JP2016102785A - 流速計測システムおよびプログラム - Google Patents
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Abstract
Description
図1は、本実施形態に係る流速計測システム1の構成を示す概略図であり、図2は、流速計測システム1の機能を示すブロック図である。
図2に示すように、計測用ボート2は、送受信部21、プロペラ22、モータ23、出力計測部24、方向舵25、2つの超音波センサ26a,26b、対地速度計測部27および推進制御部28を備えている。
図2に示すように、コントローラ3は、送受信部31、流速演算部32、表示部33、入力部34および制御信号生成部35を備えている。
U=f(MP0) ・・・式1
が成り立つ。この関係式は、計測用ボート2の形状、質量、モータ23の種類、取り付け位置、プロペラ22の形状、サイズなどによって定まるものであり、後述の実験によって得ることができる。本実施形態において、流速演算部32は、対地速度GS=0であるときの出力MP0を上記式1に当てはめることにより、流速U0を算出している。
U=f(MPx)+x ・・・式2
が成り立つ。よって、対地速度GSが0でない場合であっても、計測用ボート2の対地速度およびモータ23の出力に基づいて、流速を算出することは可能である。
続いて、流速計測システム1による流速計測の手順の一例を、図3に示すフローチャートを用いて説明する。
流速計測システム1における一連の制御は、観測員によるマニュアル操作によって行ってもよいが、特に、ステップS3〜S9の制御は、マイコンの自動制御によって行うことが好ましい。
本実施形態に係る流速計測システム1は、非特許文献1に記載されている画像解析処理による流速計測技術と比較して、簡便性、確実性、量産性、自律性の点で以下の利点を有する。
従来技術では、機材の運搬や計測作業に数名の人員が必要である。一方、本実施形態では、計測用ボート2およびコントローラ3は軽量かつコンパクトであるため、1名でも流速計測作業が可能であり、携帯性も優れているため、計測用ボート2を河川へ投下できる環境であれば場所に制限がない。また、計測用ボート2を河川に投入した後は、自動制御により流速を計測できるため、計測作業が比較的簡便である。さらに、本実施形態における演算処理は、所定の関係式に出力MP(および対地速度GS)を当てはめるだけであるので、従来技術の画像解析処理に比べ簡単である。
従来技術では、画像の取得状態は、天候や河川水面(波紋の有無)といった自然要因に大きく影響を受けるため、画像解析による流速の計測精度を高めることは難しく、環境によっては計測が不可能となる。これに対し、本実施形態では、出力MPと相対速度RVとの相関性が高いため、高精度で流速を算出することができる。また、自然要因による影響が少ないため、環境によらず確実に流速を計測できる。
従来技術では、観測員の目視による操作(遠隔操作も含む)が必要である。したがって、広い視野が確保できない暗渠部等での計測は困難である。これに対し、本実施形態では、計測用ボート2をプログラムによって自動制御できるので、通信環境さえ整えば、暗渠部等であっても安全に計測が可能である。
上述した計測用ボート2は、船体の一部が水面から露出しているが、潜水可能であることがさらに好ましい。これにより、風雨の影響をなくすことができるので、計測精度をさらに高めることができる。また一般に、河川の流量は、横断面における複数の流速データの平均値に断面積を乗ずることで評価するため、計測用ボート2を横断方向だけでなく深さ方向にも移動させて、水中の流速のデータを取得することで、河川の流量を正確に推定することができる。
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて、種々の変更が可能である。
以下、上記の実施形態の一変形例について説明する。本変形例では、計測用ボートの位置をカメラ画像によるトラッキング技術を用いて計測する。
室内水路として、京都大学乱流推理実験室の幅40cm、長さ10mの水路を用いた。水路に基準面となる超音波反射板を設置した。水路に計測用ボート2の試作機を投入し、水深を11cmに固定したまま、流量Q(l/s)を2, 3, 4, 5, 6, 7および7.5の7通りに系統変化させた。
S’=Scosθ
ここで、Sは実測距離値、S’は補正距離値、θはヨー角である。
1’ 流速計測システム
2 計測用ボート
2’ 計測用ボート
3 コントローラ
3’ コントローラ
4 超音波反射板
5 Webカメラ
21 送受信部
22 プロペラ
23 モータ
24 出力計測部
25 方向舵
26a 超音波センサ
26b 超音波センサ
27 対地速度計測部
28 推進制御部
31 送受信部
32 流速演算部
33 表示部
34 入力部
35 制御信号生成部
36 画像解析部
37 対地速度計測部
B1 橋梁
B2 橋脚
Claims (6)
- 水の流速を計測する流速計測システムであって、
前記水が流れている場所を自律的に移動するための推進機構を備えた移動装置と、
前記推進機構の推進力を計測する推進力計測手段と、
前記移動装置の対地速度を計測する対地速度計測手段と、
前記推進力および前記対地速度に基づいて、前記水の流速を演算する流速演算手段と、
を備えることを特徴とする流速計測システム。 - 前記流速演算手段は、前記対地速度が0であるときの前記推進力に基づいて、前記流速を演算することを特徴とする請求項1に記載の流速計測システム。
- 前記推進機構は、プロペラと、前記プロペラを回転させるモータとを備え、
前記推進力計測手段は、前記モータの出力を前記推進力として計測することを特徴とする請求項1または2に記載の流速計測システム。 - 前記移動装置は潜水可能であることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の流速計測システム。
- 前記場所は河川であることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の流速計測システム。
- 請求項1〜5のいずれかに記載の流速計測システムの前記推進力計測手段、前記対地速度計測手段および前記流速演算手段としてコンピュータを動作させるプログラム。
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