JP3012522B2 - River monitoring system - Google Patents

River monitoring system

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JP3012522B2
JP3012522B2 JP8156642A JP15664296A JP3012522B2 JP 3012522 B2 JP3012522 B2 JP 3012522B2 JP 8156642 A JP8156642 A JP 8156642A JP 15664296 A JP15664296 A JP 15664296A JP 3012522 B2 JP3012522 B2 JP 3012522B2
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Japan
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radio wave
wave
ultrasonic
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water surface
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健一 坂井
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日本電気移動通信株式会社
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は河川監視システムに
関し、特に河川の水深および流速の変化を遠隔監視する
河川監視システムに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a river monitoring system, and more particularly to a river monitoring system for remotely monitoring changes in water depth and flow velocity of a river.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来の河川監視システムは、台風等によ
る河川の増水時に急流により、川底が掘り下げられさら
に川にかかる橋や堤防が大きな水圧を受けて崩壊の危機
にさらされたときに、水深の変化から水位の変化を知っ
て一刻も早く警報を発することができるように、河川の
水深の変化を自動的かつ連続的に遠隔監視するために設
けられている。
2. Description of the Related Art A conventional river monitoring system is designed to reduce the water depth when a river bottom is dug down due to a rapid current when a river rises due to a typhoon or the like, and when a bridge or a dike over the river is subjected to a large water pressure and is in danger of collapse. It is provided to automatically and continuously monitor a change in the water depth of a river so that a change in the water level can be known from the change in the water level and an alarm can be issued as soon as possible.

【0003】この従来の河川監視システムは、特開昭6
1−216909号公報にも示されているように、超音
波と電波を使用して水深を測定している。図5はこの従
来の河川監視システムの構成を示す説明図である。
[0003] This conventional river monitoring system is disclosed in
As disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 1-216909, water depth is measured using ultrasonic waves and radio waves. FIG. 5 is an explanatory diagram showing the configuration of this conventional river monitoring system.

【0004】図5において、橋70の橋脚71または橋
の基部72の川面83の下方に測深部73を固定枠74
に固定する。基部72の下流が水流によって掘り取られ
危険なため監視する必要があるので、測深部73を基部
72の下流側の水中に設置し、測深部73を基準面とし
た川底84の深さの変化を、測深部73から発射された
電波のエコー85の時刻と強度とを計測して監視する。
また、川面の水位の変化を監視するため測深部73を基
準面とした川面83の水位の変化の状況を、測深部73
から発射された超音波のエコー86の時刻と強度とを計
測して監視する。橋の上には測深部73とケーブル82
で接続された制御部75が設置される。制御部75は測
深部73の動作を制御し、データ送信部76は測深部7
3の動作で得られたエコー信号を変調信号に変換し、さ
らにこの変調信号で送信周波数を変調して送信アンテナ
77を介して送信電波として監視所に送りだす。この超
音波と電波によりエコー探知は時分割で繰り返し行われ
るが、例えばタイマーにより1時間に1回で1日に24
回とし、1回のエコー探知時間は3分と設定され行われ
る。
In FIG. 5, a sounding part 73 is fixed below a pier 71 of a bridge 70 or a river surface 83 of a base 72 of the bridge.
Fixed to. Since the downstream of the base 72 is dug by the water flow and is dangerous, it is necessary to monitor. Therefore, the sounding part 73 is installed in the water downstream of the base 72, and the change in the depth of the river bottom 84 with the sounding part 73 as the reference plane. Is monitored by measuring the time and intensity of the echo 85 of the radio wave emitted from the sounding section 73.
Further, in order to monitor the change in the water level on the river surface, the state of the change in the water level on the river surface 83 with the sounding
The time and the intensity of the echo 86 of the ultrasonic wave emitted from are measured and monitored. On the bridge there is a sounding part 73 and a cable 82
Is installed. The control unit 75 controls the operation of the sounding unit 73, and the data transmitting unit 76 controls the sounding unit 7.
The echo signal obtained in the operation 3 is converted into a modulated signal, the transmission frequency is further modulated with the modulated signal, and transmitted to the monitoring station as a transmission radio wave via the transmission antenna 77. The echo detection is repeatedly performed in a time division manner using the ultrasonic waves and the radio waves.
The echo detection time is set to three minutes.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】上述した従来の河川監
視システムは、水位および水深を測定して遠隔監視する
だけであり、水位および水深の変化を知って橋がいつ危
険な状態になるか判断してきたが、実際には橋を崩壊に
至らしめる要因としては水位および水深だけでなく流速
も関与しており、水位および水深の変化による橋の危険
状態の予測では十分な予測にはならないという欠点を有
していた。
The above-mentioned conventional river monitoring system merely measures the water level and the water depth and remotely monitors the water level, and determines when the bridge is in a dangerous state based on the change in the water level and the water depth. However, actually, not only the water level and water depth but also the flow velocity are involved as factors that cause the bridge to collapse, and it is not sufficient to predict the dangerous state of the bridge due to changes in water level and water depth. Had.

【0006】本発明の目的は、水位および水深だけでな
く流速も測定できる河川監視システムを提供することに
ある。
An object of the present invention is to provide a river monitoring system capable of measuring not only the water level and depth but also the flow velocity.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明の河川監視システ
ムは、電波と超音波とを使用して橋下の水位と前記橋下
の川底の深さとを測定する測定手段を備えた河川監視シ
ステムにおいて、(A)前記橋に取り付けられ第1の電波を前記橋下の水
面に向け発射する第1の電波発射手段、 (B)前記水面から反射して戻ってきた前記第1の電波
の反射波を受信する第1の電波受信手段、 (C)前記第1の電波発射手段から前記第1の電波が発
射された時刻と、前記水面から反射された前記第1の電
波の反射波を前記第1の電波受信手段が受信した時刻と
の時間差である第1の時間差を検出する第1の時間差検
出手段、 (D)前記第1の時間差から前記水位を算出する第1の
演算手段、 (E)前記橋に取り付けられ超音波を前記橋下の水面に
向け発射する超音波発射手段、 (F)前記水面に向け発射された超音波が川底に達し川
底から反射して戻ってきた前記超音波の反射波を受信す
る超音波受信手段、 (G)前記超音波発射手段から前記超音波が発射された
時刻と、前記水面から反射された前記超音波の反射波を
前記超音波受信手段が受信した時刻との時間差である第
2の時間差を検出する第2の時間差検出手段、 (H)前記第2の時間差から前記川底の深さを算出する
第2の演算手段、 (I)前記橋に取り付けられ第2の電波を上流の水面に
向け発射する第2の電波発射手段、 (J)前記水面から反射された前記第2の電波の反射波
を受信する第2の電波受信手段、 (K)前記第2の電波の周波数と、前記水面から反射さ
れ戻ってきた前記第2の電波の反射波の周波数との差で
ある周波数差を検出する周波数差検出手段、 (L)前記周波数差と前記第2の電波が前記水面に達し
たときの入射角の値とから前記水面での流速を算出する
第3の演算手段、 (M)前記水位の値,前記川底の深さの値,および前記
水面での流速の値がそれ ぞれあらかじめ定められた値を
超えたとき警報を発する制御手段、を備えて 構成されて
いる。
A river monitoring system according to the present invention comprises a river monitoring system provided with measuring means for measuring a water level under a bridge and a depth of a river bottom under the bridge using radio waves and ultrasonic waves. (A) the first radio wave attached to the bridge and transmitting water under the bridge;
First radio wave emitting means for emitting toward a surface, (B) the first radio wave reflected from the water surface and returned
(C) the first radio wave emitting means emits the first radio wave from the first radio wave receiving means.
The time of the shot and the first power reflected from the water surface.
The time when the reflected wave of the wave is received by the first radio wave receiving means;
First time difference detection for detecting a first time difference which is a time difference of
Detecting means, a first calculating the water level from the first time difference (D)
Calculation means, (E) ultrasonic waves attached to the bridge are applied to the water surface under the bridge
(F) the ultrasonic waves emitted toward the surface of the water reach the bottom of the river, and
Receive the reflected wave of the ultrasonic wave reflected back from the bottom
Ultrasonic receiving means that, the ultrasonic waves emitted from (G) the ultrasound firing unit
Time and the reflected wave of the ultrasonic wave reflected from the water surface
A second time difference from the time received by the ultrasonic receiving means.
Second time difference detecting means for detecting a time difference between 2 to calculate the depth of the river bottom from the second time difference (H)
Second computing means, (I) a second radio wave attached to the bridge and transmitted to the upstream water surface
Second radio wave emitting means, (J) a reflected wave of said second radio wave reflected from the water surface to fire toward
Second radio wave receiving means for receiving, (K) and the frequency of the second radio wave, is reflected from the surface of the water
The difference from the frequency of the reflected wave of the second radio wave
Frequency difference detecting means for detecting a certain frequency difference, (L) the frequency difference and the second radio wave reach the water surface
The flow velocity at the water surface from the value of the incident angle when
Third arithmetic means, (M) the water level values, the depth values of the riverbed, and the
The value the value of the flow rate has been determined, respectively it in advance at the water surface
Control means for issuing an alarm when it exceeds the limit .

【0008】[0008]

【0009】[0009]

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

【0010】図1は、本発明の河川監視システムの実施
の一形態を示す構成図である。図2は、図1に示す測定
装置3の構成を示すブロック図である。図3は、図1に
示す制御装置2の構成を示すブロック図である。また、
図4は、図3に示す制御装置2に接続されるデータ受信
装置40のブロック図である。
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of a river monitoring system according to the present invention. FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of the measuring device 3 shown in FIG. FIG. 3 is a block diagram showing a configuration of the control device 2 shown in FIG. Also,
FIG. 4 is a block diagram of the data receiving device 40 connected to the control device 2 shown in FIG.

【0011】図1に示す本実施の形態の河川監視システ
ムは、橋げたや橋の欄干に設置され、電波を真下の川面
に発射して川面から反射し戻ってくる反射波を受信し、
受信した反射波の遅れを検出して遅延時間を測定し、ま
た超音波を真下の川面に発射して川底から反射して戻っ
てくる反射波の遅れを検出して遅延時間を測定し、さら
に電波を上流の川面に向けて発射し川面で反射して戻っ
てきた反射波の周波数のドップラー効果によるずれを検
出してそのずれの周波数を測定し、それぞれのデータを
出力する測定装置3と、測定装置3のそれぞれの測定動
作を制御し、測定装置3が出力してきたデータを処理し
て、橋から川面までの距離すなわち水位と橋から川底ま
での距離すなわち水深と川面での流速とを算出し、それ
らの値が異常な値に近づいたとき警報を発する制御装置
2と、制御装置2からのデータを無線で受けて監視表示
板に表示するデータ受信装置40とから構成されてい
る。
The river monitoring system of the present embodiment shown in FIG. 1 is installed on a bridge girder or a railing of a bridge, emits a radio wave to a river surface immediately below, receives a reflected wave reflected from the river surface and returns,
Detects the delay of the received reflected wave and measures the delay time, and also measures the delay time by detecting the delay of the reflected wave returning from the bottom of the river by emitting an ultrasonic wave to the river surface directly below, A measuring device 3 that emits radio waves toward the upstream river surface, detects a shift due to the Doppler effect of the frequency of the reflected wave that is reflected back from the river surface, measures the frequency of the shift, and outputs respective data; The respective measuring operations of the measuring device 3 are controlled, and the data output from the measuring device 3 are processed to calculate the distance from the bridge to the river surface, ie, the water level and the distance from the bridge to the river bottom, ie, the water depth and the flow velocity at the river surface. The control device 2 issues an alarm when those values approach an abnormal value, and the data receiving device 40 wirelessly receives data from the control device 2 and displays the data on a monitor display panel.

【0012】また、図2に示す測定装置3は、高周波信
号を出力する電波送信機28と、電波送信機28からの
高周波信号を電波14として川面に向け発射し、電波
(反射波)15を受ける送受信アンテナ34と、電波送
信機28からの高周波信号を電波16として川面に向け
発射し、電波(反射波)17を受ける送受信アンテナ3
5と、送受信アンテナ34および送受信アンテナ35を
介して電波(反射波)15および電波(反射波)17を
受信し高周波信号を出力する電波受信機29と、電波送
信機28の出力と電波受信機29の出力とから、電波
(反射波)15の遅延時間を検出し、電波(反射波)1
7の周波数ずれを検出する電波遅延時間・周波数ずれ検
出器37と、超音波信号を出力する超音波送信機26
と、超音波送信機26からの超音波信号を超音波18と
して川面に向け発射し、超音波(反射波)19を受ける
超音波送受信アンテナ36と、超音波送受信アンテナ3
6を介して超音波(反射波)19を受信し超音波信号を
出力する超音波受信機27と、超音波送信機26の出力
と超音波受信機27の出力とから、超音波(反射波)1
9の遅延時間を検出する超音波遅延時間検出器38とか
ら構成されている。
The measuring device 3 shown in FIG. 2 transmits a radio wave transmitter 28 for outputting a high-frequency signal, a high-frequency signal from the radio wave transmitter 28 to the river surface as a radio wave 14, and transmits a radio wave (reflected wave) 15. A transmitting / receiving antenna 34 for receiving and transmitting / receiving a radio wave (reflected wave) 17 from a radio transmitter 28 as a radio wave 16 toward the river surface.
5, a radio receiver 29 that receives a radio wave (reflected wave) 15 and a radio wave (reflected wave) 17 via a transmitting / receiving antenna 34 and a transmitting / receiving antenna 35 and outputs a high-frequency signal, an output of a radio transmitter 28, and a radio receiver 29, the delay time of the radio wave (reflected wave) 15 is detected, and the radio wave (reflected wave) 1 is detected.
7, a radio wave delay time / frequency deviation detector 37 for detecting a frequency deviation, and an ultrasonic transmitter 26 for outputting an ultrasonic signal.
And an ultrasonic transmitting / receiving antenna 36 which transmits an ultrasonic signal from the ultrasonic transmitter 26 as an ultrasonic wave 18 toward the river surface and receives an ultrasonic wave (reflected wave) 19, and an ultrasonic transmitting / receiving antenna 3
An ultrasonic wave (reflected wave) 19 receives an ultrasonic wave (reflected wave) 19 and outputs an ultrasonic signal, and outputs an ultrasonic wave (reflected wave) from the output of the ultrasonic transmitter 26 and the output of the ultrasonic receiver 27. ) 1
And an ultrasonic delay time detector 38 for detecting the delay time of N.9.

【0013】また、図3に示す制御装置2は、制御・給
電用のケーブル5を介して測定装置3のそれぞれの測定
動作を制御し、それらの値が異常な値に近づいたとき警
報を発し警告表示板7に警告表示を行う制御部21と、
測定装置3が出力してきたデータを処理して、水位と水
深と川面での流速とを算出する演算処理部22と、測定
装置3のそれぞれの測定動作のタイミングを制御する同
期処理部23と、測定された水位,水深および流速のデ
ータを離れた場所にあるデータ受信装置40にアンテナ
11を介して無線で送信する送信機24とから構成され
ている。
The control device 2 shown in FIG. 3 controls each measuring operation of the measuring device 3 via a control / power supply cable 5, and issues an alarm when those values approach abnormal values. A control unit 21 for displaying a warning on the warning display plate 7,
An arithmetic processing unit 22 that processes data output by the measuring device 3 to calculate a water level, a water depth, and a flow velocity at a river surface; a synchronization processing unit 23 that controls timing of each measuring operation of the measuring device 3; A transmitter 24 wirelessly transmits the measured water level, water depth, and flow velocity data to a remote data receiving device 40 via the antenna 11.

【0014】図4に示すデータ受信装置40は、制御装
置2から無線で送られてきた水位,水深および流速のデ
ータをアンテナ43を介して受信する受信機41と、受
信されたデータを処理して監視表示板45に表示するデ
ータ処理部42とから構成されている。
A data receiving device 40 shown in FIG. 4 receives, via an antenna 43, water level, water depth and flow velocity data wirelessly transmitted from the control device 2, and processes the received data. And a data processing unit 42 for displaying the data on the monitor display panel 45.

【0015】次に、動作を説明する。Next, the operation will be described.

【0016】最初に、電波を使用して測定装置3から川
面9までのそれぞれの距離を測定する動作について説明
する。
First, the operation of measuring the distance from the measuring device 3 to the river surface 9 using radio waves will be described.

【0017】図3に示す制御装置2の同期処理部23
は、設定された時間に測定を開始するよう指示する測定
開始指示信号を制御部21および演算処理部22に送出
する。制御部21は、指示された時刻に制御・給電用の
ケーブル5を介して、図2に示す測定装置3の電波送信
機28に測定開始信号を送出する。測定開始信号を受け
た測定装置3の電波送信機28は、高周波パルス信号を
発生させ、電波遅延時間・周波数ずれ検出器37に送出
するとともに、送受信アンテナ34を介して電波14と
して川面9に向けて空間に発射する。川面に向け発射さ
れた電波14は、川面9で反射した電波(反射波)15
となり、測定装置3の送受信アンテナ34を介して電波
受信機29に受信され、電波受信機29からは高周波パ
ルス信号が出力される。この高周波パルス信号は、測定
を開始する際に電波送信機28から電波遅延時間・周波
数ずれ検出器37に送出された高周波パルス信号に対す
るエコー信号として電波遅延時間・周波数ずれ検出器3
7に送出される。電波遅延時間・周波数ずれ検出器37
は、測定を開始する際に電波送信機28から出力された
高周波パルス信号と電波受信機29から出力された高周
波パルス信号との受信のタイミングから、電波の発射時
点から反射波の受信時点までの時間の差として得られる
遅延時間を検出し、この遅延時間のデータを制御・給電
用のケーブル5を介して制御部21に返送し、さらに制
御部21から演算処理部22に送出される。演算処理部
22は、電波遅延時間・周波数ずれ検出器37から送出
されてきた遅延時間のデータから、測定装置3と川面9
との間の距離を算出する。
The synchronization processing unit 23 of the control device 2 shown in FIG.
Sends a measurement start instruction signal instructing to start measurement at a set time to the control unit 21 and the arithmetic processing unit 22. The control unit 21 sends a measurement start signal to the radio wave transmitter 28 of the measuring device 3 shown in FIG. 2 via the control and power supply cable 5 at the instructed time. Upon receiving the measurement start signal, the radio wave transmitter 28 of the measuring device 3 generates a high-frequency pulse signal, sends it to the radio wave delay time / frequency shift detector 37, and directs it to the river surface 9 as the radio wave 14 via the transmission / reception antenna 34. Fire into space. The radio wave 14 emitted toward the river surface is a radio wave (reflected wave) 15 reflected on the river surface 9.
Is received by the radio wave receiver 29 via the transmission / reception antenna 34 of the measuring device 3, and the radio wave receiver 29 outputs a high-frequency pulse signal. This high-frequency pulse signal is used as an echo signal for the high-frequency pulse signal transmitted from the radio transmitter 28 to the radio delay time / frequency deviation detector 37 when the measurement is started.
7 is sent. Radio wave delay time / frequency shift detector 37
From the timing of receiving the high-frequency pulse signal output from the radio wave transmitter 28 and the frequency of the high-frequency pulse signal output from the radio wave receiver 29 when the measurement is started, from the time when the radio wave is emitted to the time when the reflected wave is received A delay time obtained as a time difference is detected, and the data of the delay time is returned to the control unit 21 via the control / power supply cable 5, and further transmitted from the control unit 21 to the arithmetic processing unit 22. The arithmetic processing unit 22 determines the measurement device 3 and the river surface 9 from the delay time data transmitted from the radio wave delay time / frequency shift detector 37.
Is calculated.

【0018】次に、超音波を使用して測定装置3から川
面9までの距離を測定する動作について説明する。
Next, the operation of measuring the distance from the measuring device 3 to the river surface 9 using ultrasonic waves will be described.

【0019】超音波の場合も電波の場合と同様な動作が
行われる。まず、制御装置2の同期処理部23が、設定
された時間に測定を開始するよう指示する測定開始指示
信号を制御部21および演算処理部22に送出する。制
御部21は、指示された時刻に制御・給電用のケーブル
5を介して、測定開始信号を図2に示す測定装置3の超
音波送信機26に送出する。測定開始信号を受けた測定
装置3の超音波送信機26は、超音波パルス信号を発生
させ、超音波遅延時間検出器38に送出するとともに、
超音波送受信アンテナ36を介して超音波18として川
面9に向けて空間に発射する。川面9に達した超音波の
一部は川面9で反射して測定装置3に戻る超音波(反射
波:図示せず)となり、残りの超音波はさらに水中を伝
播する超音波18として川底10まで進み、川底10で
反射した超音波(反射波)19として測定装置3に戻
る。川面9で反射した超音波と川底10で反射した超音
波(反射波)19とが測定装置3で超音波送受信アンテ
ナ36を介して超音波受信機27に受信され、超音波受
信機27からは超音波パルス信号が出力される。この超
音波パルス信号は、測定を開始する際に、超音波送信機
26から超音波遅延時間検出器38に送出された超音波
パルス信号に対するエコー信号として超音波遅延時間検
出器38に送出される。超音波遅延時間検出器38は、
川面9からの反射波によるエコー信号と川底10からの
超音波(反射波)19によるエコー信号とを識別し、超
音波の発射時点から、川底10からの反射波の受信時点
までの時間の差として得られる遅延時間を検出し、制御
・給電用のケーブル5を介して制御部21に返送する。
制御部21に返送された遅延時間はさらに演算処理部2
2に送出される。演算処理部22は、超音波遅延時間検
出器38から送出されてきた遅延時間のデータから、測
定装置3と川底10との間の距離を算出する。なお、上
記の超音波についは、空間と水中の両媒質で使用可能な
約20kHz付近の周波数を使用し、パルス波を発射し
て測定する。また、橋と川面とが至近距離のため、パル
ス波はそれを考慮して極めて小さい値にすることが望ま
しい。
In the case of ultrasonic waves, the same operation as in the case of radio waves is performed. First, the synchronization processing unit 23 of the control device 2 sends a measurement start instruction signal for instructing to start the measurement at a set time to the control unit 21 and the arithmetic processing unit 22. The control unit 21 sends a measurement start signal to the ultrasonic transmitter 26 of the measuring device 3 shown in FIG. 2 via the control / power supply cable 5 at the instructed time. Upon receiving the measurement start signal, the ultrasonic transmitter 26 of the measuring device 3 generates an ultrasonic pulse signal and sends it to the ultrasonic delay time detector 38,
The ultrasonic waves 18 are emitted as ultrasonic waves 18 toward the river surface 9 via an ultrasonic transmitting / receiving antenna 36. A part of the ultrasonic wave reaching the river surface 9 is reflected by the river surface 9 and returns to the measuring device 3 as an ultrasonic wave (reflected wave: not shown), and the remaining ultrasonic waves are further transmitted as ultrasonic waves 18 in the water 10 And returns to the measuring device 3 as ultrasonic waves (reflected waves) 19 reflected on the riverbed 10. The ultrasonic wave reflected on the river surface 9 and the ultrasonic wave (reflected wave) 19 reflected on the river bottom 10 are received by the measuring device 3 via the ultrasonic transmitting / receiving antenna 36 to the ultrasonic receiver 27, and from the ultrasonic receiver 27. An ultrasonic pulse signal is output. This ultrasonic pulse signal is transmitted to the ultrasonic delay time detector 38 as an echo signal for the ultrasonic pulse signal transmitted from the ultrasonic transmitter 26 to the ultrasonic delay time detector 38 when the measurement is started. . The ultrasonic delay time detector 38
The echo signal due to the reflected wave from the river surface 9 is distinguished from the echo signal due to the ultrasonic wave (reflected wave) 19 from the river bottom 10, and the time difference from the point at which the ultrasonic wave is emitted to the point at which the reflected wave from the river bottom 10 is received. Is detected and returned to the control unit 21 via the control / power supply cable 5.
The delay time returned to the control unit 21 is further processed by the arithmetic processing unit 2
2 is sent. The arithmetic processing unit 22 calculates the distance between the measuring device 3 and the riverbed 10 from the delay time data transmitted from the ultrasonic delay time detector 38. The above-mentioned ultrasonic wave is measured by emitting a pulse wave using a frequency of about 20 kHz that can be used in both the medium in space and in water. In addition, since the bridge and the river surface are close to each other, it is desirable that the pulse wave be set to an extremely small value in consideration of the short distance.

【0020】次に、電波を使用して川の流速を測定する
動作について説明する。
Next, the operation of measuring the flow velocity of a river using radio waves will be described.

【0021】この場合も制御装置2の同期処理部23か
ら測定を開始する測定開始指示信号を制御部21および
演算処理部22に送出し、制御部21が、指示された時
刻にケーブル5を介して測定装置3の電波送信機28を
制御し測定を開始させる。制御部21から制御された電
波送信機28は連続波の高周波信号を出力する。この高
周波信号は電波遅延時間・周波数ずれ検出器37に送出
されるとともに、送受信アンテナ35を介して電波16
としてやや上流方向の川面9に向けて空間に発射され
る。川面9で反射した電波のうち、発射波と同じ経路を
逆に進むように反射された電波(反射波)17が送受信
アンテナ35を介して電波受信機29により受信され、
電波受信機29からは高周波信号が電波遅延時間・周波
数ずれ検出器37に送出される。電波遅延時間・周波数
ずれ検出器37では、電波送信機28から出力された高
周波信号と電波受信機29から出力された高周波信号と
の周波数を比較し、川面での反射の際に受けた電波(反
射波)17のドップラー効果による周波数のずれ、すな
わち送信された高周波信号と反射波から生じた高周波信
号との周波数の差を検出する。検出された周波数の差の
データは、ケーブル5を介して制御部21に送出され、
制御部21からさらに演算処理部22に送出される。演
算処理部22では、送られてきた高周波信号と反射波か
ら生じた高周波信号との周波数の差のデータ、および送
受信アンテナ35から川面9に発射された電波が水面に
達したときの入射角20の値γから、次式により川面9
での流速νを算出する。ただし、次式のfdは高周波信
号と反射波から生じた高周波信号との周波数の差を示
す。
In this case as well, a measurement start instruction signal for starting the measurement is sent from the synchronization processing unit 23 of the control device 2 to the control unit 21 and the arithmetic processing unit 22, and the control unit 21 transmits the measurement start signal via the cable 5 at the instructed time. To start the measurement by controlling the radio transmitter 28 of the measuring device 3. The radio wave transmitter 28 controlled by the control unit 21 outputs a continuous wave high frequency signal. This high-frequency signal is transmitted to a radio wave delay time / frequency shift detector 37 and is transmitted through a transmitting / receiving antenna 35 to the radio wave 16.
It is launched into the space toward the river surface 9 slightly upstream. Among the radio waves reflected on the river surface 9, a radio wave (reflected wave) 17 reflected so as to travel in the same route as the emission wave in the reverse direction is received by the radio wave receiver 29 via the transmission / reception antenna 35,
From the radio wave receiver 29, a high frequency signal is transmitted to a radio wave delay time / frequency shift detector 37. The radio wave delay time / frequency shift detector 37 compares the frequency of the high-frequency signal output from the radio transmitter 28 with the frequency of the high-frequency signal output from the radio receiver 29, and detects the radio wave ( A frequency shift due to the Doppler effect of the reflected wave (17), that is, a frequency difference between a transmitted high-frequency signal and a high-frequency signal generated from the reflected wave is detected. Data of the detected frequency difference is sent to the control unit 21 via the cable 5,
The data is further transmitted from the control unit 21 to the arithmetic processing unit 22. In the arithmetic processing unit 22, the data of the frequency difference between the transmitted high-frequency signal and the high-frequency signal generated from the reflected wave, and the incident angle 20 when the radio wave emitted from the transmitting / receiving antenna 35 to the river surface 9 reaches the water surface From the value γ of the river surface 9
Is calculated. Here, fd in the following equation indicates a frequency difference between the high-frequency signal and the high-frequency signal generated from the reflected wave.

【0022】 以上の水位の測定および流速の測定を任意の測定間隔で
順次測定し、さらに決められた時間間隔でサイクリック
に繰り返すように制御部21で同期処理部23を制御す
る。また、制御装置2の送信機24により、河川の水
位,水深および流速を示すデータは図4に示すデータ受
信装置40に送信される。送信されたデータは、アンテ
ナ43を介して受信機41で受信され、データ処理部4
2では定期的に受信する水位データおよび流速データか
ら流量を算出するなどのデータ処理をし記録する。デー
タ処理されたデータは監視表示板45にケーブル44を
介して送出され表示される。また、制御装置2の演算処
理部23では、以上の測定で得られた結果について、そ
れぞれのデータ、あるいは一部のデータが、水位,水深
および流速の相互関係を考慮して治水対策上の観点から
あらかじめ定められた値に達しているか否かを判定し、
危険状態に達したと判定されたときに、制御部21を介
して、橋のたもとに設置された警告表示板7に“通行禁
止”等の表示を行う。必要があれば音響装置により警告
音を発するようにする。
[0022] The above-described water level measurement and flow velocity measurement are sequentially measured at arbitrary measurement intervals, and the control unit 21 controls the synchronization processing unit 23 so as to repeat cyclically at predetermined time intervals. Further, the data indicating the water level, the water depth, and the flow velocity of the river are transmitted to the data receiving device 40 shown in FIG. 4 by the transmitter 24 of the control device 2. The transmitted data is received by the receiver 41 via the antenna 43 and the data processing unit 4
In step 2, data processing such as calculating the flow rate from the water level data and the flow velocity data received periodically is performed and recorded. The processed data is transmitted to the monitor display panel 45 via the cable 44 and displayed. In the arithmetic processing unit 23 of the control device 2, regarding the result obtained by the above measurement, each data or a part of the data is obtained from the viewpoint of flood control measures in consideration of the correlation between the water level, the water depth and the flow velocity. To determine whether or not a predetermined value has been reached,
When it is determined that the dangerous state has been reached, a message such as "no traffic" is displayed on the warning display panel 7 installed under the bridge via the control unit 21. If necessary, an audible alarm will sound.

【0023】上記の測定は、あらかじめ決められた時間
に行われるように設定されるが、制御装置2にて調整可
能とし、水位および流速の変化が著しいとき、あるいは
災害時には測定間隔を自動的に変更し測定回数を増やす
こともできる。
The above-mentioned measurement is set to be performed at a predetermined time, but can be adjusted by the control device 2 so that the measurement interval is automatically set when the water level and the flow velocity change significantly or in the event of a disaster. It can be changed to increase the number of measurements.

【0024】使用する電波の周波数帯は数十GHz帯の
ものを使用する。水位の測定には、パルス波を用いるパ
ルスレーダを使用し、流速の測定には、連続波を用いた
CW(Continuous Wave)レーダを使用
する。
The radio wave used has a frequency band of several tens of GHz. For the measurement of the water level, a pulse radar using a pulse wave is used, and for the measurement of the flow velocity, a CW (Continuous Wave) radar using a continuous wave is used.

【0025】上記の本発明の実施の形態として述べた構
成であれば、水深および流速の測定装置を水面下でなく
川面より上の橋脚や橋げたなどに取り付けられるため、
設置作業と保守作業を容易に行うことができる。また、
測定装置の設置場所が水中でないので、機器の防水性を
軽減することができ製造コストも低減できる。
According to the configuration described as the embodiment of the present invention, the measuring device for measuring the water depth and the flow velocity can be attached to a pier or a girder above the river surface, not below the water surface.
Installation work and maintenance work can be performed easily. Also,
Since the installation location of the measuring device is not underwater, the waterproofness of the device can be reduced and the manufacturing cost can be reduced.

【0026】[0026]

【発明の効果】以上説明したように、本発明の河川監視
システムは、上流の川面に電波を発射し、川面で反射し
て戻ってきた電波の周波数がドップラー効果によりずれ
たことを検出し、周波数のずれから川面における流速を
測定することのできる手段を設けたことにより、水深だ
けでなく流速も測定することができ、いつ橋が危険な状
態に近づくかをより正確に予測するために必要なデータ
を得ることができるという効果を有している。
As described above, the river monitoring system of the present invention emits a radio wave to the upstream river surface, and detects that the frequency of the radio wave reflected and returned from the river surface is shifted by the Doppler effect, By providing a means to measure the flow velocity at the river surface from the frequency shift, it is possible to measure not only the water depth but also the flow velocity, which is necessary to more accurately predict when the bridge will approach a dangerous state This has the effect of obtaining accurate data.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の河川監視システムの実施の一形態を示
す構成図である。
FIG. 1 is a configuration diagram showing one embodiment of a river monitoring system of the present invention.

【図2】図1に示す測定装置3の構成を示すブロック図
である。
FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of the measuring device 3 shown in FIG.

【図3】図1に示す制御装置2の構成を示すブロック図
である。
FIG. 3 is a block diagram showing a configuration of a control device 2 shown in FIG.

【図4】図3に示す制御装置2に接続されるデータ受信
装置40のブロック図である。
4 is a block diagram of a data receiving device 40 connected to the control device 2 shown in FIG.

【図5】従来の河川監視システムの構成を示す構成図で
ある。
FIG. 5 is a configuration diagram showing a configuration of a conventional river monitoring system.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

2 制御装置 3 測定装置 5 ケーブル 7 警告表示板 8 橋脚 9 川面 10 川底 11 送信空中線 12 ガード 14 電波 15 電波(反射波) 16 電波 17 電波(反射波) 18 超音波 19 超音波(反射波) 20 入射角 21 制御部 22 演算処理部 23 同期処理部 24 送信機 26 超音波送信機 27 超音波受信機 28 電波送信機 29 電波受信機 34 送受信アンテナ 35 送受信アンテナ 36 超音波送受信アンテナ 37 電波遅延時間・周波数ずれ検出器 38 超音波遅延時間検出器 2 control device 3 measuring device 5 cable 7 warning display board 8 pier 9 river surface 10 river bottom 11 transmission antenna 12 guard 14 radio wave 15 radio wave (reflected wave) 16 radio wave 17 radio wave (reflected wave) 18 ultrasonic wave 19 ultrasonic wave (reflected wave) 20 Incident angle 21 Control unit 22 Operation processing unit 23 Synchronization processing unit 24 Transmitter 26 Ultrasonic transmitter 27 Ultrasonic receiver 28 Radio transmitter 29 Radio receiver 34 Transmitting and receiving antenna 35 Transmitting and receiving antenna 36 Ultrasonic transmitting and receiving antenna 37 Radio wave delay time Frequency shift detector 38 Ultrasonic delay time detector

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01F 23/284 G01C 13/00 G01F 1/52 G01F 1/66 103 G01F 23/28 Continuation of the front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) G01F 23/284 G01C 13/00 G01F 1/52 G01F 1/66 103 G01F 23/28

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 電波と超音波とを使用して橋下の水位と前
記橋下の川底の深さとを測定する測定手段を備えた河川
監視システムにおいて、 (A)前記橋に取り付けられ第1の電波を前記橋下の水
面に向け発射する第1の電波発射手段、 (B)前記水面から反射して戻ってきた前記第1の電波
の反射波を受信する第1の電波受信手段、 (C)前記第1の電波発射手段から前記第1の電波が発
射された時刻と、前記水面から反射された前記第1の電
波の反射波を前記第1の電波受信手段が受信した時刻と
の時間差である第1の時間差を検出する第1の時間差検
出手段、 (D)前記第1の時間差から前記水位を算出する第1の
演算手段、 (E)前記橋に取り付けられ超音波を前記橋下の水面に
向け発射する超音波発射手段、 (F)前記水面に向け発射された超音波が川底に達し川
底から反射して戻ってきた前記超音波の反射波を受信す
る超音波受信手段、 (G)前記超音波発射手段から前記超音波が発射された
時刻と、前記水面から反射された前記超音波の反射波を
前記超音波受信手段が受信した時刻との時間差である第
2の時間差を検出する第2の時間差検出手段、 (H)前記第2の時間差から前記川底の深さを算出する
第2の演算手段、 (I)前記橋に取り付けられ第2の電波を上流の水面に
向け発射する第2の電波発射手段、 (J)前記水面から反射された前記第2の電波の反射波
を受信する第2の電波受信手段、 (K)前記第2の電波の周波数と、前記水面から反射さ
れ戻ってきた前記第2の電波の反射波の周波数との差で
ある周波数差を検出する周波数差検出手段、 (L)前記周波数差と前記第2の電波が前記水面に達し
たときの入射角の値とから前記水面での流速を算出する
第3の演算手段、 (M)前記水位の値,前記川底の深さの値,および前記
水面での流速の値がそれぞれあらかじめ定められた値を
超えたとき警報を発する制御手段、 を備えたことを特徴とする河川監視システム。
1. A river monitoring system comprising a measuring means for measuring a water level under a bridge and a depth of a riverbed under the bridge using radio waves and ultrasonic waves, wherein: (A) a first radio wave attached to the bridge; (B) first radio wave receiving means for receiving a reflected wave of the first radio wave reflected and returned from the water surface, (C) It is a time difference between the time when the first radio wave is emitted from the first radio wave emitting means and the time when the first radio wave receiving means receives the reflected wave of the first radio wave reflected from the water surface. First time difference detecting means for detecting a first time difference, (D) first calculating means for calculating the water level from the first time difference, (E) ultrasonic waves attached to the bridge and transmitting ultrasonic waves to a water surface under the bridge. (F) toward the water surface Ultrasonic receiving means for receiving a reflected wave of the ultrasonic wave that has been emitted and has returned from the river bottom after reaching the river bottom; (G) a time at which the ultrasonic wave was emitted from the ultrasonic emitting means; (H) second time difference detection means for detecting a second time difference which is a time difference between the time at which the ultrasonic wave reflected from the water surface is received by the ultrasonic wave reception means, and (H) the second time difference. Second arithmetic means for calculating the depth of the riverbed; (I) second radio wave emitting means attached to the bridge for emitting a second radio wave toward an upstream water surface; (J) reflected from the water surface (K) a second radio wave receiving means for receiving a reflected wave of the second radio wave, wherein (K) a frequency of the second radio wave and a frequency of a reflected wave of the second radio wave reflected and returned from the water surface. Frequency difference detecting means for detecting a frequency difference which is a difference, (L Third calculating means for calculating the flow velocity at the water surface from the frequency difference and the value of the angle of incidence when the second radio wave reaches the water surface; (M) the value of the water level, the depth of the riverbed And a control means for issuing an alarm when the value of the water flow rate and the value of the flow velocity at the water surface each exceed a predetermined value.
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