JP2008058052A - 水位測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】水位測定装置取り扱いが容易であり、また、河川等の水が滞留する地域における任意の位置の水位測定を可能にした可搬性の優れた水位測定装置を提供すること。
【解決手段】水位測定装置１０は、内部に空洞部ｑが設けられ、水面１８ａに浮上可能に設けられる浮子１１と、この浮子１１の空洞部ｑに設けられＧＰＳ衛星１２からのＧＰＳ電波信号ｘ１を受信するＧＰＳ受信機１３と、浮子１１の空洞部ｑに設けられ、ＧＰＳ受信機１３にて受信したＧＰＳ電波信号ｘ１に基づき、浮子１１の高度を演算して得られた高度データｘ３を送信するデータ送信装置１４と、高度データｘ３を浮子１１側から水位監視センタ１７側へ送信可能に設けられた通信ケーブル１６とを備える。
【選択図】 図１

Description

この発明は、河川、池等の水が貯留される地域での水の氾濫を未然に防止するために異常水位を検知して報知せしめる水位測定装置に関する。

従来、この種の水位測定装置は、水位そのものを目視により報知し得るようにしたもの、水位を水圧により検知して水位データを取得して異常を報知し得るようにしたものが用いられてきた。更には、近年、ＧＰＳ衛星を利用して水位を測定可能し、この水位データを信号により報知し得るようにしたものが用いられている。

従来のこの種の水位測定装置として、例えば河川の場合、川底に一つのＧＰＳ受信器を、また、水面に別のＧＰＳ受信器を設置して、両ＧＰＳ受信器により受信したＧＰＳ信号に基づき、水深（水位）を測定し、異常水位であった場合に、異常水位データを水位監視センタ側へ報知することができるようにした水位測定装置が出現している。（例えば、特許文献１参照）。

図４は、従来の水位測定装置１（特許文献１）を示す概要図である。

水位測定装置１は、河川２の川底２ａおよび水面２ｂに、複数のＧＰＳ衛星３側からそれぞれ送信されるＧＰＳ信号ａ１を受信する第１のＧＰＳ受信器３および第２のＧＰＳ受信器４が設置される。

第１のＧＰＳ受信器３は、予め水位を測定しようとする位置の川底２ａに設置される。また、第２のＧＰＳ受信器４は、河川２に流れる水流ａの水面ａ１の第１のＧＰＳ受信器３の近傍位置に浮遊状態に設置される。

更に、これらの両ＧＰＳ受信器３および４側から発信されるデータ信号ｂ１，ｂ２を受信する受信処理装置５が設けられる。データ信号ｂ１およびｂ２は、それぞれの高度データが含まれる。この受信処理装置５は、両ＧＰＳ受信器３および４側からのデータ信号ｂ１，ｂ２を受信することにより、これらのデータ信号ｂ１，ｂ２の高度データを検出して水深（水位）の測定が可能な構成になっている。
特開平１１−２５７９５７号公報

従来の水位測定装置１によれば、水位を測定しようとする河川２の予め特定した位置の川底２ａに、第１のＧＰＳ受信器３を設置しておく必要があること。また、河川２の水面２ｂには、第１のＧＰＳ受信器３の近傍に第２のＧＰＳ受信器４を浮遊させて設置しなければならないこと。更には、両ＧＰＳ受信器３および４の双方から受信したデータ信号ｂ１，ｂ２に基づいて第１のＧＰＳ受信器３と第２のＧＰＳ受信器４の高度差を演算する受信処理装置５を設けねばならなかった。

すなわち、水位測定装置１全体が大掛かりな装置になり、また、河川２のどの位置における水位を測定するか予め特定し、この位置の川底２ａに前以て第１のＧＰＳ受信器３を設置しておかねばならず、その取り扱いが不便であった。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、水位測定装置取り扱いが容易であり、また、河川等の水が滞留する地域における任意の位置の水位測定を可能にした可搬性の優れた水位測定装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明によれば、内部に空洞部が設けられ、水面に浮上可能に設けられる浮子と、この浮子の空洞部に設けられＧＰＳ衛星からのＧＰＳ電波信号を受信するＧＰＳ受信機と、前記浮子の空洞部に設けられ、前記ＧＰＳ受信機にて受信したＧＰＳ電波信号に基づき、前記浮子の高度を演算して得られた高度データを送信するデータ送信装置と、前記高度データを前記浮子側から水位監視センタ側へ送信可能に設けられた通信ケーブルとを具備したことを特徴とする水位測定装置を提供する。

上記目的を達成するために、本発明によれば、内部に空洞部が設けられ、水面に浮上可能に設けられる浮子と、この浮子の空洞部に設けられＧＰＳ衛星からのＧＰＳ電波信号を受信するＧＰＳ受信機と、前記浮子の空洞部に設けられ、前記ＧＰＳ受信機にて受信したＧＰＳ電波信号に基づき、前記浮子の高度を演算して得られた高度データを送信するデータ送信装置と、前記高度データを水位監視センタ側に無線通信可能に設けられた無線通信機と、前記浮子が水平方向に移動するのを抑制できるように地面側に懸吊する懸吊紐とを具備したことを特徴とする水位測定装置を提供する。

本発明によれば、水位測定装置取り扱いが容易であり、また、河川等の水が滞留する地域における任意の位置の水位測定を可能にした可搬性の優れた水位測定装置を提供することができる。

本発明に係る水位測定装置の実施形態について添付図面を参照して説明する。

［第１実施形態］
図１は、本発明の水位測定装置１０の第１の実施形態を示す一部切欠斜視図である。図２は、図１に示す水位測定装置の信号系を示す系統図である。

図１に示す水位測定装置１０は、内部に空洞部が設けられ、水面に浮上可能に設けられる浮子１１と、この浮子１１の空洞部ｑに設けられ複数のＧＰＳ衛星１２からの複数のＧＰＳ電波信号ｘ１を受信するＧＰＳ受信機１３と、浮子１１の空洞部ｑに設けられ、ＧＰＳ受信機１３にて受信したＧＰＳ電波信号ｘ１に基づき浮子１１の高度（水位）を演算するデータ信号送受信装置１４と、浮子１１の空洞部ｑにあって、浮子１１の向きの変化に伴い変化しようとするＧＰＳ受信機１３の向きが大きく変化しないように作用させるべく設けられるジャイロ装置１５と、データ信号送受信装置１４にて演算された高度データｘ３を浮子１１側から地上側へ送信可能に設けられた通信ケーブル１６とにより構成される。

浮子１１は、図１に示すように、空洞部ｑを有する球形のもので、水が滞留する、例えば河川１８に流れる水ｗの水面１８ａにおいて所用の浮力が得られるように所要の大きさに設けられる。この浮子１１は、水ｗにより発生する波の衝撃力に耐え得る程度の強度を備えた軽量且つ防水性の優れた材質、例えば表面硬化処理が施された発泡スチロールにて球状に形成される。また、浮子１１の基部には、通信ケーブル１６を接続するケーブル端子１１ａが設けられる。

複数のＧＰＳ衛星１２は、地球を周回して、地上の物体の位置、例えば高度，緯度および緯度情報を提供するＧＰＳ衛星である。ＧＰＳ受信機１３は、複数のＧＰＳ衛星１２から受信したＧＰＳ電波信号ｘ１を演算して演算データｘ２を生成し、回線ｙ１を介してデータ演算処理装置１４側へ送信するものである。

データ信号送受信装置１４は、ＧＰＳ受信機１３側からデータ信号ｘ２を受信して浮子１１（正確にはＧＰＳ受信機１３の高度）の高度を演算し高度データｘ３を生成するデータ演算処理部１４ａと、このデータ演算処理部１４ａおよびＧＰＳ受信機１３側に電力を供給するバッテリ１４ｂとを備えている。データ演算処理部１４ａは、ＧＰＳ受信機１３からデータ信号ｘ２を受信することにより、高度データｘ３を演算（生成）し、回線ｙ２を介して通信ケーブル１６側へ送信するものである。また、データ演算処理部１４ａにて生成される高度データｘ３は、図１に示す標準水位を超える場合、または危険水位を超える場合に、高度データｘ３とは別に図示しない危険信号を水位監視センタ１７側へ緊急送信するようにすることもできる。

ジャイロ装置１５は、浮子１１が水ｗの波の衝撃を受けて垂直軸が傾くように揺れ動いた際に、この揺れとは関係なく動かさなくするために設けられたもので、特に、浮子１１の上部位置に設けられるＧＰＳ受信機１３が揺れ動かないようにするために設けられる。すなわち、水面１８ａに浮上する浮子１１は、水ｗによる波等の影響を受け常に動揺している。この動揺が激しくなると、ＧＰＳ受信機１３の垂直軸が動揺するためにＧＰＳ衛星１２側から送信されるＧＰＳ電波信号ｘ１の受信性能に悪影響を及ぼす。ジャイロ装置１５は、上記の悪影響を回避するために、ＧＰＳ受信機１３の垂直軸の動揺を抑制するために設けられる。具体的にはジャイロ装置１５は、図１に示すように、浮子１１の基部側に設けられる、例えば機械式のジャイロ本体１５ａと、このジャイロ本体１５ａ側からＧＰＳ受信機１３側に連結される複数本の連結杆１５ｂと、この複数本の連結杆１５ｂの外周面と浮子１１の内周面との間にあって、あらゆる方向に転がり可能に嵌め込まれた複数のボール１５ｃとから構成される。

また、通信ケーブル１６は、ケーブル本体２０と、このケーブル本体２０の途中の部位に設けられる錘部分２１とを備える。ケーブル本体２０は、所定の長さ、例えば数十メートル〜数百メートル程度の長さを有し、図１に示すように、必要に応じて地上Ｅ側に設置されたデータ中継装置１９を介して水位監視センタ１７まで接続されるものである。なお、通信ケーブル１６は、特定の河川１８の場合、河川流域の任意位置に通信ケーブル１６が接続可能なように、予め図示しない接続端末を敷設させておくことができる。

錘部分２１は、水位測定装置１０を河川１８の任意位置に投げ込んだ際に、水ｗにて容易に流されないように川底１８ｂに対する碇の役割をなすものである。

なお、水位測定装置１０は、便宜上一つを例示したが、実使用にあたっては、図２に示すように、複数の水位測定装置１０ａ〜１０ｎを用いると共に、更に必要により、これらの水位測定装置１０ａ〜１０ｎの何れかをデータ中継装置１９を介して接続して用いるようにすることができる。また、その場合には、水位監視センタ１７間に接続される通信ケーブル１６は、複数の通信ケーブル１６ａ〜１６ｎを水位監視センタ１７側に対してそれぞれ並列的に接続することができる。

次に、水位測定装置１０の作用について、図１および図２を参照して説明する。

水位測定装置１０の取扱者が、例えば水位を測定しようとする河川１８の危険水域にあって、河川１８を流れる水ｗの水面１８ａに投げ入れ設置したとする。また、通信ケーブル１６を水位監視センタ１７またはこの水位監視センタ１７までのデータ送信の中継をするデータ中継装置１９に接続する。

浮子１１に設けられたＧＰＳ受信機１３は、複数のＧＰＳ衛星１２からＧＰＳ電波信号ｘ１を受信する。ＧＰＳ受信機１３がＧＰＳ電波信号ｘ１を受信すると、ＧＰＳ受信機１３は、演算データｘ２を生成し、回線ｙ１を介してデータ演算処理装置１４側へ送信する。演算データｘ２を受信したデータ信号送受信装置１４は、そのデータ演算処理部１４ａにて高度データｘ３を生成し、回線ｙ２およびケーブル端子１１ａを介して通信ケーブル１６側へ送信する。通信ケーブル１６に送信された高度データｘ３は、データ中継装置１９を介して、または直接に水位監視センタ１７側へ送信される。水位監視センタ１７は、高度データｘ３を受信することにより、水位監視センタ１７の河川情報システム１７ａにて各種のデータ、例えば画像データが生成され、表示装置に画像表示することができる。

なお、水位測定装置１０を、例えば洪水状態にある河川１８に用いた際には、荒れ状態の水ｗによる衝撃の影響で浮子１１が縦軸を中心として揺動する。この浮子１１が揺動すると、ジヤイロ装置１５が機能して、浮子１１の姿勢を保持するように作動する。すなわち、ジヤイロ装置１５が作動すると、ジャイロ本体１５ａの働きにより、複数の連結杆１５ｂが複数のボール１５ｃを介して浮子１１の揺動方向と逆方向に振れるようになる。従って、浮子１１は、浮子１１の縦軸を中心にした状態に保持される。このため、ＧＰＳ衛星１２から送信されるＧＰＳ電波信号ｘ１をほぼ静止位置の状態で受信することができる。

上述したように、水位測定装置１０によれば、内部に空洞部ｑが設けられ、水面１８ａに浮上可能に設けられる浮子１１と、この浮子１１の空洞部ｑに設けられＧＰＳ衛星１２からのＧＰＳ電波信号ｘ１を受信するＧＰＳ受信機１３と、浮子１１の空洞部ｑに設けられ、ＧＰＳ受信機１３にて受信したＧＰＳ電波信号ｘ１に基づき、浮子１１の高度を演算して得られた高度データｘ３を送信するデータ送信装置１４と、高度データｘ３を浮子１１側から水位監視センタ１７側へ送信可能に設けられた通信ケーブル１６とを備えた構成であるから、水位測定装置１０を河川等の水が滞留する地域の任意位置に設置するにあたって、可搬性の優れた構成であるからその取り扱いが容易である一方、河川等の増水で緊急に設置する必要が生じた場合にでも、迅速且つ簡便な対応が可能となり、特に災害時において使用する上で極めて有用となるものである。

なお、本発明の水位測定装置１０によれば、浮子１１が水ｗの波の衝撃を受けて垂直軸が傾くように揺れ動いた際に、この揺れとは関係なく動かさなくするためにジャイロ装置１５を設けたが、必ずしも必要ではない。すなわち、例えば水ｗの流れのない、あるいは流れの強くない水が滞留する地域においての使用には差し支えない。

［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態である水位測定装置３０について、図１と同一部分に同一符号附した図３を参照して説明する。図３は、本発明の水位測定装置の第２の実施形態を示す一部切欠斜視図である。

図３に示す水位測定装置３０は、内部に空洞部ｑが設けられ、水面に浮上可能に設けられる浮子１１と、浮子１１の空洞部ｑに設けられ複数のＧＰＳ衛星１２からの複数のＧＰＳ電波信号ｘ１を受信するＧＰＳ受信機１３と、浮子１１の空洞部ｑに設けられ、ＧＰＳ受信機１３にて受信したＧＰＳ電波信号ｘ１に基づき浮子１１の高度（水位）を演算するデータ信号送受信装置３１と、浮子１１側から地上側に接続された懸吊紐３２とにより構成される。

データ信号送受信装置３１は、ＧＰＳ受信機１３にて演算された演算データｘ２を受信して高度データｘ３を生成するデータ演算処理部１４ａと、浮子１１側から、水位監視センタ１７側へ送信可能に設けられた無線通信機３３と、これらのデータ演算処理部１４ａおよび無線通信機３３に電力供給するバッテリ１４ｂとを備える。無線通信機３３は、高度データｘ３をデータ信号化して、例えば遠隔地に設けられる水位監視センタ１７側へ送信するにあたって、支障のない程度の出力が得られるように内部アンテナ３３ａを備えている。

浮子１１側から地上側に接続された懸吊紐３２は、水位を測定しようとする河川１８の特定の位置に水位測定装置３０を投げ込んだ際に、水位測定装置３０の浮子１１が、水流による圧力に対して引っ張り止めることができる程度に地面側に懸吊可能に設けられる。この懸吊紐３２には、この懸吊紐３２を河川１８に投げ込んだ際に、紐部分３２ａの先端部が川底１８ｂに一部が埋入し得るように尖った形をした錘部分３２ｂとを備える。

なお、上述した水位測定装置３０に備えられた懸吊紐３２の錘部分３２ｂは、必ずしも必要なものではなく、紐部分３２ａにて地上側に固定される図示しない手段を備えた懸吊紐であってもよい。

その他の構成については、上述した第１実施形態と同様構成であるので説明を省略する。

上述したように、水位測定装置３０によれば、内部に空洞部ｑが設けられ、水面１８ａに浮上可能に設けられる浮子１１と、この浮子１１の空洞部ｑに設けられＧＰＳ衛星１２からのＧＰＳ電波信号ｘ１を受信するＧＰＳ受信機１３と、浮子１１の空洞部ｑに設けられ、ＧＰＳ受信機１３にて受信したＧＰＳ電波信号ｘ１に基づき、浮子１１の高度を演算して得られた高度データｘ３を送信するデータ送信装置１４と、高度データｘ３を水位監視センタ１７側に無線通信可能に設けられた無線通信機３３と、浮子１１が水平方向に移動するのを抑制できるように地面側に懸吊する懸吊紐３２とを備えた構成であるから、水位測定装置３０を河川１８等の水ｗが滞留する地域の任意位置に設置するにあたって、可搬性の優れた構成であるからその取り扱いが容易である一方、河川１８等の増水で緊急に設置する必要が生じた場合にでも、迅速且つ簡便な対応が可能となり、特に災害時において使用する上で極めて有用となるものである。

また本発明の水位測定装置１０および３０によれば、浮子１１の空洞部ｑに設けたジャイロ装置１５は、ジャイロ本体１５ａ，連結杆１５ｂおよび複数のボール１５ｃを備えた構成であるが、この構成のものに限らず、データ送信装置１４（３１）をも含めた構成であってもよい。すなわち、浮子１１の空洞部ｑに設けられるＧＰＳ受信機１３，データ送信装置１４およびジャイロ装置１５が、ジャイロ装置１５の連結杆１５ｂにより一体的に連結された構成であってもよい。

更にまた、水位測定装置１０および３０によれば、ジャイロ装置１５のジャイロ本体１５ａとＧＰＳ受信機１３とを連結杆１５ｂにより連結させた構成であるが、連結杆１５ｂを複数個、例えば２個設けて、１つはｙ（縦）軸を中心にし、他の１つは、ｙ（縦）軸側にフリーに取り付けられ、ｘ（横）軸を中心にして回動可能に構成した周知タイプのものを採用することもできる。

本発明の水位測定装置の第１の実施形態を示す一部切欠斜視図。 図１に示す水位測定装置の信号系を示す系統図。 本発明の水位測定装置の第２の実施形態を示す一部切欠斜視図。 従来の水位測定装置を示す概要図。

符号の説明

１０（１０ａ〜１０ｎ），３０ 水位測定装置
１１ 浮子
１１ａ ケーブル端子
１２ ＧＰＳ衛星
１３ ＧＰＳ受信機
１４，３１ データ送信装置
１４ａ データ演算処理部
１４ｂ バッテリ
１５ ジャイロ装置
１５ａ ジャイロ本体
１５ｂ 連結杆
１５ｃ ボール
１６（１６ａ〜１６ｎ） 通信ケーブル
１７ 水位監視センタ
１７ａ 河川情報システム
１８ 河川
１８ａ 水面
１８ｂ 川底
１９ データ中継装置
２０ ケーブル本体
２１，３２ｂ 錘部分
３２ 懸吊紐
３２ａ 紐部分
３３ 無線通信機
３３ａ アンテナ
ｑ 空洞部
ｗ 水
ｘ１ ＧＰＳ電波信号
ｘ２ 演算データ
ｘ３ 高度データ
ｙ１，ｙ２ 回線

Claims (3)

1. 内部に空洞部が設けられ、水面に浮上可能に設けられる浮子と、
   この浮子の空洞部に設けられＧＰＳ衛星からのＧＰＳ電波信号を受信するＧＰＳ受信機と、
   前記浮子の空洞部に設けられ、前記ＧＰＳ受信機にて受信したＧＰＳ電波信号に基づき、前記浮子の高度を演算して得られた高度データを送信するデータ送信装置と、
   前記高度データを前記浮子側から水位監視センタ側へ送信可能に設けられた通信ケーブルとを具備したことを特徴とする水位測定装置。
2. 内部に空洞部が設けられ、水面に浮上可能に設けられる浮子と、
   この浮子の空洞部に設けられＧＰＳ衛星からのＧＰＳ電波信号を受信するＧＰＳ受信機と、
   前記浮子の空洞部に設けられ、前記ＧＰＳ受信機にて受信したＧＰＳ電波信号に基づき、前記浮子の高度を演算して得られた高度データを送信するデータ送信装置と、
   前記高度データを水位監視センタ側に無線通信可能に設けられた無線通信機と、
   前記浮子が水平方向に移動するのを抑制できるように地面側に懸吊する懸吊紐とを具備したことを特徴とする水位測定装置。
3. 上記浮子の空洞部に設けられ、前記浮子の向きの変化に伴い変化しようとするＧＰＳ受信機の向きが変化しないように作用するジャイロ装置を備えたことを特徴とする請求項１または２記載の水位測定装置。

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