JPH076822B2 - 水位計測装置 - Google Patents

水位計測装置

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JPH076822B2
JPH076822B2 JP3291582A JP29158291A JPH076822B2 JP H076822 B2 JPH076822 B2 JP H076822B2 JP 3291582 A JP3291582 A JP 3291582A JP 29158291 A JP29158291 A JP 29158291A JP H076822 B2 JPH076822 B2 JP H076822B2
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JP
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water level
laser
scanning
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laser beam
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JP3291582A
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俊之 原田
貞夫 山田
勝巳 藤田
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Kansai Electric Power Co Inc
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Kansai Electric Power Co Inc
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、ダムなどの水位を非
接触で計測する水位計測装置に関する。
【0002】
【従来の技術】ダムなどの水位を計測する従来の方法と
して、ダム周辺の壁面などに支持アームを取付けその支
持アームによりダムの水面に垂直に中空パイプを支持
し、この中空パイプの中にスチールケーブル等によりフ
ロートを吊り下げ、適当なテンションを与えたリールに
巻かれたスチールケーブルの繰出し量により水位を計測
する方法が知られている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の方法は、洪水等の増水時には水面が波浪等で大きく
上下して一定せず、フロートが頻繁に上下動するため読
取り誤差が大きくなる。又、計測装置の取付け場所がダ
ムの壁面等に限られるため、放流口との距離が大きい場
合は測定したい場所の水位が測定できないなどの問題が
ある。
【0004】この発明は、上述した従来の水位計測装置
の種々の問題点に留意して、直進性の良いレーザー光線
を用いて一定の広い範囲での平均水位を非接触で計測で
きる水位計測装置を提供することを課題とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
この発明はレーザー発振器からのレーザー光線を所定方
向に走査射出するスキャニング装置から成るレーザー光
照射部と、上記スキャニング装置で走査しながら対象水
面を照射する走査平面外に受光カメラを設置しその受光
信号から水面の水位を測定する受光測定部とを備え、受
光測定部はレーザー光線が水面下で散乱して生じるレー
ザー光帯の上端エッジを含む画像を撮影するための受光
カメラから送られる画像信号からレーザー光帯の外郭エ
ッジを検出しその中の上端エッジ信号のみを検出するエ
ッジ検出手段と、上端エッジ信号を座標変換して実水位
座標での水位データに換算する座標変換手段と、座標変
換後の水位データと予め作成された検出線データを比較
して水位原点からの水位レベルを求める水位計算手段と
から成る水位計測装置としたのである。
【0006】
【作用】水面に照射されたレーザー光線は、チンダル現
象により散乱する。このため、スキャニング装置により
走査平面内を所定の速度で走査しながら対象水面に照射
されたレーザー光線は、その走査による幅を有する帯状
のレーザー光線の集合、即ちレーザー光帯を描く。レー
ザー光線はいずれの波長のものであれ、コヒーレントな
光束であるから直進性がよく、所要の走査幅のレーザー
光帯を描くのに極めて好都合である。
【0007】上記レーザー光帯は、受光測定部の受光カ
メラで撮像され画像信号が送り出され、この信号からレ
ーザー光帯の外郭エッジ信号が取り出されさらに上端エ
ッジ信号がエッジ検出手段で取り出される。このような
処理を予めすることによってその後で座標変換する際に
処理データ数を減少させることができる。上端エッジ信
号は座標変換手段で実水位座標での水位データに変換さ
れる。この場合、例えばカメラ画像上の点をドット単位
で表し、対応する実水位座標の点をカメラ視点から実水
位座標までの距離及びその水平及び垂直な視野角度を用
いて表すことができる。従って、カメラ画像上で水位レ
ベルをドット単位の距離として認識することができる
と、実際の水位レベルの距離が得られる。
【0008】
【実施例】以下この発明の実施例について図面を参照し
て説明する。図1、図2は実施例の水位測定装置の全体
概略構成及びその受光測定部のそれぞれブロック図であ
る。水位測定装置は、レーザー光照射部Aと受光測定部
Bとから成る。レーザー光照射部Aは、電源部で駆動さ
れるレーザー発振器2からのレーザー光線をコリメータ
3で平行光束とし、反射鏡4で所定方向へ導き、ガルバ
ノミラー5とこれを回転駆動するモータ6から成るスキ
ャニング装置とを備えている。上記レーザー光照射部A
は、水位を測定しようとするダム等の適当な場所に設置
し、スキャニング装置からのレーザー光を水面に垂直な
方向を中心として、ガルバノミラー5を所定角度回転往
復させて扇形の照射幅のレーザービームで水面を走査し
ながら照射する。このとき水面下にはレーザー光線が散
乱してレーザー光帯が生じる。
【0009】受光測定部Bは、上記レーザー光帯を撮像
するCCDカメラ11で受光した画像信号から水面の水
位を測定するため、画像信号をA/D変換部12でディ
ジタル信号に変換して画像処理装置13へ送り、マイク
ロコンピュータ14を介してCRT表示器15に水位測
定データを表示するように構成されている。マイクロコ
ンピュータ14には設定入力を送るキーボード16が付
設され、CCDカメラの設置高さや傾斜角度光源の設置
高さ等水位計算上の基礎となるデータ等が入力され、マ
イクロコンピュータ14のメモリに記憶されており、画
像処理装置13での計算に必要なときは適宜タイミング
で送り出される。
【0010】画像処理装置13は、前期受光信号やキー
ボード16からの基礎データの信号をCPU(中央処理
装置)131が受けるとその指令によって、画像信号か
らノイズ除去手段132でノイズを除去し、画像信号の
中からレーザー光帯の外郭エッジのみをエッジ検出手段
133で検出し、さらにそのうち上端エッジのみを上端
エッジ検出手段134で検出し、この上端エッジ信号を
実際の走査平面内の実水位座標の位置信号に変換する座
標変換手段135とを備えている。上記ノイズ除去手段
132〜座標変換手段135は画像処理装置13内のメ
モリーに予めプログラムされている。上記画像処理装置
13の座標変換手段135で座標変換されたデータはマ
イクロコンピュータ14に取り込まれ、予め記憶されて
いる基準位置を表す検量線データと比較し、データ補正
をして水位が決定される。
【0011】図3にダムの橋上に前期レーザー光照射部
Aと受光測定部Bを設置した測定状況を示す。図4はレ
ーザー光照射部Aのユニットの平面図である。適宜ベー
ス台上に光源1、レーザー発振器2、コリメータ3、反
射鏡4、ガルバノミラー5等がユニットとして設けられ
ていることが分かる。図5は線V−Vからの側面図であ
る。
【0012】以上の水位測定装置によるレーザー光帯か
らの水位測定方法について、特に座標変換手段135に
おける座標変換を中心に説明する。図6に示すように、
ガルバノミラー5を所定速度で駆動しレーザー照射点a
から垂直に照射すると、そのレーザー光により水面bの
下にレーザー扇状ビームCができる。これは水中に含ま
れる不純物によるチンダル現象でレーザー光が乱反射さ
れるためである。この走査平面に対してCCDカメラ1
1から見たレーザー照射平面dを想定し、カメラ視点A
からの視野方向を図示のようにとるものとする。
【0013】実際の測定時にはCCDカメラ11は図1
〜図3に示すように相当深い水面下に向けかつレーザー
照射平面dと斜め方向からそれぞれ所定角度で設置され
るが、説明を簡略化するためカメラはレーザー照射平面
dの真正面に所定高さ位置で水平方向に設置されている
ものとする。レーザー照射平面dの各点に図示のように
B〜Kの記号を付してある。
【0014】図7に、図6のカメラ視点Aとレーザー照
射平面d(B〜K)を結ぶ四角錐を(a)直線ABと直
角方向から見た側面図、(b)真上から見た平面図とし
て示す。カメラ画面とレーザー照射平面との関係も
(a)に同時に示している。カメラ画面、レーザー照射
平面は主軸AB方向に見た画面をそれぞれ90度回転さ
せて示している。カメラ画面上の任意の一点(X,Y)
はレーザー照射平面上では(X’,Y’)に対応してい
る。
【0015】上記のように記号を定めたレーザー照射平
面d内の例えばF点について見ると、 LF=BD=ABtanα DF=ADtanβ=(AB/cosα)×tanβ で表される。
【0016】図7(a)から分かるように、カメラレン
ズによってレーザー照射平面d間の任意の点は倒立像と
して映るから、X,Y軸、X’,Y’軸を図示のように
とり、以下の計算では座標軸同士の回転変換を行うもの
とすると、点X,Yは点X’,Y’に対応する。カメラ
画面の視野角を水平、垂直とも±10度とし、撮影像を
その中心点を原点として上下±100ドット、左右±1
00ドットとすると、1ドット当たりの角度は10度/
100=1度/10であるから、カメラ画面上の撮影像
座標でのX,Y点をドット数で表すとすると、その値の
なす角はそれぞれX/10度、Y/10度となる。上記
F点はX’,Y’と考えてもよいから、レーザー照射平
面d上の座標でのX’,Y’点は、 X’=ABtan(X/10) Y’=(AB/cos(X/10)×tan(Y/10) で表される。従って、レーザー照射平面d上の任意の点
X’,Y’をカメラ画面上でX,Y点として撮影し、そ
の点をドット数で検出できれば、レーザー照射平面dの
全ての点の位置を数値として捉えることができる。
【0017】上記任意の点(x’、y’)は全ての点に
対して適用できるが、実施例の水位測定装置は水位レベ
ルの測定を目的としているため、前述したように撮影さ
れた画像信号からノイズ除去、エッジ信号の取出し、上
端エッジ信号の取出しが予め行なわれ、水位レベルを表
わす上端エッジ信号のみがデータとして残るから、この
信号に対して上記座標変換が行なわれる。
【0018】その結果、上端エッジ信号による水位レベ
ルのデータが得られる。これらデータは、波浪等により
水面の上下があると一定とならないから、例えば移動平
均法によりその平均レベルを算出しそれを水位レベルと
する。こうして得られた水位レベルのカメラ位置からの
距離y’と、カメラ位置の基準レベルからの距離hから
水位=h−y’として水位原点からの水位レベル
が得られる。
【0019】なお、前述したように実際のコンピュータ
内での演算処理では、座標軸の回転、カメラの設置方向
がレーザー照射平面に斜めから下方に向っていることに
対する補正などを必要とするが、説明が複雑となるため
省略した。又、実施例の水位測定装置を構成する際に、
レーザーの種類について最もコントラストの強い明確な
画像の得られるものとしてArレーザー、He−Neレ
ーザー、YAGレーザーの3種類を実験により確認し
た。図8にその結果を示す。実験の結果Arレーザーが
最も良好であった。
【0020】
【効果】以上詳細に説明したように、この発明の水位測
定装置はレーザー発振器からのレーザー光を利用して測
定しようとする水面をガルバノミラーを介して走査しな
がら照射し、そのレーザー光帯を撮像カメラで撮影して
得られる画像信号から画像処理装置内でエッジ信号を
得、これを上端エッジ信号に変換しさらに座標変換によ
りその水位レベル信号を得て水位原点からの水位レベル
を求める各手段を備えたものとしたから、ダム等の深く
広い場所での平均水位を非接触で正確に計測できるとい
う利点が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例の水位計測装置の全体概略構成のブロッ
ク図
【図2】実施例の受光測定部の概略構成のブロック図
【図3】水位計測装置の設置状況の説明図
【図4】受光測定部ユニットの概略平面図
【図5】受光測定部ユニットの側面図
【図6】カメラ視点とレーザー光照射平面との関係を示
す斜視図
【図7】図6の四角錐の側面と平面を示す図
【図8】レーザー光の種類による水中での減衰距離を示
す図
【符号の説明】
2 レーザー発振器 3 コリメータ 4 反射鏡 5 ガルバノミラー 11 CCDカメラ 13 画像処理装置 14 マイクロコンピュータ 15 CRT表示器 16 キーボード 132 ノイズ除去手段 133 エッジ検出手段 134 上端エッジ検出手段 135 座標変換手段

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 レーザー発振器からのレーザー光線を所
    定方向に走査射出するスキャニング装置から成るレーザ
    ー光照射部と、上記スキャニング装置で走査しながら対
    象水面を照射する走査平面外に受光カメラを設置しその
    受光信号から水面の水位を測定する受光測定部とを備
    え、受光測定部はレーザー光線が水面下で散乱して生じ
    るレーザー光帯の上端エッジを含む画像を撮影するため
    の受光カメラから送られる画像信号からレーザー光帯の
    外郭エッジを検出しその中の上端エッジ信号のみを検出
    するエッジ検出手段と、上端エッジ信号を座標変換して
    実水位座標での水位データに換算する座標変換手段と、
    座標変換後の水位データと予め作成された検出線データ
    を比較して水位原点からの水位レベルを求める水位計算
    手段とから成る水位計測装置。
JP3291582A 1991-11-07 1991-11-07 水位計測装置 Expired - Lifetime JPH076822B2 (ja)

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JPH05126617A JPH05126617A (ja) 1993-05-21
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