JP2017125804A - 浮子軌跡取得システム、及び流速測定システム - Google Patents

Abstract

【課題】浮子の軌跡又は流速又は移動距離あるいは水位を測定する。
【解決手段】浮子を撮影して撮影角度を示す撮影角度情報と画像データとを生成する撮像装置と、画像データ中の所定領域に浮子の画像が位置するように撮影角度を制御する撮像制御装置と、電磁波を送信し、浮子からの反射波を受信することにより、浮子との間の直線距離を測定して距離情報を生成し、送信する電磁波の方向が、撮像装置の撮影角度に合わせて変更される距離測定装置と、複数の時点において距離測定装置が生成した距離情報を受信し、前記複数の時点において撮像装置が生成した撮影角度情報を受信し、受信した距離情報と撮影角度情報とに基づき、前記複数の時点の間に浮子が移動した軌跡を示す軌跡データを取得する処理装置と、を備えるよう浮子軌跡取得システムを構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば河川等の流速等を測定する技術に関するものである。

従来、河川の流速測定においては、河川に浮子を流し、その浮子が予め設定された測定区間を通過する時間を人が目視で計測し、該計測した時間と通過した距離から流速を求めることが多い。この流速測定に用いる浮子は、水面と水底の水流の両方から影響を受けて流れるよう、鉛直方向に長い棒形状としている。しかし、このような方法では、人手が多く必要であり、また安全性を確保するのに多くの配慮が必要となる。

下記の特許文献１には、水面の漂流物体、あるいは人工的に糸ないし綱を介して固定された浮きを画像として取り込み、画像処理により流速を求める技術が開示されている。しかし、河川等においては、浮きが蛇行することも多く、蛇行した場合の距離を求めることは容易ではない。特許文献１の方法では、浮きが蛇行するような場合の対応方法を提示していない。

特開平８−４３４１９号公報

本発明の目的は、例えば河川等の流水において、浮子の軌跡や流速を精度良く測定することのできる技術を提供することにある。

上記の課題を解決するための、本発明に係る浮子軌跡取得システムの代表的な構成は、次のとおりである。すなわち、
水面に浮かぶ浮子を撮影し、該撮影したときの撮影角度を示す撮影角度情報と、前記浮子を含む画像データとを生成する撮像装置と、
前記画像データと前記撮影角度情報とを前記撮像装置から受信し、前記画像データ中の所定領域に前記浮子の画像が位置するように、前記撮像装置の撮影角度を制御する撮像制御装置と、
電磁波を送信し、前記浮子からの反射波を受信することにより、前記浮子との間の直線距離を測定して、該測定した直線距離を示す距離情報を生成する距離測定装置であって、送信する電磁波の方向が、前記撮像装置の撮影角度に合わせて変更される距離測定装置と、
複数の時点において前記距離測定装置が生成した前記距離情報を前記距離測定装置から受信し、前記複数の時点において前記撮像装置が生成した前記撮影角度情報を、前記撮像装置又は前記撮像制御装置から受信し、前記受信した距離情報と撮影角度情報とに基づき、前記複数の時点の間に前記浮子が移動した軌跡を示す軌跡データを取得する処理装置と、
を備えることを特徴とする浮子軌跡取得システム。

また、上記の課題を解決するための、本発明に係る流速測定システムの代表的な構成は、次のとおりである。すなわち、
上記の浮子軌跡取得システムを用いた流速測定システムであって、
前記処理装置は、
前記軌跡データに基づき前記軌跡の長さを算出し、該算出した軌跡の長さと前記複数の時点の間の時間とに基づき、前記浮子が浮かぶ流水の流速を算出することを特徴とする流速測定システム。

また、上記の課題を解決するための、本発明に係る変動水位測定システムの代表的な構成は、次のとおりである。すなわち、
水面に浮かぶ浮子を撮影し、該撮影したときの撮影角度を示す撮影角度情報と、前記浮子を含む画像データとを生成する撮像装置と、
前記画像データと前記撮影角度情報とを前記撮像装置から受信し、前記画像データ中の所定領域に前記浮子の画像が位置するように、前記撮像装置の撮影角度を制御する撮像制御装置と、
電磁波を送信し、前記浮子からの反射波を受信することにより、前記浮子との間の直線距離を測定して、該測定した直線距離を示す距離情報を生成する距離測定装置であって、送信する電磁波の方向が、前記撮像装置の撮影角度に合わせて変更される距離測定装置と、
第１の時点から第２の時点までの間に前記浮子が上下方向に移動した移動距離を算出する処理装置と、を備える変動水位測定システムであって、
前記処理装置は、
前記第１の時点において前記距離測定装置が測定した直線距離である第１の距離と、前記第２の時点において前記距離測定装置が測定した直線距離である第２の距離とを、前記距離測定装置から取得し、前記第１の時点における前記撮像装置の撮影角度である第１の角度と、前記第２の時点における前記撮像装置の撮影角度である第２の角度とを、前記撮像装置又は前記撮像制御装置から取得し、前記第１の角度と前記第２の角度の角度差と、前記第１の距離と、前記第２の距離とに基づき、前記移動距離を算出することを特徴とする変動水位測定システム。

また、上記の課題を解決するための、本発明に係る水位測定システムの代表的な構成は、次のとおりである。すなわち、
上記の変動水位測定システムを用いた水位測定システムであって、
前記処理装置は、
前記第１の時点において前記浮子が浮かぶ水面の水位である第１の水位を記憶し、該第１の水位と前記移動距離とに基づき、前記第２の時点において前記浮子が浮かぶ水面の水位である第２の水位を算出することを特徴とする水位測定システム。

上述のように構成すると、浮子の軌跡や流速を測定することができる。

第１実施形態における流速測定システムの動作の概要を説明する図である。 第１実施形態における流速測定システムの構成図である。 第１実施形態における撮像装置の構成図である。 第１実施形態における撮像制御装置の構成図である。 第１実施形態における処理装置の構成図である。 第１実施形態における距離測定装置の構成図である。 第１実施形態における距離測定動作を説明する図である。 第１実施形態における距離測定動作を説明する図である。 第１実施形態における軌跡長算出動作を説明する図である。 第１実施形態における軌跡長算出動作で用いられる撮影角度／距離／経過時間データを説明する図である。 第２実施形態における水位測定システムの動作の概要を説明する図である。 第２実施形態における処理装置の構成図である。

（第１実施形態）
第１実施形態では、浮子軌跡取得システムと、浮子軌跡取得システムを用いる流速測定システムについて説明する。図１は、本発明の第１実施形態における流速測定システムの動作の概要を説明する図であり、河川３を上から見た図である。図１において、２は、河川３に投入された浮子である。浮子２は、背景技術で述べたように、水面と水底の水流の両方から影響を受けて流れるよう、鉛直方向に長い（例えば長さが３〜４ｍ）棒形状としている。浮子２の水面上の部分には、後述する距離測定装置１０から発射された電磁波を反射するための反射体が設けられる。反射体は、例えば、金属製であり反射面を平板状や円柱状、球状とする。また、反射体もしくは浮子２のどこかにＬＥＤ等の発光部を設けても良い。これにより夜間や天候に係わらず画像処理が容易になり、後述する浮子２の自動追尾の精度が向上する。

２０は、水面に浮かぶ浮子２を撮影するカメラ（撮像装置）である。カメラ２０は、浮子２を含む画像データを生成する。また、カメラ２０は、後述する撮像制御装置３０により、浮子２を自動追尾するように（つまり、カメラ２０の撮影した画像データ中において、浮子２の画像が予め定めた所定の領域に位置するように）、上下方向又は左右方向に旋回させられて、その撮影角度が制御される。

１０は、距離測定用の電磁波を発射して送信し、浮子２からの反射波を受信して、浮子２と距離測定装置１０との間の直線距離を測定する距離測定装置である。距離測定装置１０は、固定用金具等を用いてカメラ２０に固定されており、カメラ２０と同一の回転機構により旋回する。そのため、カメラ２０が旋回すると、カメラ２０と同方向へ同角度だけ旋回する。つまり、距離測定装置１０は、送信する電磁波の方向を、カメラ２０の撮影角度に合わせて変更するよう構成されている。このように、距離測定装置１０がカメラ２０に固定されているので、距離測定装置１０が送信する電磁波の方向が、カメラ２０の撮影角度に合わせて変更されることを、容易に実現できる。

こうして、カメラ２０の撮影した画像データ中において、浮子２の画像が所定の領域に位置している状態において、カメラ２０が浮子２を撮影する撮影タイミングと同じタイミングで、距離測定装置１０からの電磁波が、浮子２の反射体に照射され、浮子２と距離測定装置１０との間の直線距離ｄが測定される。

河川３の流速測定の概要を説明する。
図１において、例えば人の手で橋の上等から浮子２が河川３に投入されると、浮子２は、出発点ＳＰから河川３の水流に乗り、到達点ＧＰに到達する。このとき、図１の例では、浮子２は、曲線を含む軌跡Ｌを描く。また、このとき、カメラ２０の視線（撮影方向）は、浮子２を追尾して、徐々にｋ１からｋｎに変わる。つまり、カメラ２０の撮影角度は、直線ｋ１と直線ｋｎの内角の大きさの範囲内で徐々に変更される。

また、浮子２が河川３に投入されるとき、又は投入前後に、カメラ２０と距離測定装置１０に対し、後述の処理装置４０から、撮影動作や距離測定動作の開始を指示する動作開始指示情報が送信される。カメラ２０は、動作開始指示情報を受信すると、浮子２を撮影し、その後、少なくとも浮子２がＧＰに到達するまでの間、例えば所定時間ｔｂ毎に、浮子２を撮影する。距離測定装置１０は、動作開始指示情報を受信すると、カメラ２０が浮子２を撮影する撮影タイミングと同じタイミングで、例えば所定時間ｔｂ毎に、浮子２との間の直線距離ｄを測定する。

スタート位置（ＳＰ）とゴール位置（ＧＰ）は予め決定されており、毎回同じ区間（ＳＰ〜ＧＰ）で浮子２の測定がなされる。例えば流速測定システムが固定式の場合、スタート位置とゴール位置が固定されているので、処理装置４０はスタート位置とゴール位置の撮影角度を予め保持している。また、河川の付近にスタート位置とゴール位置を認識するための印を設置しておき、流速測定システムがスタート位置とゴール位置を認識するように構成しておけば、流速測定システムは可搬式であってもよい。

こうして、浮子２がＳＰからＧＰに到達するまでの間、複数回に亘り、直線距離ｄと、該直線距離ｄに対応するカメラ２０の撮影角度とが取得される。そして、複数の直線距離ｄと撮影角度とに基づき、図１に示す浮子２の軌跡Ｌが取得される。また、軌跡Ｌの長さと、浮子２がＳＰからＧＰに到達するまでの経過時間とに基づき、河川３の流速が算出される。なお、算出した流速と河川の水位情報に基づく河川断面積とに基づいて河川流量を算出してもよい。

図２は、本発明の第１実施形態における流速測定システムの構成図である。第１実施形態における流速測定システムは、距離測定装置１０と、カメラ２０と、撮像制御装置３０と、軌跡Ｌを取得し流速を算出する処理装置４０と、各種情報を表示する表示装置５０とを含むように構成される。

図２に示すように、距離測定装置１０は、処理装置４０と信号接続され、カメラ２０は、撮像制御装置３０と信号接続され、撮像制御装置３０は、処理装置４０と信号接続され、処理装置４０は、表示装置５０と信号接続される。本実施形態では、上記各装置間はＬＡＮ（Local Area Network）で接続される。

上述したように、浮子２が河川３に投入されるとき、又は投入前後に、カメラ２０に対し、処理装置４０から撮像制御装置３０を介して、動作開始指示情報が送信される。カメラ２０は、例えばＧＰＳ受信機を備えてＧＰＳによる時計機能を有し、動作開始指示情報を受信すると、浮子２がＧＰに到達するまでの間（詳しくは、処理装置４０からの動作終了指示情報を受信するまでの間）、所定時間ｔｂ毎（例えば数ｍｓ毎）に浮子２を撮影し、浮子２を含む画像データを生成して撮像制御装置３０へ送信する。

また、カメラ２０は、各撮影タイミングにおけるカメラ２０の撮影角度を示す撮影角度情報を生成し、撮影したときの経過時間を示す（つまり特定できる）撮影時間情報とともに、撮影角度／経過時間情報２２ｂとして、上記画像データと対応付けて、撮像制御装置３０へ送信する。撮影時間情報とは、所定の第１の時刻、例えば、動作開始指示情報により撮影開始した時刻である撮影開始時刻、あるいはＳＰにおける撮影時刻から、各撮影時刻までの経過時間である撮影経過時間を特定できる情報である。あるいは、上記第１の時刻を、動作開始指示情報を受信した時刻とし、撮影時間情報を、動作開始指示情報を受信した時刻から、各撮影時刻までの経過時間を特定できる情報としてもよい。本実施形態では、撮影時間情報は、撮影経過時間そのものである。

撮影時間情報は、撮影経過時間や撮影時刻を特定できる情報であればよく、本実施形態のように撮影経過時間そのものであってもよいし、撮影時の時刻情報であってもよい。また、処理装置４０から基準クロック信号を受信して、該基準クロック信号に基づき各撮影タイミングを決定するような例では、撮影時間情報は、基準クロック信号のカウント値であってもよい。

撮像制御装置３０は、カメラ２０から、画像データと、該画像データに対応する撮影角度情報と撮影時間情報とを受信し、画像データ中の所定の領域（例えば画像データの中央領域）に、浮子２の画像が位置するように、カメラ２０の撮影角度を制御する。また、撮像制御装置３０は、カメラ２０から受信した画像データ中の所定の領域に、浮子２の画像が位置している場合に、その画像データに対応する撮影角度／経過時間情報２２ｂを、撮影角度／経過時間情報３２ｃとして、処理装置４０へ送信する。なお、撮像制御装置３０は、カメラ２０から受信した画像データ中の所定の領域に、浮子２の画像が位置していない場合は、その画像データに対応する撮影角度／経過時間情報２２ｂを、処理装置４０へ送信しない。

距離測定装置１０は、例えばＧＰＳ受信機を備えてＧＰＳによる時計機能を有し、処理装置４０からの動作開始指示情報を受信すると、カメラ２０の撮影タイミングに合うタイミングで、所定時間ｔｂ毎（例えば数ｍｓ毎）に、浮子２との間の直線距離ｄを測定する。そして、距離測定装置１０は、浮子２と距離測定装置１０との間の直線距離ｄを示す直線距離情報を、測定する毎に、該測定したときの経過時間を示す（つまり特定できる）距離測定時間情報とともに、距離／経過時間情報１９ａとして、処理装置４０へ送信する。距離測定時間情報とは、上記第１の時刻、例えば、撮影開始時刻（つまり、距離測定開始時刻）あるいはＳＰにおける撮影時刻から、各測定時刻までの経過時間である距離測定経過時間を特定できる情報である。本実施形態では、距離測定時間情報は、距離測定経過時間そのものである。浮子２が河川３において同じ位置にあるときの、距離測定経過時間と撮影経過時間は同じになるようにしている。例えば、浮子２が位置Ｐ１にあるときの距離測定経過時間と撮影経過時間は同じである。

距離測定時間情報は、距離測定経過時間や距離測定時刻を特定できる情報であればよく、本実施形態のように距離測定経過時間そのものであってもよいし、距離測定時の時刻情報であってもよい。また、処理装置４０から基準クロック信号を受信して、該基準クロック信号に基づき各距離測定タイミングを決定するような例では、距離測定時間情報は、基準クロック信号のカウント値であってもよい。

処理装置４０は、距離測定装置１０から距離／経過時間情報１９ａを受信し、撮像制御装置３０からの撮影角度／経過時間情報３２ｃを受信すると、距離／経過時間情報１９ａに含まれる距離測定時間情報と、撮影角度／経過時間情報３２ｃに含まれる撮影時間情報とが示す経過時間に対応付けて、直線距離情報と撮影角度情報を記憶する。つまり、距離測定経過時間と撮影経過時間が示す同一の経過時間に対応付けて、直線距離情報と撮影角度情報を記憶する。こうして、本実施形態では、処理装置４０は、複数の経過時間に対応付けて、複数の直線距離情報と撮影角度情報を、撮影角度／距離／経過時間情報４２ａとして生成し記憶する。

そして、処理装置４０は、撮影角度／距離／経過時間情報４２ａに基づき、浮子２の軌跡Ｌを示す浮子軌跡データ４２ｂを取得する。このように、処理装置４０は、複数の時点において距離測定装置１０が生成した距離情報を距離測定装置１０から受信し、複数の時点においてカメラ２０が生成した撮影角度情報を撮像制御装置３０から受信し、該受信した距離情報と撮影角度情報とに基づき、複数の時点の間に浮子２が移動した軌跡Ｌを示す浮子軌跡データ４２ｂを取得する。なお、処理装置４０が、撮影角度情報をカメラ２０から直接受信するよう構成してもよい。

詳しくは、処理装置４０は、距離情報と該距離情報に対応する距離測定時間情報とを距離測定装置１０から受信し、撮影角度情報と該撮影角度情報に対応する撮影時間情報とを撮像制御装置３０から受信して、撮影時間情報が示す撮影経過時間（あるいは撮影時刻）と、距離測定時間情報が示す距離測定経過時間（あるいは距離測定時刻）とが一致する場合の、撮影角度情報と距離情報とに基づき、浮子軌跡データ４２ｂを取得する。なお、処理装置４０が、撮影時間情報が示す撮影時刻と、距離測定時間情報が示す距離測定時刻とが一致する場合の、撮影角度情報と距離情報とに基づき、浮子軌跡データ４２ｂを取得するように構成してもよい。また、処理装置４０が、撮影角度情報と該撮影角度情報に対応する撮影時間情報とを、カメラ２０から直接受信するよう構成してもよい。

また、処理装置４０は、浮子２の軌跡Ｌの長さと、上記経過時間情報（詳しくは、ＳＰからＧＰに到達するまでの経過時間）とに基づき、河川３の流速を算出する。表示装置５０は、処理装置４０から浮子軌跡データ４２ｂや流速データを受信し、これらに基づき、軌跡Ｌや流速や流量を表示する。なお、本発明において表示装置５０は必須の構成ではなく無くてもよい。

なお、距離測定装置１０とカメラ２０と撮像制御装置３０と処理装置４０と表示装置５０は、それらの間を専用通信回線により信号接続してもよいし、あるいは、インターネット等のネットワークにより信号接続してもよい。また、上記信号接続する信号線において、必要に応じ適宜、ＬＡＮコンバータや信号を符号化するエンコーダや信号を復号化するデコーダを設置してもよい。

図３は、本発明の第１実施形態における撮像装置の構成図である。
図３に示すように、撮像装置（カメラ）２０は、カメラ２０を構成する各部の制御を行うカメラ制御部（撮像装置制御部）２１と、各種情報を記憶するカメラ記憶部（撮像装置記憶部）２２と、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）やＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）素子等で構成され、光信号を電気信号に変換する撮像部２３と、撮像制御装置３０との間で各種情報を送受信するためのインタフェースであるネットワークＩ／Ｆ（インタフェース）２４とを含むように構成される。

カメラ制御部２１は、画像データ生成部２１ａと、撮影角度変更部２１ｂとを含むように構成される。

画像データ生成部２１ａは、所定時間ｔｂ毎に撮像部２３で撮影され電気信号に変換された信号にデジタル変換処理を施し、画像データ２２ａを生成する。そして、該画像データ２２ａを、カメラ２０が撮影したときの撮影角度情報及び経過時間情報と対応付けて、カメラ記憶部２２に記憶させ、また、画像データ２２ａと撮影角度情報と経過時間情報を、ネットワークＩ／Ｆ２４を介して、撮像制御装置３０へ送信する。

撮影角度変更部２１ｂは、撮像制御装置３０からの指示に基づき、カメラ２０を上下方向又は左右方向に旋回することにより、カメラ２０の撮影方向、つまり撮影角度を変更する。

カメラ記憶部２２は、画像データ２２ａと、撮影角度／経過時間情報２２ｂとを含むように構成される。上述したように、画像データ２２ａは、撮像制御部２１でデジタル変換処理された画像データであり、カメラ２０が撮影したときの経過時間情報と対応付けられている。撮影角度／経過時間情報２２ｂは、カメラ２０が撮影したときの撮影角度情報と、そのときの経過時間情報とを示す情報である。

こうして、カメラ制御部２１は、画像データ作成の都度、該作成した画像データと、該画像データを撮影したときの撮影角度情報と、該画像データを撮影したときの経過時間情報とを、ネットワークＩ／Ｆ２４を介して、撮像制御装置３０へ送信する。

なお、カメラ制御部２１が、画像データと撮影角度情報と経過時間情報とを、カメラ記憶部２２に記憶させることなく、画像データ作成の都度、撮像制御装置３０へ送信するよう構成することも可能である。

図４は、本発明の第１実施形態における撮像制御装置の構成図である。
図４に示すように、撮像制御装置３０は、撮像制御装置３０を構成する各部の制御を行う撮像制御部（撮像制御装置制御部）３１と、各種情報を記憶する撮像制御記憶部（撮像制御装置記憶部）３２と、カメラ２０及び処理装置４０との間で各種情報を送受信するためのインタフェースであるネットワークＩ／Ｆ３３とを含むように構成される。

撮像制御記憶部３２は、画像データ３２ａと、浮子基準データ３２ｂと、撮影角度／経過時間情報３２ｃとを含むように構成される。画像データ３２ａは、カメラ２０から受信した画像データ２２ａである。

浮子基準データ３２ｂは、カメラ２０から受信した画像データ２２ａにおいて、浮子２の画像データを識別し特定するための基準データである。例えば、浮子基準データ３２ｂは、浮子２の長さ（例えば反射体の長さ）、幅等の形状や、色などのデータである。浮子基準データ３２ｂは、例えば、撮像制御装置３０の操作部（不図示）から操作者により入力してもよいし、あるいは、処理装置４０から受信するようにしてもよい。

撮影角度／経過時間情報３２ｃは、後述するように、カメラ２０から受信した撮影角度／経過時間情報２２ｂのうち、浮子２の位置が所定の位置にある画像データ２２ａに対応するものを抽出した情報である。

撮像制御部３１は、浮子識別部３１ａと撮影角度制御部３１ｂとを含むように構成される。浮子識別部３１ａは、カメラ２０から受信した画像データ２２ａを、画像データ３２ａとして、撮像制御記憶部３２に記憶させる。

また、浮子識別部３１ａは、浮子基準データ３２ａに基づき、カメラ２０から受信した画像データ２２ａにおいて浮子２の画像データを特定し、該画像データ中の浮子２の画像の位置する領域を特定して、浮子２の画像の位置する領域が予め定めた所定の位置（例えば、画像の中央位置）であるか否かを判定する。

例えば、浮子識別部３１ａは、画像データ２２ａを縦横それぞれ５０の領域に分割し、計２５００の領域に分割する。そして、該画像データ２２ａ中において、浮子２の画像の位置が、縦方向に上から１０番目、横方向に左から１５番目の領域にあることを認識した場合は、この位置が、予め定めた所定の位置（画像の中央位置）でないと判定する。

撮影角度制御部３１ｂは、画像データ２２ａ中の所定の領域に浮子２の画像が位置してないと判定された場合は、浮子２の画像の位置が所定の位置になるように、カメラ２０を旋回させる指示、つまり、カメラ２０の撮影角度を変更する指示（撮影角度変更指示）を、ネットワークＩ／Ｆ３３を介して、カメラ２０へ送信する。

例えば、撮影角度制御部３１ｂは、浮子２の所定の位置が画像の中央位置、例えば、縦方向に上から２５番目、横方向に左から２５番目の領域であり、浮子識別部３１ａにより浮子２の位置（縦方向に上から１０番目、横方向に左から１５番目）が所定の位置（画像の中央位置）でないと判定された場合は、上記所定の領域に浮子２の画像が位置するように、下方向に１５領域分、右方向に１０領域分だけ撮影角度を変更する撮影角度変更指示を、カメラ２０へ送信する。撮影角度変更指示を受信したカメラ２０は、その撮影角度変更指示に従って旋回し、指示された角度だけ下方向及び右方向に撮影角度を変更する。

また、撮影角度制御部３１ｂは、ネットワークＩ／Ｆ３３を介してカメラ２０から受信した画像データ２２ａ中において、浮子２の画像の位置する領域が所定の位置であると浮子識別部３１ａで判定されたときは、そのときの撮影角度／経過時間情報２２ｂを、撮影角度／経過時間情報３２ｃとして、撮像制御記憶部３２に記憶させ、また、ネットワークＩ／Ｆ３３を介して処理装置４０へ送信する。また、撮影角度制御部３１ｂは、画像データ２２ａ中において、浮子２の画像の位置する領域が所定の位置でないと浮子識別部３１ａで判定されたときは、そのときの撮影角度／経過時間情報２２ｂを、撮影角度／経過時間情報３２ｃとして、撮像制御記憶部３２に記憶させず、また、処理装置４０へ送信しない。

このように、処理装置４０へ送信する撮影角度／経過時間情報３２ｃは、カメラ２０から受信した撮影角度／経過時間情報２２ｂのうち、浮子２の位置が所定の位置である画像データ２２ａに対応するものを抽出した情報である。

なお、撮像制御部３１が、カメラ２０から受信した画像データ２２ａを、撮像制御記憶部３２に記憶させないよう構成することも可能である。また、撮像制御部３１が、撮影角度／経過時間情報３２ｃを、撮像制御記憶部３２に記憶させることなく、処理装置４０へ送信するよう構成することも可能である。

図５は、本発明の第１実施形態における処理装置の構成図である。
図５に示すように、処理装置４０は、処理装置４０を構成する各部の制御を行う処理制御部４１と、各種情報を記憶する処理記憶部４２と、操作者からの各種入力を受け付ける操作部４３と、距離測定装置１０及び撮像制御装置３０並びに表示装置５０との間で各種情報を送受信するためのインタフェースであるネットワークＩ／Ｆ４４とを含むように構成される。

処理記憶部４２は、撮影角度／距離／経過時間情報４２ａと、浮子軌跡データ４２ｂとを含むように構成される。

撮影角度／距離／経過時間情報４２ａは、ネットワークＩ／Ｆ４４を介して撮像制御装置３０から受信した撮影角度／経過時間情報３２ｃと、ネットワークＩ／Ｆ４４を介して距離測定装置１０から受信した距離／経過時間情報１９ａとを、まとめた情報である。詳しくは、後述の図１０に示すように、同じ経過時間に対応する撮影角度情報と距離情報とを、複数、経過時間の昇順に並べたものである。

浮子軌跡データ４２ｂは、撮影角度／距離／経過時間情報４２ａに基づき処理制御部４１により算出された、浮子２の軌跡を示すデータであり、例えば、河川３における浮子２の水平方向の軌跡が、２次元のＸＹ座標上で、複数の点により示される。浮子軌跡データ４２ｂを、ネットワークＩ／Ｆ４４を介して表示装置５０へ送信することにより、浮子２の軌跡を表示装置５０に表示可能となる。

処理制御部４１は、軌跡長算出部４１ａと、流速算出部４１ｂと、浮子軌跡生成部４１ｃと、動作開始／終了部４１ｄとを含むように構成される。

軌跡長算出部４１ａは、ネットワークＩ／Ｆ４４を介して撮像制御装置３０から受信した撮影角度／経過時間情報３２ｃと、ネットワークＩ／Ｆ４４を介して距離測定装置１０から受信した距離／経過時間情報１９ａとに基づき、撮影角度／距離／経過時間情報４２ａを生成する。

詳しくは、軌跡長算出部４１ａは、複数の距離／経過時間情報１９ａのうち、撮影角度／経過時間情報３２ｃに含まれる経過時間と同じ経過時間である距離情報を抽出し、同じ経過時間に対応する撮影角度情報と距離情報とを、複数、経過時間の昇順に並べ、図１０に示す撮影角度／距離／経過時間情報４２ａを生成する。

図１０において、経過時間ｔ１，ｔ２，ｔ３・・・は、撮影角度／経過時間情報３２ｃに含まれる経過時間である。これらの経過時間は、上述したように、浮子２が画像データ中で所定の位置にあるときの経過時間である。距離測定装置１０から受信した複数の距離／経過時間情報１９ａに、例えば、経過時間ｔ１とｔ２の間に、経過時間ｔ（１‐１）である距離／経過時間情報１９ａが含まれる場合、経過時間ｔ（１‐１）においては、浮子２が画像データ中で所定の位置にないため、経過時間ｔ（１‐１）における距離情報は、撮影角度／距離／経過時間情報４２ａに取り込まれない。

また、軌跡長算出部４１ａは、撮影角度／距離／経過時間情報４２ａ中の、撮影角度情報と距離情報とに基づき、出発点ＳＰと到達点ＧＰとの間の浮子２の軌跡の長さＬａを算出する。軌跡の長さＬａの算出方法の詳細は後述する。

流速算出部４１ｂは、浮子２の軌跡の長さＬａを、出発点ＳＰから到達点ＧＰに至る経過時間で割ることにより、出発点ＳＰと到達点ＧＰとの間の河川３の流速を算出する。図１０の例では、軌跡の長さＬａは、Ｌｎ〜Ｌｎ−１の合計として求められ、このＬａを、出発点ＳＰと到達点ＧＰとの間の経過時間（ｔｎ−ｔ１）で除算することで流速が算出される。

浮子軌跡生成部４１ｃは、図１０に示す経過時間ｔ１〜ｔｎの各時点における、直線距離（距離）ｄと撮影角度（カメラ角度）ａとに基づき、出発点ＳＰと到達点ＧＰとの間における浮子２の軌跡を示す軌跡データを生成し、処理記憶部４２に記憶させる。例えば、２次元のＸＹ座標に置き換えた軌跡データを生成する。

動作開始／終了部４１ｄは、操作者からの撮影及び距離測定開始指示を操作部４３で受け付けると、撮影動作及び距離測定動作を開始させるための動作開始指示情報を、ネットワークＩ／Ｆ４４を介して、撮像制御装置３０と距離測定装置１０へ送信する。

また、動作開始／終了部４１ｄは、撮影角度／距離／経過時間情報４２ａ中の撮影角度ａ、つまり、カメラ２０から受信した撮影角度ａが、予め設定された所定の撮影終了角度に達したか否かを判定し、撮影終了角度に達したときは、撮影動作及び距離測定動作を終了させるための動作終了指示情報を、ネットワークＩ／Ｆ４４を介して、撮像制御装置３０と距離測定装置１０へ送信する。このように、所定の撮影終了角度に達したときに動作終了させるので、任意の撮影角度範囲において浮子の軌跡を取得することができる。

なお、動作開始／終了部４１ｄは、撮影終了角度に達したときに、動作終了指示情報を撮像制御装置３０と距離測定装置１０へ送信するのではなく、動作開始指示情報の送信から所定時間後に、動作終了指示情報を撮像制御装置３０と距離測定装置１０へ送信するようにしてもよい。このようにすると、任意の時間範囲において浮子の軌跡を取得することができる。

図６は、本発明の第１実施形態における距離測定装置の構成図である。
距離測定装置１０は、距離測定装置１０の各構成部を制御し、浮子２と距離測定装置１０との間の直線距離算出を行う距離測定制御部１１と、距離測定用信号を生成する発振部１２と、距離測定用信号を無線送信する送信部１３と、浮子２で反射された距離測定用信号を受信信号として受信する受信部１５と、受信部１５で受信した受信信号から距離データを抽出する距離データ抽出部１８と、各種情報を記憶する距離測定記憶部１９と、処理装置４０との間で各種情報を送受信するためのインタフェースであるネットワークＩ／Ｆ１７を含むように構成される。

距離測定記憶部１９は、距離／経過時間情報１９ａを含むように構成される。距離／経過時間情報１９ａは、前述したように、浮子２と距離測定装置１０との間の直線距離ｄを示す直線距離情報と、直線距離ｄを測定したときの経過時間情報とを対応付けた情報である。距離／経過時間情報１９ａは、直線距離ｄを測定する毎に、最新情報に更新される。

発振部１２は、ＰＬＬ（Phase Locked Loop）発振器を含むように構成され、距離測定制御部１１からの信号１１ｓにより、距離測定用信号を出力するように制御される。発振部１２の出力周波数は、後述する図７に示すような三角波形（時間対周波数特性が三角形）となる。つまり、一定周期で周波数が連続的に変動する距離測定用信号を生成する。発振部１２は、例えば１ｍｓ程度のパルス幅の三角波形を、周期的（例えば数ｍｓ毎）に出力する。

送信部１３は、発振部１２からの出力信号を、送信増幅器１３ｃとダウンコンバータ１５ｃに分配する分配器１３ａ、分配器１３ａの出力信号を増幅する送信増幅器１３ｃ、送信アンテナ１３ｄを含むように構成される。

受信部１５は、受信アンテナ１５ａ、受信アンテナ１５ａの出力信号を増幅する受信増幅器１５ｂ、受信増幅器１５ｂの出力信号に含まれる距離測定用信号を除去するダウンコンバータ１５ｃを含むように構成される。

送信部１３と受信部１５とを含むように、無線送受信部が構成される。無線送受信部は、距離測定装置１０と浮子２との間の距離を測定するための無線送受信を行う。

距離データ抽出部１８は、距離データ抽出に必要な周波数以外の周波数成分を除去する低域ＩＦフィルタ１８ａ、低域ＩＦフィルタ１８ａの出力信号を増幅する低域ＩＦ増幅器１８ｂ、さらに余分な周波数成分を除去する低域ＩＦフィルタ１８ｃ、アナログ信号をデジタル化するＡ／Ｄ変換器（アナログデジタル変換器）１８ｄを含むように構成される。

距離測定制御部１１は、受信部１５で受信した受信信号から距離データ抽出部１８で抽出された距離データに基づき、距離測定装置１０と浮子２との間の距離を算出する。また、距離測定制御部１１は、時計機能を含み、上述したように、ネットワークＩ／Ｆ１７を介して処理装置４０からの動作開始指示情報を受信すると、例えば所定時間ｔｂ毎に、浮子２との間の直線距離ｄを測定し、距離／経過時間情報１９ａを、ネットワークＩ／Ｆ１７を介して処理装置４０へ送信する。

次に、距離測定のための送信動作を説明する。
距離測定制御部１１において距離測定動作が開始されると、距離測定制御部１１から、“Ｈ”レベルの信号１１ｓが出力される。信号１１ｓにより、発振部１２には“Ｈ”レベルの情報が伝達される。“Ｈ”レベルの情報を受けると、発振部１２は、周波数が一定の間隔で掃引される搬送波信号（図７のｆｔ参照）を、周期的に生成する。例えば、約１ｍｓ幅の搬送波信号を、数ｍｓ毎に生成する。生成された掃引周波数信号は、分配器１３ａに入力され、その出力は二つの回路系統に分けられる。一方の掃引周波数信号は、送信増幅器１３ｃに入力され、送信増幅器１３ｃで所定の値まで増幅された後、送信アンテナ１３ｄから輻射される。この一連の動作が距離測定のための送信動作となる。

次に、距離測定のための受信動作を説明する。
浮子２で反射された電波は、受信アンテナ１５ａにて受信され、受信増幅器１５ｂで所定の値まで増幅された後、ダウンコンバータ１５ｃに入力される。ダウンコンバータ１５ｃにおいて、分配器１３ａから出力された信号（他方の掃引周波数信号）と混合され、低域ＩＦフィルタ１８ａに入力される。低域ＩＦフィルタ１８ａに入力された受信信号は、必要な帯域成分のみに整形された後、低域ＩＦ増幅器１８ｂで所定のレベルまで増幅される。低域ＩＦ増幅器１８ｂで増幅された受信信号は、低域ＩＦフィルタ１８ｃで余分な周波数成分を取り除かれ、Ａ／Ｄ変換器１８ｄにてデジタル化される。Ａ／Ｄ変換器１８ｄの出力に基づき、距離測定制御部１１において、浮子２と距離測定装置１０との間の距離が算出される。

詳しくは、距離測定制御部１１において、ＦＦＴ（Fast Fourier Transform：高速フーリエ変換）処理が行われ、距離測定制御部１１への入力信号の周波数成分と、該周波数成分に対応する受信レベルが算出され取得される。本例の場合は、送信波（上記掃引周波数信号）と浮子２からの反射波の周波数の差である差分周波数ｆｒを含む周波数成分と、ｆｒを含む周波数成分に対応する受信レベル（つまり反射波レベル）が取得される。

そして、距離測定制御部１１において、差分周波数ｆｒに基づき、差分周波数ｆｒに対応する距離が算出される。差分周波数ｆｒに対応する距離を算出する処理の詳細は、図７と図８を用いて説明する。

図７は、第１実施形態における距離測定動作を説明する図であり、浮子２の停止時における距離測定処理を説明する図である。
図７（ａ）は、浮子２が停止した状態において、距離測定装置１０から無線送信される信号の送信周波数ｆｔと、周波数ｆｔの送信信号が浮子２で反射された後、距離測定装置１０で受信されるときの受信周波数ｆｒとを示す。縦軸は周波数、横軸は時間の推移である。図７（ａ）に示すように、周波数ｆｔの送信信号を送信後、周波数ｆｒの受信信号を受信するまでに時間差があるので、送信周波数ｆｔと受信周波数ｆｒとの間に差分（ビート）周波数ｆｂが生じる。

図７（ｂ）は、差分周波数ｆｂの時間推移を示す。縦軸は差分周波数ｆｂの大きさ、横軸は時間の推移である。図７（ｂ）に示すように、浮子２が停止した状態において、差分周波数ｆｂは、図７（ａ）で送信周波数ｆｔと受信周波数ｆｒとが交わる点において周期的に減少するものの、それ以外の点においては、一定の大きさを維持する。したがって、例えば、図中の８１と８２における差分周波数ｆｂの大きさは、同じである。

また、差分周波数ｆｂの大きさは、周波数ｆｔの送信信号を送信後、周波数ｆｒの受信信号を受信するまでの時間に比例する。すなわち、差分周波数の大きさは、浮子２と距離測定装置１０の間の距離に比例する。したがって、差分周波数の大きさに基づき、浮子２と距離測定装置１０の間の距離を算出することができる。周波数差ｆｂと、浮子２と距離測定装置１０の間の距離との対応関係は、予め測定して求めておく。

本実施形態では、パルス幅が例えば１ｍｓ程度の送信波を、周期的（例えば数ｍｓ毎）に送信部１３から送信する。この送信波には、図７（ａ）に示す三角波の少なくとも半周期分が含まれる。こうして、送信波と浮子２からの反射波との差分周波数ｆｒが取得され、差分周波数ｆｒの周波数の大きさに基づき、浮子２と距離測定装置１０の間の距離が算出される。

図８は、本発明の第１実施形態における距離測定動作を説明する図であり、浮子２の移動中における距離測定処理を説明する図である。
図８（ａ）は、浮子２が移動中の状態において、距離測定装置１０から無線送信される信号の送信周波数ｆｔと、周波数ｆｔの送信信号が浮子２で反射された後、距離測定装置１０で受信されるときの受信周波数ｆｒとを示す。縦軸は周波数、横軸は時間の推移である。図８（ａ）に示すように、送信周波数ｆｔの送信信号を送信後、周波数ｆｒの受信信号を受信するまでに時間差があることに起因する周波数差ｆｂと、浮子２が距離測定装置１０に接近するときのドップラー効果に起因する周波数差ｆｄ（ドップラーシフト周波数）とにより、送信周波数ｆｔと受信周波数ｆｒとの差分周波数が生じる。

図８（ｂ）は、差分周波数の時間推移を示す。縦軸は差分周波数の大きさ、横軸は時間の推移である。図８（ｂ）に示すように、浮子２が移動中の状態において、差分周波数は、送信周波数の三角波形の上昇部分では小さく、下降部分では大きい。したがって、例えば、図中の９１と９２における差分周波数の大きさは、異なる。

また、前述したように、差分周波数の大きさに基づき、浮子２と距離測定装置１０の間の距離を算出することができる。浮子２が移動中の状態では、例えば、図８（ｂ）の９１と９２における差分周波数の大きさを加算した後、２等分することにより、時間差があることに起因する周波数差ｆｂを得ることができる。この周波数差ｆｂに基づき、浮子２と距離測定装置１０の間の距離を得ることができる。

なお、図８では、浮子２が距離測定装置１０に接近するときの受信周波数ｆｒを示したが、浮子２が距離測定装置１０から遠ざかるときの受信周波数ｆｒは、ドップラーシフト周波数ｆｄだけ、送信周波数ｆｔよりも低くなる。この場合も、上述したように、図８（ｂ）の９１と９２における差分周波数の大きさを加算した後、２等分することにより、時間差があることに起因する周波数差ｆｂを得ることができる。

なお、距離測定制御部１１、カメラ制御部２１、撮像制御部３１、処理制御部４１は、それぞれ、ハードウエア構成としては、ＣＰＵ（Central Processing Unit）と各制御部の動作プログラム等を格納するメモリを備えており、ＣＰＵは、この動作プログラムに従って動作する。

次に、浮子２の軌跡の長さＬａを算出する動作を、図９と図１０を用いて詳しく説明する。図９は、本発明の第１実施形態における軌跡長算出動作を説明する図である。図１０は、第１実施形態における軌跡長算出動作で用いられる撮影角度／距離／経過時間データを説明する図である。図９は、図１と同様に、河川３を上から見た図であり、図９において、浮子２は、河川３の水面を出発点Ｐ１の上流側から到達点Ｐｎまで流される。出発点Ｐ１と到達点Ｐｎは、それぞれ、図１のＳＰとＧＰである。

まず、カメラ２０は、処理装置４０から動作開始指示情報を受信すると、受信から所定時間ｔｃ後に、浮子２の撮影を開始する。ｔｃはゼロであってもよい。処理装置４０は、操作者からの動作開始指示を操作部４３で受け付けると、動作開始指示情報を送信する。こうして、カメラ２０は、浮子２が到達点Ｐｎに到達するまでの間、所定時間おき、本実施形態では一定時間ｔｂ毎に、浮子２を撮影する。なお、カメラ２０が浮子２を撮影する間隔は、一定時間ｔｂでなく、予め定められたルールに従って変化するものであってもよい。

また、距離測定装置１０は、処理装置４０から動作開始指示情報を受信すると、受信から所定時間ｔｃ後に、浮子２と距離測定装置１０との間の直線距離ｄの測定を開始する。このように、距離測定装置１０が動作開始指示情報を受信した後、直線距離ｄの測定を開始するまでの時間ｔｃと、カメラ２０が動作開始指示情報を受信した後、浮子２の撮影を開始するまでの時間ｔｃは、同一に設定される。

まず、カメラ２０は、最初に、Ｐ１の上流側の位置Ｐ（０）において、浮子２を撮影し、該撮影した画像データ２２ａと、そのときの撮影角度ａ（０）と、そのときの経過時間ｔ（０）とを、撮像制御装置３０へ送信する。経過時間ｔ（０）は、撮影開始からの経過時間であり、ゼロである。なお、Ｐ（０）、ａ（０）、ｔ（０）、後述のｄ（０）は図示を省略している。

また、距離測定装置１０は、カメラ２０の撮影タイミングに合わせて、つまり、最初に位置Ｐ（０）において、浮子２と距離測定装置１０との間の直線距離ｄ（０）を測定し、直線距離ｄ（０）と、そのときの経過時間ｔ（０）とを、処理装置４０へ送信する。

撮像制御装置３０は、画像データ２２ａと、該画像データ２２ａに対応する撮影角度ａ（０）とを、カメラ２０から受信すると、該画像データ２２ａ中の浮子２の画像が所定の領域に位置しているか否かを判定する。画像データ２２ａ中の浮子２の画像が所定の領域に位置している場合は、撮像制御装置３０は、カメラ２０から受信した撮影角度と、そのときの経過時間とを、撮影角度／経過時間情報３２ｃとして、処理装置４０へ送信する。

画像データ２２ａ中の浮子２の画像が所定の領域に位置していない場合は、撮像制御装置３０は、カメラ２０から受信した撮影角度と、そのときの経過時間とを、処理装置４０へ送信しない。そして、撮像制御装置３０は、画像データ２２ａ中の浮子２の画像が所定の領域に位置するように、カメラ２０の撮影角度を制御する。例えば、数度、浮子２の進行方向（例えば画像の左方向）に、カメラ２０の撮影方向を変更する。ある領域に位置している浮子２の画像を所定の領域に位置させるための変更角度は、計算により求めてもよいし、あるいは、予め実験を行って求めてもよい。

位置Ｐ（０）においては、画像データ２２ａ中の浮子２の画像が所定の領域に位置していないので、撮像制御装置３０は、カメラ２０から受信した撮影角度ａ（０）と、そのときの経過時間ｔ（０）とを、処理装置４０へ送信しない。そして、撮像制御装置３０は、画像データ２２ａ中の浮子２の画像が所定の領域に位置するように、カメラ２０の撮影角度を制御する。

処理装置４０は、経過時間ｔ（０）における距離／経過時間情報１９ａを距離測定装置１０から受信するが、経過時間ｔ（０）における撮影角度／経過時間情報３２ｃを撮像制御装置３０から受信していないので、経過時間ｔ（０）における撮影角度／距離／経過時間情報４２ａを生成せず、処理記憶部４２に記憶しない。

次に、所定時間ｔｂが経過すると、カメラ２０は、浮子２を撮影し、該撮影した画像データ２２ａと、そのときの撮影角度ａ１と、そのときの経過時間ｔ１とを、撮像制御装置３０へ送信する。経過時間ｔ１は、撮影開始からの経過時間である。経過時間ｔ１において、浮子２は位置Ｐ１に到達している。

また、距離測定装置１０は、所定時間ｔｂが経過すると、位置Ｐ１において、浮子２と距離測定装置１０との間の直線距離ｄ１を測定し、直線距離ｄ１と、そのときの経過時間ｔ１とを、距離／経過時間情報１９ａとして、処理装置４０へ送信する。

撮像制御装置３０は、画像データ２２ａと、該画像データ２２ａに対応する撮影角度ａ１とを、カメラ２０から受信すると、該画像データ２２ａ中の浮子２の画像が所定の領域に位置しているか否かを判定する。この場合は、画像データ２２ａ中の浮子２の画像が所定の領域に位置しているので、撮像制御装置３０は、カメラ２０から受信した撮影角度ａ１と、そのときの経過時間ｔ１とを、撮影角度／経過時間情報３２ｃとして、処理装置４０へ送信する。

処理装置４０は、撮像制御装置３０から受信した撮影角度／経過時間情報３２ｃと、距離測定装置１０から受信した距離／経過時間情報１９ａとに基づき、経過時間ｔ１における撮影角度ａ１と直線距離ｄ１を、撮影角度／距離／経過時間情報４２ａとして記憶する。こうして、図１０に示すように、経過時間ｔ１と撮影角度ａ１と直線距離ｄ１とが対応付けられて記憶される。

次に、所定時間ｔｂが経過すると、Ｐ１とＰ２の間の位置Ｐ（１‐１）において、カメラ２０は、浮子２を撮影し、該撮影した画像データ２２ａと、そのときの撮影角度ａ（１‐１）と、そのときの経過時間ｔ（１‐１）とを、撮像制御装置３０へ送信する。経過時間ｔ（１‐１）は、撮影開始からの経過時間である。なお、Ｐ（１‐１）、ａ（１‐１）、ｔ（１‐１）、後述のｄ（１‐１）は図示を省略している。

また、距離測定装置１０は、所定時間ｔｂが経過すると、位置Ｐ（１‐１）において、浮子２と距離測定装置１０との間の直線距離ｄ（１‐１）を測定し、直線距離ｄ（１‐１）と、そのときの経過時間ｔ（１‐１）とを、処理装置４０へ送信する。

撮像制御装置３０は、画像データ２２ａと、該画像データ２２ａに対応する撮影角度ａ（１‐１）とを、カメラ２０から受信すると、該画像データ２２ａ中の浮子２の画像が所定の領域に位置しているか否かを判定する。この場合は、画像データ２２ａ中の浮子２の画像が所定の領域に位置していないので、撮像制御装置３０は、カメラ２０から受信した撮影角度ａ（１‐１）と、そのときの経過時間ｔ（１‐１）とを、処理装置４０へ送信しない。そして、撮像制御装置３０は、画像データ２２ａ中の浮子２の画像が所定の領域に位置するように、カメラ２０の撮影角度を制御する。

処理装置４０は、経過時間ｔ（１‐１）における距離／経過時間情報１９ａを距離測定装置１０から受信するが、経過時間ｔ（１‐１）における撮影角度／経過時間情報３２ｃを撮像制御装置３０から受信していないので、経過時間ｔ（１‐１）における撮影角度／距離／経過時間情報４２ａを生成せず、処理記憶部４２に記憶しない。

次に、所定時間ｔｂが経過すると、カメラ２０は、浮子２を撮影し、該撮影した画像データと、そのときの撮影角度ａ２と、そのときの経過時間ｔ２とを、撮像制御装置３０へ送信する。経過時間ｔ２は、撮影開始からの経過時間である。経過時間ｔ２において、浮子２は位置Ｐ２に到達している。つまり、カメラ２０は、位置Ｐ２において、経過時間ｔ２における撮影角度ａ２を取得し、撮像制御装置３０へ送信する。

また、距離測定装置１０は、所定時間ｔｂが経過すると、位置Ｐ２において、浮子２と距離測定装置１０との間の直線距離ｄ２を測定し、直線距離ｄ２と、そのときの経過時間ｔ２とを、処理装置４０へ送信する。

撮像制御装置３０は、画像データ２２ａと、該画像データ２２ａに対応する撮影角度ａ２とを、カメラ２０から受信すると、該画像データ２２ａ中の浮子２の画像が所定の領域に位置しているか否かを判定する。この場合は、画像データ２２ａ中の浮子２の画像が所定の領域に位置しているので、撮像制御装置３０は、カメラ２０から受信した撮影角度ａ２と、そのときの経過時間ｔ２とを、撮影角度／経過時間情報３２ｃとして、処理装置４０へ送信する。

処理装置４０は、カメラ２０から受信した撮影角度ａ２及び経過時間ｔ２と、距離測定装置１０から受信した直線距離ｄ２及び経過時間ｔ２とに基づき、経過時間ｔ２における撮影角度ａ２と直線距離ｄ２とを、撮影角度／距離／経過時間情報４２ａとして記憶する。こうして、図１０に示すように、経過時間ｔ２と撮影角度ａ２と直線距離ｄ２とが対応付けられて記憶される。

また、処理装置４０は、撮影角度ａ１とａ２の角度差と、直線距離ｄ１と、直線距離ｄ２とに基づき、位置Ｐ１と位置Ｐ２との間の距離を取得し記憶する。位置Ｐ１と位置Ｐ２との間の距離は、撮影角度ａ１とａ２との角度差が小さいので、位置Ｐ１と位置Ｐ２との間の浮子２の軌跡の長さＬ１にほぼ等しい。こうして、処理装置４０は、位置Ｐ１と位置Ｐ２との間における浮子２の軌跡の長さＬ１を取得する。そして、図１０に示すように、経過時間ｔ２と撮影角度ａ２と直線距離ｄ２と軌跡の長さＬ１とが対応付けられて記憶される。

次に、所定時間ｔｂが経過すると、Ｐ２とＰ３の間の位置Ｐ（２‐１）において、カメラ２０は、浮子２を撮影し、該撮影した画像データ２２ａと、そのときの撮影角度ａ（２‐１）と、そのときの経過時間ｔ（２‐１）とを、撮像制御装置３０へ送信する。経過時間ｔ（２‐１）は、撮影開始からの経過時間である。

また、距離測定装置１０は、所定時間ｔｂが経過すると、位置Ｐ（２‐１）において、浮子２と距離測定装置１０との間の直線距離ｄ（２‐１）を測定し、直線距離ｄ（２‐１）と、そのときの経過時間ｔ（２‐１）とを、処理装置４０へ送信する。なお、Ｐ（２‐１）、ａ（２‐１）、ｔ（２‐１）、ｄ（２‐１）は図示を省略している。

撮像制御装置３０は、画像データ２２ａと、該画像データ２２ａに対応する撮影角度ａ（２‐１）とを、カメラ２０から受信すると、該画像データ２２ａ中の浮子２の画像が所定の領域に位置しているか否かを判定する。この場合は、画像データ２２ａ中の浮子２の画像が所定の領域に位置していないので、撮像制御装置３０は、カメラ２０から受信した撮影角度ａ（２‐１）と、そのときの経過時間ｔ（２‐１）とを、処理装置４０へ送信しない。そして、撮像制御装置３０は、画像データ２２ａ中の浮子２の画像が所定の領域に位置するように、カメラ２０の撮影角度を制御する。

処理装置４０は、経過時間ｔ（２‐１）における距離／経過時間情報１９ａを距離測定装置１０から受信するが、経過時間ｔ（２‐１）における撮影角度／経過時間情報３２ｃを撮像制御装置３０から受信していないので、経過時間ｔ（２‐１）における撮影角度／距離／経過時間情報４２ａを生成せず、処理記憶部４２に記憶しない。

次に、所定時間ｔｂが経過すると、Ｐ２とＰ３の間の位置Ｐ（２‐２）において、カメラ２０は、浮子２を撮影し、該撮影した画像データ２２ａと、そのときの撮影角度ａ（２‐２）と、そのときの経過時間ｔ（２‐２）とを、撮像制御装置３０へ送信する。経過時間ｔ（２‐２）は、撮影開始からの経過時間である。

また、距離測定装置１０は、所定時間ｔｂが経過すると、位置Ｐ（２‐２）において、浮子２と距離測定装置１０との間の直線距離ｄ（２‐２）を測定し、直線距離ｄ（２‐２）と、そのときの経過時間ｔ（２‐２）とを、処理装置４０へ送信する。なお、Ｐ（２‐２）、ａ（２‐２）、ｔ（２‐２）、ｄ（２‐２）は図示を省略している。

撮像制御装置３０は、画像データ２２ａと、該画像データ２２ａに対応する撮影角度ａ（２‐２）とを、カメラ２０から受信すると、該画像データ２２ａ中の浮子２の画像が所定の領域に位置しているか否かを判定する。この場合は、画像データ２２ａ中の浮子２の画像が所定の領域に位置していないので、撮像制御装置３０は、カメラ２０から受信した撮影角度ａ（２‐２）と、そのときの経過時間ｔ（２‐２）とを、処理装置４０へ送信しない。そして、撮像制御装置３０は、画像データ２２ａ中の浮子２の画像が所定の領域に位置するように、カメラ２０の撮影角度を制御する。

処理装置４０は、経過時間ｔ（２‐２）における距離／経過時間情報１９ａを距離測定装置１０から受信するが、経過時間ｔ（２‐２）における撮影角度／経過時間情報３２ｃを撮像制御装置３０から受信していないので、経過時間ｔ（２‐２）における撮影角度／距離／経過時間情報４２ａを生成せず、処理記憶部４２に記憶しない。

次に、所定時間ｔｂが経過すると、カメラ２０は、浮子２を撮影し、該撮影した画像データ２２ａと、そのときの撮影角度ａ３と、そのときの経過時間ｔ３とを、撮像制御装置３０へ送信する。経過時間ｔ３は、撮影開始からの経過時間である。経過時間ｔ３において、浮子２は、位置（２‐２）から流されて位置Ｐ３に到達している。つまり、カメラ２０は、位置Ｐ３において、経過時間ｔ３における撮影角度ａ３を取得し、撮像制御装置３０へ送信する。

また、距離測定装置１０は、所定時間ｔｂが経過すると、位置Ｐ３において、浮子２と距離測定装置１０との間の直線距離ｄ３を測定し、直線距離ｄ３と、そのときの経過時間ｔ３とを、処理装置４０へ送信する。

撮像制御装置３０は、画像データ２２ａと、該画像データ２２ａに対応する撮影角度ａ３とを、カメラ２０から受信すると、該画像データ２２ａ中の浮子２の画像が所定の領域に位置しているか否かを判定する。この場合は、画像データ２２ａ中の浮子２の画像が所定の領域に位置しているので、撮像制御装置３０は、カメラ２０から受信した撮影角度ａ３と、そのときの経過時間ｔ３とを、撮影角度／経過時間情報３２ｃとして、処理装置４０へ送信する。

処理装置４０は、カメラ２０から受信した撮影角度ａ３及び経過時間ｔ３と、距離測定装置１０から受信した直線距離ｄ３及び経過時間ｔ３とに基づき、経過時間ｔ３における撮影角度ａ３と直線距離ｄ３とを記憶する。そして、処理装置４０は、撮影角度ａ２とａ３の角度差と、直線距離ｄ２と、直線距離ｄ３とに基づき、位置Ｐ２と位置Ｐ３との間の距離を取得し、該取得した距離を、位置Ｐ２と位置Ｐ３との間の浮子２の軌跡の長さＬ２として記憶する。そして、図１０に示すように、経過時間ｔ３と撮影角度ａ３と直線距離ｄ３と軌跡の長さＬ２とが対応付けられて記憶される。

このように、処理装置４０は、第１の時点（位置Ｐ１の時点）において距離測定装置１０が測定した第１の距離と、第２の時点（位置Ｐ２の時点）において距離測定装置１０が測定した第２の距離と、第１の時点におけるカメラ２０の撮影角度である第１の角度と第２の時点における撮影角度である第２の角度との差である第１の角度差とに基づき、浮子２が第１の時点から第２の時点までに移動した第１の軌跡の長さＬ１を算出し、次に、第２の距離と、第３の時点（位置Ｐ３の時点）において距離測定装置１０が測定した第３の距離と、第２の角度と第３の時点における撮影角度である第３の角度との差である第２の角度差とに基づき、浮子２が第２の時点から第３の時点までに移動した第２の軌跡の長さＬ２を算出し、Ｌ１とＬ２を加算したものを、浮子２が第１の時点から第３の時点までに移動した軌跡の長さとする。

こうして、撮影角度が所定の角度ａｎになるまで、同様の動作が、所定の時間ｔｂ毎に繰り返し行われる。撮影角度が所定の角度ａｎ以上になったときにおいて、初めて、画像データ２２ａ中の浮子２の画像が所定の領域に位置したときの浮子２の位置が、到達点Ｐｎである。また、撮影角度が角度ａｎ未満において、最後に、画像データ２２ａ中の浮子２の画像が所定の領域に位置したときの浮子２の位置が、Ｐｎ−１であり、そのとき測定された直線距離がｄ（ｎ−１）である。

位置Ｐｎにおいて、カメラ２０は、浮子２を撮影し、該撮影した画像データと、そのときの撮影角度ａｎと、そのときの経過時間ｔｎとを、撮像制御装置３０へ送信する。経過時間ｔｎは、撮影開始からの経過時間である。また、距離測定装置１０は、位置Ｐｎにおいて、浮子２と距離測定装置１０との間の直線距離ｄｎを測定し、直線距離ｄｎと、そのときの経過時間ｔｎとを、処理装置４０へ送信する。

撮像制御装置３０は、画像データと、該画像データに対応する撮影角度ａｎとを、カメラ２０から受信すると、該画像データ中の浮子２の画像が所定の領域に位置しているか否かを判定する。この場合は、画像データ２２ａ中の浮子２の画像が所定の領域に位置しているので、撮像制御装置３０は、カメラ２０から受信した撮影角度ａｎと、そのときの経過時間ｔｎとを、撮影角度／経過時間情報３２ｃとして、処理装置４０へ送信する。

処理装置４０は、カメラ２０から受信した撮影角度ａｎ及び経過時間ｔｎと、距離測定装置１０から受信した直線距離ｄｎ及び経過時間ｔｎとに基づき、経過時間ｔｎにおける撮影角度ａｎと直線距離ｄｎとを、撮影角度／距離／経過時間情報４２ａとして記憶する。そして、処理装置４０は、撮影角度ａ（ｎ−１）とａｎの角度差と、直線距離ｄ（ｎ−１）と、直線距離ｄｎとに基づき、位置Ｐｎ−１と位置Ｐｎとの間の距離を取得し、該取得した距離を、位置Ｐｎ−１と位置Ｐｎとの間の浮子２の軌跡の長さＬｎ−１として記憶する。こうして、図１０に示すように、経過時間ｔｎと撮影角度ａｎと直線距離ｄｎと軌跡の長さＬｎ−１とが対応付けられて記憶される。

また、処理装置４０は、カメラ２０から受信した撮影角度ａｎが、予め設定された所定の撮影終了角度に達したと判定すると、撮像制御装置３０と距離測定装置１０へ、動作終了指示情報を送信する。撮像制御装置３０は、処理装置４０から受信した動作終了指示情報を、カメラ２０へ送信する。

距離測定装置１０は、処理装置４０からの動作終了指示情報を受信すると、距離測定動作を終了する。カメラ２０は、処理装置４０からの動作終了指示情報を撮像制御装置３０を介して受信すると、撮像動作を終了する。撮像制御装置３０は、処理装置４０からの動作終了指示情報を受信すると、撮影角度制御動作を終了する。

こうして、処理装置４０は、Ｌ１、Ｌ２、・・・Ｌｎ−１の合計の長さを、位置Ｐ１と位置Ｐｎとの間の浮子２の軌跡の長さＬａとして取得する。また、処理装置４０は、軌跡の長さＬａを、位置Ｐ１と位置Ｐｎとの間の経過時間（ｔｎ−ｔ１）で除算することで、河川３の流速を算出する。

第１実施形態によれば、少なくとも次の効果を得ることができる。
（Ａ１）水面に浮かぶ浮子を撮影し、撮影角度を示す撮影角度情報と浮子を含む画像データとを生成する撮像装置と、画像データ中の所定領域に浮子の画像が位置するように、撮像装置の撮影角度を制御する撮像制御装置と、撮像装置が浮子を撮影する撮影タイミングと同じタイミングで電磁波を送信し、浮子からの反射波を受信することにより浮子との間の直線距離を測定し、送信する電磁波の方向が、撮像装置の撮影角度に合わせて変更される距離測定装置と、複数の時点において距離測定装置が生成した距離情報と、複数の時点において撮像装置が生成した撮影角度情報とに基づき、複数の時点の間に浮子が移動した軌跡を示す軌跡データを取得する処理装置とを備えるようにしたので、浮子の軌跡を容易に取得することができる。
（Ａ２）撮像装置は、さらに、所定の第１の時刻から前記複数の時点において浮子を撮影するまでの撮影経過時間を特定できる撮影時間情報を生成し、撮像制御装置は、画像データ中の所定領域に浮子の画像が位置する場合は、そのときの撮影角度情報と撮影時間情報とを処理装置へ送信し、画像データ中の所定領域に浮子の画像が位置していない場合は、そのときの撮影角度情報と撮影時間情報とを処理装置へ送信せず、距離測定装置は、さらに、第１の時刻から前記複数の時点において浮子との間の直線距離を測定するまでの距離測定経過時間を特定できる距離測定時間情報を生成し、処理装置は、距離情報と該距離情報に対応する距離測定時間情報と、撮影角度情報と該撮影角度情報に対応する撮影時間情報とを受信して、撮影時間情報が示す撮影経過時間と、距離測定時間情報が示す距離測定経過時間とが一致する場合の、撮影角度情報と距離情報とに基づき、軌跡データを取得するようにしたので、より正確な浮子の軌跡を取得することができる。
（Ａ３）処理装置は、撮影角度が予め定めた所定の角度に到達すると、撮像装置と距離測定装置の動作を停止させる動作停止指示を送信するようにしたので、任意の撮影角度範囲において浮子の軌跡を取得することができる。
（Ａ４）処理装置は、撮像装置と距離測定装置の動作を開始させる動作開始指示を送信し、該動作開始指示の送信から所定時間後に、撮像装置と距離測定装置の動作を停止させる動作停止指示を送信するようにしたので、任意の時間範囲において浮子の軌跡を取得することができる。
（Ａ５）距離測定装置が撮像装置に固定されているようにしたので、距離測定装置が送信する電磁波の方向が、撮像装置の撮影角度に合わせて変更されることを、容易に実現できる。
（Ａ６）処理装置は、軌跡データに基づき軌跡の長さを算出し、該算出した軌跡の長さと複数の時点の間の時間とに基づき、浮子が浮かぶ流水の流速を算出するようにしたので、浮子が蛇行するような場合においても、より正確に浮子の流速を測定することができる。
（Ａ７）処理装置は、第１の時点において距離測定装置が測定した第１の距離と、第２の時点において測定した第２の距離と、第１の時点における撮影角度である第１の角度と第２の時点における撮影角度である第２の角度との差である第１の角度差とに基づき、浮子が第１の時点から第２の時点までに移動した第１の軌跡の長さを算出し、第２の距離と、第３の時点において測定した第３の距離と、第２の角度と第３の時点における撮影角度である第３の角度との差である第２の角度差とに基づき、浮子が第２の時点から第３の時点までに移動した第２の軌跡の長さを算出し、第１の軌跡の長さと第２の軌跡の長さを加算したものを、浮子が第１の時点から第３の時点までに移動した軌跡の長さとするようにしたので、より正確に軌跡の長さを測定することができる。

（第２実施形態）
図１１は、本発明の第２実施形態における水位測定システムの動作の概要を説明する図であり、河川３を水平方向から見た図である。第２実施形態では、浮子２の上下方向（鉛直方向）における位置の変動量を測定することにより、河川３の水位を取得する。すなわち、第１実施形態では、浮子２の水平方向における位置の変動量を測定したが、第２実施形態では、浮子２の上下方向における位置の変動量（浮子２の移動距離）を測定する。

図１１の例では、既知である通常時の水面の高さｈ１に対し、高水時の水面の変動量ｈｄを測定することにより、高水時の水面の高さｈ２を算出する。図２において、浮子２が通常時の水面にあるとき、カメラ２０の撮影角度はａ１であり、浮子２と距離測定装置１０との間の直線距離はｄ１である。また、浮子２が高水時の水面にあるとき、カメラ２０の撮影角度はａ２であり、浮子２と距離測定装置１０との間の直線距離はｄ２である。

したがって、直線距離ｄ１と、直線距離ｄ２と、撮影角度ａ１とａ２の角度差とに基づき、図１１に示す高水時の水面の高さｈ２と通常時の水面の高さｈ１との差ｈｄが算出される。そして、ｈｄと既知である通常時の水面の高さｈ１とに基づき、高水時の水面の高さｈ２が算出される。

第２実施形態においても、システム構成、距離測定装置１０、カメラ２０、撮像制御装置３０は、第１実施形態と同様の構成、つまり、それぞれ、図２、図６、図３、図４と同じ構成である。また、第２実施形態の浮子２も、第１実施形態の浮子２と同様の構成である。また、第２実施形態の処理装置６０は、後述するように、その一部が第１実施形態の処理装置４０と異なる。

第２実施形態のカメラ２０は、第１実施形態と同様に動作し、撮像制御装置３０により、浮子２を自動追尾するように（つまり、カメラ２０の撮影した画像データ２２ａ中において、浮子２の画像が予め定めた所定の位置になるように）、その撮影角度が制御され変更される。ただし、第１実施形態と異なり、カメラ２０の撮影角度は、ほぼ上下方向に変更される。

また、第２実施形態の撮像制御装置３０は、第１実施形態と同様に動作して、カメラ２０の撮影角度を制御する。また、第２実施形態の撮像制御装置３０は、カメラ２０から受信した画像データ２２ａ中において浮子２の画像の位置する領域が所定の位置であるか否かを判定し、浮子２の画像の位置する領域が所定の位置であると判定したときは、そのときの撮影角度／経過時間情報２２ｂを、撮影角度／経過時間情報３２ｃとして、処理装置６０へ送信する。

また、第２実施形態の距離測定装置１０は、第１実施形態と同様に動作し、距離測定用の電磁波を発射し、浮子２からの反射波を受信して、浮子２と距離測定装置１０との間の直線距離を測定する。距離測定装置１０は、第１実施形態と同様に、カメラ２０に固定されており、カメラ２０が上下方向に旋回すると、カメラ２０と同方向へ同角度だけ旋回する。つまり、距離測定装置１０は、送信する電磁波の方向を、カメラ２０の撮影角度に合わせて変更する。

こうして、第１実施形態と同様に、カメラ２０の撮影した画像データ２２ａ中で浮子２の画像が所定の位置にある状態において、距離測定装置１０からの電磁波が、浮子２の反射体に照射され、浮子２と距離測定装置１０との間の直線距離ｄが測定される。

図１２は、第２実施形態における処理装置の構成図である。
図１２に示すように、第２実施形態の処理装置６０は、処理装置６０を構成する各部の制御を行う処理制御部６１と、各種情報を記憶する処理記憶部６２と、操作者からの各種入力を受け付ける操作部６３と、距離測定装置１０及び撮像制御装置３０並びに表示装置５０との間で各種情報を送受信するためのインタフェースであるネットワークＩ／Ｆ６４とを含むように構成される。

処理制御部６１は、移動距離算出部６１ａと、水位算出部６１ｂと、浮子軌跡生成部６１ｃと、動作開始／終了部６１ｄとを含むように構成される。

移動距離算出部６１ａは、第１実施形態の軌跡長算出部４１ａと同様に、撮像制御装置３０から受信した撮影角度／経過時間情報３２ｃと、距離測定装置１０から受信した距離／経過時間情報１９ａとに基づき、撮影角度／距離／経過時間情報６２ａを生成する。撮影角度／距離／経過時間情報６２ａの内容は、第１実施形態の撮影角度／距離／経過時間情報４２ａと同様である。そして、撮影角度／距離／経過時間情報６２ａ中の、撮影角度情報と距離情報とに基づき、通常時の水面の高さｈ１からの移動距離（変動量）ｈｄを算出する。

図１１の例では、移動距離算出部６１ａは、通常時の撮影角度／経過時間情報３２ｃと距離／経過時間情報１９ａとに基づき、通常時の撮影角度／距離／経過時間情報６２ａを生成する。通常時の撮影角度／距離／経過時間情報６２ａは、経過時間ｔ１における撮影角度ａ１と距離ｄ１とを含む。

また、移動距離算出部６１ａは、高水時の撮影角度／経過時間情報３２ｃと距離／経過時間情報１９ａとに基づき、高水時の撮影角度／距離／経過時間情報６２ａを生成する。高水時の撮影角度／距離／経過時間情報６２ａは、経過時間ｔ２における撮影角度ａ２と距離ｄ２とを含む。

そして、移動距離算出部６１ａは、距離ｄ１と、距離ｄ２と、撮影角度ａ１とａ２との角度差とに基づき、ｈ２とｈ１の差ｈｄ（浮子２の移動距離）を算出する。

このように、移動距離算出部６１ａは、第１の時点において距離測定装置１０が測定した第１の距離ｄ１と、第２の時点において距離測定装置１０が測定した第２の距離ｄ２とを、距離測定装置１０から取得し、第１の時点におけるカメラ２０の撮影角度である第１の角度と、第２の時点におけるカメラ２０の撮影角度である第２の角度とを、撮像制御装置３０から取得し、第１の角度と第２の角度の角度差と、第１の距離ｄ１と、第２の距離ｄ２とに基づき、浮子２の移動距離ｈｄを算出する。なお、移動距離算出部６１ａが第１の角度と第２の角度をカメラ２０から取得するように構成してもよい。

水位算出部６１ｂは、ｈ２とｈ１の差ｈｄと、既知である通常時の水面の高さｈ１とに基づき、高水時の水面の高さｈ２を算出する。

このように、水位算出部６１ｂは、第１の時点において浮子２が浮かぶ水面の水位である第１の水位ｈ１と、移動距離ｈｄとに基づき、第２の時点において浮子２が浮かぶ水面の水位である第２の水位ｈ２を算出する。第１の水位ｈ１は、後述の水位基準データ６２ｂとして、処理記憶部６２に記憶していたものである。

浮子軌跡生成部６１ｃは、撮影動作及び距離測定動作の開始から終了までの各時点における、直線距離ｄと撮影角度ａとに基づき、撮影動作及び距離測定動作の開始から終了までの間における浮子２の軌跡を示す軌跡データを生成し、水位軌跡データ６２ｃとして、処理記憶部６２に記憶させる。

動作開始／終了部６１ｄは、操作者からの撮影及び距離測定開始指示を操作部６３で受け付けると、撮影動作及び距離測定動作を開始させるための動作開始指示情報を、撮像制御装置３０と距離測定装置１０へ送信する。また、動作開始／終了部６１ｄは、操作者からの撮影及び距離測定終了指示を操作部６３で受け付けると、撮影動作及び距離測定動作を終了させるための動作終了指示情報を、撮像制御装置３０と距離測定装置１０へ送信する。撮像制御装置３０は、第１実施形態と同様に、処理装置６０から受信した動作開始指示情報や動作終了指示情報を、カメラ２０へ送信する。

処理記憶部６２は、撮影角度／距離／経過時間情報６２ａと、水位基準データ６２ｂと、水位軌跡データ６２ｃとを含むように構成される。

撮影角度／距離／経過時間情報６２ａは、第１実施形態の撮影角度／距離／経過時間情報４２ａと同様に、撮像制御装置３０から受信した撮影角度／経過時間情報３２ｃと、距離測定装置１０から受信した距離／経過時間情報１９ａとを、まとめた情報である。

水位基準データ６２ｂは、水位を比較するための基準データであり、通常時のある時点における、水位ｈ１、カメラ２０の撮影角度ａ１、浮子２と距離測定装置１０との間の直線距離ｄ１の情報を含む。

水位軌跡データ６２ｃは、撮影角度／距離／経過時間情報６２ａに基づき処理制御部６１により算出された、浮子２の軌跡、つまり水位の軌跡を示すデータであり、例えば、河川３における浮子２の上下方向における軌跡が、１次元の座標上で、複数の点により示される。水位軌跡データ６２ｃを、ネットワークＩ／Ｆ６４を介して、表示装置５０に送信することにより、水位の軌跡を表示装置５０に表示可能となる。

第２実施形態によれば、少なくとも次の効果を得ることができる。
（Ｂ１）水面に浮かぶ浮子を撮影し、撮影角度を示す撮影角度情報と浮子を含む画像データとを生成する撮像装置と、画像データ中の所定領域に浮子の画像が位置するように、撮像装置の撮影角度を制御する撮像制御装置と、撮像装置が浮子を撮影する撮影タイミングと同じタイミングで電磁波を送信し、浮子からの反射波を受信することにより浮子との間の直線距離を測定し、送信する電磁波の方向が、撮像装置の撮影角度に合わせて変更される距離測定装置と、第１の時点から第２の時点までの間に浮子が上下方向に移動した移動距離を算出する処理装置とを備え、処理装置は、第１の時点において距離測定装置が測定した第１の距離と、第２の時点において測定した第２の距離と、第１の時点における撮影角度である第１の角度と第２の時点における撮影角度である第２の角度の角度差とに基づき、移動距離を算出するようにしたので、変動水位を測定することができる。
（Ｂ２）処理装置は、第１の時点において浮子が浮かぶ水面の水位である第１の水位を記憶し、該第１の水位と移動距離とに基づき、第２の時点において浮子が浮かぶ水面の水位である第２の水位を算出するようにしたので、任意の時点における水位を測定することができる。

なお、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々に変更が可能である。

上述の第１実施形態では、撮影動作や距離測定動作の開始を指示する動作開始指示情報を、処理装置４０から距離測定装置１０へ送信し、また、処理装置４０から撮像制御装置３０を介してカメラ２０へ送信するよう構成したが、処理装置４０から距離測定装置１０へ送信し、距離測定装置１０からカメラ２０へ送信するように構成してもよい。あるいは、動作開始指示情報を、処理装置４０から撮像制御装置３０を介してカメラ２０へ送信し、カメラ２０から距離測定装置１０へ送信するように構成してもよい。また、動作開始指示情報を、撮像制御装置３０を介さずに、処理装置４０からカメラ２０へ直接送信するよう構成してもよい。第２実施形態も同様である。

また、上述の第１実施形態では、距離測定装置１０とカメラ２０は、動作開始指示情報を受信した後、一定時間ｔｂ毎に撮影と距離測定を行うよう構成したが、動作開始指示情報を契機に撮影と距離測定を開始するのではなく、処理装置４０から距離測定装置１０とカメラ２０へ、所定時間おきに動作タイミング信号を送信し、この動作タイミング信号に基づき、距離測定装置１０とカメラ２０で、撮影と距離測定を行うように構成してもよい。第２実施形態も同様である。

この場合、例えば、カメラ２０の撮影タイミングを指示する動作タイミング信号を、所定時間おきに処理装置４０からカメラ２０へ送信し、カメラ２０から距離測定装置１０へ送信し、この動作タイミング信号に基づき、撮影と距離測定を行うように構成してもよい。あるいは、逆に、距離測定装置１０の距離測定タイミングを指示する動作タイミング信号を、所定時間おきに処理装置４０から距離測定装置１０へ送信し、距離測定装置１０からカメラ２０へ送信し、この動作タイミング信号に基づき、撮影と距離測定を行うように構成してもよい。第２実施形態も同様である。

また、距離測定装置１０とカメラ２０の一方が、動作開始指示情報を受信した後、所定時間おきに動作タイミング信号を生成して他方へ送信し、この動作タイミング信号に基づき、距離測定装置１０とカメラ２０で、撮影と距離測定を行うように構成してもよい。第２実施形態も同様である。

また、カメラ２０は所定フレームレートで動画を撮影し、動画の各フレームの撮影角度情報に各フレームの撮影時刻である撮影時間情報を付加して処理装置４０に送信し、距離測定装置１０も連続的に距離測定を行い、各距離測定結果にそれぞれの距離測定時刻である距離測定時間情報を付加して処理装置４０に送信し、処理装置４０が、撮影時間情報が示す撮影経過時間と、距離測定時間情報が示す距離測定経過時間とが一致する場合（つまり、撮影時刻と距離測定時刻とが一致する場合）の撮影角度と距離測定結果とに基づいて軌跡を算出、つまり、同一時刻の撮影角度と距離測定結果とに基づいて軌跡を算出してもよい。第２実施形態も同様である。

また、カメラ２０が浮子２を撮影する時間間隔と、距離測定装置１０が浮子２との間の直線距離ｄを測定する時間間隔とは、異なっていてもよい。例えば、カメラ２０が動画を撮影するときのフレームレートが、距離測定装置１０が連続的に距離測定を行うときの時間間隔の２倍以上であってもよい。要は、撮影時間情報が示す撮影経過時間と、距離測定時間情報が示す距離測定経過時間とが一致するタイミングの数が、本発明を実行できる程度にあればよい。また、撮影時間情報が示すタイミングと距離測定経過時間が示すタイミングは、完全に一致している必要はなく、本発明を実行できる程度に同じであればよい。

また、上述した実施形態では、距離測定装置１０及び撮影装置２０のそれぞれが時計機能を有する場合を例にあげたが、処理装置４０のみが時計機能を有するよう構成してもよい。例えば、処理装置４０が基準クロックと基準時刻を有する。これら機能はＧＰＳ受信機によって実現されてもよい。そして、距離測定装置１０、撮影装置２０、及び撮影制御装置３０は、処理装置４０から供給される基準クロックに基づいて動作し、基準クロックのカウント値を経過時間情報とする。さらに、処理装置４０は、距離測定装置１０から受信した測定結果に、基準時刻に基づく距離測定時間情報を生成し対応付け、撮影制御装置３０から受信した画像データや撮影角度情報に基準時刻に基づく撮影時間情報を生成し対応付けてもよい。これにより、ＧＰＳ受信機等の時計機能が一つで良くなるとともに、各機能部の動作同期精度や時間情報の同期精度が向上する。

また、上述した第１実施形態では、第１の時刻からの経過時間を撮影時間情報や距離測定時間情報とした。しかし、本発明はこれに限定されない。上述したように、撮影時間情報や距離測定時間情報は、経過時間を特定できる情報であればよく、経過時間そのものの情報ではなく、時計機能に基づく時刻情報であってもよい。つまり、撮影装置２０は撮影した時刻を撮影時間情報として出力し、距離測定装置１０は距離を測定した時刻を距離測定時間情報として出力し、処理装置４０は、同一時刻の撮影角度情報と距離情報とに基づいて軌跡データを取得する。これによっても上述した第１実施形態と同様の作用効果を得ることができる。第２実施形態も同様である。

また、上述の第１実施形態では、浮子２の２つの位置における直線距離ｄと撮影角度ａとに基づき、上記２つの位置の間における浮子２の軌跡の長さを算出し、これを複数回繰り返すことにより、出発点Ｐ１と到達点Ｐｎとの間の浮子２の軌跡の長さＬａを取得するよう構成したが、出発点Ｐ１と到達点Ｐｎとの間の複数の位置（Ｐ１、Ｐ２．・・・Ｐｎ）における直線距離ｄと撮影角度ａとに基づき、浮子２の軌跡を生成し、該生成した軌跡に基づき、軌跡の長さＬａを取得するよう構成してもよい。

また、上述の第１実施形態では、撮影開始した後、撮影角度が所定の角度になるまで、浮子２の軌跡を生成したが、撮影開始した後、所定時間が経過すると、動作終了指示情報を処理装置４０から距離測定装置１０とカメラ２０へ送信し、上記所定時間が経過するまで、浮子２の軌跡を生成するよう構成してもよい。

また、上述の第１実施形態では、撮像制御装置３０において、画像データにおける浮子２の位置が所定の位置であるか否かを判定し、浮子２の位置が所定の位置である場合に、撮影角度／経過時間情報を処理装置４０へ送信するよう構成したが、カメラ２０において、画像データにおける浮子２の位置が所定の位置であるか否かを判定し、浮子２の位置が所定の位置である場合に、撮影角度／経過時間情報を、撮像制御装置３０を介して処理装置４０へ送信するよう構成してもよい。第２実施形態も同様である。

あるいは、カメラ２０において、画像データにおける浮子２の位置が所定の位置であるか否かを判定し、浮子２の位置が所定の位置である場合に、撮影角度／経過時間情報を、撮像制御装置３０を介さず、処理装置４０へ直接送信するよう構成してもよい。第２実施形態も同様である。

あるいは、撮像制御装置３０において、画像における浮子２の位置が所定の位置であるか否かを判定することなく、画像データと撮影角度／経過時間情報を全て処理装置４０へ送信し、処理装置４０において、画像データにおける浮子２の位置が所定の位置であるか否かを判定し、浮子２の位置が所定の位置である場合の撮影角度／経過時間情報を、撮影角度／距離／経過時間情報４２ａとして取り込むよう構成してもよい。第２実施形態も同様である。

また、上述の第１実施形態では、カメラ２０と撮像制御装置３０を別な装置としたが、それらを一体化した装置として構成してもよい。また、カメラ２０と撮像制御装置３０と距離測定装置１０を一体化した装置として構成してもよい。また、カメラ２０と撮像制御装置３０と距離測定装置１０と処理装置４０を一体化した装置として構成してもよい。また、撮影制御装置３０と処理装置４０を一体化した装置として構成してもよい。第２実施形態も同様である。

また、上述の第１実施形態では、撮像部２３と撮影角度を変更する雲台などの撮影角度変更部２１ｂ及び撮影角度情報を生成する機能部が、撮像装置２０に含まれる場合を例にあげた。しかし、撮像部２３と撮影角度を変更する雲台などの撮影角度変更部２１ｂ及び撮影角度情報を生成する機能部は、一体で構成される必要はない。また、撮像制御装置３０がこれら機能の少なくとも一部を実現してもよい。

また、上述の第１実施形態では、距離測定装置１０をカメラ２０に固定することにより、距離測定装置１０が送信する電磁波の方向が、カメラ２０の撮影角度に合わせて変更されるよう構成したが、他の方法、例えば、カメラ２０の動きに合わせて距離測定装置１０が動くような、カメラ２０と距離測定装置１０の連動装置を用いてもよい。第２実施形態も同様である。

上述の第１実施形態では河川の流速を算出し、第２実施形態では河川の水位を算出したが、流速や水位の算出対象は、河川に限られず、浮子が浮かぶ水塊であればよい。

２…浮子、３…河川、１０…距離測定装置、１１…距離測定制御部、１２…発振部、１３…送信部、１３ａ…分配器、１３ｃ…送信増幅器、１３ｄ…送信アンテナ、１５…受信部、１５ａ…受信アンテナ、１５ｂ…受信増幅器、１５ｃ…ダウンコンバータ、１８…距離データ抽出部、１８ａ…低域ＩＦフィルタ、１８ｂ…低域ＩＦ増幅器、１８ｃ…低域ＩＦフィルタ、１８ｄ…Ａ／Ｄ変換器、１９…距離測定記憶部、１９ａ…距離／経過時間情報、２０…カメラ（撮像装置）、２１…カメラ制御部、２１ａ…画像データ生成部、２１ｂ…撮影角度変更部、２２…カメラ記憶部、２２ａ…画像データ、２２ｂ…撮影角度／経過時間情報、２３…撮像部、２４…ネットワークＩ／Ｆ、３０…撮像制御装置、３１…撮像制御部、３１ａ…浮子識別部、３１ｂ…撮影角度制御部、３２…撮像制御記憶部、３２ａ…画像データ、３２ｂ…浮子基準データ、３２ｃ…撮影角度／経過時間情報、３３…ネットワークＩ／Ｆ、４０…処理装置、４１…処理制御部、４１ａ…軌跡長算出部、４１ｂ…流速算出部、４１ｃ…浮子軌跡生成部、４１ｄ…動作開始／終了部、４２…処理記憶部、４２ａ…撮影角度／距離／経過時間情報、４２ｂ…浮子軌跡データ、４３…操作部、４４…ネットワークＩ／Ｆ、５０…表示装置、６０…処理装置、６１…処理制御部、６１ａ…移動距離算出部、６１ｂ…水位算出部、６１ｃ…浮子軌跡生成部、６１ｄ…動作開始／終了部、６２…処理記憶部、６２ａ…撮影角度／距離／経過時間情報、６２ｂ…水位基準データ、６２ｃ…水位軌跡データ、６３…操作部、６４…ネットワークＩ／Ｆ。

Claims (8)

1. 水面に浮かぶ浮子を撮影し、該撮影したときの撮影角度を示す撮影角度情報と、前記浮子を含む画像データとを生成する撮像装置と、
   前記画像データと前記撮影角度情報とを前記撮像装置から受信し、前記画像データ中の所定領域に前記浮子の画像が位置するように、前記撮像装置の撮影角度を制御する撮像制御装置と、
   電磁波を送信し、前記浮子からの反射波を受信することにより、前記浮子との間の直線距離を測定して、該測定した直線距離を示す距離情報を生成する距離測定装置であって、送信する電磁波の方向が、前記撮像装置の撮影角度に合わせて変更される距離測定装置と、
   複数の時点において前記距離測定装置が生成した前記距離情報を前記距離測定装置から受信し、前記複数の時点において前記撮像装置が生成した前記撮影角度情報を、前記撮像装置又は前記撮像制御装置から受信し、前記受信した距離情報と撮影角度情報とに基づき、前記複数の時点の間に前記浮子が移動した軌跡を示す軌跡データを取得する処理装置と、
   を備えることを特徴とする浮子軌跡取得システム。
2. 請求項１に記載された浮子軌跡取得システムであって、
   前記撮像装置は、さらに、当該撮像装置が前記複数の時点において前記浮子を撮影した撮影時間を示す撮影時間情報を生成し、
   前記撮像制御装置は、さらに、前記撮影時間情報を前記撮像装置から受信し、前記画像データ中の所定領域に前記浮子の画像が位置する場合は、そのときの撮影角度情報と前記撮影時間情報とを前記処理装置へ送信し、
   前記距離測定装置は、さらに、当該距離測定装置が前記複数の時点において前記浮子との間の直線距離を測定した距離測定時間を示す距離測定時間情報を生成し、
   前記処理装置は、前記距離情報と該距離情報に対応する前記距離測定時間情報とを前記距離測定装置から受信し、前記撮影角度情報と該撮影角度情報に対応する前記撮影時間情報とを前記撮像装置又は前記撮像制御装置から受信して、前記撮影時間情報が示す前記撮影時間と、前記距離測定時間情報が示す前記距離測定時間とが一致する場合の、前記撮影角度情報と前記距離情報とに基づき、前記軌跡データを取得することを特徴とする浮子軌跡取得システム。
3. 請求項２に記載された浮子軌跡取得システムであって、
   前記撮影時間情報は、所定の第１の時刻から当該撮像装置が前記複数の時点において前記浮子を撮影するまでの経過時間である撮影経過時間を特定できる情報であり、前記距離測定時間情報は、前記第１の時刻から当該距離測定装置が前記複数の時点において前記浮子との間の直線距離を測定するまでの経過時間である距離測定経過時間を特定できる情報であることを特徴とする浮子軌跡取得システム。
4. 請求項１に記載された浮子軌跡取得システムであって、
   前記処理装置は、
   前記撮影角度が予め定めた所定の角度に到達すると、前記撮像装置と前記距離測定装置の動作を停止させる動作停止指示を送信することを特徴とする浮子軌跡取得システム。
5. 請求項１に記載された浮子軌跡取得システムであって、
   前記処理装置は、前記撮像装置と前記距離測定装置の動作を開始させる動作開始指示を送信し、該動作開始指示の送信から所定時間後に、前記撮像装置と前記距離測定装置の動作を停止させる動作停止指示を送信することを特徴とする浮子軌跡取得システム。
6. 請求項１に記載された浮子軌跡取得システムであって、
   前記距離測定装置が前記撮像装置に固定されていることを特徴とする浮子軌跡取得システム。
7. 請求項１の浮子軌跡取得システムを用いた流速測定システムであって、
   前記処理装置は、
   前記軌跡データに基づき前記軌跡の長さを算出し、該算出した軌跡の長さと前記複数の時点の間の時間とに基づき、前記浮子が浮かぶ流水の流速を算出することを特徴とする流速測定システム。
8. 請求項７に記載された流速測定システムであって、
   前記処理装置は、
   第１の時点において前記距離測定装置が測定した直線距離である第１の距離と、第２の時点において前記距離測定装置が測定した直線距離である第２の距離と、前記第１の時点における前記撮像装置の撮影角度である第１の角度と前記第２の時点における前記撮像装置の撮影角度である第２の角度との差である第１の角度差とに基づき、前記浮子が前記第１の時点から前記第２の時点までに移動した第１の軌跡の長さを算出し、
   前記第２の距離と、第３の時点において前記距離測定装置が測定した直線距離である第３の距離と、前記第２の角度と前記第３の時点における前記撮影角度である第３の角度との差である第２の角度差とに基づき、前記浮子が前記第２の時点から前記第３の時点までに移動した第２の軌跡の長さを算出し、
   前記第１の軌跡の長さと前記第２の軌跡の長さを加算したものを、前記浮子が前記第１の時点から前記第３の時点までに移動した軌跡の長さとすることを特徴とする流速測定システム。

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