出された大気圧Ｐｏとの差圧を求め、かつ、その差圧を電気値に変換して出力する出力部としての第２アンプ１７とを備えている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の様な従来の圧力式水位計において、第１に、大気圧補正付きの圧力式水位計は高価である。廉価な圧力式水位計を用いて、より精度の高い測定値が得られる圧力式水位計の大気圧補正システム及び同方法が求められている。
【０００８】
本発明は、大気圧補正無しの装置を用いつつ、全国津々浦々に設置された水位計の大気圧の影響を効率的に補正可能とする、圧力式水位計の大気圧補正システムおよび同方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するため、本発明の圧力式水位計の大気圧補正システムは、所定の通信回線と接続され測定値を取得して送信する圧力水位計と、気象観測装置によるデータの大気圧測定値を取得可能に構成された演算処理装置とを有し、圧力水位計と演算処理装置とが通信回線を介して接続されて構成され、圧力水位計から送信される測定値を随時受け、この測定値の大気圧測定値を用いた大気圧補正の実行を、演算処理装置により可能としたことを特徴としている。
【００１０】
また、上記の気象観測装置によるデータは、ネット上の地上気象観測装置原簿データを含む公的気象観測データであり、大気圧補正に適用される大気圧測定値の選択は、補正対象となる圧力水位計の設置場所に近隣する少なくとも１の気象観測装置による測定値が選択され、大気圧補正を行う主要な要件は、気象観測装置による気象データであり、圧力水位計を基準とした「大気圧分布差」と「海抜高度差」に基く二次元データとして大気圧補正を実行するとよい。
【００１１】
さらに、上記二次元データは、補正対象の圧力水位計との距離差を加味した重み付けがされ、この重み付けしたデータと圧力水位計から送信される測定値との間において大気圧補正を実行し、補正対象の圧力水位計を管理する部署へ、大気圧補正後の圧力水位値を送信するとよい。
【００１２】
本発明の圧力式水位計の大気圧補正方法は、圧力水位計により圧力水位値を測定する工程と、測定された圧力水位値を送信する工程と、演算処理装置が送信された圧力水位値を受信する工程と、演算処理装置が地上気象観測装置原簿データの大気圧測定値を取得する工程と、演算処理装置が取得した大気圧測定値を用いて圧力水位計から送信された圧力水位値の大気圧補正を実行する工程とを有し、遠隔地において測定された圧力水位値の大気圧による誤差成分値の演算補正の実行を可能としたことを特徴としている。
【００１３】
また、上記の大気圧補正に適用される大気圧測定値の選択は、補正対象となる圧力水位計の設置場所に近隣する少なくとも１の地上気象観測装置による測定値が選択され、大気圧補正を行う主要な要件は、気象観測装置による気象データであり、圧力水位計を基準とした「大気圧分布差」と「海抜高度差」に基く二次元データとして大気圧補正を実行するとよい。
【００１４】
さらに、上記の二次元データは、補正対象の圧力水位計との距離差を加味した重み付けがされ、この重み付けしたデータと圧力水位計から送信される測定値との間において大気圧補正を実行し、補正対象の圧力水位計を管理する部署へ、大気圧補正後の圧力水位値を送信するとよい。
【００１５】
【発明の実施の形態】
次に、添付図面を参照して本発明による圧力式水位計の大気圧補正システムおよび同方法の実施の形態を詳細に説明する。図１を参照すると、本発明の圧力式水位計の大気圧補正システムおよび同方法の一実施形態が示されている。
【００１６】
本実施形態の圧力式水位計の大気圧補正システムは、大気圧補正をしないタイプの圧力式水位計（１）、・・、（ｎ）４がインターネット、無線通信装置等の通信回線２を用いて、中央の演算処理装置１と接続されている。さらに、この演算処理装置１は、全国ネットまたは所定の地域ネット等の、ネット上の地上気象観測装置３からの各原簿データの大気圧測定値を取得可能に構成されている。
【００１７】
上記構成になる圧力式水位計の大気圧補正システムにおいて、圧力式水位計４の補正方式は、大気圧補正をしないタイプの圧力式水位計を使用しつつ、ネット上の地上気象観測原簿データ等を利用して大気圧を取得し、その値から、水位計を初期設置した時の大気圧値を引いた値に相当する水位差を計算する。その計算値を水位計の水位値から差し引く。このことによって得られた水位を、実際の水位とする手法に基いている。
【００１８】
大気圧補正をしていない圧力式水位計４を使用して水位を観測するユーザーは、観測水位値を、インターネット２を介して本発明の圧力式水位計の大気圧補正システムに送付する。この圧力式水位計の大気圧補正システムは、送付された水位観測データを大気圧補正する。この補正結果のデータを、インターネットを介してユーザーにフィードバック送付する。
【００１９】
大気圧は、高気圧時で、１０２０ｈＰａ（ヘクトパスカル）、低気圧時で９５０ｈＰａになる場合がある。その気圧変化量を７０ｈＰａで水位に換算すると、７０ｃｍにもなり、決して無視することのできない量である。
（１気圧＝１０１３ｈＰａ＝１．０３３ｋｇ重／ｃｍ２＝１０．３３ｍ水柱）
（重＝９．８０６ｍ／ｓｅｃ２：重力加速度）
【００２０】
水位は、下記の計算式によって表すことができる。
Ｈ＝Ｈｋ−（Ｐｋ−Ｐ０）／Ｇ
Ｈ：実際の水位
Ｈｋ：観測時の水位計水位値
Ｐｋ：観測時の大気圧値
Ｐ０：初期設置した時の大気圧値
Ｇ：重力加速度
【００２１】
なお、大気圧は海抜高度が増すに従って低くなるので、このことも考慮しておかなければならない。例えば、海抜高度０ｍ〜２０００ｍでは、高さが１０ｍ増すと大気圧は１．１ｈＰａ下がる。
【００２２】
なお、ネット上の地上気象観測装置３としての具体例として、メテオｉ・ＮＥＴ地上気象観測原簿データがある。このメテオｉ・ＮＥＴ地上気象観測原簿データは、インターネットにより配布されている。
【００２３】
首都圏（関東地方と山梨県）における観測個所は、次の通りである。なお、観測時刻は、毎日１時から２４時までの２４回である。
茨城県：水戸、館野
栃木県：宇都宮。日光
群馬県：前橋
埼玉県：熊谷、秩父
東京都：東京、大島、三宅島、八丈島、父島、南鳥島
千葉県：銚子、館山、勝浦、千葉
神奈川県：横浜
山形県：甲府、河口湖
【００２４】
業務における水位観測場所が、メテオｉ・ＮＥＴ地上気象観測場所とは限らないので、最適化原理による補間を行わなければならない。これは、２次元最適化計算となる。計算方法には、加重平均法、加重補間法、最小曲率法等がある。モデルデータの一例を、図２に示す。
【００２５】
なお、上記の加重平均法とは、例えば、距離ｄｉのｐ乗に逆比例する重みで、下記式に基く加重平均を求める。
Ｑ＝｛Σ（Ｑｉ／ｄ_ｉｐ）｝／｛Σ（１／ｄ_ｉｐ）｝
注）Σの演算範囲ｉ＝１〜ｎ
Ｑ：水位観測場所の大気圧
Ｑｉ：各気象観測場所の大気圧
ｄ_ｉ：各気象観測場所から水位観測場所までの距離
【００２６】
また、上記の加重補間法とは、例えば、水位観測場所の近傍で大気圧の分布が多項式で近似されるとして、各気象観測場所の大気圧から、距離のｐ乗に逆比例する重みつき最小二乗法で推定する手法を言う。
【００２７】
また、同様に、観測時刻が、１時、２時のような、区切りの良い時間とは限らないので、これも補間を行う必要がある。これは、１次元最適化計算となる。例えば、メテオｉ・ＮＥＴ地上気象観測原簿データの測定時間間隔内Ｔｘの値を得る場合には、該当時間前Ｔ１および該当時間後Ｔ２のメテオｉ・ＮＥＴ地上気象観測原簿データを時間比例配分法により補正する。
より具体的な補正手順例を、以下に詳述する。
【００２８】
（具体的な補正手順例）
本実施形態による補正は、上述のようにメテオｉ・ＮＥＴ地上気象観測場所（以降、単に「気象観測場所」とも言う）Ａと、新たに設置された測定場所Ｂとの間での補正となる。一般的にこれらの測定場所ＡおよびＢは、それぞれ複数となることが想定されるが、所定の１個の測定場所Ｂを補正対象として、以下に説明を行う。
【００２９】
圧力式水位計の測定値に関わる要件は、上述のように、大気圧である。また、この大気圧は、測定場所の海抜高度の影響を受ける。よって、補正を行う主要な要件は、「大気圧分布差」と「海抜高度差」となる。
【００３０】
より正確な補正を実行する要件としては、補正のための基準値となる気象観測場所Ａｘを被補正の測定場所Ｂｘと比較して、下記の主要要件が掲げられる。
１）距離間隔が小さい。
２）高度差が小さい。
３）気圧傾斜が疎である。
上に掲げた三個の要件の内、要件１）および要件２）は地理的なものであり固定的であるが、要件３）は刻々変化し流動的である。
【００３１】
より補正を正確に行うためには、各種の補正手順が求められる。
補正手順例１として、気象データを二次元データとして取り扱う。本二次元化において、気象データに重み付けを行う。重み付けの手順例として、例えば下記の条件付けがある。
【００３２】
１）圧力式水位計の設置場所と、補正に用いる気象データの観測場所との距離の大きさに応じた重み付けを行う。これら二者間の距離が小さいほど重みを大きく採り、距離が大きいほど重みを小さくする。
２）上記と同様な手順において、時間差の重み付けを行う。この関係は、圧力測定時と気象データ観測時との、時間間隔差の大きさに基く重み付けとなる。
３）上記２）の補正において、さらに、時間経過補正を行う。例えば、異なる時間における複数の観測データを、“変動量／経過時間”として解析する。この解析値を“時間変動量／時間差”として、観測値へ反映させる。
【００３３】
補正の実行に先立ち、補正のための基準値となる気象観測場所Ａｘを選択設定する（ステップＳ１）。一箇所の被補正対照の測定場所Ｂｘに対し、補正のための基準値となる気象観測場所Ａｘとして数点（１点〜３点程度）を選択設定する。この補正のための基準値となる気象観測場所Ａｘの基本的な要件は既述の、要件１）および要件２）であり、さらに、測定場所Ｂｘを地理的に取り囲むまたは内包する形態で複数点を選択する。
【００３４】
選定される気象観測場所Ａｘの選択数は、被補正対象の測定場所Ｂｘと、この測定場所Ｂｘの近隣の気象観測場所Ａｘとの位置関係において、選定する。例えば、両者の直線的な距離が小さい・高低差が小さい場合は、１点とする。但し、気圧の中心が近くにある場合は、２点以上とする等の選定をする。両者の直線的な距離が大きい・高低差が大きい場合は、常時２点以上とする。気象観測場所Ａｘの数を増すのは、補正の誤差を小さくすることが目的である。
【００３５】
上記の条件で所定の測定場所Ｂｘに対する補正のための気象観測場所Ａｘを選択設定後に、測定場所Ｂｘを基準として、以下の補正手順を取る。
イ１）海抜高度差に対する気圧の補正を行う（ステップＳ２）。測定場所Ｂｘの海抜高度と同一高度へ気象測定場所Ａ１１の測定データを補正する。本補正は、図に示した海抜高度［ｍ］と気圧［ｈＰａ］の特性曲線に基いて行う。
【００３６】
イ２）気圧傾斜分の補正を行う（ステップＳ３）。本補正は、特に、測定場所Ｂｘの近隣に、高または低の程度が大きな気圧の中心が在る場合に重要である。測定場所Ｂｘにおける水位観測時点の気象データを基に、等高線の分布図、及び測定場所Ｂｘと気象測定場所Ａｘの両者間の気圧差［ｈＰａ］（ヘクトパスカル）から、その時点での気圧差を算出し、算出された気圧差から水位差に換算して補正する。なお、現実の測定と観測時刻との関係は、上述のように一致しない場合が多いと考えられる。この場合は、１次元最適化計算とし、該当時間前Ｔ１および該当時間後Ｔ２のメテオｉ・ＮＥＴ地上気象観測原簿データを時間比例配分法により補正する。
【００３７】
イ３）上記の補正処理の結果、測定場所Ｂｘの測定値Ｂ１１に対する第１の補正後の測定値Ｂ１１ａを得る。
イ４）選定した気象測定場所Ａｘが２点の場合は、上記の補正手順イ１）〜イ３）と同様の補正を行い、同一測定場所Ｂｘの第２の測定場所Ｂｘの測定値Ｂ１１に対する第２の補正後の測定値Ｂ１１ｂを得る。
イ５）測定場所Ｂｘの被補正対象の圧力式水位計に対応する、最終的な補正後の測定値Ｂ１を得る（ステップＳ４）。この最終的な測定場所Ｂｘの測定値Ｂ１としては、例えば、二つの補正後の測定値Ｂ１１ａおよびＢ１１ｂの平均値を得る。
【００３８】
以上の方法により、大気圧補正をしていない圧力式水位計を使用して水位を観測するユーザーに対して、インターネットを介して、水位補正サービスを行う。
【００３９】
なお、上述の実施形態は本発明の好適な実施の一例である。ただし、これに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変形実施が可能である。
【００４０】
【発明の効果】
以上の説明より明らかなように、本発明の圧力式水位計の大気圧補正システムおよび同方法は、圧力水位計により圧力水位値を測定し、測定された圧力水位値を送信し、送信された圧力水位値を受信する。また、演算処理装置が地上気象観測装置原簿データの大気圧測定値を取得し、取得した大気圧測定値を用いて圧力水位計から送信された圧力水位値の大気圧補正を実行する。これにより、装置本体に大気圧補正の備えの無い装置を用いて、遠隔地において測定された圧力水位値の大気圧による誤差成分値の演算補正の効率的な実行を可能とする。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の圧力式水位計の大気圧補正システムおよび同方法の実施形態を示すシステム構成図である。
【図２】海抜高度（ｍ）と気圧（ｈＰａ）との関係例を示す特性図である。
【図３】大気圧補正の処理手順例を示すフローチャートである。
【図４】従来の大気圧補正の処理構成例を示す図である。
【符号の説明】
１演算処理装置
２通信回線
３地上気象観測装置
４圧力水位計

Claims

所定の通信回線と接続され測定値を取得して送信する圧力水位計と、
気象観測装置によるデータの大気圧測定値を取得可能に構成された演算処理装置とを有し、
前記圧力水位計と前記演算処理装置とが前記通信回線を介して接続されて構成され、
前記圧力水位計から送信される測定値を随時受け、該測定値の前記大気圧測定値を用いた大気圧補正の実行を、前記演算処理装置により可能としたことを特徴とする圧力式水位計の大気圧補正システム。
前記気象観測装置によるデータは、ネット上の地上気象観測装置原簿データを含む公的気象観測データであることを特徴とする請求項１に記載の圧力式水位計の大気圧補正システム。
前記大気圧補正に適用される大気圧測定値は、補正対象となる前記圧力水位計の設置場所に近隣する少なくとも１の気象観測装置による測定値が選択されることを特徴とする請求項１または２に記載の圧力式水位計の大気圧補正システム。
前記大気圧補正を行う主要な要件は、前記気象観測装置による気象データであり、前記圧力水位計を基準とした「大気圧分布差」と「海抜高度差」に基く二次元データとして前記大気圧補正を実行することを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の圧力式水位計の大気圧補正システム。
前記二次元データは、補正対象の圧力水位計との距離差を加味した重み付けがされ、該重み付けしたデータと前記圧力水位計から送信される測定値との間において前記大気圧補正を実行することを特徴とする請求項４に記載の圧力式水位計の大気圧補正システム。
前記補正対象の圧力水位計を管理する部署へ、前記大気圧補正後の圧力水位値を送信することを特徴とする請求項１から５の何れかに記載の圧力式水位計の大気圧補正システム。
圧力水位計により圧力水位値を測定する工程と、
測定された前記圧力水位値を送信する工程と、
演算処理装置が前記送信された前記圧力水位値を受信する工程と、
前記演算処理装置が気象観測装置によるデータの大気圧測定値を取得する工程と、
前記演算処理装置が前記取得した大気圧測定値を用いて前記圧力水位計から送信された圧力水位値の大気圧補正を実行する工程とを有し、
遠隔地において測定された前記圧力水位値の大気圧による誤差成分値の演算補正の実行を可能としたことを特徴とする圧力式水位計の大気圧補正方法。
前記大気圧補正に適用される大気圧測定値の選択は、補正対象となる前記圧力水位計の設置場所に近隣する少なくとも１の気象観測装置による測定値が選択されることを特徴とする請求項７に記載の圧力式水位計の大気圧補正方法。
前記大気圧補正を行う主要な要件は、前記気象観測装置による気象データであり、前記圧力水位計を基準とした「大気圧分布差」と「海抜高度差」に基く二次元データとして前記大気圧補正を実行することを特徴とする請求項８に記載の圧力式水位計の大気圧補正方法。
前記二次元データは、補正対象の圧力水位計との距離差を加味した重み付けがされ、該重み付けしたデータと前記圧力水位計から送信される測定値との間において前記大気圧補正を実行することを特徴とする請求項９に記載の圧力式水位計の大気圧補正方法。
前記補正対象の圧力水位計を管理する部署へ、前記大気圧補正後の圧力水位値を送信することを特徴とする請求項７から１０の何れかに記載の圧力式水位計の大気圧補正方法。