JP2002107204A - Water level measuring device - Google Patents
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Landscapes
- Measurement Of Levels Of Liquids Or Fluent Solid Materials (AREA)
Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、水位測定装置に関
し、特に、レーザー光を使用した水位測定装置に関す
る。The present invention relates to a water level measuring device, and more particularly to a water level measuring device using laser light.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来、水位を測定する装置の1つの方式
では、水面上に浮かせたフロートを使用している。その
具体的な方法としては、フロートを所定の位置まで巻き
上げ、その時の巻き上げリールの回転数を電気信号に変
換する方法、フロートに磁石を内蔵しておいて、水面の
変化と共に該フロートをガイドに沿って上下させ、上記
ガイドに沿って配置したリードスイッチを上記の磁石で
もってオンまたはオフさせることで水位を電気量に変換
する方法、フロートとの距離をガイド等の基準点に固定
させたレーザー測定器で測定する方法等が有る。2. Description of the Related Art Conventionally, one method of measuring the water level uses a float floating above the water surface. As a specific method, the float is wound up to a predetermined position, a method of converting the rotation speed of the winding reel into an electric signal at that time, a magnet is built in the float, and the float is used as a guide with a change in the water surface. A method of converting the water level into an electric quantity by turning the reed switch arranged along the guide on or off with the magnet, along with the guide, a laser fixed at a distance from the float to a reference point such as a guide There is a method of measuring with a measuring instrument.
【0003】また、スケール目盛りを印刷した柱を立
て、カメラで観察して画像処理する方法も使用されてい
る。さらには、水底の圧力を測定する方法も使用されて
いる。[0003] There is also used a method of setting up a column on which a scale is printed, observing it with a camera, and performing image processing. Furthermore, a method of measuring the pressure at the bottom of the water is also used.
【0004】なお、近年になって、レーザー光を使用す
る距離測定方法も実用化されるようになった。例えば、
特公平7−6822号公報で開示された技術では、レー
ザー光線対象物との距離を測定する方式の距離測定装置
を水位計として使用している。In recent years, a distance measuring method using a laser beam has been put to practical use. For example,
In the technique disclosed in Japanese Patent Publication No. 7-6822, a distance measuring device of a type that measures a distance to a laser beam target is used as a water level gauge.
【0005】より具体的には、レーザー光線を所定方向
へ走査射出して、レーザー光帯の外郭エッジを含む画像
を受光カメラで撮影し、外郭エッジから上端エッジ信号
のみを検出して、これを座標変換して水位データに変換
している。More specifically, a laser beam is scanned and emitted in a predetermined direction, an image including the outer edge of the laser beam band is photographed by a light-receiving camera, and only the upper edge signal is detected from the outer edge, and this is coordinated. Converted to water level data.
【0006】この場合には、対象面が常に揺れ動くた
め、従来は、測定値を移動平均法等でそのまま平均化し
たり、上下を切り捨ててから平均化する等の手法が用い
られていた。In this case, since the target surface constantly fluctuates, conventionally, a method of averaging the measured values as they are using a moving average method or the like, or averaging after rounding down the upper and lower parts, has been used.
【0007】[0007]
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記のよう
にフロートを使用する従来方法では、設備が大掛かりに
なるといった問題点が有った。However, the conventional method using a float as described above has a problem that the equipment is large.
【0008】また、時々刻々と水位が変化する場合や、
濁流や悪天候で大波が立つ場合は、水面の位置が不安定
となり、波の上部と底部とでは当然ながら測定値に違い
が生じるため、高い測定精度を得ることができず、最悪
の場合は測定不能になるといった問題点が有った。In addition, when the water level changes every moment,
When large waves are formed due to turbid currents or bad weather, the position of the water surface becomes unstable, and the measurement value naturally differs between the top and bottom of the wave, so high measurement accuracy cannot be obtained. There was a problem that it became impossible.
【0009】さらに、水底の圧力を測定する方法では、
当然ながら流速の影響を受けるので、この流速を測定し
て補正するための大掛かりな仕掛けを併用しない限り、
測定精度が不安定になってしまうといった問題点が有っ
た。Further, in the method of measuring the pressure at the bottom of the water,
Naturally, it is affected by the flow velocity, so unless you use a large-scale device to measure and correct this flow velocity,
There is a problem that the measurement accuracy becomes unstable.
【0010】なお、特公平7−6822号公報で開示さ
れた技術では、レーザー光を直接に水面に反射させるこ
とにより水面との距離を測定する方式は採用されていな
いので、水位変化に対するレスポンスが悪く、また、測
定精度も向上しないといった問題点が有った。The technique disclosed in Japanese Patent Publication No. 7-6822 does not employ a method of measuring the distance from the water surface by directly reflecting the laser light on the water surface, so that the response to the water level change is low. There is a problem that it is not good and the measurement accuracy is not improved.
【0011】また、対象面の動きが理論的に予測できる
場合であっても、従来は、このことを考慮して測定する
方法が提案されておらず、平均化のアルゴリズムとして
は単純な移動平均法を採用していたので、やはり、測定
精度が向上しないといった問題点が有った。Even if the motion of the target surface can be predicted theoretically, no measurement method has been proposed in consideration of this fact, and a simple moving average is used as an averaging algorithm. Since the method was adopted, there was still a problem that the measurement accuracy was not improved.
【0012】本発明は、以上のような従来の水位測定装
置における問題点に鑑みてなされたものであり、時々刻
々と水位が変化する場合や、濁流や悪天候で大波が立つ
場合にも正確に水位を測定することができる水位測定装
置を提供することを目的とする。The present invention has been made in view of the above-mentioned problems in the conventional water level measuring apparatus, and can be accurately performed even when the water level changes every moment, or when a surge occurs due to turbid current or bad weather. An object of the present invention is to provide a water level measuring device capable of measuring a water level.
【0013】[0013]
【課題を解決するための手段】本発明では上記の課題を
解決するために、レーザー光を使用して池や河川の水位
を測定する水位測定装置において、管理元からの制御指
令の受信と、水位の測定結果の送信とを行う通信手段
と、装置内の全設備に電源を供給するための電源供給手
段と、測定対象となる水面にレーザー光を照射するレー
ザー光照射手段と、前記照射したレーザー光の反射波を
受光するレーザー光受光手段と、前記照射したレーザー
光の照射時刻と該レーザー光に対応する前記反射波の受
光時刻との時間差、若しくは、前記照射したレーザー光
の変調信号が保持する所定の物理量と該レーザー光に対
応する前記反射波の前記変調信号が保持する前記物理量
との差を使用して水位を算出する水位測定手段と、前記
水位測定手段による複数回の測定結果の分布から水位を
決定する水位決定手段とを有することを特徴とする水位
測定装置が提供される。According to the present invention, in order to solve the above-mentioned problems, a water level measuring device for measuring the water level of a pond or a river using a laser beam receives a control command from a management source, Communication means for transmitting the measurement result of the water level, power supply means for supplying power to all equipment in the apparatus, laser light irradiation means for irradiating laser light to the surface of water to be measured, and A laser light receiving means for receiving a reflected wave of laser light, and a time difference between the irradiation time of the irradiated laser light and the reception time of the reflected wave corresponding to the laser light, or a modulation signal of the irradiated laser light. A water level measurement unit that calculates a water level using a difference between a predetermined physical amount to be held and the physical amount held by the modulation signal of the reflected wave corresponding to the laser light, and the water level measurement unit Water level measuring apparatus characterized by having a water level determination means for determining the water level from the distribution of several measurements is provided.
【0014】即ち、本発明では、レーザー距離計のレー
ザー光を直接水面に反射させて、水面との距離を測定す
る手段と、測定対象における波の高さが正規分布するも
のと仮定した上での測定結果の頻度分布特性から、その
中心値を予測する手段とを備えることにより、時々刻々
と水位が変化する場合や、濁流や悪天候で大波が立つ場
合にも正確に水位を測定することができるようにしてい
る。That is, in the present invention, it is assumed that the laser light of the laser range finder is directly reflected on the water surface to measure the distance from the water surface, and that the wave height of the object to be measured is normally distributed. By providing a means for predicting the center value from the frequency distribution characteristics of the measurement results, it is possible to accurately measure the water level even when the water level changes every moment, or when a large wave rises due to turbid current or bad weather I can do it.
【0015】[0015]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。図1は、本発明の実施の形態に係
る水位測定装置の全体構成とその設置環境を示す説明図
である。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is an explanatory diagram showing the overall configuration of a water level measuring device according to an embodiment of the present invention and its installation environment.
【0016】本実施の形態に係る水位測定装置は、支柱
2によって支えられ、かつ水位測定装置を格納した筐体
1を備える。筐体1は、レーザー光を発光し、その反射
光を受光することにより水位を測定する測定用電子回路
11と、筐体1内の各構成要素に電源を供給する電源設
備12と、測定の指令を受信し、その測定結果を送信す
る通信設備13を含む。The water level measuring device according to the present embodiment includes a housing 1 supported by a column 2 and housing the water level measuring device. The housing 1 emits a laser beam and receives the reflected light to measure the water level by measuring the water level; a power supply 12 for supplying power to each component in the housing 1; It includes a communication facility 13 for receiving commands and transmitting the measurement results.
【0017】測定用電子回路11は、レーザー光を発光
する発光器112と、受光器113を備える。なお、支
柱2は、測定対象となる水面3を有する水域内に立てら
れる。The measuring electronic circuit 11 includes a light emitter 112 for emitting laser light and a light receiver 113. The support 2 is set up in a water area having a water surface 3 to be measured.
【0018】筐体1は、水位測定装置全体を動物から守
り、かつ、風雨などの外部気象条件から守り、さらに、
波や風によって揺れることがなく、安定した測定を行う
ために必要である。The housing 1 protects the entire water level measuring device from animals and protects it from external weather conditions such as wind and rain.
It is necessary for stable measurement without being shaken by waves or wind.
【0019】電源設備12は、外部から商用電源を取り
入れることができる場合は、レーザー光を発光する発光
器112と、その反射波を受光する受光器113と、測
定用電子回路11と、通信設備13とを駆動するための
電力(直流低電圧電源)を供給する。商用電源が取り込
めない場合は、1次または2次電池の使用、または、燃
料電池、太陽電池、風力発電機等により2次電池を充電
して使用することが可能である。When a commercial power supply can be taken in from the outside, the power supply equipment 12 includes a light emitter 112 for emitting laser light, a light receiver 113 for receiving the reflected wave, an electronic circuit 11 for measurement, and a communication equipment. 13 (DC low-voltage power supply). When commercial power cannot be taken, it is possible to use a primary or secondary battery, or charge and use a secondary battery with a fuel cell, a solar battery, a wind power generator, or the like.
【0020】通信設備13は、水位測定装置を外部から
の制御指令を受信すると共に、測定結果を測定結果を管
理元に送信する。通信設備13と管理元とを結ぶ通信回
路は有線または無線であり、有線の場合は同軸ケーブ
ル、通信用ケーブル、光ファイバーケーブル、等の使用
が可能であり、無線の場合は、携帯電話網(iモード
等)や、専用周波数が割り当てられた通信網等の使用が
可能である。The communication facility 13 receives a control command from the outside of the water level measuring device, and transmits the measurement result to the management source. A communication circuit connecting the communication facility 13 and the management source is wired or wireless. In the case of a wired connection, a coaxial cable, a communication cable, an optical fiber cable, or the like can be used. In the case of a wireless connection, a mobile phone network (i. Mode) or a communication network to which a dedicated frequency is assigned.
【0021】以下、本実施の形態に係る水位測定装置の
機能を説明する。測定用電子回路11の発光器112
は、位相と波長が揃ったレーザー光、即ち、コヒーレン
トなレーザー光を、測定対象の水面に向けて、かつ水面
と直交する角度で、測定用電子回路11からの制御信号
に従って発光する。Hereinafter, the function of the water level measuring device according to the present embodiment will be described. Light emitting device 112 of measurement electronic circuit 11
Emits a laser beam having the same phase and wavelength, that is, a coherent laser beam, toward the water surface to be measured and at an angle perpendicular to the water surface in accordance with a control signal from the measurement electronic circuit 11.
【0022】測定用電子回路11の受光器113は、こ
のレーザー光の水面3からの反射光を受光して電気信号
に変換し、これを測定用電子回路11に送出する。測定
用電子回路11は、発光器112から発光されるレーザ
ー光の強度を制御し、かつ、このレーザー光の反射光を
受光した受光器113から送出される電気信号を使用し
て水面3までの距離を計算する。The photodetector 113 of the measuring electronic circuit 11 receives the reflected light of the laser light from the water surface 3, converts it into an electric signal, and sends it to the measuring electronic circuit 11. The measurement electronic circuit 11 controls the intensity of the laser light emitted from the light emitter 112 and uses the electric signal transmitted from the light receiver 113 that has received the reflected light of the laser light to reach the water surface 3. Calculate the distance.
【0023】上記の距離の計算方法には、大別して下記
の2種類の方法が有る。図2は、本発明の実施の形態に
係る水位測定装置の距離計算回路の1例を示すブロック
図である。The above distance calculation methods are roughly classified into the following two methods. FIG. 2 is a block diagram illustrating an example of a distance calculation circuit of the water level measurement device according to the embodiment of the present invention.
【0024】本例で示す距離計算回路は、測定用電子回
路11に含められる。また、その測定原理は、タイムオ
ブフライト(Time of Flight)法と呼ばれる。即ち、レ
ーザー光が発射されてから、その反射光が帰って来るま
での時間をτ秒とすると、求める距離Xは、The distance calculation circuit shown in this embodiment is included in the measurement electronic circuit 11. The measurement principle is called a time of flight method. That is, assuming that the time from when the laser light is emitted until the reflected light returns is τ seconds, the distance X to be obtained is
【0025】[0025]
【数1】X≒τ×1.5×108(m) となる。X1τ × 1.5 × 10 8 (m)
【0026】図2に示す回路で、発振器21は、1/F
の時間間隔でスイッチ22からオンオフ信号をレーザー
光電源23とカウンタ27に送出する。今、スイッチ2
2からオン信号が出された時刻を0秒とする。この時、
レーザー素子24は、発振して光信号(レーザー光)を
送り出すと共に、カウンタ27は、発振器28から出力
される周波数fのクロックパルスの波数を数え始める。
水面3に当たったレーザー光は反射して、このレーザー
光が発射されてからτ秒後に受光素子25に入射され、
レーザー光受信器26で電気信号に変換されてカウンタ
27に送出され、これにより、カウンタ27は、そのカ
ウント動作を停止する。In the circuit shown in FIG.
An on / off signal is transmitted from the switch 22 to the laser light power supply 23 and the counter 27 at the time intervals of (2). Now switch 2
The time at which the ON signal is output from 2 is 0 seconds. At this time,
The laser element 24 oscillates and sends out an optical signal (laser light), and the counter 27 starts counting the number of clock pulses of the frequency f output from the oscillator 28.
The laser light hitting the water surface 3 is reflected and is incident on the light receiving element 25 after τ seconds from the emission of the laser light,
The laser light receiver 26 converts the electric signal into an electric signal and sends it to the counter 27, whereby the counter 27 stops its counting operation.
【0027】一方、デコーダ29は、この間のカウンタ
27からのディジタル信号(即ち、周波数fの発振クロ
ックパルスの波数)を解釈することにより、水面3から
水位測定装置までの距離を距離情報として出力する。On the other hand, the decoder 29 outputs the distance from the water surface 3 to the water level measuring device as distance information by interpreting the digital signal (that is, the wave number of the oscillation clock pulse of the frequency f) from the counter 27 during this time. .
【0028】なお、1.5mmの分解能を得るには、発
振器28の周波数fは、100〔GHz〕が必要であ
る。図3は、本発明の実施の形態に係る水位測定装置の
距離計算回路の他の1例を示すブロック図である。In order to obtain a resolution of 1.5 mm, the frequency f of the oscillator 28 needs to be 100 [GHz]. FIG. 3 is a block diagram showing another example of the distance calculation circuit of the water level measuring device according to the embodiment of the present invention.
【0029】本例で示す距離計算回路は、測定用電子回
路11に含められる。また、その測定原理では、発射す
るレーザー光の強度を、正弦波または矩形波などの一定
周波数に変調し、反射波の位相変化から距離測定を行
う。The distance calculation circuit shown in this embodiment is included in the measurement electronic circuit 11. Further, according to the measurement principle, the intensity of the emitted laser light is modulated to a constant frequency such as a sine wave or a rectangular wave, and the distance is measured from the phase change of the reflected wave.
【0030】強度変調の周波数をf、受光波の位相の変
化角度をΦラジアンとすると、求める距離Xは、Assuming that the frequency of the intensity modulation is f and the angle of change of the phase of the received wave is Φ radian, the distance X to be obtained is
【0031】[0031]
【数2】X=Φ×1.5×108/2πf(m) となる。X = Φ × 1.5 × 10 8 / 2πf (m)
【0032】一般に、上述の図2に示す回路例の場合
は、10(m)程度の距離を測定する場合には、発振器
28から出力されるクロックパルスの周波数fを非常に
高く設定する必要が有る。これに比べて、図3に示す回
路では、使用するクロックパルスの周波数は低くても構
わない。Generally, in the case of the circuit example shown in FIG. 2, when measuring a distance of about 10 (m), it is necessary to set the frequency f of the clock pulse output from the oscillator 28 to a very high value. Yes. On the other hand, in the circuit shown in FIG. 3, the frequency of the clock pulse used may be lower.
【0033】図3に示す回路において、変調周波数発振
器311は、周波数fの強度変調用の電気信号を出力
し、分配器312で分配されて、レーザー強度変調器3
13とミキサ315に供給される。In the circuit shown in FIG. 3, a modulation frequency oscillator 311 outputs an electric signal for intensity modulation of a frequency f, is distributed by a distributor 312, and
13 and the mixer 315.
【0034】レーザー強度変調器313は、この周波数
fの強度変調用の電気信号によって、レーザー素子31
4から照射されるレーザー光を強度変調する。周波数f
の強度変調用の信号を正弦波と仮定するならば、レーザ
ー光に含められたこの信号は、Sinωtと表現でき
る。また、水面に反射したレーザー光の方は、受光素子
321とレーザー光受信器322とで、上記の周波数f
の信号と比べて、位相がΦだけ進んだSin(ωt+
Φ)なる電気信号に変換される。The laser intensity modulator 313 uses the electric signal for intensity modulation of the frequency f to generate the laser element 31.
The intensity of the laser light emitted from 4 is modulated. Frequency f
If the signal for intensity modulation is assumed to be a sine wave, this signal included in the laser beam can be expressed as Sinωt. Further, the laser light reflected on the water surface is reflected by the light receiving element 321 and the laser light receiver 322 on the above-mentioned frequency f.
Sin (ωt +
Φ).
【0035】発振器319は、周波数fに比べてΔfだ
け異なる周波数の電気信号を出力しており、この信号
は、上記と同様に正弦波と仮定するならば、Sin
{(ω+Δω)t+β}と表現される。ここで、βは発
振器319の位相である。この発振器319の出力は分
配器320で分配されて、ミキサ315とミキサ323
に供給される。The oscillator 319 outputs an electric signal having a frequency that is different from the frequency f by Δf.
{(Ω + Δω) t + β}. Here, β is the phase of the oscillator 319. The output of the oscillator 319 is distributed by the distributor 320, and the mixer 315 and the mixer 323
Supplied to
【0036】さらに、ミキサ315では、分配された発
振器319の出力は、レーザー強度変調器313からの
周波数fの強度変調用の信号と乗算されて、Sin
{(2ω+Δω)t+β}と、Sin(Δωt+β)と
の2つの正弦波として出力され、ローパスフィルタ31
6に入力される。Further, in the mixer 315, the output of the distributed oscillator 319 is multiplied by a signal for intensity modulation of the frequency f from the laser intensity modulator 313, and the signal is output from the sinusoid.
{(2ω + Δω) t + β} and Sin (Δωt + β) are output as two sine waves, and the low-pass filter 31
6 is input.
【0037】ローパスフィルタ316では、上記入力の
うち、前者のSin{(2ω+Δω)t+β}なる高調
波成分をカットすれば、ゼロ交差検出部317には、後
者のSin(Δωt+β)なる信号成分のみが入力され
る。In the low-pass filter 316, if the former harmonic component of Sin {(2ω + Δω) t + β} is cut out of the above input, the zero-crossing detector 317 outputs only the latter signal component of Sin (Δωt + β). Is entered.
【0038】他方、ミキサ323では、分配された発振
器319の出力と、レーザー光受信器322からの受信
信号とが乗算されて、Sin{(2ω+Δω)t+β+
Φ}と、Sin(Δωt+β+Φ)との2つの正弦波と
して出力され、ローパスフィルタ324に入力される。On the other hand, in the mixer 323, the output of the distributed oscillator 319 is multiplied by the reception signal from the laser light receiver 322, and Sin {(2ω + Δω) t + β +
It is output as two sine waves, Φ} and Sin (Δωt + β + Φ), and is input to the low-pass filter 324.
【0039】上記と同様に、ローパスフィルタ324
で、上記入力のうち、前者のSin{(2ω+Δω)t
+β+Φ}なる高調波成分をカットすれば、ゼロ交差検
出部317には、後者のSin(Δωt+β+Φ)なる
信号成分のみが入力される。As described above, the low-pass filter 324
In the above input, the former Sin {(2ω + Δω) t
If the higher harmonic component of + β + Φ カ ッ ト is cut, only the latter signal component of Sin (Δωt + β + Φ) is input to the zero-crossing detector 317.
【0040】ここで、ローパスフィルタ324の上記出
力を吟味すると、受信信号の距離情報Φが保存され、か
つ、その周波数はΔfであることが分かる(周波数Δf
は、非常に低い周波数である)。Here, by examining the output of the low-pass filter 324, it is found that the distance information Φ of the received signal is stored and the frequency is Δf (frequency Δf
Is a very low frequency).
【0041】求める距離情報Φは、ローパスフィルタ3
16とローパスフィルタ324との出力の比較から得ら
れるが、これはゼロ交差検出部317,325とカウン
タ318の作用によりなされる。The distance information Φ to be obtained is a low-pass filter 3
This is obtained by comparing the output of the low-pass filter 324 with the output of the low-pass filter 16, which is performed by the operations of the zero-crossing detectors 317 and 325 and the counter 318.
【0042】なお、周波数Δfは、非常に低い周波数で
あっても、高い分解能での距離の測定を可能にしてい
る。ちなみに、レーザー光が照射されてから、その反射
光が戻るまでの時間差τは、Note that the frequency Δf enables distance measurement with high resolution even at a very low frequency. By the way, the time difference τ between the irradiation of the laser beam and the return of the reflected light is
【0043】[0043]
【数3】τ÷(1/Δf)×2π=Φ〔ラジアン〕 から求めることができる。## EQU3 ## It can be obtained from τ ÷ (1 / Δf) × 2π = Φ [radian].
【0044】図4は、本発明の実施の形態に係る水位測
定装置の測定結果の処理方法を示すためのグラフであ
る。一般に、水位の測定結果は、風や波、濁流等の影響
によって変動し、正確な値が確定しない。FIG. 4 is a graph showing a method of processing the measurement result of the water level measuring device according to the embodiment of the present invention. Generally, the measurement result of the water level fluctuates due to the influence of wind, waves, turbidity, and the like, and an accurate value is not determined.
【0045】そこで、水位の測定は複数回繰り返して行
い、各測定値各々の平均をとることで正確な値を確定す
る。しかし、その前に、まず、測定結果の処理装置(こ
の処理装置は、例えば、測定用電子回路11に設置可
能)に、所定の測定範囲外のデータを無視するようなア
ルゴリズムを実行する回路を予め含めておく。Therefore, the measurement of the water level is repeatedly performed a plurality of times, and an accurate value is determined by averaging each measured value. However, before that, first, a circuit for executing an algorithm for ignoring data outside a predetermined measurement range is provided in a measurement result processing device (this processing device can be installed in the measurement electronic circuit 11, for example). Include it in advance.
【0046】即ち、水位測定装置の設置条件から、測定
値がとるべき範囲(上限値,下限値)が、予め推定可能
であるので、この範囲から外れる測定値は除外して、残
りの測定値のみで平均をとる。この処置により、不正確
な測定値を用いることによる平均値のシフトが防止でき
る。That is, the range (upper limit value, lower limit value) that the measured value should take can be estimated in advance from the installation conditions of the water level measuring device. Therefore, the measured value outside the range is excluded, and the remaining measured value is excluded. Take the average only. This measure prevents a shift in the average value due to the use of incorrect measurements.
【0047】本実施の形態では、上記の理由で変動する
測定値が、ガウス分布または正弦波関数の形で分布する
ものと仮定する。そこで、例えば、複数回(数百回)行
った測定結果から、測定距離の変動の範囲を10から5
0に区分した後、複数回分の測定値(データ)を、これ
ら10から50の区分のいずれかに入れる。In the present embodiment, it is assumed that the measured values that fluctuate for the above reasons are distributed in the form of a Gaussian distribution or a sinusoidal function. Therefore, for example, based on the measurement results performed a plurality of times (several hundred times), the range of the variation of the measurement distance is set to 10 to 5
After the division into 0, a plurality of measured values (data) are put into any of these 10 to 50 divisions.
【0048】図4に示すグラフでは、横軸に区分、縦軸
に各区分に入るデータの個数を頻度と見た測定値の分布
が示されている。このグラフは、正規分布の場合は、釣
鐘型の分布となり、図4に示すように、中心値(μ)
と、分散を表すσの2つの値で分布特性が決まる。ここ
では分布の中心を測定値とするのであるから、必要なの
は中心値(μ)だけであるので、分散を表すσは不要で
ある。In the graph shown in FIG. 4, the distribution of measured values is shown in which the horizontal axis represents the division and the vertical axis represents the number of data in each division as frequency. This graph has a bell-shaped distribution in the case of a normal distribution, and has a central value (μ) as shown in FIG.
And the distribution characteristic is determined by two values of σ representing the variance. Here, since the center of the distribution is used as the measured value, only the center value (μ) is required, and σ representing the variance is unnecessary.
【0049】測定結果の処理装置に組み込むべき具体的
なアルゴリズムとしては、上記に基づいた最大値と最小
値を定め、その間を等間隔に区分し、この区分毎に、区
分内のデータ数を集計することで頻度を算出し、算出さ
れた頻度が最大となる区分を中心値(μ)として決定す
るアルゴリズムとする。As a specific algorithm to be incorporated in the measurement result processing device, the maximum value and the minimum value based on the above are determined, the interval is divided at regular intervals, and the number of data in the division is totaled for each division. By doing so, the frequency is calculated, and the section having the highest calculated frequency is determined as the central value (μ).
【0050】図5,6,7は、本発明の実施の形態に係
る水位測定装置の設置方法の具体例を示す説明図であ
る。図5に示す設置方法では、水面3を有する水域内に
支柱52を構築し、支柱52の上部に本実施の形態に係
る水位測定装置を収めた筐体51を設置する。FIGS. 5, 6, and 7 are explanatory views showing specific examples of a method of installing the water level measuring device according to the embodiment of the present invention. In the installation method shown in FIG. 5, a support 52 is constructed in a water area having the water surface 3, and a housing 51 containing the water level measuring device according to the present embodiment is installed above the support 52.
【0051】図5では、支柱52の外部にレーザー光を
通す方法を示しているが、この他に、支柱52の内部に
レーザー光を通す方法が可能であり、この場合は、レー
ザー光を通す窓(開口部)が雨などで汚れないという利
点がある。FIG. 5 shows a method of transmitting a laser beam to the outside of the column 52. Alternatively, a method of transmitting a laser beam to the inside of the column 52 is possible. In this case, the laser beam is transmitted. There is an advantage that the window (opening) is not stained by rain or the like.
【0052】図6に示す設置方法では、水面3を有する
水域内の施設である橋などの構造物62を利用して、そ
の下部に本実施の形態に係る水位測定装置を収めた筐体
61を固定する。In the installation method shown in FIG. 6, a structure 61 such as a bridge, which is a facility in a body of water having a water surface 3, is used, and a housing 61 in which a water level measuring device according to the present embodiment is housed below. Is fixed.
【0053】この場合は、筐体61の設置が容易であ
り、外部からの電源の取り込みも容易となる。また、支
柱を使用しないので、増水時に、流されてくる漂流物や
石などの影響を受けない。In this case, the housing 61 can be easily installed, and the power can be easily taken in from the outside. In addition, since the strut is not used, there is no influence of drifting substances or stones flowing when the water is raised.
【0054】図7に示す設置方法では、水面3を有する
水域外(流域から離れた場所)に、筐体71のレーザー
開口部を取り込む柱72を立て、この内部を水面3を有
する水域からの水を引き込む連通管73とする。In the installation method shown in FIG. 7, a column 72 for taking in the laser opening of the casing 71 is set up outside the water area having the water surface 3 (a place away from the water basin), and the inside of the column 72 is taken from the water area having the water surface 3. It is a communication pipe 73 for drawing water.
【0055】水面3の水位は、連通管73内の水位74
と同じ高さであるから、連通管73内の水位74を測定
することで、水面3の水位を測定することができる。こ
の場合は、水面3を有する水域外(流域から離れた場
所)に柱72を立てるので、やはり、増水時に、流され
てくる漂流物や石などの影響を受けない。The water level of the water surface 3 is determined by the water level 74 in the communication pipe 73.
Since the height is the same as the height of the water surface 3, the water level of the water surface 3 can be measured by measuring the water level 74 in the communication pipe 73. In this case, since the pillar 72 is set up outside the water area having the water surface 3 (a place distant from the water basin), there is no influence of the drifting substances or stones that are washed away when the water is increased.
【0056】また、連通管73に細いオリフィス管を設
けることで、外部の細かな水位変動を遮ることが可能と
なり、レーザー光が当たる部分の水面を安定させること
ができる。Further, by providing a thin orifice pipe in the communication pipe 73, it is possible to block a small fluctuation in the external water level, and to stabilize the water surface of the portion irradiated with the laser beam.
【0057】[0057]
【発明の効果】以上に説明したとおり、本発明では、レ
ーザー距離計のレーザー光線を直接水面に反射させて、
水面との距離を測定し、その後、測定対象における波の
高さが正規分布するものと仮定した上での測定結果の頻
度分布特性から、その中心値を予測するので、時々刻々
と水位が変化する場合や、濁流や悪天候で大波が立つ場
合にも正確に水位を測定することができる。As described above, in the present invention, the laser beam of the laser distance meter is directly reflected on the water surface,
Measures the distance from the water surface, and then predicts the center value from the frequency distribution characteristics of the measurement results assuming that the wave height at the measurement target is normally distributed, so the water level changes every moment The water level can be accurately measured even when the turbulence or bad weather causes a surge.
【0058】また、発光レーザーの強度変調信号に微小
変化分の周波数をミックスする方法により、測定精度を
向上させることができる。さらに、従来のフロート式や
空気圧式に比べて、可動部分を有しないため、測定作業
が簡単であり、かつ、遠隔地からの測定データの監視に
より保守の必要性が確認できるので、整備と調整の手間
が大幅に減じることができる。Further, the measurement accuracy can be improved by a method of mixing the frequency of the minute change with the intensity modulation signal of the light emitting laser. Furthermore, compared to the conventional float type or pneumatic type, there are no moving parts, so measurement work is easy, and the need for maintenance can be confirmed by monitoring measurement data from a remote place, so maintenance and adjustment Labor can be greatly reduced.
【0059】また、消費電力が少ないので、太陽光や風
力により電源を自給する方式の採用が可能となり、山奥
の河川等の遠隔地への設置が可能となる。さらに、従来
のフロート式や空気圧式に比べて、水位変化に対する応
答性が高い。Further, since the power consumption is small, it is possible to adopt a method of self-supply by solar light or wind power, and it is possible to install the apparatus in a remote place such as a river in the mountains. Furthermore, the responsiveness to a water level change is higher than that of a conventional float type or pneumatic type.
【図1】本発明の実施の形態に係る水位測定装置の全体
構成とその設置環境を示す説明図である。FIG. 1 is an explanatory diagram showing an overall configuration of a water level measuring device according to an embodiment of the present invention and its installation environment.
【図2】本発明の実施の形態に係る水位測定装置の距離
計算回路の1例を示すブロック図である。FIG. 2 is a block diagram illustrating an example of a distance calculation circuit of the water level measurement device according to the embodiment of the present invention.
【図3】本発明の実施の形態に係る水位測定装置の距離
計算回路の他の1例を示すブロック図である。FIG. 3 is a block diagram showing another example of the distance calculation circuit of the water level measuring device according to the embodiment of the present invention.
【図4】本発明の実施の形態に係る水位測定装置の測定
結果の処理方法を示すためのグラフである。FIG. 4 is a graph showing a method of processing a measurement result of the water level measuring device according to the embodiment of the present invention.
【図5】本発明の実施の形態に係る水位測定装置の設置
方法の具体例を示す説明図である。FIG. 5 is an explanatory diagram showing a specific example of a method of installing the water level measuring device according to the embodiment of the present invention.
【図6】本発明の実施の形態に係る水位測定装置の設置
方法の他の具体例を示す説明図である。FIG. 6 is an explanatory diagram showing another specific example of the installation method of the water level measuring device according to the embodiment of the present invention.
【図7】本発明の実施の形態に係る水位測定装置の設置
方法の他の具体例を示す説明図である。FIG. 7 is an explanatory diagram showing another specific example of the installation method of the water level measuring device according to the embodiment of the present invention.
1……筐体、2……支柱、3……水面、11……測定用
電子回路、12……電源設備、13……通信設備、11
2……発光器、113……受光器DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Casing, 2 ... Prop, 3 ... Water surface, 11 ... Electronic circuit for measurement, 12 ... Power supply equipment, 13 ... Communication equipment, 11
2 ... Light emitter, 113 ... Receiver
Claims (8)
測定する水位測定装置において、 管理元からの制御指令の受信と、水位の測定結果の送信
とを行う通信手段と、 装置内の全設備に電源を供給するための電源供給手段
と、 測定対象となる水面にレーザー光を照射するレーザー光
照射手段と、 前記照射したレーザー光の反射波を受光するレーザー光
受光手段と、 前記照射したレーザー光の照射時刻と該レーザー光に対
応する前記反射波の受光時刻との時間差、若しくは、前
記照射したレーザー光の変調信号が保持する所定の物理
量と該レーザー光に対応する前記反射波の前記変調信号
が保持する前記物理量との差を使用して水位を算出する
水位測定手段と、 前記水位測定手段による複数回の測定結果の分布から水
位を決定する水位決定手段と、 を有することを特徴とする水位測定装置。1. A water level measuring device for measuring a water level of a pond or a river using a laser beam, comprising: communication means for receiving a control command from a management source and transmitting a measurement result of the water level; Power supply means for supplying power to all the facilities, laser light irradiation means for irradiating laser light on the surface of water to be measured, laser light receiving means for receiving a reflected wave of the irradiated laser light, and irradiation The time difference between the irradiation time of the irradiated laser light and the reception time of the reflected wave corresponding to the laser light, or the predetermined physical quantity held by the modulation signal of the irradiated laser light and the reflected light corresponding to the laser light. A water level measuring means for calculating a water level using a difference between the physical quantity held by the modulation signal, and a water level determining means for determining a water level from a distribution of a plurality of measurement results by the water level measuring means. A water level measuring device, comprising: a step;
反射波を受光する時点までの間の経過時間を経時する経
時手段を、前記水位決定手段に備えたことを特徴とする
請求項1記載の水位測定装置。2. The water level determining means according to claim 1, wherein said water level determining means includes an elapse means for elapse of an elapsed time from a time point of irradiating said laser beam to a time point of receiving said reflected wave. Water level measurement device.
用する変調信号の位相を前記所定の物理量としたことを
特徴とする請求項1記載の水位測定装置。3. The water level measuring device according to claim 1, wherein a phase of a modulation signal used for modulating the intensity of the irradiated laser beam is the predetermined physical quantity.
イバーケーブル、携帯電話網、専用周波数が割り当てら
れた通信網の少なくともいずれか1つを使用する前記通
信手段を備えたことを特徴とする請求項1記載の水位測
定装置。4. The communication device according to claim 1, wherein said communication means uses at least one of a coaxial cable, a communication cable, an optical fiber cable, a mobile telephone network, and a communication network to which a dedicated frequency is allocated. Water level measuring device as described.
利用電源、燃料電池の少なくともいずれか1つを使用す
る前記電源供給手段を備えたことを特徴とする請求項1
記載の水位測定装置。5. The power supply unit using at least one of a commercial power supply, a battery, a wind power supply, a solar power supply, and a fuel cell.
Water level measuring device as described.
り付けられることを特徴とする請求項1記載の水位測定
装置。6. The water level measuring device according to claim 1, wherein the water level measuring device is attached to a support standing on a water surface to be measured.
物に取り付けられることを特徴とする請求項1記載の水
位測定装置。7. The water level measuring device according to claim 1, wherein the water level measuring device is attached to an existing structure existing on a water surface to be measured.
離れた場所に立てられた柱に取り付けられることを特徴
とする請求項1記載の水位測定装置。8. The water level measuring device according to claim 1, further comprising a communication pipe, the water level measuring apparatus being attached to a column that is set up at a position distant from a basin to be measured.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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