JP7344415B1 - 水門監視制御装置、水門監視システム、水門監視方法及び水門監視方法をコンピュータに実行させるコンピュータプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】水門においてゲート下に留まり、ゲート閉鎖を妨げる異物を検出し、ゲート閉鎖の信頼性を高めることができる水門監視装置を提供する。【解決手段】河川または水路の流れ方向に沿う複数の位置を撮影するカメラ２１ａ、２１ｂ、２１ｃによって撮影された複数の画像を取得するネットワーク通信部１１７、水の流れ方向を示す流向情報を取得する流速・流向計１７、流向情報から画像の時系列を判定し、先に撮影された画像と後に撮像された画像とを比較して異物の異同を判定して河川または水路を流れる異物を検出する異物検出部１１１と、検出された異物の河川または水路における位置及び時刻に基づいて、異物の流速を算出する異物流速算出部１１３と、算出された異物流速に基づいて、異物が水門３のゲート１３を閉じる障害になり得るか否かを判定する障害判定部１１５と、により水門監視装置を構成する。【選択図】図２

Description

本発明は、水門監視制御装置、水門監視システム、水門監視方法及び水門監視方法をコンピュータに実行させるコンピュータプログラムに関する。

近年、気候変動に伴う降雨量の増加等による水災害が多発化する傾向にある。令和元年東日本台風（台風19号）においては、水門のゲートが閉鎖されず、増水した河川水が下水道に逆流して市街地に溢れる等の浸水被害が発生している。また、ゲート等の操作は、暴風雨下での操作となるため、操作員の安全対策も必要である。さらに、現在、このような操作員の高齢化が進行し、その確保が課題となっていることから、操作に係る作業の負荷軽減も求められている。

上記の点に鑑みてなされた技術が、例えば、特許文献１、特許文献２に記載されている。特許文献１に記載の「津波及び／または高潮警報時の閉門方法及びそのシステム」は、門制御装置に周辺監視カメラ、門扉監視装置、警告装置、門駆動装置等を通信手段により接続して構成される。そして、特許文献１には、操作員が監視カメラで異物の状況を確認し、異物が問題なければ閉門指示を出し、問題になる異物が確認された場合、その異物を排除するように現地に指示するか、異物が通過するのを待って閉門指示を出すことが記載されている。また、特許文献２に記載の防水設備の緊急閉鎖制御システムは、水門の岸の左右に設けられた監視用テレビカメラを含んでいる。特許文献２に記載の画像処理回路は、テレビカメラによって撮影された画像を画像処理して解析する。そして、船舶が通過航行していないと判断された場合、水門は緊急閉鎖されることが記載されている。

特開２００３－２７８１２２号公報 特開２００７－３３２５３４号公報

上記した特許文献１、特許文献２は、いずれも水門付近の異物が水門を通過することを前提にし、異物の検知及び異物通過を待って水門を閉鎖するようにしている。しかしながら、小型ゲートと言われる扉体面積１０ｍ²未満の樋門等においては、樋門（水門）のゲート付近に異物が引っかかる。あるいは砂等が堆積してゲートの閉鎖を妨げる可能性がある。このような異物は、水門付近で水面を上方から、あるいは水中を撮影するカメラ等により検出することが考えられる。ただし、水路内の水は、特に降雨量が多い状況下にあっては濁り、カメラが異物を検出するために充分鮮明な画像を撮影することが困難になる。

本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、水門においてゲート下に留まり、ゲート閉鎖を妨げる異物を検出し、ゲート閉鎖の信頼性を高めることができる水門監視装置、水門監視方法及び水門監視方法及び水門監視方法をコンピュータに実行させるコンピュータプログラムを提供する。

上記目的を達成するために本発明の一形態の水門監視装置は、河川または水路に設けられた水門を監視する水門監視装置であって、河川または水路の流れ方向に沿う複数の位置を撮影する複数のカメラによって撮影された複数の画像を取得する画像取得部と、河川または水路における水の流れ方向を示す流向情報を取得する流向情報取得部と、画像取得部によって取得された複数の画像から、河川または水路を流れる異物を検出する異物検出部と、異物検出部によって検出された異物の河川または水路における位置及び時刻に基づいて、異物の流速である異物流速を算出する異物流速算出部と、異物流速算出部によって算出された異物流速に基づいて、異物が水門のゲートを閉じる障害になり得るか否かを判定する障害判定部と、を含み、異物検出部は、流向情報に基づいて、画像の時系列を判定し、この判定に基づく先に撮影された画像と、後に撮像された画像とを比較して異物の異同を判定する。

本発明の一形態の水門監視システムは、河川または水路に設けられた水門を監視する水門監視システムであって、河川または水路の流れ方向に沿う複数の位置を撮影する複数のカメラと、河川または水路における水の流れ方向を示す流向情報を取得する流向情報取得部と、複数のカメラによって撮影された複数の画像から、河川または水路を流れる異物を検出する異物検出部と、異物検出部によって検出された異物の河川または水路における位置及び時刻に基づいて、異物の流速である異物流速を算出する異物流速算出部と、異物流速算出部によって算出された異物流速に基づいて、異物が水門のゲートを閉じる障害になり得るかを判定する障害判定部と、異物が水門のゲートを閉じる障害になり得ると障害判定部が判定した場合、水門のゲートを１回以上開閉するように駆動するゲート駆動部と、を含み、異物検出部は、流向情報に基づいて、画像の時系列を判定し、この判定に基づく先に撮影された画像と、後に撮像された画像とを比較して異物の異同を判定する。

本発明の一態様の水門監視方法は、河川または水路に設けられた水門を監視する水門監視方法であって、画像取得部が、河川または水路の流れ方向に沿う複数の位置を撮影する複数のカメラによって撮影された複数の画像を取得する工程と、流向情報取得部が、河川または水路における水の流れ方向を示す流向情報を取得する工程と、異物検出部が、取得された複数の画像から、河川または水路を流れる異物を検出する工程と、異物流速算出部が、検出された異物の河川または水路における位置及び時刻に基づいて、異物の流速である異物流速を算出する工程と、
障害判定部が、異物流速に基づいて、異物が水門のゲートを閉じる障害になり得るか否かを判定する工程と、を含み、異物検出部は、異物を検出する工程において、流向情報に基づいて、画像の時系列を判定し、この判定に基づく先に撮影された画像と、後に撮像された画像とを比較して異物の異同を判定する。

本発明の一態様の水門監視方法をコンピュータに実行させるコンピュータプログラムは、上記水門監視方法をコンピュータに実行させる。

以上の形態によれば、水門においてゲート下に留まり、ゲート閉鎖を妨げる異物を検出し、ゲート閉鎖の信頼性を高めることができる。

本実施形態の水門監視システムを説明するための模式図である。 図１に示した制御盤の詳細を説明するための模式的なブロック図である。 （ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は、異物検出部によって検出される異物を説明するための模式図である。 （ａ）、（ｂ）は、異物の判定処理を説明するためのサブルーチンを説明するための図である。 平水時の水門の状態を示す模式図である。 平水時の水門監視システムにおいて行われる動作を説明するためのフローチャートである。 水門監視システムの異物の除去を説明するための模式図である。 洪水・高潮時の水門の状態を説明するための模式図である。 図８に続く洪水・高潮時の水門３の状態を説明するための模式図である。 図９に続く洪水・高潮時の水門３の状態を説明するための模式図である。 洪水・高潮時に水門監視システムにおいて行われる動作を説明するためのフローチャートである。 地震・津波の可能性がある場合の水門の状態を説明するための模式図である。 図１２に続く地震・津波の可能性がある場合の水門３の状態を説明するための模式図である。 図１３に続く地震・津波の可能性がある場合の水門の状態を説明するための模式図である。 地震・津波の可能性がある場合に水門監視システム１において行われる動作を説明するためのフローチャートである。

以下、本発明の一実施形態の水門監視装置、水門監視システム、水門監視方法について説明する。本実施形態で使用する図面にいては、同一の部材を同一の符号を付し、その説明の一部を略すこともある。また、図面は、本実施形態の説明や理解を助けることを目的にし、その具体的な形状、縦横比、スケール感を正確に示すものとは限らない。本明細書において、「河川」は、水の地形であって、自然現象により形成されたものを指す。また、「水路」は、水の通り道であって、人工的に構築されたものを指し、水路は、主に船舶による物資の運搬を目的とし、河川を結ぶ水路である「運河」を含む。また、本明細書において、「水門」は、堤防の中に水路を通して構築された樋管に設けられる「樋門」を含む。

［水門監視システム］
図１は、本実施形態の水門監視システム１を説明するための模式図であって、水路の流れ方向に沿う断面図である。水門監視システム１は、本川４Aと、支川４Ｂとの間に設けられた水門３を監視する。図１において、水は本川４Ａから矢線ｄ₁の方向に流れて支川４Ｂに流れ込む。本実施形態の支川４Ｂは、堤防２内を通る樋管（水路）であって、本川４Ａは支川４Ｂよりも幅広の河川とする。堤防２よりも支川４Ｂの側は市街地Ｃである。本実施形態でいう河川または水路の流れ方向は、本川４Ａ及び支川４Ｂの流れ方向であり、本川４Ａと支川４Ｂ間の流れ方向は両者の水位によって変化し、本川４Ａ、支川４Ｂの上面視が直線状でない限り、本川４Ａの流れ方向、支川４Ｂの流れ方向は流路の形状と位置とに応じて変化する。

ただし、本実施形態の水門監視システムは、河川と水路との間に適用されることに限定されず、水路と水路、河川と河川の間の水門に適用することができる。さらに、水路は、堤防２を通る樋管に限定されず、断面がＵ字形状を有するものであってもよい。

水門３は、支川４Ｂの流入交口の流れ方向と交差する方向、例えば支川４Ａをまたぐように配置され、ゲート１３が開閉して本川４Ａから支川４Ｂに向かう水を流す、あるいはせき止めている。水門３は、ゲート１３を開閉可能に支持するゲート支持部１４を備えている。

水門監視システム１は、水路の流れ方向に沿う複数の位置を撮影する複数のカメラ２１ａ、２１ｂ、２１ｃと、水門監視システム１の全体を制御する制御盤１１と、を備えている。カメラ２１ａは、堤防２の下方から支川４Ｂの上面の撮影範囲Ｒ₁を撮影するカメラであり、カメラ２１ｃは、本川４Ａにおける、水門３から最も遠い範囲Ｒ₃を撮影するカメラである。カメラ２１ｂは、撮影範囲Ｒ₁とＲ₃との間であって、ゲート１３を含む撮影範囲Ｒ₂を撮影するカメラである。ただし、水門監視システム１は、カメラ２１ａ、２１ｂ、２１ｃの他、本川４Ａ、支川４Ｂのさらに広い範囲を撮影するカメラを備えてもよい。カメラによる撮影範囲の最小範囲は、凡そ１０ｍから３０ｍであってもよい。

また、水門監視システム１は、本川４Ａの水位を計測する外水位計１５、支川４Ｂの水位を計測する内水位計１９、支川４Ｂにおける水の流れの速さ及び向きを計測する流速・流向計１７を備えている。外水位計１５、内水位計１９は、例えば、超音波水位センサや電波センサであってもよい。流速・流向計１７は、固定式の電波流速計であってもよいし、支川４Bの深さ方向に延出する軸に圧力センサを軸方向に複数固定し、圧力センサが計測した圧力から支川４Bにおける水流速を計測するものであってもよい。ゲート１３がわずかに開いている場合、ゲート１３の下方で水が流れ、上方で水の流れが阻止される。圧力センサによれば、このような水の流れの相違を検出し、ゲート１３が完全に閉じていないことを検出することができる。

さらに、水門監視システム１は、必要に応じて警報、あるいは警告を発するスピーカ２３、ライト２５を備えている。スピーカ２３は、例えば、「避難してください」等の言葉によって表される音声を出力してもよいし、サイレン音を出力してもよい。ライト２５は、赤色灯であってもよいし、「危険」等の文字を表示する表示等であってもよい。

［水門監視装置］
図２は、図１に示した制御盤１１において行われる処理の詳細を説明するための模式的なブロック図である。制御盤１１は、本実施形態の水門監視装置に相当し、処理の一部をクラウドシステムＣＳを利用して行っている。本実施形態の水門監視装置は、制御盤１１と、制御盤１１と協働するクラウドシステムＣＳとを含む。クラウドシステムＣＳは、複数のカメラ２１ａ、２１ｂ、２１ｃによって撮影された複数の画像から、水路を流れる異物を検出する異物検出部１１１と、異物検出部１１１によって検出された異物の河川または水路における位置及び時刻に基づいて、異物の流速（以下、「異物流速」と記す）を算出する異物流速算出部１１３と、異物流速算出部１１３によって算出された異物の異物流速に基づいて、異物が水門３のゲートを閉じる障害になり得るか否かを判定する障害判定部１１５と、を備えている。

また、クラウドシステムＣＳは、カメラ２１ａ、２１ｂ、２１ｃから送られてくる画像データａ、ｂ、ｃ、及び内水位計１５、外水位計１９及び流速・流向センサ１７から送られてくる計測データを受信し、処理の結果を制御盤１１に送信するネットワーク通信部１１８、データを処理の順番に合せて一時的に保存するバッファリング部１２０を備えている。このような構成は、プログラム等のソフトウェアと、これを動作させるＣＰＵ（Central Processor Unit）やメモリといったハードウェアとを含む。

一方、本実施形態の制御盤１１は、ライト２５、スピーカ２３を含む警報装置群やゲート駆動ドライバ２０に制御信号を送信する信号送信部１１９を備えている。制御信号は、音声再生機器のオン信号であってもよく、ゲート１３を上下動させる電動モータのオン信号であってもよい。さらに、制御盤１１は、ネットワーク回線を通じてクラウドシステムCＳと通信するネットワーク通信部１１７を備えてもいる。制御盤１１は、以上の構成を含め、水門監視装置を統括的に制御する中央処理制御部１１０を備えている。ネットワーク通信部１１７、信号送信部１１９は、中央処理制御部１１０によって制御されるハードウェアの構成である。

制御盤１１を組み込む水門監視システム１は、異物が水門３のゲート１３を閉じる障害になり得ると障害判定部１１５が判定した場合、水門３のゲート１３を繰り返し開閉するように駆動するゲート駆動ドライバ２０を含む。ゲート駆動ドライバ２０は、本実施形態のゲート駆動部として機能する。

水門監視システム１は、風力発電に、太陽光発電よって発生した電力の少なくとも一方を蓄電する蓄電池３０を含む。蓄電池３０は、ゲート１３の開閉機や外水位計１５、内水位計１９、流速・流向計１７、カメラ２１ａ等の水門監視システム全体に電力を供給するようにしてもよい。水門監視システム１は商用電源から離れた位置に設けられることから、電力の供給は蓄電池から行われる。河川等の付近には強い風が吹く、また太陽を遮る構造物が少ないことから、本実施形態は、風力や太陽光を利用して発電し、蓄電池３０に蓄積することに想到した。

クラウドシステムＣＳは、カメラ２１ａ、２１ｂ、２１ｃが撮影した画像データａ、ｂ、ｃを順次入力する。画像データａ、ｂ、ｃの入力は、例えば、カメラ２１ａ、２１ｂ、２１ｃがネットワーク回線と接続する通信装置を備え、撮影した画像をクラウドシステムＣＳに送信することによって実現できる。画像データａ、ｂ、ｃには、画像データａ、ｂ、ｃを撮影したカメラ２１ａ、２１ｂ、２１ｃを特定するデータと、撮影時刻を示すデータが含まれる。

また、クラウドシステムCＳは、外水位計１５、内水位計１９及び流速・流向計１７が計測した水位や水流速、及び流向を入力する。このような入力は、同様に、外水位計１５、内水位計１９及び流速・流向計１７が小型の通信装置を備え、ネットワーク通信部１１８を介してクラウドシステムＣＳが受信することによって実現できる。本実施形態において、ネットワーク通信部１１８は、水門監視装置の水流速取得部として機能する。

以下、クラウドシステムＣＳに含まれる構成について順に説明する。
（異物検出部）
異物検出部１１１は、画像データａ、ｂ、ｃ、ｄを含む複数の画像を画像解析し、少なくとも一部が水面上に浮かぶ異物を検出する。異物の検出は、例えば、検出された水面上の物のうち、所定の大きさより小さい等の条件を満たす物だけを異物として検出するようにしてもよい。この点は、比較的小さい異物はゲート１３の閉鎖の障害になり難いことが予想されることに基づいている。

図３（ａ）、図３（ｂ）、図３（ｃ）及び図３（ｄ）は、異物検出部１１１によって検出される異物を説明するための模式図である。図３（ａ）から図３（ｄ）においては、いずれも水の流れ方向を図中の矢線によって示す。図３（ａ）から図３（ｄ）は、撮影時刻にしたがって時系列に並べられ、図３（ａ）の画像が最先に撮影され、図３（ｄ）の画像が最後に撮影されている。以下、図３（ａ）に示す画像を画像データａと記す。また、図３（ｂ）、図３（ｃ）及び図３（ｄ）に示す画像をそれぞれ画像データｂ、ｃ、ｄと記す。異物検出部１１１は、画像データａから異物Ｆ１、Ｆ２を検出する。そして、次に入力された画像データｂから異物Ｆ３、Ｆ４、Ｆ５、Ｆ６を検出し、次の画像データｃから異物Ｆ７、Ｆ８、Ｆ９、Ｆ１０を検出し、次の画像データｄから異物Ｆ１１、Ｆ１２、Ｆ１３、Ｆ１４を検出する。

なお、本川４Ａ、支川４Ｂ間の水の流れ方向は、その水位に応じて変わり得る。このため、異物検出部１１１は、異物の検出に先立って、河川または水路における水の流れ方向を示す流速・流向計１７からネットワーク通信部１１８が流向情報を取得する。本実施形態において、ネットワーク通信部１１８が流向情報取得部として機能する。異物検出部１１１は、流向情報に基づいて、画像データの時系列を判定する。

（異物流速算出部）
異物流速算出部１１３は、異物検出部１１１によって検出された異物Ｆ１からＦ１４に対し、例えば特徴点マッチング等を施し、検出と共に移動、回転量を推定する。このような処理によれば、画像データａの異物Ｆ２が画像データｂの異物Ｆ６と同一の異物であると推定し、異物Ｆ１が画像データｃの異物Ｆ１０と同一の異物であると推定することができる。また、異物流速算出部１１３は、画像データｂの異物Ｆ３が画像データｃの異物Ｆ９、画像データｄの異物Ｆ１３と同一の異物であると推定する。以降、同様に、画像データＦ４の異物Ｆ４、画像データｃの異物Ｆ７、画像データｄの異物Ｆ１２が同一の異物であると推定される。画像データｃの異物Ｆ８は、画像データｄの異物データＦ１４と同一の異物であると推定される。

異物流速算出部１１３は、カメラ２１ａ等と、その位置を紐づけるデータを有し、画像データを送信してきたカメラ２１ａ等から画像データが撮影された位置を取得する。また、画像データに付された時刻を用い、異物の各々の流速を算出する。流速の算出は、例えば、新たな画像データが入力された度に行ってもよい。この際、異物が所定の範囲を移動する間の平均速度を異物流速としてもよい。また、最後に異物が検出された画像データと、この１つ前の異物が検出された画像データとの間で算出された速度を異物流速としてもよい。

このような処理によれば、異物流速を平均速度とする場合、同一の異物である異物Ｆ３、Ｆ９、Ｆ１３の異物流速は、異物Ｆ３が撮影された位置と異物Ｆ１３が撮影された位置との差分を、異物Ｆ３が撮影された時刻と異物Ｆ１３が撮影された時刻との差分を除算して算出される。異物流速を直近の速度とする場合、同一の異物である異物Ｆ３、Ｆ９、Ｆ１３の異物流速は、異物Ｆ９が撮影された位置と異物Ｆ１３が撮影された位置との差分を、異物Ｆ９が撮影された時刻と異物Ｆ１３が撮影された時刻との差分を除算して算出される。また、異物流速は、連続して撮影された画像から算出することに限定されず、同一の異物であるＦ１、Ｆ１０の異物流速は、画像データａと画像データｃとを使って算出される。

（障害判定部）
本実施形態の障害判定部１１５は、二通りの判定処理を行うことができる。以下、二通りの判定処理を、判定処理Ａ、判定処理Ｂとして説明する。

（１）障害判定処理Ａ
判定処理Ａは、異物流速と水流速とを比較する。そして、異物流速が水流速よりも遅い場合に異物が水門３のゲート１３を閉じる障害になり得ると判定する。判定処理Ａは、流速が遅い異物は水と共にゲート１３を通過できず、水門下に取り残されてゲート１３の閉鎖を妨げる可能性があることにより行われる処理である。

図４（ａ）は、障害判定部１１５によって行われる判定処理Ａを説明するためのフローチャートであって、前述した異物検出部１１１、異物流速算出部１１３によって行われる処理を含んでいる。また、このような処理は、後述する水門監視システムで行われる処理のフローチャートにサブルーチンとして組み込まれる。

異物の検出に先立って、異物検出部１１１は、流速・流向計１７から水の流れ方向を検出する。そして、水の流れ方向に基づいて、画像データの時系列を判定する。すなわち、複数のカメラは所定の時間間隔で画像を撮影し、画像データとしてクラウドシステムＣＳに送信する。クラウドシステムＣＳは、受信した画像データを入力順を整理するため一時的にバッファリングし、異物の流れ方向の上流から下流に向かう順序で処理するように設定する（ステップＳ４０１）。異物検出部１１１は、画像データの各々から異物を検出し（ステップＳ４０２）、異物流速算出部１１３が異物のうちの同一のものを特定する（ステップＳ４０３）。異物流速算出部１１３は、同一であると特定された異物が撮影された異なる画像データを用い、異物流速を算出する（ステップＳ４０４）。

ここで、障害判定部１１５は、算出された異物流速と、流速・流向計１７から入力した水流速と異物流速とを比較する。本実施形態では、水流速から異物流速を減算し、減算後の速度を速度閾値Ｖ_thと比較する（ステップＳ４０５）。減算後の速度が閾値Ｖｔｈより大きい場合（ステップＳ４０５：ＹＥＳ）、異物がゲート１３の全閉を妨げる障害が発生する可能性があると判定する（ステップＳ４０６）。また、減算後の速度が閾値Ｖｔｈより小さい場合（ステップＳ４０５：ＮＯ）、ゲート１３を全閉することの障害となる異物はないと判定する（ステップＳ４１４）。以上の処理の後、判定処理Ａは終了し、メインルーチンに戻る。

ステップ４０５の処理は、異物流速から水流速を減算することに限定されるものではない。例えば、ステップ４０５の処理は、水流速に対する異物流速の比が閾値よりも小さい場合、障害が発生する可能性があると判定してもよい。

（２）障害判定処理Ｂ
判定処理Ｂは、水門３よりも上流にある本川４Ａまたは支川４Ｂを撮影した画像において検出された異物が、異物流速に基づく時間の範囲内に水門３よりも下流にある本川４Ａまたは支川４Ｂを撮影した画像において検出されない場合、異物がゲート１３を閉じる障害になり得ると判定する処理である。

図４（ｂ）は、障害判定部１１５によって行われる判定処理Ｂを説明するためのフローチャートであって、前述した異物検出部１１１、異物流速算出部１１３によって行われる処理を含んでいる。また、このような処理は、後述する水門監視システムで行われる処理のフローチャートにサブルーチンとして組み込まれる。図４（ｂ）のフローチャートのステップＳ４０７からステップＳ４１０は、ステップＳ４０１からステップS４０４と同様である。以下、判定処理Ａと異なるステップＳ４１２、４１３について説明する。

障害判定部１１５は、算出された異物流速に基づいて、異物が水門３を通過した場合にカメラによって撮影されると考えられる撮影範囲と撮影時刻の範囲とを予測する（ステップＳ４１１）。そして、障害判定部１１５は、予測された撮影範囲、撮影の時刻範囲に異物が検出されない場合、異物が水門３の下方にひっかかり、ゲート１３の閉塞を妨げる障害が発生する可能性があると判定する（ステップＳ４１３）。一方、障害判定部１１５は、予測された撮影範囲、撮影の時刻範囲に異物が検出された場合、異物が水門３を通過して、ゲート１３の閉塞を妨げる異物はないと判定する（ステップＳ４１５）。

判定処理Ｂは、異物が検出される範囲や時刻を予測することにより、障害の発生の可能性を判定する適正な時刻を設定し、判定にかかる時間が長くなることを防ぐことができる。また、障害の発生の可能性を判定する適正な範囲及び時刻範囲を設定することにより、水門３の下流において検出される異物のうち、上流から流れ込んだ異物を特定する条件を絞ることができる。

本実施形態は、以上の判定処理Ａ、判定処理Ｂのいずれを用いて異物によるゲート１３の閉鎖の異常が発生する可能性を判定してもよい。また、処理判定Ａ、Ｂの両方を用いてもよく、その場合、判定処理Ａを先に適用し、障害発生の可能性がないと判定された場合、続けて判定処理Ｂを行ってもよい。また、判定処理Ｂを先に適用し、障害発生の可能性がないと判定された場合、続けて判定処理Ａを行ってもよい。

［水門の全体的な動作］
次に、以上説明した水門監視システムにおいて行われる動作の全体を、平水時、洪水・高潮時、地震・津波の可能性があるときに分けて説明する。
（平水時）
図５は、平水時の水門３の状態を示す模式図である。図６は、平水時の水門監視システム１において行われる動作を説明するためのフローチャートである。図５に示すように、平水時、支川４Ｂの水が本川に流れ込む。この際、ゲート１３は完全に開放されている（以下、「全開状態」と記す）。平水時であるか否かの判定は、例えば、外水位計１５によって測定された水位が閾値未満であり、気象庁の発表情報により洪水・高潮、地震・津波の危険性がないことによって行われる。なお、気象庁の発表情報は、例えば、クラウド経由でアラート情報を得ることによって取得することができる。

平水時においては、ゲート１３の開閉の妨げとなり得る異物を検知した場合には、差分画像等の画像解析を用いて対象物を特定する。さらに、周囲の安全性を確認した上でゲート１３を開閉することで特定した異物の除去を試みた後に、ゲート１３の開閉操作が正常に行われたことを確認する。

本実施形態にいては、複数のカメラのうちの少なくとも水門付近に設けられたカメラによって撮像された画像データが、クラウドシステムＣＳと並行して制御盤１１に送信されるものとする。ただし、本実施形態は、このような構成に限定されず、侵入者撮影用のカメラを別途設け、画像データを制御盤１１に直接送信するようにしてもよい。

図６に示すように、中央処理制御部１１０は、水門付近を撮影した画像から水門３に侵入者があるか否かを判定する（ステップＳ５０１）。侵入者があると判定された場合（ステップＳ５０１：ＹＥＳ）、スピーカ２３や警告灯２５によって警告を発生する（ステップＳ５０９）。警告により侵入者が退去しなかった場合（ステップＳ５１０：ＮＯ）、この警告が閾値（ｎ回、例えば２回）に達した場合（ステップＳ５１１：ＹＥＳ）、中央処理制御部１１０は警察等に通報する（ステップＳ５１２）。警告が閾値に達していない場合（ステップＳ５１１：ＮＯ）、再度侵入者があったか否かの判定に戻る（ステップＳ５０１）。

また、侵入者がいない場合（ステップＳ５０１：ＮＯ）、図４（ａ）、（ｂ）のいずれか、または両方の障害判定処理サブルーチンを実行する（ステップＳ５０２）。中央処理制御部１１０は、障害判定処理サブルーチンにより異物が検出された否か判断する（ステップＳ５０３）。異物が検出された場合（ステップＳ５０３：ＹＥＳ）、中央処理制御部１１０は、全閉できない要因が生命または身体の危機に関わるか否か判定する（ステップＳ５０４）。ステップＳ５０４は、カメラ２１ａ等によって人が水門３付近にいて、ゲート３を閉鎖することによりその生命、身体の危機の可能性があるか否かを判定する処理である。例えば、検出された異物が人または動物である場合、それらの生命、身体の危機が生じないように、あるいは異物の安全性が確保できない限り、ゲート３の開閉による異物の除去を試みないことが望ましい。ここで、「異物の安全性が確保できる」とは、人または動物である異物の、生命、または身体に危機が生じないようにすることができることを指す。

全閉できない要因が生命、身体の危機に関わらないと判定された場合（ステップＳ５０４：ＮＯ）、信号送信部１１９は、ゲート１３を１回以上開閉するように動作させる駆動信号を送信する。ゲート１３は、駆動信号にしたがって繰り返し上下動する、ゲート開閉による異物除去を実行する（ステップＳ５０５）。図７は、異物Ｆの除去を説明するための模式図である。ゲート１３の開閉は、繰り返し小刻みに行われる。このような動作によれば、ゲート１３下の異物を粉砕する、押しつぶす、除去する等してゲート１３下から異物を除去することができる。なお、１回以上の開閉は、例えば、全閉せずに小刻みな開閉により繰り返し行ってもよい。

異物が検出されなかった場合（ステップＳ５０３：ＮＯ）、信号送信部１１９は、ゲート１３を最も下の位置に移動する（以下、「全閉」と記す）（ステップＳ５０６）。中央処理制御部１１０は、ゲート１３が全閉できたか否か判定する（ステップＳ５０７）。なお、ゲート１３の全閉は、流速・流向計１７によって測定される圧力によって確認される。

ゲート１３が全閉できない場合（ステップＳ５０７：ＮＯ）、中央処理制御部１１０は、現地にて対応するように管理者等に通信する（ステップＳ５１３）。また、ゲート１３が全閉できた場合（ステップＳ５０７：ＹＥＳ）、ゲートを開けてスタートに戻る。

ステップＳ５０４において全閉できない要因が生命または身体の危機に関わると判定された場合（ステップＳ５０４：ＹＥＳ）には、警察等に通報すると共に、現地にて対応するように対処する（ステップＳ５１３）。

（洪水・高潮時）
図８、図９及び図１０は、洪水・高潮時の水門３の状態を説明するための模式図である。図１１は、洪水・高潮時に水門監視システム１において行われる動作を説明するためのフローチャートである。図８に示すように、洪水・高潮時、本川４Ａの外水位が支川４Ｂより高くなると、開いているゲート１３を通じて本川４Ａの水が支川４Ｂへ逆流して矢線ｄ２の方向に流れ込む。図９は、支川に４Ｂに水が流れ込み、内水位が上がった状態を示す図である。支川４Ａに水が流れ込んだ場合、内水位が上昇するが、外水位が内水位より高い間は、逆流によりゲート１３を開けることができない。これを回避するため、本実施形態の水門監視システム１は、支川４Ｂに水が逆流する以前にゲート１３を閉鎖する。図１０は、外水位が内水位より低くなったらゲート１３を開け、支川４Ｂの水を本川４Ａに流す状態を示す図である。

図１１に示すように、洪水・高潮時、中央処理制御部１１０は、先ず洪水・高潮が発生することを警告する警報を発生し（ステップＳ６０１）、障害判定サブルーチンを実行する（ステップＳ６０２）。障害判定サブルーチンによって異物が検出されたか否か判断する（ステップＳ６０３）。異物が検出された場合（ステップＳ６０３：ＹＥＳ）、全閉できない要因に生命または身体の危機に関わるか否かを判定する（ステップＳ６０４）。生命または身体の危機に関わることがない場合（ステップＳ６０４：ＮＯ）、ゲート１３の開閉による異物の除去を行う（ステップＳ６０５）。

ステップＳ６０２において異物が検出されなかった場合（ステップＳ６０３：ＮＯ）、ゲート１３を全閉し（ステップＳ６０６）、ゲートが全閉できたか否か判断する（ステップＳ６０７）。

要因に身体、生命の危機があると判定された場合（ステップＳ６０４：ＹＥＳ）、操作員の安全性が確保できるか否か判定する（ステップＳ６１１）。中央処理制御部１１０によって操作員の安全が確保できると判定された場合（ステップＳ６１１：ＹＥＳ）、信号送信部１１９は、異物を人手によって除去するように指示する現地対応指示信号を、操作員等に送信する（ステップＳ６１２）。また、操作員の安全が確保できないと判定された場合（ステップＳ６１１：ＮＯ）、異物の除去は人手により対応することができない。信号送信部１１９は、スピーカ２３やライト２５に対して警報を発するように指示する警報指示信号を送信すると共に、警察に通報する（ステップＳ６１３）。次に、ゲート１３が全閉できているか否か判定し（ステップＳ６０７）、全閉できない場合には操作員の安全性が確保できるか否か判断する（ステップＳ６０７：ＮＯ）。

ゲート開閉による異物除去後、または現地対応後、中央処理制御部１１０は、ゲート１３を全閉にする（ステップＳ６０６）。ゲート１３が全閉できたか否か判定し（ステップＳ６０７）、全閉できない場合にはステップＳ６０４に戻って全閉できない要因の生命、身体の危機に関わるか否かの判断をする。このとき、本実施形態は、ゲート開閉による異物除去を行ってもなお全閉できないとの判断が予め定められた所定の回数に達した場合、操作員の安全性確保を確認した上（ステップＳ６１１）、現地にて対応するようにしてもよい（ステップＳ１１２）。また、ゲート１３が全閉できた場合（ステップＳ６０７：ＹＥＳ）、洪水・高潮の危険が去ったと判断する予め設定された閾値時間以上、外水位の閾値深さ以下になったか否か判断する（ステップＳ６０８）。ステップＳ６０８において洪水・高潮の危険が去ったと判断された場合（ステップＳ６０８：ＹＥＳ）、中央処理制御部１１０はゲート１３を開放する（ステップＳ６０９）。

中央処理制御部１１０は、ゲート１３の開放後、流速・流向計１７によって水の逆流が発生したか否か判断する（ステップＳ６１０）。逆流が発生した場合（ステップＳ６１０：ＮＯ）、信号送信部１１９がスピーカ２３やライト２５を通じて警報し（ステップＳ６１４）、再びゲート１３を閉じる（ステップＳ６１５）。逆流が発生しないと判断された場合（ステップＳ６１０：ＹＥＳ）、洪水・高潮時の処理を終了する。

（地震・津波の可能性がある場合）
図１２、図１３及び図１４は、地震・津波の可能性がある場合の水門３の状態を説明するための模式図である。図１５は、地震・津波の可能性がある場合に水門監視システム１において行われる動作を説明するためのフローチャートである。図１２に示すように、水門監視システム１がクラウドシステム等を介して津波または地震警報を受信した場合、スピーカ２３を介した音声、警告灯２５等で警告する。図１３に示すように、ゲート１３は、津波・地震警報発令中に閉じられる。図１４に示すように、津波、あるいは地震警報の解除を受信したら、外水位が水位の閾値未満になり、かつ、閾値時間保っているかを確認した上で、ゲート１３が開放される。ただし、ゲート１３を開けた後、水が本川４Ａから支川４Ｂへ逆流した場合には再びゲート１３は閉鎖される。

図１５に示すように、中央処理制御部１１０は、信号送信部１１９に地震・津波の可能性があることを知らせる警報を発し（ステップＳ７０１）、クラウドシステムＣＳにより障害判定処理サブルーチンを実行する（ステップＳ７０２）。障害判定処理サブルーチンにより異物が除去された場合（ステップＳ７０３：ＹＥＳ）、全閉できない要因に生命または身体の危機に関わるか否かを判定する（ステップＳ６０４）。生命または身体の危機に関わることがない場合（ステップＳ７０４：ＮＯ）、ゲート１３の開閉による異物の除去を行う（ステップＳ７０５）。

ステップＳ７０３において異物が検出されなかった場合（ステップＳ７０３：ＮＯ）、ゲート１３を全閉し（ステップＳ７０６）、が全閉できたか否か判断する（ステップＳ７０７）。

要因に身体、生命の危機があると判定された場合（ステップＳ７０４：ＹＥＳ）、信号送信部１１９は、スピーカ２３やライト２５に対して被害発生の可能性があるとの警報を発する（ステップＳ７１２）。

ゲート開閉による異物除去後、中央処理制御部１１０は、ゲート１３を全閉する（ステップＳ７０６）。ゲート１３が全閉できたか否か判定し（ステップＳ７０７）、全閉できない場合、地震・津波の可能性がある状況では人手による対応ができないとし、スピーカ２３やライト２５を介して被害発生の可能性があるとの警報を発する（ステップＳ７１２）。また、ゲート１３が全閉できた場合（ステップＳ７０７：ＹＥＳ）、地震・津波警報が解除されるまで待機する（ステップＳ７０８）。そして、地震・津波警報が解除された場合（ステップＳ７０８：ＹＥＳ）、地震・津波の危険が去ったと判断する予め設定された閾値時間以上、外水位の閾値深さ以下になったか否か判断する（ステップＳ７０９）。ステップＳ７０９において地震・津波の危険が去ったと判断された場合（ステップＳ７０９：ＹＥＳ）、中央処理制御部１１０は、警告を発した後（ステップＳ７１０）、ゲート１３を開放する（ステップＳ７１１）。

以上説明したように、本実施形態によれば、水門３に設置されたゲート付近の異物を検出し、ゲート全閉を妨げる可能性を判定することができる。また、異物が検出された場合、ゲートを１回以上上下動させることによって異物を粉砕、除去し、確実にゲートを閉鎖することができる。また、異物の検出にあたり、異物流速が水流の速度より充分遅いこと、水門３に向かって流れる異物が水門を通過しなかったことによりゲート下における異物の有無を高い確率で推定することができる。また、水や異物の流速という画像と別の因子により異物を検出することにより、異物検出の精度を高めることができる。さらに、水門近傍のみでなく、その前後の画像からゲート下の異物を検出することにより、観察し難い水門直下よりも確実に異物を検出することができる。

また、本実施形態は、以上説明した実施形態に限定されるものではない。例えば、本実施形態は、スピーカ２３や警告灯２５による警報と共に、官公庁にクラウドシステムＣＳを介して警報を送信するようにしてもよい。また、本実施形態は、アラート情報に基づいて、洪水等の影響が及ぶ可能性がある範囲に位置するモバイル端末に対して警報を送信するようにしてもよい。

さらに、本実施形態は、複数のカメラ２１ａ等のうち、全てのカメラが撮影した画像を取得して異物を検出することに限定されるものではない。例えば、本実施形態は、異物検出部１１１が複数のカメラを不連続に選択するカメラ選択部と機能し、選択されたカメラが撮影した画像から、河川等を流れる異物を検出するようにしてもよい。このような構成によれば、障害判定の処理に使用される画像データの数を間引き、障害判定の処理にかかる負荷を軽減することができる。このとき、本実施形態は、河川等の水流速に応じてカメラを選択するようにしてもよい。水流速に応じたカメラの選択は、例えば、水流速の速い範囲ではカメラを密に選択し、水流速の遅い範囲ではカメラを疎に選択してもよい。このようにすれば、異物の検出精度を低下させることなく、画像データの数を少なくして処理に係る負荷を軽減することができる。

なお、以上説明した実施形態は、異物によってゲートが全閉できない障害が発生し得るか否かを判断する処理をクラウドシステムＣＳにおいて行うようにしているが、本実施形態は、このような構成に限定されるものではない。例えば、警報の発信等、さらに多くの処理をクラウドシステムＣＳにおいて行ってもよいし、障害が発生し得る判断の処理の一部を制御盤１１で行ってもよい。さらに、水門監視システムが全ての処理を行う大型のコンピュータを備え、コンピュータが制御盤１１と通信し、制御盤１１を制御してもよい。

１ 水門監視システム
２ 堤防
３ 水門
１１ 制御盤
１３ ゲート
１４ ゲート支持部
１５ 外水位計
１７ 流速・流向計
１９ 内水位計
２０ ゲート駆動ドライバ
２１ａ、２１ｂ、２１ｃ カメラ
２３ スピーカ
２５ 警告灯
３０ 蓄電池
１１０ 中央処理制御部
１１１ 異物検出部
１１３ 異物流速算出部
１１５ 障害判定部
１１７，１１８ ネットワーク通信部
１１９ 信号送信部
１２０ バッファリング部

Claims (12)

1. 河川または水路に設けられた水門を監視する水門監視装置であって、
   前記河川または前記水路の流れ方向に沿う複数の位置を撮影する複数のカメラによって撮影された複数の画像を取得する画像取得部と、
   前記河川または前記水路における水の流れ方向を示す流向情報を取得する流向情報取得部と、
   前記画像取得部によって取得された複数の前記画像から、前記河川または前記水路を流れる異物を検出する異物検出部と、
   前記異物検出部によって検出された前記異物の前記河川または前記水路における位置及び時刻に基づいて、前記異物の流速である異物流速を算出する異物流速算出部と、
   前記異物流速算出部によって算出された前記異物流速に基づいて、前記異物が前記水門のゲートを閉じる障害になり得るか否かを判定する障害判定部と、を含み、
   前記異物検出部は、
   前記流向情報に基づいて、前記画像の時系列を判定し、当該判定に基づく先に撮影された前記画像と、後に撮像された前記画像とを比較して前記異物の異同を判定する、
   水門監視装置。
2. 前記河川または前記水路を流れる水の流速を測定した流速データを取得する水流速取得部をさらに備え、
   前記障害判定部は、前記異物流速と前記水の流速とを比較する流速比較部を含み、前記異物流速が前記水の流速よりも遅い場合に前記異物が前記水門のゲートを閉じる障害になり得ると判定する、請求項１に記載の水門監視装置。
3. 前記障害判定部は、前記水門よりも上流にある前記河川または前記水路を撮影した前記画像において検出された前記異物が、前記異物流速に基づく時間の範囲内に前記水門よりも下流にある前記河川または前記水路を撮影した前記画像において検出されない場合に前記異物が前記水門のゲートを閉じる障害になり得ると判定する、請求項１に記載の水門監視装置。
4. 前記異物が前記水門のゲートを閉じる障害になり得ると判定した場合、前記水門の前記ゲートを開閉するゲート駆動部に対して前記ゲートを１回以上開閉するための駆動信号を送信する駆動信号送信部をさらに備える、請求項１に記載の水門監視装置。
5. 前記異物が前記水門のゲートを閉じる障害になり得ると判定し、かつ、前記異物の安全性が確保できない場合、前記異物を人手によって除去するように指示する現地対応指示信号を送信する対応信号送信部をさらに備える、請求項１に記載の水門監視装置。
6. 前記異物が前記水門のゲートを閉じる障害になり得ると判定し、かつ、人手により前記異物の除去に対応できない場合、スピーカ及びライトの少なくとも一方を含む警報装置に対し、警報を発するように指示する警報指示信号を送信する警報信号送信部をさらに備える、請求項１に記載の水門監視装置。
7. 河川または水路に設けられた水門を監視する水門監視システムであって、
   前記河川または前記水路の流れ方向に沿う複数の位置を撮影する複数のカメラと、
   前記河川または前記水路における水の流れ方向を示す流向情報を取得する流向情報取得部と、
   前記複数のカメラによって撮影された複数の前記画像から、前記河川または前記水路を流れる異物を検出する異物検出部と、
   前記異物検出部によって検出された前記異物の前記河川または前記水路における位置及び時刻に基づいて、前記異物の流速である異物流速を算出する異物流速算出部と、
   前記異物流速算出部によって算出された前記異物流速に基づいて、前記異物が前記水門のゲートを閉じる障害になり得るかを判定する障害判定部と、
   前記異物が前記水門のゲートを閉じる障害になり得ると前記障害判定部が判定した場合、前記水門の前記ゲートを１回以上開閉するように駆動するゲート駆動部と、を含み、
   前記異物検出部は、
   前記流向情報に基づいて、前記画像の時系列を判定し、当該判定に基づく先に撮影された前記画像と、後に撮像された前記画像とを比較して前記異物の異同を判定する、
   水門監視システム。
8. 前記異物検出部、前記異物流速算出部及び前記障害判定部の少なくとも一部がネットワークを介して接続されたサーバ装置に設けられている、請求項７に記載の水門監視システム。
9. 前記複数のカメラを不連続に選択するカメラ選択部を含み、前記異物検出部は、前記カメラ選択部によって選択された前記カメラが撮影した画像から、前記河川または前記水路を流れる異物を検出する、請求項７に記載の水門監視システム。
10. 風力発電によって発生した電力及び太陽光発電によって発生した電力の少なくとも一方を蓄電する蓄電池を含み、前記蓄電池は、前記ゲート駆動部に電力を供給する、請求項７に記載の水門監視システム。
11. 河川または水路に設けられた水門を監視する水門監視方法であって、
    画像取得部が、前記河川または前記水路の流れ方向に沿う複数の位置を撮影する複数のカメラによって撮影された複数の前記画像を取得する工程と、
    流向情報取得部が、前記河川または前記水路における水の流れ方向を示す流向情報を取得する工程と、
    異物検出部が、取得された複数の前記画像から、前記河川または前記水路を流れる異物を検出する工程と、
    異物流速算出部が、検出された前記異物の前記河川または前記水路における位置及び時刻に基づいて、前記異物の流速である異物流速を算出する工程と、
    障害判定部が、前記異物流速に基づいて、前記異物が前記水門のゲートを閉じる障害になり得るか否かを判定する工程と、を含み、
    前記異物検出部は、前記異物を検出する工程において、
    前記流向情報に基づいて、前記画像の時系列を判定し、当該判定に基づく先に撮影された前記画像と、後に撮像された前記画像とを比較して前記異物の異同を判定する、
    水門監視方法。
12. 請求項１１に記載の水門監視方法をコンピュータに実行させるコンピュータプログラム。

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