JP4822363B2 - 地下水流動兼濁度測定装置 - Google Patents
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Description
ここで、測定装置として、例えば12本の電極を円周上に配置したボーリング孔内測定部の中央部に、地下水と比抵抗の異なる蒸留水をトレーサとして置換し、電極間の抵抗値の変化から地下水の流向流速を測定する装置(特許第1395123号特許公報)が知られている。
また、上記の流向流速測定の際に、推進施工時の周辺井戸水(飲料水)への影響を把握するため施工管理に地下水の「濁り」もリアルタイムに同時に把握できれば、施工時の安全・安心を周辺住民に提供できるとの要望が生じていた。
ここで、濁度の測定の従来技術については、ダブルビーム透過光測定法(吸光光度法)、透過光測定法など一般に知られている。
地下水内での被撮像物の移動状態を撮像手段で撮影し、被撮像物の撮影像から地下水の流速と流向を測定する地下水流動兼濁度測定装置であり、
地下水内での被撮影物の移動状態につき撮影を行なう被撮影箇所に、表面に黒点が形成された基準底板を設け、該基準底板上を流通する地下水の濁度を前記基準底板上における黒点の撮影画像から測定可能とし、
前記地下水の流速と流向の測定と同時に、該地下水の濁度につき測定できる、
ことを特徴とし、
または、
地下水内での被撮像物の移動状態を撮像手段で撮影し、被撮像物の撮影像から地下水の流速と流向を測定する地下水流動兼濁度測定装置であり、
地下水内での被撮影物の移動状態につき撮影を行なう被撮影箇所に、表面に黒点が形成された基準底板を設け、該基準底板上を流通する地下水の濁度を前記基準底板上における黒点を撮影すると共に、該撮影画像をグレー画像に変換してグレー画像数値を求め、該画像数値を予めグレー画像の度合いと濁度との関係を数値化した基準数値表と対比し、該基準数値表の数値に該当した数値により地下水の濁度を測定可能としてなり、
前記地下水の流速と流向の測定と地下水の濁度測定が同時に測定できる、
ことを特徴とし、
または、
地下水内での被撮像物の移動状態を撮像手段で撮影し、被撮像物の撮影像から地下水の流速と流向を測定する地下水流動兼濁度測定装置であり、
地下水内での被撮影物の移動状態につき撮影を行なう被撮影箇所に、表面にカラー点が形成された基準底板を設け、該基準底板上を流通する地下水の濁度を前記基準底板上におけるカラー点をカラー撮影すると共に、該撮影画像からRGB値を求め、求められたRGB値を予めカラー画像のRGB値と濁度及び色合いのとの関係が数値化された基準数値表と対比し、前記基準数値表に該当したRGB値により地下水の濁度及び色合いを測定可能としてなり、
前記地下水の流速と流向の測定と地下水の濁度、色合い測定が同時に測定できる、
ことを特徴とするものである。
画像計測による地下水流動兼濁度測定装置というメリットを最大限に活かし、地下水の流速、流向とともに、地下水の濁りひいては地下水の色合いを同時にリアルタイムに測定でき、もって測定現場における作業量低減と作業低コスト化を実現できるとの優れた効果を奏する。
すなわち、従来は地下水の流動兼濁度測定と地下水の濁度、色合いを別々の測定器を使用して測定する必要があったが、本発明では1台の測定装置で同時にリアルタイムに測定できる。また長期間にわたり撮影画像を取得、保存しておけば、必要の応じて該当地下水の流速測定、流向測定並びに該当地下の濁りや色合いの分析が可能で、該当地下水の詳細なデータ取得が出来るものとなる。
図1に本発明の一実施例である画像計測に基づく地下水流動兼濁度測定装置の構成を示す。
符号1は所定地域の地盤内に掘削されたボーリング孔を示す。該ボーリング孔1内にパッカー19・・等を用いて本実施例による地下水流動兼濁度測定装置が設置される(図1参照)。
符号2は、前記地下水流動兼濁度測定装置の装置本体であり、例えば該装置本体2は内部に空間部を有する円筒状の形状をなしてケース状に構成されている。
そして、この装置本体2内の上部側にはCCDカメラ3がその撮像方向を下側に向けて配置されている。
このCCDカメラ3の下側には地下水が通過する測定部4が設けられる。
該測定部4は装置本体2内と外部とが連通するようフリースペースとして構成され、測定すべき地下水がスムーズに通過できる様に構成されている。すなわち、外周には壁面が設けられていない。したがって、測定部4は、該測定部4の底面と前記装置本体2の間に複数本の棒状支柱17で連結されて支持されて構成されることが多い。
従って前記外筒5が図2に示すように配置されると測定部4は装置本体内2で密閉状態となる様構成される(図2参照)。
近年は外筒5を用いることなく初期値設定を行うのが一般的となっている。例えば、ボーリング孔1を垂直方向に掘削し、この垂直方向に正確に掘削したボーリング孔1内に必ず本装置を設置する構成とし、その状態で初期値の設定を行うとか、または、その上で何回もキャリブレーション(初期値設定作業)を行って正確な初期値設定を行うとかが行われているのである。
さらに、前記基準底板29の中央部には後述する傾斜測定体6の球状係止具9を嵌合固定するべく凹部10が形成される。
測定部4の底面に設けられた前記濁度測定用の基準底板29の略中央部分からはいわゆる振り子式に水平方向へ揺動するよう構成された傾斜測定体6が上方に向かって立設状態にして取り付けられるのである。
そして、測定部4内において該振り子式傾斜測定体6が測定すべき地下水内で水没状態とされたとき、測定部4の底面略中央部分、すなわち基準底板29の中央部分から傾斜測定体6が前記浮子体7の浮力により上方(鉛直方向)に向かって立設された状態となる。
もってこの凹部10に遊嵌した球状係止具9を支点として、浮子体7を先端に接続した傾斜測定体本体8が測定すべき地下水内において地下水の流れによって水平方向に感度よくスムーズに揺動出来る構成とされるのである(図8参照)。
尚、前記の球状係止具9が凹部10から抜出しないように係止片11を凹部上方の近傍位置に取り付けた構成にしても構わない。
この場合にも、前記の球状係止具9が凹部10から抜出しないように係止片11を凹部上方の近傍位置に取り付けた構成にしても構わない(図4参照)。
さらに、図5に示すように凹部10の下側に所定の間隔をあけて磁石18を内設しておけばなおさら抜け出ることはない。
すなわち、前記凹部10から球状係止具9が抜出するおそれがあるのは本装置をボーリング孔1内に設置するときであり、特に測定時にあっては球状係止具が9スムーズに回動できるよう磁力を及ぼさない構成からするのが好ましい。
さらに、図6から理解されるように、該浮子体7は傾斜測定体本体8に対し着脱自在にして取り付けるよう構成することも出来、例えば傾斜測定体本体8の頂面に設けられた雌ねじ孔13に浮子体7の雄ねじ14を螺合して連結できるように構成しても構わない。
従って、例えば、比重が通常の地下水に比べて比較的軽いと思われる地下水測定の場合であっても、当該地下水よりさらに比重の軽い浮子体7に交換すればたえず浮子体7は測定すべき地下水内で浮力を有することになり、これにより傾斜測定体本体8も地下水内で鉛直方向に向かってたえず立設状態とすることが出来る。
また、この光源15は太陽光で形成しても構わないし、人工光で形成しても構わないものである。すなわち、光源15の導線16を光ファイバーケーブル等で構成すれば、地上の太陽光を光源15として使用することも出来る。
なお、図示してはいないが、本発明にあっては光源15を測定部4の上方から下側を照らすよう設けるのが好ましい。すなわち、基準底板24に描写された複数の黒点部分がCCDカメラ3により比較的鮮明に撮影できるよう光源15の設置位置を考慮すべきである。
図から理解されるように、地下水を測定したい箇所に地上から地中に向かう例えば略垂直方向に延びるボーリング孔1を穿設する。そして、そのボーリング孔1内に本装置を下ろして挿入し、収納設置する。
しかして測定すべき個所を決めたら、パッカーを膨張させて装置本体2をボーリング孔1内に固定する。
測定すべき地下水の中で測定部4内の振り子式傾斜測定体6は矢印で示す如く地下水内をその流れに沿って揺動する(図8参照)。
そして、この揺動する浮子体7の頂面に設けられた撮像用マーク12をCCDカメラ3で撮影する。
そして、任意の時点例えばt1、t2、t3・・・・・tnにおいての前記撮影を繰り返し、各時点ごとに撮像用マーク12の像をパソコン23で算出し、各時間ごとに移動方向と移動量を把握することで地下水の流向と流速を求めることができる。
浮子体7の静水状態(密閉状態)での画像上の座標(写真座標)をP0(X0,Y0)とする。
次に、移動量d(t)は次式となる。
浮子体7先端までの長さLである、ある比重の浮子体7と傾斜棒6からなる被撮影物を用いて、さまざまな一様流速における移動量dを実験的に測定し、その測定結果から実験式(3)式を定める。
V=f(d) (3)式
ここで、f(d)は、浮子体7の浮力や傾斜棒6の形状などによって実験的に定まる関数。
すなわち、移動量dと流速Vは非線形の関係にあり、移動量が小さい場合には、移動量の増加に応じて流速の変化量が大きくなるが、移動量がある程度大きくなると、流速が増加しても移動量はあまり大きくならない、という関係にあると考えられる。
このように、浮子体7先端の移動量dは、流速や浮子体7の浮力、傾斜棒6の形状(流体から受ける水平力に関係する)に影響されるため、浮子体7や傾斜棒6の比重や形状を定めた上で、実験的な検討を行い、移動量dと流速Vの関係を把握しておけばよい。
ここで、地下水の流向は、図1に示すように装置本体2に内蔵された方位計20によって、撮影画像上の方位が既知となるため、地下水の流向が測定できる。例えば、図11では、北と取得画像上のY軸正の方向が一致している場合を示している。
まず、水の濁度とは「水の濁り具合を数値で表したもの」を指標するものであり、濁りは、沈泥、粘土、藻、その他のプランクトン、有機物などの細かい非溶解性粒子を含む浮遊物によって発生する。そして、濁度の基準は、通常「精製水1Lの中に1mgのカオリンまたはホルマジンを含むときの濁り」が「濁度1度」とされる。
なお、カオリンを用いた場合とホルマジンを用いた場合とでは、同じ濁度1度にはならず、「度(カオリン)≒0.7×度(ホルマジン)」という関係になる。
濁度の単位については度(カオリン)はmg/Lで表記されることがあり、「度(カオリン)=mg/L」である。度(ホルマジン)もFTU(Forumajin Turbidity Unit)という単位を用いることがある。また、NTU(Nephelometric Turbidity Unit)という単位を使うことがあり、これもまた、「度(カオリン)≒0.7×NTU」として計算することが可能である。
すなわち「NTU = FTU[度(ホルマジン)]」となる。
キャリブレーション図表を作成すべく、事前試験を行う。
すなわち、濁度既知の試薬水33を通して表面に黒点が描写された基準底板29上をCCDカメラ3により撮影する。
まず、前記キャリブレーション図表の作成を行うのであるが、当該作成に際しては、まず、各濁度におけるグレー画像のいわゆるグレー色(濃い色のグレーから薄い色のグレー)の段階的なグレーの違いを表す数値(下記(2)に示す)を検出、特定し、決定しなければならない。
該試験装置32は、CCDカメラ30、測定部31、濁度測定用の前記基準底板29から概ね構成される(図14参照)。
前記測定部31に濁度既知の試薬水33を入れ、該試薬水33を通して前記CCDカメラ30で前記基準底板29上を撮影する。
この様に、各濁度別に試験装置32(図14参照)を用いて、撮影画像を取得していくのである。
ここで濁度10度ならば、「精製水」1Lの中に10mgの「カオリン」を含有させたもの、濁度50度ならば、「精製水」1Lの中に50mgの「カオリン」を含有させたものが用いられる。
したがって、試験装置32の使用前に、予め現場で使用するとされる地下水流動測定兼濁度測定装置における前記CCDカメラ3及び基準底板29間の距離に合わせて、試験装置32の前記CCDカメラ30と前記基準底板29間の距離調整を行っておくものとする。
ここで、いわゆる「濁度1」の状態では、グレー画像の表示は、黒が「0」、白が「255」という数値を示すといわれている。
次いで、「濁度10」では、黒点は黒色として可視されず、若干グレー色に見え、該黒点を数値で示すと「100」程度のとなる。
そして、「濁度100」のときであれば、前記黒点は「200」程度の数値を表示するものとなる。
この様に、各濁度、ここでは「濁度1」、「濁度10」、「濁度50」、「濁度100」における画像の黒点のグレー度合いをグレー画像数値として順次キャリブレーションし、数値化しておくのである。
すなわち、測定現場において、本発明の地下水流動兼濁度測定装置により撮影した画像をグレー画像に変換し、グレーに見える黒点のグレー度合いの数値を算出する。
そして測定現場で得られたグレー画像の数値と上記(2)で求めた、いわゆる基準の数値表と対比し、該当した数値を摘出し、該当する地下水の濁度を求めるのである。
なお、上記の濁度の算定をキャリブレーション図表に基づき用いて測定者が比較し、算定作業を行ってもかまわない。
すなわち、本発明の地下水流動兼濁度測定装置におけるCCDカメラ3によって、現場の地下水を通して撮影した前記濁度測定用底板29の画像を動画撮影して連続的に取得し、例えば、該動画を各フレーム毎に分解すると共に、これらフレーム毎の画像を取得し、これらとキャリブレーション図表を比較し、算定処理することで、連続的な濁度測定を行うことも出来る。
さらに測定された地下水の濁度はハードディスクなどの記憶保存部37で記憶保存でき、またこの濁度はディスプレイなどの表示部38で認識することが出来る。
ここで、「色度」とは水中に含まれる溶解性物質やコロイド性物質が持つ黄褐色の度合いを指す。その色彩成分としては、水に含まれる鉄などの金属やフミン質などがあり、それらにより汚染されている程度を示す。
まず、測定現場での本発明である地下水流動兼濁度測定装置による測定にあたり事前に試験により濁度及び色度を求めるためのキャリブレーション図表を作成する例につき説明する。
まず、濁度に関するキャリブレーション図表の作成を行うのであるが、当該作製に際しては、各濁度におけるカラー画像のいわゆる段階的なカラーの違いを表す数値、すなわち、例えばRGB値(下記(3)に示す)を算定して特定し、決定することでも行える。
まず、前記の実施例と同様に、現場で測定する測定装置と同様な条件(CCDカメラ30から基準底板29までの長さが同じ)にしたキャリブレーション図表作成のための事前試験用試験装置32を用いる。
前記測定部31に濁度既知の試薬水33入れ、該試薬水33を通して前記CCDカメラ30で前記基準底板29上を撮影する。
この際、濁度の異なる濁度既知の試薬水33入れ、該試薬水33を通して前記CCDカメラ30で前記基準底板29上を順次撮影するのである。
ここで、当該濁度測定の場合においては表面部に例えば4箇所にカラー点が設けられたタイプの基準底板29が使用される。
なお、前記カラー点の数、あるいはカラー点の大きさについては本発明において何ら限定されるものではない。
なお、前記試験装置32については、撮影の際、前記CCDカメラ30と前記基準底板29との間の距離を自在に調整できるものが使用される。
しかして、当該キャリブレーション図表の作成に際しては、各色度における所定のカラー画像の例えば、いわゆるRGB値による段階的なカラーの違いを表す数値(下記(3)に示す)を特定し、決定しなければならない。
そのため、本発明である測定装置と同様な条件にした事前試験用の試験装置32を設置する。
前記測定部31に色度既知の試薬水39入れ、該試薬水39通して前記CCDカメラ30で前記基準底板29上を撮影する。
この際、色度の異なる色度既知の試薬水39入れ、該試薬水39通して前記CCDカメラ30で前記基準底板29上を順次撮影するのである。
ここで、色度測定の場合においては表面部に例えば4箇所にカラー点が設けられたタイプの基準底板29が使用される。
なお、前記カラー点の数、あるいはカラー点の大きさについては本発明において何ら限定されるものではない。
ここで色度10度ならば、「精製水」1Lの中に10mgの「白金イオン」及び5mgの「コバルトイオン」を含有させたもの、色度50度ならば、「精製水」1Lの中に50mgの「白金イオン」及び25mgの「コバルトイオン」を含有させたものを用いる。
したがって、試験装置32の使用前に、予め現場で使用するとされる地下水流動兼濁度測定装置における前記CCDカメラ3及び基準底板29間の距離に合わせて、試験装置32の前記カメラ30と前記基準底板29間の距離調整を行っておくものとする。
ここで、カラー画像では例えばRGB値によりカラー画像数値として数値化される。
すなわち、測定現場において、本発明の地下水流動兼濁度測定装置により撮影したカラー画像を、いわゆるRBG値による数値として算定する。
そして測定現場で得られた前記RGB数値と上記(2)で求めたいわゆる基準のRGB数値表と対比し、該当した数値を摘出し、該当する地下水の色度を求めるのである。
なお、上記の色度の算定をキャリブレーション図表を用いて手動で測定者が行うことも出来るが長時間の作業時間を要するものとなる。
また、本発明の測定装置におけるCCDカメラ3によって、現場の地下水を通して撮影した前記基準底板29間の画像を動画画像として取得し、取得した動画画像を連続的に自動処理をすることによって、連続的な色度測定を可能としうる。
すなわち、上記のようにパソコン34内にはCCDカメラ3で撮影された画像を動画データとして連続的に取得部35に取り込み、該取得部35で取り込まれたカラー動画データは、カラー画像数値算定部40によって上記のようにRGB値の数値が算定され、この数値からキャリブレーション図表を用いて、色度算定部42により自動的にかつ連続的に色度が算定できる。
さらに測定された地下水の色度はハードディスクなどの記憶保存部37で記憶保存でき、またこの色度はディスプレイなどの表示部38で認識することが出来る。
尚、図7に示すように、本発明では一例として工場の周辺地域における地下水の流動兼濁度測定を精度よく測定することができ、その精密な測定結果により、地盤環境の保全・修復の観点からの安心、安全な精度の高い影響予測や効果的な対策工の実施が行えるものとなるのである。
2 装置本体
3 CCDカメラ
4 測定部
5 外筒
6 傾斜測定体
7 浮子体
8 傾斜測定体本体
9 球状係止具
10 凹部
11 係止片
12 撮像用マーク
13 雌ねじ孔
14 雄ねじ
15 光源
16 導線
17 棒状支柱
18 磁石
19 パッカー
20 方位計
21 浮子体兼傾斜測定体
22 線状連結部材
23 パソコン
24 取得部
25 移動量算出部
26 流速測定部
27 記憶保存部
28 表示部
29 基準底板
30 CCDカメラ
31 測定部
32 試験装置
33 濁度試薬水
34 パソコン
35 取得部
36 グレー画像数値算定部
37 記憶保存部
38 表示部
39 色度試薬水
40 カラー画像数値算定部
41 濁度算定部
42 色度算定部
Claims (3)
- 地下水内での被撮像物の移動状態を撮像手段で撮影し、被撮像物の撮影像から地下水の流速と流向を測定する地下水流動兼濁度測定装置であり、
地下水内での被撮影物の移動状態につき撮影を行なう被撮影箇所に、表面に黒点が形成された基準底板を設け、該基準底板上を流通する地下水の濁度を前記基準底板上における黒点の撮影画像から測定可能とし、
前記地下水の流速と流向の測定と同時に、該地下水の濁度につき測定できる、
ことを特徴とする地下水流動兼濁度測定装置。
- 地下水内での被撮像物の移動状態を撮像手段で撮影し、被撮像物の撮影像から地下水の流速と流向を測定する地下水流動兼濁度測定装置であり、
地下水内での被撮影物の移動状態につき撮影を行なう被撮影箇所に、表面に黒点が形成された基準底板を設け、該基準底板上を流通する地下水の濁度を前記基準底板上における黒点を撮影すると共に、該撮影画像をグレー画像に変換してグレー画像数値を求め、該画像数値を予めグレー画像の度合いと濁度との関係を数値化した基準数値表と対比し、該基準数値表の数値に該当した数値により地下水の濁度を測定可能としてなり、
前記地下水の流速と流向の測定と地下水の濁度測定が同時に測定できる、
ことを特徴とする地下水流動兼濁度測定装置。
- 地下水内での被撮像物の移動状態を撮像手段で撮影し、被撮像物の撮影像から地下水の流速と流向を測定する地下水流動兼濁度測定装置であり、
地下水内での被撮影物の移動状態につき撮影を行なう被撮影箇所に、表面にカラー点が形成された基準底板を設け、該基準底板上を流通する地下水の濁度を前記基準底板上におけるカラー点をカラー撮影すると共に、該撮影画像からRGB値を求め、求められたRGB値を予めカラー画像のRGB値と濁度及び色合いのとの関係が数値化された基準数値表と対比し、前記基準数値表に該当したRGB値により地下水の濁度及び色合いを測定可能としてなり、
前記地下水の流速と流向の測定と地下水の濁度、色合い測定が同時に測定できる、
ことを特徴とする地下水流動兼濁度色合い測定装置。
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