JP3686072B2 - 標定方法及び標定プログラム - Google Patents

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Description

本発明は、標定方法及び標定プログラムに関する。
台風、大雨、融雪等による大水の時の洪水対策のために河川の流量分布・流量観測が必要である。従来、河川の流速分布や流量観測には、浮子を用いる観測が行われてきた。
しかしながら、浮子による流速分布・流量観測は、大水の中でも観測地点に観測員が出向いて観測作業する必要があり、作業の安全性に問題があり、また精度的に不十分であり、さらにリアルタイムに継続的に流量を観測することも難しい問題点があった。
近年、PIV(Particle Image Velocimetry)技術が開発され、これを河川表面流速解析に応用する技術も提案されるようになっている(藤田一郎、河村三郎、「ビデオ画像解析による河川表面流計測の試み」、水工学論文集、Vol.38、pp733−738、1994年2月(非特許文献1)。藤田一郎、椿涼太、「小俯角のビデオ画像に対応した河川表面流計測手法の開発」、河川技術論文集、第7巻、pp475−478、2001年6月(非被特許文献2))。
この従来の技術は、河岸からビデオカメラで河川の表面水流を斜めに撮影し、この斜めビデオ画像を用い、パターンマッチングによる河川表面の濃淡分布の面的な移動ベクトルの追跡から、表面流速分布を求めるものである。そして、斜め画像のためにカメラから近距離の地点と遠方の地点とでは俯角の差により画像の歪み度合いに差が出るので、幾何変換補正により俯角による影響を打ち消し、川面を垂直に見た平面画像(垂直平面画像)に幾何変換した後、川幅の仮想的な横断線上の各区分についてPIV解析し、各区分毎の表面流速を算定する。
ところが、このPIV手法を用いた河川表面流計測は、学術レベルの提案であって、ビデオカメラで撮影したビデオ画像を研究室に持ち帰り、コンピュータにより画像キャプチャーから幾何変換、PIV解析を行うものであったので、リアルタイムに河川の表面流速分布や水量を計測するということはできない。
上述したように、台風、大雨、融雪等による大水の時には河川の表面流速分布や河川流量をリアルタイムに計測し、洪水対策を練る必要があるため、従来のPIV手法を用いた河川の表面流計測技術は大水、洪水時の流速分布や流量の計測に直接に利用することはできなかった。
これを解決するためには、ほぼリアルタイムに河川の表面流速分布を自動観測することができる流速分布計測技術が求められる。そして、ほぼリアルタイムに河川流量を精度高く自動観測するには、観測に先立って観測対象河川の正確な標定が不可欠である。
他方、大河川における観測では、洪水時にその水面はかなり広大なものとなるため、使用するカメラの画角内に標定用の標識を置くべき陸地や構造物が写し込めない状況での観測も想定される。
藤田一郎、河村三郎、「ビデオ画像解析による河川表面流計測の試み」、水工学論文集、Vol.38、pp733−738、1994年2月。 藤田一郎、椿涼太、「小俯角のビデオ画像に対応した河川表面流計測手法の開発」、河川技術論文集、第7巻、pp475−478、2001年6月。
本発明はこのような技術的課題に鑑みてなされたもので、観測対象となる河川に3次元絶対座標が計測できるGPSセンサを搭載したボートを航行させて河川表面の各地点の3次元絶対座標を連続的に計測し、3次元絶対座標データを観測時刻のタイムスタンプと共に記録すると共に、この3次元絶対座標データ収集の状況を所定の観測地点に設置しているビデオカメラで撮影し、同時に水位センサによって水位データも連続的に計測し、これらのデータを時間軸上で対照させてカメラ画像上の写真座標から3次元絶対座標への変換式を求めることにより、精度の高い標定を可能にする標定方法及び標定プログラムを提供することを目的とする。
請求項1の発明の標定方法は、測定対象の河川にGPSセンサを搭載したボートを航行させ、センサ位置の3次元絶対座標を連続的に計測し、計測データを記録するステップと、所定地点に設置したビデオカメラによって前記ボートの航行状況を撮影し、記録するステップと、前記河川の水位を水位センサで計測し、水位データを記録するステップと、適数個の計測時点毎のカメラ画像上のGPSセンサの写真座標データを求めるステップと、前記適数個の計測時点毎のGPSセンサの3次元絶対座標データと、カメラ画像上のGPSセンサの写真座標データと、水位データとをひも付けするステップと、ひも付けされた所定数の計測時点毎のGPSセンサの3次元絶対座標データ及び写真座標データと、水位データと、前記ビデオカメラの設置位置の3次元絶対座標データ及び傾き座標データとを用いて、ある水位(H)におけるGPSセンサのカメラ画像上のある写真座標(x,y)から当該GPSセンサの3次元絶対座標(X,Y,Z)を算定する座標変換式(Σ)を求めるステップとを有するものである。
請求項2の発明の標定方法は、河川上の各点でGPSセンサにて計測した3次元絶対座標データと、前記GPSセンサの前記河川上の各点でのビデオ画像と、水位センサで計測した前記河川の水位データとのそれぞれの入力を受付けて保存するステップと、前記ビデオ画像を撮影するために所定場所に設置されたビデオカメラの3次元位置座標及び傾き座標の入力を受付けて保存するステップと、前記GPSセンサのタイムスタンプをキーにして、同じ時点毎の前記GPSセンサの3次元絶対座標と前記GPSセンサのビデオ画像上での写真座標と水位とを所定数組みだけひも付けするステップと、ひも付けされた所定組数の計測時点毎のGPSセンサの3次元絶対座標、写真座標及び水位と、前記ビデオカメラの設置位置の3次元位置座標及び傾き座標とを用いて、ある水位(H)におけるGPSセンサのカメラ画像上のある写真座標(x,y)から当該GPSセンサの3次元絶対座標(X,Y,Z)を算定する座標変換式(Σ)を求めて保存するステップとをコンピュータによって実行するものである。
請求項3の発明の標定プログラムは、河川上の各点でGPSセンサにて計測した3次元絶対座標データと、前記GPSセンサの前記河川上の各点でのビデオ画像と、水位センサで計測した前記河川の水位データとのそれぞれの入力を受付けて保存する処理と、前記ビデオ画像を撮影するために所定場所に設置されたビデオカメラの3次元位置座標及び傾き座標の入力を受付けて保存する処理と、前記GPSセンサのタイムスタンプをキーにして、同じ時点毎の前記GPSセンサの3次元絶対座標と前記GPSセンサのビデオ画像上での写真座標と水位とを所定数組みだけひも付けする処理と、ひも付けされた所定組数の計測時点毎のGPSセンサの3次元絶対座標、写真座標及び水位と、前記ビデオカメラの設置位置の3次元位置座標及び傾き座標とを用いて、ある水位(H)におけるGPSセンサのカメラ画像上のある写真座標(x,y)から当該GPSセンサの3次元絶対座標(X,Y,Z)を算定する座標変換式(Σ)を求めて保存する処理とをコンピュータに実行させるものである。
本発明によれば、ボートに搭載したGPSセンサにより3次元絶対座標を計測すると同時に、このボートの航行状況をビデオカメラで追跡、撮影し、時間軸によって画像中のGPSセンサの写真座標と水位データをGPSセンサによる3次元座標と対応させ、写真座標の3次元絶対座標への座標変換式を求め、これを写真座標から3次元絶対座標への変換に用いることにより、標定精度を高くすることができる。
また、大河川のように洪水時に水面が広大な幅となるために、使用するカメラの画角内に標定用の標識を置くべき陸地や構造物を写し込めない状況での観測を可能にし、信頼性の高い流速分布・流量計測に利用することができる。
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて詳説する。図1は、本発明の1つの実施の形態の標定方法により決定した座標変換式Σを用いる流速分布・流量計測システムのハードウェア構成を示している。この流速分布・流量計測システムは、観測対象となる渓流、河川の河岸に設置したビデオカメラ1A,1Bと、川中に設置した水位計2と、遠隔観測所あるいは河川等の近隣に設置した観測ハウス内に設置した解析装置3と、ビデオカメラ1A,1Bの画像信号、水位計2の水位信号それぞれを解析装置3まで伝送する伝送路4,5から構成される。なお、以下では、流速分布・流量計測システムを観測対象として河川に設置し、流量計測を行う場合について説明するが、本システムは河川の構造物の周辺等の所定場所の表面流速分布を計測するためにも用いることができるものである。
ビデオカメラ1A,1Bは観測対象となる河川等の川幅により一方の河岸に1台だけ、若しくは両岸それぞれに1台ずつ設置し、その俯角を適度に設定することにより、観測対象となる河川等を横断する仮想横断線6の全長を撮影する。ビデオカメラ1A,1Bが撮影した画像信号はNTSC方式の信号にして解析装置3に入力する。
水位計2は、超音波式、圧力式、電波式、フロート式等、入手可能ないずれの測定方式のものであってもよい。水位計2からの信号はBCD信号であり、解析装置3に対してデジタル水位データとして入力される。
伝送路4,5は別ケーブルであっても、多心ケーブルであってもよい。また後述するように光ファイバーケーブルであってもよい。
解析装置3は、図2に示すハードウェア構成を有するコンピュータである。この解析装置には信号入力処理手段として、ビデオカメラ1A,1Bから伝送路4を経て送られてくるNTSC方式の画像信号を受信し、デジタル信号に変換して入力するための画像入力ボード31と、水位計2から伝送路5を経て送られてくる水位データを受信し、入力するデジタルIOボード32とが装着してある。解析装置3にはまた、ヒューマンマシンインタフェース(HMI)としてディスプレイ33、キーボード34、マウスその他のポインティングデバイス35が接続してある。解析用コンピュータ30はまた、プログラムやデータ記憶のためのハードディスク36、また画像データを保存し、持ち運べるようにするためのCD/DVD−R,CD/DVD−RWあるいはDVD−RAM,DVD+RW等、書込み可能なディスク型記憶装置37を備えている。
解析装置3の機能構成は、図3に示すものであり、組み込まれている流速分布・流量解析プログラムを実行することによりその機能が発揮される。解析装置3は処理機能部として、当該装置の演算処理に必要な諸パラメータを設定登録するパラメータ設定部311と、ビデオカメラ1A,1Bの撮影した画像信号を取り込み、保持する画像信号取得部312と、水位計2の計測した水位データを取り込み、保持する水位データ取得部313と、画像信号と水位データとを用い、ビデオカメラ1A,1Bの撮影した河川の斜め画像を垂直平面画像に幾何補正する幾何変換部314と、幾何変換部314の求めた垂直平面画像を用いてPIV解析を実行し、河川の仮想横断線上の各区分の流速データを算定するPIV解析部315と、パラメータ設定部3111に予め登録されている河床データと平均流速算定のための更正係数、水位データ取得部313の取り込んだ水位データ及びPIV解析部315の求めた流速データを用いて河川の仮想横断面を流れる流量を算出する流量計算部316と、計算結果を出力する出力部317とを有している。
次に、上記構成の流速分布・流量計測システムによる標定方法及び流速分布・流量計測方法について、図4及び図5のフローチャート、図6〜図14の説明図を用いて説明する。本実施の形態の流速分布・流量計測システムによる流量計測は、(1)パラメータ設定、(2)観測実行(画像及び水位データの入力、幾何変換、PIV解析、流量計算)、(3)計測結果出力の3段階に区分される。
(1)パラメータ設定:図4のフローチャートにおけるパラメータ設定では、観測間隔や1回当たりの観測時間、画像キャプチャのタイミング設定、幾何補正のための標定条件の設定、計測エリアや計測ポイントの設定、河川断面の設定、表面流速から平均流速を求めるための更正係数の設定を行う(ステップS1)。
観測間隔としては例えば、10分〜20分間隔とし、1回当たりの観測時間は例えば、10〜20秒に設定する。また幾何補正のための標定条件としては、カメラの設置高さの3次元絶対座標(Xo,Yo,Zo)、カメラ角度(κ,φ,ω)等を入力する。河川断面については標準水位からの水深として所定区分毎の水深を設定する。また、表面流速から平均流速を求めるための更正係数は、一定値を設定する。例えば、表面流速×0.85を平均流速とするのである。なお、この更正係数については、本システムが定点観測システムであるので、長期の使用においてより実情に即する値に修正することができる。また、更正係数の設定は、水深段階に応じて、あるいは水深段階と表面流速段階との組合せに応じて設定することもできる。さらには、新しく実験によってより厳密な値が提案された場合にその値に修正設定することもできる。
図5は、パラメータである幾何補正値の設定作業手順を示したものである。幾何補正値をパラメータ設定部311に設定登録するのは、次の手順による。本流速分布・流量計測システムの設置現場の所定の3次元座標位置(Xo,Yo,Zo)にビデオカメラを設置しておく。また、図6に示したように、ボートを用意し、これにデータ保存機能を備えたGPSセンサ100(特に、D−GPSセンサのように3次元絶対座標の精細な計測が可能なセンサが好ましい)を搭載しておき、このボートに河川の監視対象領域内を航行させながら、周期的にGPSセンサ100により現在位置の3次元絶対座標(Xi,Yi,Zi)を計測し、3次元座標データをタイムスタンプ(Ti)と共に順次記録していく(ステップS101−1)。図8(a)は記録したGPSセンサ100の記録データのテーブルを示している。
このボート航行によるGPSセンサ100による河川表面の各地点の3次元座標計測の期間中、ビデオカメラはボートの航行を撮影している(ステップS101−2)。図8(b)はボートの撮影画像のうち、GPSセンサ100側のタイムスタンプT1,T2,T3,…に対応する時点のボートの画像を示している。
これと共に、システムは水位センサから連続的に水位データ(Hi)を取得して、時系列的に記録していく(ステップS101−3)。図8(c)は水位データの記録データを示している。
ボートにGPSセンサ100を載せて河川の監視対象領域を航行させ、河川表面の各点の3次元座標データ等を取得すれば、これらのデータをシステムに登録する。そして、流速分布・流量計測システムの解析部3において、パラメータ設定部311が図7〜図9に示す方法で標定を行う。
それにはまず、図7に示すように、適数個の計測時点T1,T2,…,Tn毎のカメラ画像上のGPSセンサ100の写真座標データ(xi,yi)を求める。ただし、図7は、計測時点T3におけるボート上のGPSセンサ100の写真座標(x3,y3;T3)を求めたところを示している。
続いて、図8に示したように、同図(a)に示す適数個の計測時点T1,T2,…,Tn毎のGPSセンサ100の3次元絶対座標データ(Xi,Yi,Zi;Ti)と、同図(b)に示すカメラ画像上のGPSセンサの写真座標データ(xi,yi;Ti)と、同図(c)に示す水位データ(Hi;Ti)とを時間軸Tiによってひも付けする。
Figure 0003686072
続いて、図8、図9に示すように、時間軸Tiによりひも付けされた所定数の計測時点T1,T2,…,Tn毎のGPSセンサ100の3次元絶対座標データ(Xi,Yi,Zi;Ti)及び写真座標データ(xi,yi;Ti)と、水位データ(Hi;Ti)と、ビデオカメラの設置位置の3次元絶対座標データ(Xo,Yo,Zo)及び傾き座標データ(κ,φ,ω)とを数1式に当てはめ、数2式のようなn元の連立方程式を作成する。
Figure 0003686072
パラメータ設定部311はこのn元連立方程式を解くことによって、ある水位(H)におけるGPSセンサ100のカメラ画像上のある写真座標(x,y)から当該GPSセンサの3次元絶対座標(X,Y,Z)を算定する数3式の座標変換式Σを求める(ステップS103)。
Figure 0003686072
こうして、カメラ画像上の写真座標から3次元絶対座標への変換式Σを求めると、次に、予備観測、幾何変換によって既知点による精度確認を行う(ステップS105〜S109)。
それにはまず、本システムによる予備観測を実行する(ステップS105)。この観測処理については、本観測の説明として後述する。
そして予備観測で撮影した標識の画像(写真座標:xa,ya)に対して、数4式のように、数3式の変換式Σを用いて幾何変換Σ(xa,ya;Ha;Xo,Yo,Zo;κ,φ,ω)を実施し、
Figure 0003686072
得られた結果(Xa,Ya,Za)を既知点の3次元座標(Xb,Yb,Zb)と照らして観測精度を確認する(ステップS107,S109)。そして、精度が十分でない場合には、数3式の座標変換式Σの諸係数を修正し、再度予備観測、幾何変換を行い、変換結果と既知点の座標とを比較する処理を繰り返す(ステップS111)。
許容できる精度の変換式Σが求められると、この変換式を幾何変換式として設定し、以降、実観測に移行する(ステップS113)。
(2)観測実行:ビデオカメラ1A,1Bは24時間連続的に動作し、図10に示したように観測対象河川の仮想横断線6に沿った領域の表面水流を撮影し、NTSC方式の画像信号を伝送路4を通じて常時、解析装置3の画像入力ボード31まで送信している。同様に、水位計2も24時間連続的に動作し、河川の仮想横断線6の近隣の水位を計測してBCD信号にして伝送路5を通じてデジタルIOボード32まで送信している。
そこで、解析装置3は、タイマ管理している観測間隔の到来毎に、1回当たりの観測時間分の画像を画像入力ボード31によってキャプチャし、同時にその観測開始時点での水位データをデジタルIOボード32で取り込む(ステップS3,S5,S7)。例えば、1回の観測で20秒間の画像をキャプチャする場合には、30フレーム/秒で、30×20=600フレームとなる。
解析装置3は、画像と水位データを取得した後、斜め画像を垂直平面画像に幾何補正するために、数3式を用いた幾何変換処理を行う(ステップS9)。ビデオカメラを河川の川幅の中央上方に設置することは現実的ではなく、河岸や河岸近くの建造物上に設置するため、河川の表面水流の画像は斜め画像となり、カメラからの近点に比べて遠点側の画像が広がる特性がある。そこで、この斜め画像を垂直平面画像に補正するために実施されるのが幾何変換である。
この幾何変換処理には、前掲した論文に記載された技術を利用するが、画像変換に必要なパラメータとしては、パラメータ設定時に入力したカメラの高さ、角度、そして水面からのカメラ高さを求めるために水位データも用いる。この幾何変換処理は、上記の1観測期間にキャプチャした画像フレーム数分実行する。
次に、幾何変換した画像に対して、PIV解析を実施して図10に示したような仮想横断線6上の各区分毎の表面流速を算出する(ステップS11)。
このPIV解析手法も、前述の論文等に記載されたものであり、ビデオ画像をキャプチャし、さらに幾何補正した1観測時間分の画像フレーム(複数)において、仮想横断線上の所定ピクセル数の区画毎の画像について、それに続く各フレームで同一パターンの区画の移動を追跡し、各区画毎に先のフレーム上の位置座標から後のフレーム上の位置までの移動距離を求め、その移動に要した時間で割ることによって移動速度を算定し、各区画毎の表面流速とするのである。このようにして算出した仮想横断線6上の各区画毎の表面流速データは、記憶装置36に逐次保存していく。図11は実機で求めた表面流速分布を示している。
なお、PIV解析により得られる表面流速分布のベクトル群は必ずしも仮想横断線6に垂直な方向ではなく、区分によって仮想横断線6に対して斜めに交差する方向を向く場合が多い。そこで、PIV解析で求める流速の区分を流量算出に用いる区分よりも細かく設定し、流量算出の対象となる区分毎の流速としては、ベクトル和の仮想横断線6に垂直な方向のベクトル成分を求めて流量計算に用いることにより、精度の高い流速ベクトルが得られることになる。
図12に示すように、PIV解析の後には、パラメータとして予め設定されている河川断面データと水位計2からの水位データとから仮想横断面の各区分毎の水深L1,L2,…を求め、該当区画の表面流速V1,V2,…に対して更正係数δを掛けることによって平均流速δV1,δV2,…を求め、各区分毎の面積S1,S2,…と平均流速δV1,δV2,…を掛け合わせて区分流量q1,q2,…を求める。そしてこの区間流量q1,q2,…を合計することによって河川の仮想横断面の総流量Qを求める(ステップS13)。
求めた総流量Qは、前述の区画毎の表面流速V1,V2,…と共に記憶装置36に保存する(ステップS15)。
このようにして得られた河川の流量データは、解析装置3においてディスプレイ33への出力設定がされてるならばディスプレイ33に所定の表示形態で表示出力する(ステップS17,S19)。ディスプレイ33に対する表示形式には、例えば、図13に示すような流速分布の解析結果の数値テーブル、図14に示すようなキャプチャー途中の画像の表示、図11に示すような河川の表面流速分布のベクトル表示がある。
こうして、所定周期毎に画像信号を一定時間ずつキャプチャし、水位計2の水位データも取り込み、予め設定登録されている諸パラメータとこれらの画像データ及び水位データを用いて、幾何変換、PIV解析及び流量計算を繰り返し実行し、得られた河川の所定周期毎の流量データを記憶装置36に逐次保存し、また出力要求がある場合にはディスプレイ33に表示する動作を繰り返す(ステップS21)。
以上述べたように、第1の実施の形態の標定方法を用いた流速分布・流量計測システムによれば、台風や大雨、融雪等のために増水した河川の流量監視を自動化することができる。また、既知点の予備観測の実施によって幾何補正用のパラメータを最適なものに設定し、また定点観測を長期間にわたり継続的に行い、その間の取得データを用いてパラメータ設定をより現実のものに修正することができ、これにより、精度の高い流量データが取得でき、洪水の発生しやすい水域の洪水対策に有効に利用できるようになる。
次に、図15を用いて、本発明の第2の実施の形態の流速分布・流量計測システムについて説明する。図1に示した第1の実施の形態の流速分布・流量計測システムでは、ビデオカメラ1A,1Bを河川の両岸それぞれに設置し、川幅のほぼ半分ずつの表面水流を撮影するようにしたが、第2の実施の形態の流速分布・流量計測システムは、ビデオカメラ1A,1Bを河川の一方の河岸に高さを異ならせて設置し、例えば低い位置に設置されたビデオカメラ1Aでは河川の手前側半分の表面水流を撮影し、高い位置に設置されたビデオカメラ1Bでは同じ河川の向こう側半分の表面水流を撮影する設定にしたこと、また伝送系に光ファイバー40を用いたことを特徴とする。なお、解析装置3のハードウェア構成及び機能構成は図2に示した第1の実施の形態のものと同様である。
この第2の実施の形態のシステム構成にすれば、ビデオカメラ1A,1Bを同じ河岸に設置し、観測小屋内まで画像信号ケーブルと水位計の水位データケーブルを引いて来れるので、第1の実施の形態のシステムよりもケーブル長が短くできる利点があり、また光ファイバー40を利用することによって大容量の画像信号の高速伝送が可能であり、河川水流の撮影から河川流量の算出結果の出力までの処理時間を短縮できる。
なお、光ファイバー40を伝送系に利用する技術は、図1に示した第1の実施の形態においても適用可能である。
また第1、第2の実施の形態において観測装置3を構成するコンピュータシステムのハードウェア構成は特に図示のものに限定されるものでなく、ノートブックタイプ、デスクトップタイプのコンピュータに必要な周辺装置を接続し、またソフトウェアをインストールすることによって観測装置3を構成することができる。
さらに、上記の両実施の形態の流速分布・流量計測システムは、リアルタイムな河川の流量観測だけではなく、河川に対して、ビデオカメラ1A,1Bの撮影範囲内の表面流速分布を求め、出力するために用いることもできる。例えば、河川において、橋桁等の構造物の周囲での水流を観測したり、ダムの水門近傍の水流を観測したりするために用いることができる。
そしてこの流速分布観測の場合には、本流速分布・流量計測システムは流量演算をすることなく、PIV解析結果をベクトル図にして表示し、また印刷出力することになる。図16は、本実施の形態の流速分布・流量計測システムによる表面流速分布の計測結果を示している。
なお、流速分布計測だけの単機能システムを構築するのであれば、流量計算部316は省略し、システム構成をより単純化して製品コストを低くすることができる。
本発明の第1の実施の形態の流速分布・流量計測システムのハードウェア構成のブロック図。 上記の実施の形態の流速分布・流量計測システムにおける観測装置のハードウェア構成のブロック図。 上記の実施の形態の流速分布・流量計測システムにおける観測装置の機能構成のブロック図。 上記の実施の形態の流速分布・流量計測システムによる流速分布・流量計測処理のフローチャート。 上記の実施の形態の流速分布・流量計測システムによる実観測前の座標変換式の設定手順を示すフローチャート。 上記の実施の形態の流速分布・流量計測システムにおける標定方法の説明図。 上記の実施の形態の流速分布・流量計測システムによる標定作業において、時点T3のGPSセンサの写真座標を示す説明図。 上記の実施の形態の流速分布・流量計測システムによる標定作業において、時点T3での3次元絶対座標と写真座標、水位データの変換対応を示す説明図。 上記の実施の形態の流速分布・流量計測システムによる標定作業において、時間軸上で3次元絶対座標と写真座標、水位データの変換対応を示す説明図。 上記の実施の形態の流速分布・流量計測システムにより観測する河川の映像図。 上記の実施の形態の流速分布・流量計測システムにより計測した河川の表面流速分布図。 上記の実施の形態の流速分布・流量計測システムにより観測する河川の仮想横断面図。 上記の実施の形態の流速分布・流量計測システムにより計測した河川の表面流速分布の数値テーブル。 上記の実施の形態の流速分布・流量計測システムにおいて観測装置がビデオカメラから取り込んだ画像を示す画面表示図。 本発明の第2の実施の形態の流速分布・流量計測システムのハードウェア構成のブロック図。 上記の第1の実施の形態の流速分布・流量計測システムにより計測した平面流速分布の出力図。
符号の説明
1A,1B ビデオカメラ
2 水位計
3 観測装置
4 伝送路
5 伝送路
6 仮想横断線
31 画像入力ボード
32 デジタルIOボード
33 ディスプレイ
34 キーボード
35 マウス
36 ハードディスク記憶装置
37 ディスク型記憶装置
100 GPSセンサ
311 パラメータ設定部
312 画像信号取得部
313 水位データ取得部
314 幾何変換部
315 PIV解析部
316 流量計算部
317 出力部

Claims (3)

  1. 測定対象の河川にGPSセンサを搭載したボートを航行させ、センサ位置の3次元絶対座標を連続的に計測し、計測データを記録するステップと、
    所定地点に設置したビデオカメラによって前記ボートの航行状況を撮影し、記録するステップと、
    前記河川の水位を水位センサで計測し、水位データを記録するステップと、
    適数個の計測時点毎のカメラ画像上のGPSセンサの写真座標データを求めるステップと、
    前記適数個の計測時点毎のGPSセンサの3次元絶対座標データと、カメラ画像上のGPSセンサの写真座標データと、水位データとをひも付けするステップと、
    ひも付けされた所定数の計測時点毎のGPSセンサの3次元絶対座標データ及び写真座標データと、水位データと、前記ビデオカメラの設置位置の3次元絶対座標データ及び傾き座標データとを用いて、ある水位(H)におけるGPSセンサのカメラ画像上のある写真座標(x,y)から当該GPSセンサの3次元絶対座標(X,Y,Z)を算定する座標変換式(Σ)を求めるステップとを有する標定方法。
  2. 河川上の各点でGPSセンサにて計測した3次元絶対座標データと、前記GPSセンサの前記河川上の各点でのビデオ画像と、水位センサで計測した前記河川の水位データとのそれぞれの入力を受付けて保存するステップと、
    前記ビデオ画像を撮影するために所定場所に設置されたビデオカメラの3次元位置座標及び傾き座標の入力を受付けて保存するステップと、
    前記GPSセンサのタイムスタンプをキーにして、同じ時点毎の前記GPSセンサの3次元絶対座標と前記GPSセンサのビデオ画像上での写真座標と水位とを所定数組みだけひも付けするステップと、
    ひも付けされた所定組数の計測時点毎のGPSセンサの3次元絶対座標、写真座標及び水位と、前記ビデオカメラの設置位置の3次元位置座標及び傾き座標とを用いて、ある水位(H)におけるGPSセンサのカメラ画像上のある写真座標(x,y)から当該GPSセンサの3次元絶対座標(X,Y,Z)を算定する座標変換式(Σ)を求めて保存するステップとをコンピュータによって実行する標定方法。
  3. 河川上の各点でGPSセンサにて計測した3次元絶対座標データと、前記GPSセンサの前記河川上の各点でのビデオ画像と、水位センサで計測した前記河川の水位データとのそれぞれの入力を受付けて保存する処理と、
    前記ビデオ画像を撮影するために所定場所に設置されたビデオカメラの3次元位置座標及び傾き座標の入力を受付けて保存する処理と、
    前記GPSセンサのタイムスタンプをキーにして、同じ時点毎の前記GPSセンサの3次元絶対座標と前記GPSセンサのビデオ画像上での写真座標と水位とを所定数組みだけひも付けする処理と、
    ひも付けされた所定組数の計測時点毎のGPSセンサの3次元絶対座標、写真座標及び水位と、前記ビデオカメラの設置位置の3次元位置座標及び傾き座標とを用いて、ある水位(H)におけるGPSセンサのカメラ画像上のある写真座標(x,y)から当該GPSセンサの3次元絶対座標(X,Y,Z)を算定する座標変換式(Σ)を求めて保存する処理とをコンピュータに実行させる標定プログラム。
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