JP3701859B2 - River observation system - Google Patents

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  • Image Processing (AREA)

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、河川観測システムに関し、特に大雨による土石流や河川の氾濫などの災害に備えて、河川に堆積する土砂を観測する河川観測システムに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
河川に堆積する土砂は、その堆積量や堆積位置によって災害発生に大きな影響を与えるため、土砂の堆積変化量、堆積量さらにはその堆積位置を観測する必要性が指摘されている。また、大水や土石流が発生した場合の土砂の移動を観測することは、その下流で河川構造物を設計し建設する上で重要となる。
従来、このような河川の土砂を観測する場合、係員が現地へ出向いて河原の大きさを測定し、堆積した土砂の量を観測するものとなっていた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のように係員が現地で観測する方法では、その作業負担が大きいため容易に観測することができず、また水位が増加している場合は事故の危険性もあるため、天候が安定しているときに限定され、土砂堆積量が大きく変化するような水位増加の際など、必要に応じて観測できず、またリアルタイムで観測データか得られないという問題点があった。なお、堰の下流に升を設置し、その升に堆積した砂利の量から土砂流量を推定する方法も考えられるが、この方法では土砂がどこにどれだけ堆積したかどのように堆積量が変化したかを観測することができない。
本発明はこのような課題を解決するためのものであり、河川に堆積する土砂を観測でき、また必要なときに観測でき、リアルタイムで観測データが得られる河川観測システムを提供することを目的としている。
【0004】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するために、本発明にかかる河川観測システムは、河川の水位を計測する水位計測手段と、河川に堆積した土砂を河川上方位置から撮像する土砂撮像手段と、この土砂撮像手段により撮像された画像データから土砂と水を区画し、土砂面積を算出する画像処理手段と、土砂の堆積変化量を推定する推定手段とを設け、この推定手段により、水位計測手段および画像処理手段で得られた複数の異なる水位ごとの土砂面積に基づき土砂の堆積変化量を推定するようにしたものである。
【0005】
推定手段では、2つの異なる水位の差とそれぞれの水位における土砂面積の差との積を求めることにより、これら水位間での土砂堆積変化量を推定するようにしてもよく、さらにこれら2つの異なる水位の差とこれら両方の水位で存在しうる土砂の面積との積に、土砂堆積変化量を加算することにより、これら水位間での土砂堆積量を推定するようにしてもよい。
実際の処理を開始するタイミングとしては、水位計測手段で、常時、河川の水位を観測し、その水位の急増に応じて土砂撮像手段での撮像、画像処理手段での土砂面積の算出、および推定手段での土砂堆積変化量を推定を開始するようにしてもよい。
水位計測手段としては、水位撮像手段で河川に立設したマーカと水面とを撮像し、この水位撮像手段で得られた画像データから水位算出手段で水位を算出するようにしてもよい。
【0006】
また、通信回線を介して接続された遠隔地の管理センタと通信を行う通信手段を設け、この通信手段で受信された管理センタからの観測開始指示に応じて、土砂撮像手段での撮像、画像処理手段での土砂面積の算出、および推定手段での土砂堆積変化量の推定を開始するようにしてもよい。
観測装置で得られた観測データについては、少なくとも推定手段で推定された推定結果を含む観測データを、通信回線を介して接続された遠隔地の管理センタへ通信手段により送信するようにしてもよい。
【0007】
【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。
図1は本発明の第1の実施の形態にかかる河川観測システムを示すブロック図、図2は図1の河川観測システムの配置例である。
この河川観測システムには、河川1の水位を計測する超音波水位計4,5と、河川1に堆積する土砂を河川1の上方位置から撮像する土砂撮像カメラ6と、この土砂撮像カメラ6により撮像された画像データから土砂と水を区画して土砂面積を算出し、複数の異なる水位ごとに得られた土砂面積に基づき土砂の堆積変化量ゆ堆積量を推定する観測装置10とが設けられている。
【0008】
図2に示すように、超音波水位計(水位計測手段)4,5は、河川1の岸2に立設されたポール4A,5Aにより、河川1の上方位置に突出して支持されている。この超音波水位計4,5では、超音波を河川1の水面に送出し、その反射波の遅れ時間により水面との距離を算出して水位を計測する。超音波水位計は1つでもよいが、複数設けることにより、それぞれの位置での水位を正確に計測できる。
土砂撮像カメラ6は、河川1の岸2とその対岸3にそれぞれ立設されたポール2A,3Aと、これらポール2A,3Aに架設されたワイヤ(またはアーム)6Aにより河川1の上方位置に支持されている。この土砂撮像カメラ6はワイヤ6Aに吊り下げられており、河川1の平面画像を撮像する。
【0009】
観測装置10は、岸2側に設置されており、超音波水位計4,5からの水位データや土砂撮像カメラ6で撮像された画像データを取り込んで、河川1内に堆積する土砂の堆積量やその変化を観測する。
観測装置10には、超音波水位計4,5からの水位データを取り込む水位取込部11、土砂撮像カメラ6で撮像された画像データを取り込む画像取込部12、土砂撮像カメラ6により撮像された画像データから土砂と水を区画して土砂面積を算出する画像処理部13、取り込んだ水位データや画像データを蓄積する蓄積部14、各種処理に必要なデータを記憶する記憶部15、時間を計測する計時部16、取り込んだ水位データや画像データさらには推定した土砂の堆積量を表示する表示部17、通信回線18Aを介して接続された遠隔地にある河川観測センタなどの管理センタと通信を行う通信部18が設けられている。
【0010】
また観測装置10には、観測装置10の各部を制御する制御部19が設けられている。制御部19には、機能処理手段として、複数の異なる水位ごとに得られた土砂面積に基づき土砂の堆積量を推定する推定手段19Aが設けられている。制御部19は、演算処理装置(CPU)などから構成されており、必要に応じて蓄積部14に予め蓄積されているプログラムを読み出して実行することにより、推定手段19Aとしのて機能を提供する。
画像処理部13については、デジタル信号処理装置(DSP:Digital Signal Processor)を用いてもよく、制御部19の機能処理手段としてプログラム実行により実現してもよい。
【0011】
次に、図3を参照して、河川観測システムの動作を説明する。図3は土砂観測処理を示すフローチャートであり、(a)はデータ取込処理、(b)は土砂堆積量推定処理である。
観測装置10の制御部19では、常時、図3(a)に示すようなデータ取込処理を実行している。まず、水位取込部11を介して超音波水位計4,5からの水位データを取り込み、河川1の水位に異常がないかチェックする。
【0012】
ここで、水位が急増している場合は(ステップ100:YES)、計時部16で計時される所定時間間隔で土砂撮像カメラ6からの画像データを画像取込部12を介して取り込むとともに、水位取込部11を介して超音波水位計4,5からそのときの水位データを取り込み(ステップ101)、蓄積部14へ蓄積する(ステップ102)。
水位が急増しているかどうかの判断としては、水位が記憶部15に予め設定されている所定のしきい値を上回った場合に水位急増と判断してもよく、単位時間当たりの水位変化量が所定のしきい値を上回った場合に水位急増と判断してもよい。なお、水面の波立ちなども考慮して、複数回測定した水位を統計処理、例えば平均化したものを水位データとして蓄積してもよい。この後、通常水位まで低下したことを確認して(ステップ103:YES)、一連のデータ取込処理を終了する。
【0013】
制御部10では、このようなデータ取込処理と並行して、図3(b)に示すような土砂堆積量推定処理を実行する。以下では、異なる2つの水位Ha,Hbにおける画像データを用いて土砂の堆積量を推定する場合を例として説明する。まず、蓄積部14から異なる2つの水位Ha,Hbにおける画像データをそれぞれ読み出す(ステップ110)。そして、これら画像データごとに画像処理部13で、水と土砂とを区画する処理を行い(ステップ111)、堆積している土砂の面積Saを算出する(ステップ112)。例えば、水と土砂とは、画像データの画素濃淡の違いから、微分処理などの公知の画像処理技術を用いて区画できる。また土砂の面積は、画像データ上の面積と実際の面積との比を予め設定しておけばよい。
【0014】
このようにして、画像処理部13において、図4に示すように、水位Haにおける土砂の面積Saが得られる。この処理を水位Haより高い水位Hbにおける画像データについても実行し、図5に示すように、水位Hbにおける土砂の面積Sbを得る。
制御部19の推定手段19Aでは、得られた異なる2つの水位Ha,Hbにおける土砂面積Sa,Sbを用いて、土砂の堆積量を推定する(ステップ113)。
【0015】
図6に土砂堆積量の推定方法を示す。河川1の水位が水位Haから水位Hb(Ha<Hb)まで上昇する間に、土砂の堆積量が増加した場合、土砂の面積がSaからSb(Sa<Sb)へ大きくなる。この土砂の堆積変化量をΔVとすると、水位Hbのときの面積Sa’はわからないが、少なくともSb分の土砂が高さHb−Haだけ堆積していることから、堆積変化量ΔVは、SaとSbの面積の差と水位の差との積で推定できる。
ΔV=(Hb−Ha)×(Sb−Sa)
【0016】
さらに、Sa分の土砂についても、少なくとも高さHb−Haだけ堆積していることからSbと高さHb−Haの積で推定でき、これにΔVを加算すれば、水位Hbにおける土砂堆積量Vを推定できる。
V=(Hb−Ha)×Sa+ΔV
推定した堆積変化量ΔVや土砂堆積量V、さらには水位データ、観測日時、および土砂の堆積位置を含む画像データについては、表示部17で表示出力してもよく、通信部18を介して遠隔地の河川観測センタへ送信するようにしもよい。
【0017】
このように、河川1の水位を計測する超音波水位計4,5と、河川1に堆積した土砂を河川上方位置から撮像する土砂撮像カメラ6とを設け、観測装置10の画像処理部13で、異なる水位ごとに得られた画像データから土砂と水を区画して土砂面積を算出し、制御部19の推定手段19Aで、これら水位ごとの土砂面積に基づき土砂の堆積変化量ΔV、あるいは土砂堆積量Vを推定するようにしたので、従来のように、係員が実測することなく、土砂が河川のどこにどれだけ堆積したかを観測することができ、河川増水時でも事故の危険性を犯すことなく容易に観測できる。
【0018】
また、河川1の水位を常時観測しておき、その水位急増に応じて画像データを取り込むようにしたので、警戒を要するときに自動的に土砂を観測することができる。したがって、係員が常に河川の状況をモニタする必要がなくなる。このことは、河川1の水位が通常水位まで低下した場合に土砂の観測を停止するようにした場合にもあてはまる。
制御部19の動作としては、図3のデータ取込処理と土砂堆積量推定処理とを並列的に実行する場合を例として説明したが、例えば2つの異なる画像データが取り込まれるごとに土砂堆積量を推定するように、データ取込処理と土砂堆積量推定処理とを直列的に実行するようにしてもよい。
【0019】
前述した図6の推定方法では、土砂が柱状に堆積している状態を想定して、堆積変化量ΔVや土砂堆積量Vを推定していることになり誤差が含まれるが、水位Ha,Hbの差を小さくすることにより、その誤差を低減できる。
以上の説明では、河川1の水位が上昇する場合であって、さらに土砂堆積量が変化する場合を例として説明したが、水位が低下する場合にも適用できる。この場合には土砂堆積量はあまり変化しないことから、比較的精度よく土砂堆積量Vを推定できる。
【0020】
水位低下時など、水位変化に応じて土砂堆積量があまり変化しない場合には、土砂面積形状が水位の増加に応じて相似的に変化すると仮定して、堆積した土砂の傾斜部分を含む堆積量を推定できる。
例えば、図6において、水位がHbからHaへ低下し、土砂面積がSbからSa’へ増加した場合を想定する。このときSa’をSbまで画像データ上で徐々に縮小して複数の縮小画像を生成し、それら画像ごとに算出した土砂面積とこれら縮小画像数で分割した水位の単位変化量との積を合計する。これにより、結果として縮小画像を単位として土砂堆積量を積分することができ、堆積した土砂の傾斜部分を含む堆積量を精度よく推定できる。Sa’を縮小する代わりにSbを拡大してもよい。
【0021】
次に、図7,8を参照して、本発明の第2の実施の形態について説明する。図7は第2の実施の形態にかかる河川観測システムを示すブロック図、図8は図7の河川観測システムを示す配置例である。同図において、前述の説明(図1,2)と同じまたは同等部分には同一符号を付してある。
本実施の形態では、河川1の水位を計測する手段として、超音波水位計4,5の代わりに、河川1内に立設された複数のマーカ8と、これらマーカ8と水位との関係を撮像する水位撮像カメラ(水位撮像手段)7と、この水位撮像カメラ7で撮像された画像データから水位を算出する水位算出手段19Bとが設けられている。なお、水位算出部19Bは推定手段19Aと同様にプログラムの実行により機能する制御部19の機能処理手段である。
【0022】
水位撮像カメラ7は、河川1の岸2側に設置されており、水平からわずかな角度をなして、河川1内のマーカと水位とを含む画角を撮像している。マーカ8は、画像データ上で画素濃淡が明確に表現される2つの色を縞模様状に塗布した柱部材から構成されている。
実際に水位を計測する場合には、観測装置10の画像取込部12を介して、水位撮像カメラ7から画像データを取り込み、画像処理部13でマーカ8をパターン認識し、制御部19の水位算出部19Bで、マーカ8の下端位置と基準水位とから水位を算出する。以下、堆積変化量ΔVや土砂堆積量Vの推定処理については、前述と同様であり、ここでの説明は省略する。
【0023】
図9に水位撮像カメラで撮像した画像データ例を示す。河川1内に堆積した土砂9の水位9Aは、その付近に位置するマーカ8での水位8Aとほぼ同じであり、予めマーカ8ごとに基準水位を設定しておくことにより、水位9Aを算出できる。マーカ8については、柱部材に限定されるものではなく、対岸3の護岸ブロックや橋桁に縞模様を塗布したものでもよく、護岸ブロックの代わりに河川1内に存在する大きな岩石に縞模様を塗布したものでもよい。
【0024】
このように、マーカ8と水位撮像カメラ7とで河川1の水位を算出するようにしたので、超音波水位計など高価な設備を要することなく水位を算出でき、システムを安価で実現でき、土石流などによりたびたび被害が生じるような観測地点に適する。なお、本実施の形態では、1つの水位撮像カメラを用いた場合を例として説明したが、水位撮像カメラの台数を制限するものではなく、川幅の広い河川での観測や、画角の狭いカメラを採用した際には、水位撮像カメラを複数台設けてもよく、前述と同様にして水位を算出できる。
【0025】
以上では、河川観測処理を開始するタイミングとして、水位の急増を契機とする場合について説明したが(図3参照)、通信回線18Aを介して接続された遠隔地の管理センタからの観測開始指示を通信部18で受信し、その観測開始指示に応じて、制御部19での河川観測処理、すなわち土砂撮像カメラ6での撮像、画像処理部13での土砂面積の算出、および推定手段19Aでの土砂堆積変化量の推定を開始するようにしてもよい。これにより、遠隔地の管理センタから、必要に応じた任意のタイミングで河川観測を行うことができ、より綿密で有効な河川管理業務を実現できる。
【0026】
また、以上のような河川観測に基づいて推定手段19Aで推定された推定結果、すなわち土砂堆積変化量や土砂堆積量は、観測データとして、通信部18により、通信回線18Aを介して接続された遠隔地の管理センタ(図示せず)へ送信される。送信する観測データとしては、推定結果に加えて、土砂撮像カメラ6や水位撮像カメラ7により河川を撮像して得られた画像データや、超音波水位計4,5や水位撮像カメラ7の画像データから得られた水位を送信してもよい。これにより遠隔地の管理センタで、現地の河川状況をリアルタイムで適切に把握できる。
【0027】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、河川の水位を計測する水位計測手段と、河川に堆積した土砂を河川上方位置から撮像する土砂撮像手段とを設け、この土砂撮像手段により撮像された画像データから土砂と水を区画して土砂面積を算出し、水位計測手段および画像処理手段で得られた複数の異なる水位ごとの土砂面積に基づき土砂の堆積変化量を推定するようにしたので、従来のように、係員が実測することなく、土砂が河川のどこにどれだけ堆積したかを観測することができ、河川増水時でも事故の危険性を犯すことなく容易にかつリアルタイムで観測できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の第1の実施の形態にかかる河川観測システムを示すブロック図である。
【図2】 図1の河川観測システムの配置例である。
【図3】 土砂観測処理を示すフローチャートである。
【図4】 土砂面積算出時の画像データ例(水位Ha)である。
【図5】 土砂面積算出時の画像データ例(水位Hb)である。
【図6】 土砂観測処理例を示す説明図である。
【図7】 本発明の第2の実施の形態にかかる河川観測システムを示すブロック図である。
【図8】 図2の河川観測システムの配置例である。
【図9】 水位算出時の画像データ例である。
【符号の説明】
1…河川、2…岸、3…対岸、4,5…超音波水位計、6…土砂撮像カメラ、7…水位撮像カメラ、8…マーカ、9…土砂、10…観測装置、11…水位取込部、12…画像取込部、13…画像処理部、14…蓄積部、15…記憶部、16…計時部、17…表示部、18…通信部、19…制御部、19A…推定手段、19B…水位算出手段。
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a river observation system, and more particularly to a river observation system for observing sediment deposited in a river in preparation for disasters such as debris flow caused by heavy rain and river flooding.
[0002]
[Prior art]
It has been pointed out that the sediment deposited in rivers has a great influence on the occurrence of disasters depending on the amount and location of the sediment, so it is necessary to observe the amount of sediment change, the amount of sediment, and the location of the sediment. It is important to observe the movement of sediment when large water or debris flows occur in designing and constructing river structures downstream.
Conventionally, when observing sediments of such rivers, a staff member went to the site to measure the size of the riverbank and observe the amount of sediment deposited.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, the conventional method of observing on-site by staff is not easy to observe because of the heavy work load, and there is a risk of an accident when the water level increases, so the weather is stable. However, there is a problem that the observation data cannot be obtained in real time, and the observation data cannot be obtained in real time. It is possible to install a dredging downstream of the weir and estimate the sediment flow rate from the amount of gravel deposited on the dredging, but this method changed how much sediment was deposited and how much. I can't observe it.
The present invention is for solving such problems, and it is an object of the present invention to provide a river observation system that can observe sediment deposited in rivers, can be observed when necessary, and obtain observation data in real time. Yes.
[0004]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve such an object, a river observation system according to the present invention includes a water level measuring unit that measures the water level of a river, a sediment imaging unit that captures sediment deposited in the river from a position above the river, and the sediment imaging. An image processing means for dividing the sediment and water from the image data captured by the means and calculating the sediment area, and an estimation means for estimating the sediment change amount of the sediment are provided. By the estimation means, the water level measuring means and the image processing are provided. The amount of sediment accumulation change is estimated based on the sediment area for each of a plurality of different water levels obtained by the means.
[0005]
The estimating means may estimate the amount of sediment deposition change between these two water levels by obtaining the product of the difference between two different water levels and the difference in the sediment area at each water level. The amount of sediment accumulation between these water levels may be estimated by adding the amount of sediment accumulation change to the product of the difference in water level and the area of sediment that can exist at both water levels.
As the timing for starting actual processing, the water level measurement means always observes the water level of the river, and according to the rapid increase of the water level, the earth and sand imaging means, the image processing means calculates and estimates the sediment area. You may make it start estimation of the sediment accumulation change amount by a means.
As the water level measurement means, the marker and water surface standing on the river may be imaged by the water level imaging means, and the water level may be calculated by the water level calculation means from the image data obtained by the water level imaging means.
[0006]
In addition, a communication unit that communicates with a remote management center connected via a communication line is provided, and in response to an observation start instruction from the management center received by the communication unit, imaging by the earth and sand imaging unit, an image The calculation of the sediment area by the processing means and the estimation of the sediment accumulation change amount by the estimation means may be started.
As for the observation data obtained by the observation device, the observation data including at least the estimation result estimated by the estimation means may be transmitted by the communication means to the remote management center connected via the communication line. .
[0007]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a block diagram showing a river observation system according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is an arrangement example of the river observation system of FIG.
This river observation system includes ultrasonic water level meters 4 and 5 that measure the water level of the river 1, a soil and sand imaging camera 6 that images the sediment deposited in the river 1 from above the river 1, and the earth and sand imaging camera 6. An observation device 10 is provided that calculates the sediment area by dividing the sediment and water from the captured image data, and estimates the sediment change amount and the sediment amount based on the sediment area obtained for each of a plurality of different water levels. ing.
[0008]
As shown in FIG. 2, the ultrasonic water level gauges (water level measuring means) 4 and 5 are supported by poles 4 </ b> A and 5 </ b> A standing on the bank 2 of the river 1 so as to protrude above the river 1. The ultrasonic water level meters 4 and 5 send ultrasonic waves to the water surface of the river 1, calculate the distance from the water surface based on the delay time of the reflected waves, and measure the water level. Although one ultrasonic water level meter may be provided, the water level at each position can be accurately measured by providing a plurality of ultrasonic water level meters.
The earth and sand imaging camera 6 is supported at a position above the river 1 by poles 2A and 3A erected on the shore 2 and the opposite shore 3 of the river 1 and wires (or arms) 6A installed on these poles 2A and 3A. Has been. This earth and sand imaging camera 6 is suspended from the wire 6A and captures a planar image of the river 1.
[0009]
The observation device 10 is installed on the shore 2 side, takes in water level data from the ultrasonic water level gauges 4 and 5 and image data taken by the earth and sand imaging camera 6, and deposits of sediment deposited in the river 1. Observe the change.
The observation device 10 is picked up by a water level take-in unit 11 for taking in water level data from the ultrasonic water level gauges 4 and 5, an image take-in unit 12 for taking in image data taken by the earth and sand imaging camera 6, and the earth and sand imaging camera 6. The image processing unit 13 that calculates the sediment area by dividing the sediment and water from the obtained image data, the storage unit 14 that accumulates the captured water level data and image data, the storage unit 15 that stores data necessary for various processes, and the time Communicating with a timekeeping unit 16 for measuring, a display unit 17 for displaying the captured water level data and image data, and the estimated amount of sediment accumulation, and a management center such as a river observation center in a remote location connected via a communication line 18A A communication unit 18 is provided.
[0010]
The observation device 10 is provided with a control unit 19 that controls each unit of the observation device 10. The control unit 19 is provided with an estimation unit 19A that estimates the sediment accumulation amount based on the sediment area obtained for each of a plurality of different water levels as a function processing unit. The control unit 19 is configured by an arithmetic processing unit (CPU) or the like, and provides a function as the estimation unit 19A by reading and executing a program stored in advance in the storage unit 14 as necessary. .
The image processing unit 13 may be a digital signal processor (DSP) or may be realized by executing a program as a function processing unit of the control unit 19.
[0011]
Next, the operation of the river observation system will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a flowchart showing the sediment observation process, where (a) is a data acquisition process and (b) is a sediment accumulation amount estimation process.
The control unit 19 of the observation apparatus 10 always executes a data capture process as shown in FIG. First, the water level data from the ultrasonic water level gauges 4 and 5 is taken in via the water level taking-in part 11, and it checks whether there is any abnormality in the water level of the river 1.
[0012]
Here, when the water level is increasing rapidly (step 100: YES), the image data from the earth and sand imaging camera 6 is captured via the image capturing unit 12 at a predetermined time interval timed by the time measuring unit 16, and the water level is also measured. Water level data at that time is taken in from the ultrasonic water level gauges 4 and 5 via the take-in part 11 (step 101) and accumulated in the accumulation part 14 (step 102).
As a determination of whether the water level has increased rapidly, it may be determined that the water level has increased rapidly when the water level exceeds a predetermined threshold value preset in the storage unit 15, and the amount of change in the water level per unit time may be determined. It may be determined that the water level has suddenly increased when a predetermined threshold value is exceeded. In consideration of the undulation of the water surface, the water level measured a plurality of times may be statistically processed, for example, averaged data may be accumulated as water level data. Thereafter, it is confirmed that the water level has dropped to the normal water level (step 103: YES), and the series of data fetching processes is terminated.
[0013]
The control unit 10 executes a sediment accumulation amount estimation process as shown in FIG. 3B in parallel with such a data fetch process. Below, the case where the accumulation amount of earth and sand is estimated using the image data in two different water levels Ha and Hb is demonstrated as an example. First, image data at two different water levels Ha and Hb are read from the storage unit 14 (step 110). Then, for each of these image data, the image processing unit 13 performs a process of partitioning water and earth and sand (step 111), and calculates the area Sa of the accumulated earth and sand (step 112). For example, water and earth and sand can be partitioned using a known image processing technique such as differential processing based on the difference in pixel density of image data. The area of the earth and sand may be set in advance by the ratio of the area on the image data to the actual area.
[0014]
In this manner, the image processing unit 13 obtains the earth and sand area Sa at the water level Ha as shown in FIG. This processing is also executed for image data at a water level Hb higher than the water level Ha, and as shown in FIG. 5, the area Sb of earth and sand at the water level Hb is obtained.
The estimation means 19A of the control unit 19 estimates the amount of sediment deposited using the obtained sediment areas Sa and Sb at two different water levels Ha and Hb (step 113).
[0015]
FIG. 6 shows a method for estimating the amount of sediment. When the amount of sediment increases while the water level of the river 1 rises from the water level Ha to the water level Hb (Ha <Hb), the area of the earth and sand increases from Sa to Sb (Sa <Sb). Assuming that the amount of sediment change of the sediment is ΔV, the area Sa ′ at the water level Hb is not known, but since at least Sb of sediment is deposited by the height Hb−Ha, the deposition variation amount ΔV is Sa and It can be estimated by the product of the difference in Sb area and the difference in water level.
ΔV = (Hb−Ha) × (Sb−Sa)
[0016]
Furthermore, since the sediment of Sa is also accumulated at least by the height Hb-Ha, it can be estimated by the product of Sb and the height Hb-Ha, and if ΔV is added to this, the sediment deposition amount V at the water level Hb Can be estimated.
V = (Hb−Ha) × Sa + ΔV
Image data including the estimated deposition change amount ΔV, sediment deposition amount V, water level data, observation date and time, and sediment deposition position may be displayed on the display unit 17 or remotely via the communication unit 18. It may be transmitted to the local river observation center.
[0017]
As described above, the ultrasonic water level meters 4 and 5 that measure the water level of the river 1 and the earth and sand imaging camera 6 that images the sediment deposited on the river 1 from the upper position of the river are provided. Then, the sediment and water are divided from the image data obtained for each different water level, the sediment area is calculated, and the estimation means 19A of the control unit 19 calculates the sediment accumulation change ΔV based on the sediment area for each water level, or the sediment. Since the amount of sedimentation V is estimated, it is possible to observe where and how much sediment has accumulated in the river without actually measuring it, as in the past. It can be observed easily without any problems.
[0018]
Moreover, since the water level of the river 1 is always observed and the image data is captured in response to the rapid increase of the water level, the earth and sand can be automatically observed when warning is required. This eliminates the need for the attendant to constantly monitor the river situation. This is also true when the observation of earth and sand is stopped when the water level of the river 1 drops to the normal water level.
The operation of the control unit 19 has been described as an example in which the data acquisition process and the sediment accumulation amount estimation process of FIG. 3 are executed in parallel. For example, each time two different image data are captured, the sediment accumulation amount So that the data acquisition process and the sediment accumulation amount estimation process may be executed in series.
[0019]
In the estimation method of FIG. 6 described above, the accumulation change amount ΔV and the sediment accumulation amount V are estimated on the assumption that the sediment is deposited in a columnar shape, and errors are included, but the water levels Ha, Hb By reducing the difference, the error can be reduced.
In the above description, the case where the water level of the river 1 rises and the amount of sediment accumulation changes is described as an example, but the present invention can also be applied to the case where the water level falls. In this case, since the sediment accumulation amount does not change much, the sediment accumulation amount V can be estimated with relatively high accuracy.
[0020]
If the amount of sediment deposited does not change very much with changes in the water level, such as when the water level drops, the amount of sediment that includes the sloped portion of the accumulated sediment is assumed assuming that the shape of the sediment area changes in a similar manner as the water level increases. Can be estimated.
For example, in FIG. 6, it is assumed that the water level has decreased from Hb to Ha and the earth and sand area has increased from Sb to Sa ′. At this time, Sa ′ is gradually reduced to Sb on the image data to generate a plurality of reduced images, and the product of the earth and sand area calculated for each of the images and the unit change amount of the water level divided by the number of the reduced images is added up. To do. As a result, the sediment accumulation amount can be integrated in units of reduced images, and the accumulation amount including the inclined portion of the accumulated sediment can be accurately estimated. Instead of reducing Sa ′, Sb may be enlarged.
[0021]
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 7 is a block diagram showing a river observation system according to the second embodiment, and FIG. 8 is an arrangement example showing the river observation system of FIG. In the figure, the same or equivalent parts as those described above (FIGS. 1 and 2) are denoted by the same reference numerals.
In this embodiment, as means for measuring the water level of the river 1, instead of the ultrasonic water level gauges 4 and 5, a plurality of markers 8 standing in the river 1 and the relationship between these markers 8 and the water level are expressed. A water level imaging camera (water level imaging means) 7 for imaging and a water level calculation means 19B for calculating the water level from image data captured by the water level imaging camera 7 are provided. The water level calculation unit 19B is a function processing unit of the control unit 19 that functions by executing a program in the same manner as the estimation unit 19A.
[0022]
The water level imaging camera 7 is installed on the shore 2 side of the river 1 and images a field angle including a marker in the river 1 and the water level at a slight angle from the horizontal. The marker 8 is composed of a column member in which two colors whose pixel shades are clearly expressed on the image data are applied in a striped pattern.
When the water level is actually measured, image data is taken from the water level imaging camera 7 via the image taking unit 12 of the observation apparatus 10, the marker 8 is pattern-recognized by the image processing unit 13, and the water level of the control unit 19 is recognized. The calculation unit 19B calculates the water level from the lower end position of the marker 8 and the reference water level. Hereinafter, the estimation process of the accumulation change amount ΔV and the sediment accumulation amount V is the same as described above, and a description thereof will be omitted here.
[0023]
FIG. 9 shows an example of image data captured by a water level imaging camera. The water level 9A of the sediment 9 deposited in the river 1 is substantially the same as the water level 8A at the marker 8 located in the vicinity thereof, and the water level 9A can be calculated by setting a reference water level for each marker 8 in advance. . The marker 8 is not limited to the pillar member, but may be a striped pattern applied to the revetment block or bridge girder on the opposite bank 3, and a striped pattern is applied to a large rock existing in the river 1 instead of the revetment block. You may have done.
[0024]
Thus, since the water level of the river 1 is calculated by the marker 8 and the water level imaging camera 7, the water level can be calculated without requiring expensive equipment such as an ultrasonic water level meter, the system can be realized at low cost, and debris flow Suitable for observation points where damage is often caused by In this embodiment, the case where one water level imaging camera is used has been described as an example. However, the number of water level imaging cameras is not limited, and observation in a river with a wide river width or a camera with a narrow angle of view is possible. When is adopted, a plurality of water level imaging cameras may be provided, and the water level can be calculated in the same manner as described above.
[0025]
In the above, the case where the water level suddenly increases is described as the timing for starting the river observation process (see FIG. 3), but the observation start instruction from the remote management center connected via the communication line 18A is given. In response to the observation start instruction received by the communication unit 18, river observation processing in the control unit 19, that is, imaging with the earth and sand imaging camera 6, calculation of the earth and sand area in the image processing unit 13, and estimation means 19A The estimation of the sediment accumulation change amount may be started. As a result, river observation can be performed from a remote management center at an arbitrary timing as necessary, and more detailed and effective river management work can be realized.
[0026]
In addition, the estimation results estimated by the estimating means 19A based on the river observation as described above, that is, the sediment accumulation change amount and the sediment accumulation amount are connected as observation data by the communication unit 18 via the communication line 18A. It is transmitted to a remote management center (not shown). As observation data to be transmitted, in addition to the estimation results, image data obtained by imaging a river with the earth and sand imaging camera 6 and the water level imaging camera 7, and image data of the ultrasonic water level gauges 4 and 5 and the water level imaging camera 7 The water level obtained from may be transmitted. This enables the remote management center to properly grasp the local river situation in real time.
[0027]
【The invention's effect】
As described above, the present invention is provided with water level measuring means for measuring the water level of a river and earth and sand imaging means for imaging the sediment deposited on the river from above the river, and image data captured by the earth and sand imaging means. The sediment area is calculated by dividing the sediment and water from the ground, and the sediment accumulation change amount is estimated based on the sediment area for each of the different water levels obtained by the water level measurement means and the image processing means. In this way, it is possible to observe how much sediment has accumulated in the river without actual measurement by the staff, and it is possible to observe easily and in real time without violating the danger of an accident even when the river is flooded.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a river observation system according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an arrangement example of the river observation system of FIG.
FIG. 3 is a flowchart showing sediment observation processing.
FIG. 4 is an example of image data (water level Ha) when calculating the sediment area.
FIG. 5 is an example of image data (water level Hb) when calculating the sediment area.
FIG. 6 is an explanatory diagram showing an example of sediment observation processing.
FIG. 7 is a block diagram showing a river observation system according to a second embodiment of the present invention.
8 is an arrangement example of the river observation system of FIG.
FIG. 9 is an example of image data at the time of water level calculation.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... River, 2 ... Bank, 3 ... Opposite bank, 4, 5 ... Ultrasonic water level meter, 6 ... Sediment imaging camera, 7 ... Water level imaging camera, 8 ... Marker, 9 ... Sediment, 10 ... Observation device, 11 ... Water level taking Capture unit, 12 ... Image capture unit, 13 ... Image processing unit, 14 ... Accumulation unit, 15 ... Storage unit, 16 ... Timing unit, 17 ... Display unit, 18 ... Communication unit, 19 ... Control unit, 19A ... Estimation means , 19B ... Water level calculation means.

Claims (7)

河川の水位を計測する水位計測手段と、
河川に堆積した土砂を河川上方位置から撮像する土砂撮像手段と、
この土砂撮像手段により撮像された画像データから土砂と水を区画し、土砂面積を算出する画像処理手段と、
前記水位計測手段および画像処理手段で得られた複数の異なる水位ごとの土砂面積に基づき土砂の堆積変化量を推定する推定手段とを備えることを特徴とする河川観測システム。
A water level measuring means for measuring the water level of the river;
Sediment imaging means for imaging sediment deposited in the river from above the river,
Image processing means for dividing the earth and sand from the image data imaged by the earth and sand imaging means and calculating the earth and sand area;
A river observation system comprising: estimation means for estimating a sediment accumulation change amount based on soil area for each of a plurality of different water levels obtained by the water level measurement means and the image processing means.
請求項1記載の河川観測システムにおいて、
前記推定手段は、2つの異なる水位の差とそれぞれの水位における土砂面積の差との積を求めることにより、これら水位間での土砂堆積変化量を推定することを特徴とする河川観測システム。
In the river observation system according to claim 1,
The estimation means estimates a sediment accumulation change amount between these water levels by obtaining a product of a difference between two different water levels and a difference in sediment area at each water level.
請求項2記載の河川観測システムにおいて、
前記推定手段は、前記2つの異なる水位の差とこれら両方の水位で存在しうる土砂の面積との積に、前記土砂堆積変化量を加算することにより、これら水位間での土砂堆積量を推定することを特徴とする河川観測システム。
In the river observation system according to claim 2,
The estimation means estimates the amount of sediment deposition between these two water levels by adding the amount of sediment deposition change to the product of the difference between the two different water levels and the area of sediment that can exist at both water levels. A river observation system characterized by
請求項1記載の河川観測システムにおいて、
前記水位計測手段で、常時、河川の水位を観測し、その水位の急増に応じて前記土砂撮像手段での撮像、前記画像処理手段での土砂面積の算出、および前記推定手段での土砂堆積変化量の推定を開始する制御手段をさらに備えることを特徴とする河川観測システム。
In the river observation system according to claim 1,
The water level measurement means always observes the water level of the river, and according to the rapid increase of the water level, the earth and sand image pickup means picks up the image, the image processing means calculates the sediment area, and the estimation means changes the sediment accumulation. A river observation system further comprising control means for starting estimation of the quantity.
請求項1記載の河川観測システムにおいて、
前記水位計測手段は、河川に立設したマーカと水面とを撮像する水位撮像手段と、この水位撮像手段で得られた画像データから水位を算出する水位算出手段からなることを特徴とする河川観測システム。
In the river observation system according to claim 1,
The water level measurement means comprises a water level imaging means for imaging a marker and a water surface standing on a river, and a water level calculation means for calculating a water level from image data obtained by the water level imaging means. system.
請求項1記載の河川観測システムにおいて、
通信回線を介して接続された遠隔地の管理センタと通信を行う通信手段と、
前記通信手段で受信された前記管理センタからの観測開始指示に応じて、前記土砂撮像手段での撮像、前記画像処理手段での土砂面積の算出、および前記推定手段での土砂堆積変化量の推定を開始する制御手段とをさらに備えることを特徴とする河川観測システム。
In the river observation system according to claim 1,
A communication means for communicating with a remote management center connected via a communication line;
In response to an observation start instruction from the management center received by the communication unit, imaging by the sediment imaging unit, calculation of sediment area by the image processing unit, and estimation of sediment accumulation change amount by the estimation unit A river observation system further comprising a control means for starting the operation.
請求項1記載の河川観測システムにおいて、
少なくとも前記推定手段で推定された推定結果を含む観測データを、通信回線を介して接続された遠隔地の管理センタへ送信する通信手段をさらに備えることを特徴とする河川観測システム。
In the river observation system according to claim 1,
A river observation system further comprising communication means for transmitting observation data including at least the estimation result estimated by the estimation means to a remote management center connected via a communication line.
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