JP7805836B2 - River flow estimation system - Google Patents
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Description
本願発明は、河川の流量を推定する技術であり、より具体的には、河川を撮影して得られた画像に基づいてその流量を推定することができる河川流量推定システムに関するものである。 This invention relates to technology for estimating river flow rates, and more specifically to a river flow rate estimation system that can estimate the flow rate of a river based on images obtained by photographing the river.
河川に流れる水の量(流量)を把握することは有益であり、特に大雨など洪水が予測されるときには河川流量を把握することが極めて重要になる。洪水時の流量を観測するには、これまで100年以上にわたって浮子による観測が基本とされていた。この浮子観測は、河川に投下した浮子が所定距離だけ流下するために要した時間を観測することで流速を求め、その流速と河川(通水部分)の断面積を乗ずることによってその流量を把握する方法である。そして浮子観測を行うには最低5人の観測員が必要とされ、すなわち多くの労力が求められていた。 Knowing the amount of water flowing in a river (flow rate) is useful, and is extremely important when flooding due to heavy rain is predicted. For over 100 years, the basic method for measuring flow rate during floods has been float observation. This float observation method involves dropping a float into the river and observing the time it takes for it to flow down a certain distance to determine the flow rate, and then multiplying this flow rate by the cross-sectional area of the river (the part through which water flows) to determine the flow rate. However, float observation required a minimum of five observers, which meant it was very labor-intensive.
一方、山岳域における河川など多くの観測員を派遣することが難しいケースでは、断面計測法によって河川流量を観測するのが一般的である。断面計測法では、数cm間隔で河川断面を計測し、そのため最低2~3人の観測員が必要とされ、1地点での観測に係る時間は15~30分とされている。つまり、断面計測法によって河川流量を把握する場合も、浮子観測と同様、多くの労力が求められていた。 On the other hand, in cases where it is difficult to dispatch many observers, such as rivers in mountainous regions, river flow is generally observed using the cross-section measurement method. With this method, the river cross section is measured at intervals of several centimeters, which requires a minimum of two to three observers, and the time required for observation at one location is estimated to be 15 to 30 minutes. In other words, determining river flow using the cross-section measurement method requires a great deal of effort, just like float observations.
浮子観測や断面計測法によらず、測定機器を利用して直接的に流量を測定することも考えられるが、洪水時に測定機器で測定するのは危険が伴い、仮に測定機器を常設したとしても破損したり欠測したりするおそれもあることから、現実的な手法とはいえない。 It is possible to measure flow directly using measuring equipment without relying on float observations or cross-sectional measurement methods, but using measuring equipment during floods is dangerous, and even if the measuring equipment were permanently installed, there is a risk of it being damaged or readings being missed, so this is not a realistic method.
そこで、近年では河川のうち注目すべき位置にカメラやビデオカメラを設置し、その画像や映像によって河川流量を把握する試みも行われている。例えば特許文献1では、河川の画像を2以上の時期で取得し、それらの画像を用いてPIV(Particle Image Velocimetry)解析を行うことによって河川流量を把握する技術について提案している。 In recent years, therefore, attempts have been made to install cameras or video cameras in noteworthy locations on rivers and use the images and videos to determine river flow rates. For example, Patent Document 1 proposes technology for determining river flow rates by capturing images of a river at two or more time periods and using these images to perform PIV (Particle Image Velocimetry) analysis.
これまで河川流量を把握するにあたっては、流速を求めたうえで流量を算出することが主流であった。例えば、浮子観測では浮子の速度を観測したり、特許文献1ではPIV解析を行ったりすることで河川流速を求め、そしてその流速に河川の断面積を乗じることで河川流量を算出していたわけである。 Until now, the mainstream method for determining river flow rate has been to first determine the flow velocity and then calculate the flow rate. For example, in float observations, the speed of the float is measured, and in Patent Document 1, PIV analysis is performed to determine the river flow velocity, and the river flow rate is then calculated by multiplying the flow velocity by the cross-sectional area of the river.
しかしながら、浮子観測のように河川の流速を測定するには多くの労力を要するうえに正確な流速が得られるとは限らず、また特許文献1のようにPIV解析を行ったとしても画像の状況によってはやはり正確な流速が得られるとは限らない。そして正確な流速が得られない場合、当然ながら正確な河川流量を把握することもできない。 However, measuring river flow velocity using float observations requires a great deal of effort and does not always result in an accurate flow velocity. Furthermore, even if PIV analysis is performed as in Patent Document 1, accurate flow velocity may not always be obtained depending on the image conditions. And if accurate flow velocity cannot be obtained, it is naturally impossible to accurately determine the river flow rate.
本願発明の課題は、従来の問題を解決することであり、すなわち、河川を撮影して得られた画像を利用し、しかも流速を求めることなく河川流量を把握することができる河川流量推定システムを提供することである。 The objective of the present invention is to solve the problems of the past, namely, to provide a river flow estimation system that uses images obtained by photographing a river and can determine river flow rate without calculating flow velocity.
本願発明は、河川を撮影して得られた画像のうち河川に係る画素(ピクセル)の数に応じて河川流量を推定する、という点に着目したものであり、従来にはなかった発想に基づいてなされた発明である。 The present invention focuses on the fact that river flow is estimated based on the number of pixels related to the river in an image obtained by photographing the river, and is an invention based on an unprecedented concept.
本願発明の河川流量推定システムは、河川を撮影した観測画像に基づいて河川の流量を推定するシステムであって、河川部設定手段と河川画素数計上手段、計算流量出力手段を備えたものである。このうち河川部設定手段は、河川幅側線を設定する手段であり、河川画素数計上手段は、観測画像のうち河川幅側線に係る画素の総数を河川画素数として計上する手段である。計算流量出力手段は、河川画素数を流量算定式に入力することによって計算流量を出力する手段である。河川幅側線は、観測画像に含まれる河川の河川幅となるように設定される。また流量算定式は、河川画素数と計算流量との関係を表す関数であって、実際に計上された河川画素数と実際に観測された河川の流量の実績値に基づいて設定される。そして、計算流量出力手段によって出力された計算流量を、観測画像に含まれる河川の流量として推定することができる。 The river flow estimation system of the present invention is a system that estimates river flow based on observed images of a river, and includes a river section setting means, a river pixel counting means, and a calculated flow output means. The river section setting means is a means for setting a river width side line, and the river pixel counting means is a means for counting the total number of pixels in the observed image related to the river width side line as the river pixel count. The calculated flow output means is a means for outputting the calculated flow by inputting the river pixel count into a flow calculation formula. The river width side line is set to be the river width of the river included in the observed image. The flow calculation formula is a function that represents the relationship between the river pixel count and the calculated flow, and is set based on the actually counted river pixel count and the actual observed river flow rate. The calculated flow rate output by the calculated flow output means can then be estimated as the flow rate of the river included in the observed image.
本願発明の河川流量推定システムは、観測画像を学習済みモデルに入力することによって河川幅側線を設定するものとすることもできる。この場合の学習済みモデルは、河川幅側線が設定された観測画像を機械学習することによって生成される。 The river flow estimation system of the present invention can also set river width lateral lines by inputting observed images into a trained model. In this case, the trained model is generated by machine learning observed images on which river width lateral lines have been set.
本願発明の河川流量推定システムは、河川部設定手段が河川領域を設定するものとすることもできる。この場合、河川画素数計上手段は、観測画像のうち河川領域に係る画素の総数を河川画素数として計上する。 The river flow estimation system of the present invention can also be configured so that the river area setting means sets the river area. In this case, the river pixel counting means counts the total number of pixels in the observed image that belong to the river area as the river pixel count.
本願発明の河川流量推定システムは、観測画像を学習済みモデルに入力することによって河川幅側線を設定するものとすることもできる。この場合の学習済みモデルは、河川領域が設定された観測画像を機械学習することによって生成される。 The river flow estimation system of the present invention can also set river width laterals by inputting observed images into a trained model. In this case, the trained model is generated by machine learning observed images in which river areas are set.
本願発明の河川流量推定システムは、流量算定式が2次式や3次式で設定されたものとすることもできる。 The river flow estimation system of the present invention can also be configured so that the flow calculation formula is set as a quadratic or cubic formula.
本願発明の河川流量推定システムには、次のような効果がある。
(1)観測画像を取得するだけで流量を把握することができ、例えば現地にカメラを常設すれば無人化や省力化を図ることができる。その結果、観測コストを抑えることができるうえに、観測者が危険な状況におかれることもない。
(2)また、現地にカメラを設置するだけで流量を把握することができることから、様々な場所で適用することができる。
(3)流速を求める必要がないため、不正確な流速に起因して不正確な河川流量を求めてしまう不都合を回避することができる。
The river flow rate estimation system of the present invention has the following effects.
(1) The flow rate can be determined simply by acquiring observation images. For example, by permanently installing a camera on-site, unmanned operation and labor saving can be achieved. As a result, observation costs can be reduced and observers are not placed in dangerous situations.
(2) Furthermore, since the flow rate can be grasped simply by installing a camera on-site, it can be applied in a variety of locations.
(3) Since there is no need to calculate the flow velocity, it is possible to avoid the inconvenience of calculating an inaccurate river flow rate due to an inaccurate flow velocity.
本願発明の河川流量推定システムの実施形態の一例を、図に基づいて説明する。 An example of an embodiment of the river flow estimation system of the present invention will be explained with reference to the drawings.
図1は、本願発明の河川流量推定システム100の主な構成を示すブロック図である。この図に示すように本願発明の河川流量推定システム100は、河川部設定手段101と河川画素数計上手段102、計算流量出力手段103を含んで構成され、さらに流量算定式設定手段104やモデル生成手段105、画像取得手段106、出力手段107、観測画像記憶手段108、学習済みモデル記憶手段109、流量算定式記憶手段110を含んで構成することもできる。 Figure 1 is a block diagram showing the main components of the river flow estimation system 100 of the present invention. As shown in this figure, the river flow estimation system 100 of the present invention is configured to include a river section setting means 101, a river pixel counting means 102, and a calculated flow output means 103, and can also be configured to include a flow calculation formula setting means 104, a model generation means 105, an image acquisition means 106, an output means 107, an observed image storage means 108, a trained model storage means 109, and a flow calculation formula storage means 110.
本願発明の河川流量推定システム100を構成する河川部設定手段101と河川画素数計上手段102、計算流量出力手段103、流量算定式設定手段104、モデル生成手段105は、専用のものとして製造することもできるし、汎用的なコンピュータ装置を利用することもできる。このコンピュータ装置は、CPU等のプロセッサ、ROMやRAMといったメモリを具備しており、さらにマウスやキーボード等の入力手段やディスプレイ等の表示手段を含むものもあり、例えばパーソナルコンピュータ(PC)やサーバなどによって構成することができる。 The river section setting means 101, river pixel counting means 102, calculated flow rate output means 103, flow rate calculation formula setting means 104, and model generation means 105 that constitute the river flow rate estimation system 100 of the present invention can be manufactured as dedicated devices, or a general-purpose computer device can be used. This computer device is equipped with a processor such as a CPU, memory such as ROM and RAM, and may further include input means such as a mouse and keyboard, and display means such as a display, and can be configured, for example, as a personal computer (PC) or server.
また、観測画像記憶手段108と学習済みモデル記憶手段109、流量算定式記憶手段110は、汎用的コンピュータ(例えば、PC)の記憶装置を利用することもできるし、データベースサーバに構築することもできる。データベースサーバに構築する場合、ローカルなネットワーク(LAN:Local Area Network)に置くこともできるし、インターネット経由で保存するクラウドサーバとすることもできる。 Furthermore, the observed image storage means 108, trained model storage means 109, and flow rate calculation formula storage means 110 can use the storage device of a general-purpose computer (e.g., a PC), or can be built on a database server. If built on a database server, it can be placed on a local network (LAN: Local Area Network), or it can be a cloud server that stores data via the Internet.
以下、河川流量推定システム100を構成する主な要素ごとに詳しく説明する。 Below, we will explain in detail each of the main elements that make up the river flow estimation system 100.
(画像取得手段)
画像取得手段106は、河川を撮影して得られる画像(以下、「観測画像」という。)を静止画や動画として取得するものであり、デジタルカメラやデジタルビデオカメラ、スマートフォン、タブレット型PCなどを利用することができる。観測画像を取得するにあたっては、観測者が携行した画像取得手段106で撮影することもできるし、現地に常設したいわゆる定点カメラの画像取得手段106によって撮影することもでき、さらに衛星画像を利用することもできる。画像取得手段106によって取得された静止画や動画は、観測画像記憶手段108に記憶される(図1)。なお、定点カメラの画像取得手段106によって撮影された観測画像は、通信手段を介して伝送されたうえで観測画像記憶手段108に記憶するとよい。
(Image Acquisition Means)
The image acquisition means 106 acquires images (hereinafter referred to as "observation images") obtained by photographing the river as still images or videos, and can be a digital camera, a digital video camera, a smartphone, a tablet PC, or the like. Observation images can be acquired using the image acquisition means 106 carried by the observer, or using the image acquisition means 106 of a so-called fixed camera permanently installed on-site, or satellite images can also be used. The still images and videos acquired by the image acquisition means 106 are stored in the observation image storage means 108 (Figure 1). Note that the observation images taken by the image acquisition means 106 of the fixed camera may be transmitted via communication means and then stored in the observation image storage means 108.
(河川部設定手段)
河川部設定手段101は、観測画像のうち河川に相当する部分(以下、単に「河川部分」という。)を設定する手段である。なお本願発明の河川流量推定システム100は、図2(a)に示すように河川の幅(以下、単に「河川幅」という。)を示す側線(以下、「河川幅側線」という。)を河川部分とする形態(以下、「第1形態」という。)と、図2(b)に示すように河川を示す領域(以下、「河川領域」という。)を河川部分とする形態(以下、「第2形態」という。)に大別することができる。すなわち、第1形態における河川部設定手段101は河川部分として河川幅側線を設定し、第2形態における河川部設定手段101は河川部分として河川領域を設定する。
(River section setting means)
The river section setting means 101 is a means for setting a portion of the observed image corresponding to a river (hereinafter simply referred to as a "river section"). The river flow rate estimation system 100 of the present invention can be broadly divided into a form (hereinafter referred to as a "first form") in which a lateral line (hereinafter referred to as a "river width lateral line") indicating the width of a river (hereinafter simply referred to as a "river width") is set as a river section, as shown in Figure 2(a) , and a form (hereinafter referred to as a "second form") in which an area indicating a river (hereinafter referred to as a "river area") is set as a river section, as shown in Figure 2(b) . That is, the river section setting means 101 in the first form sets the river width lateral line as the river section, and the river section setting means 101 in the second form sets the river area as the river section.
河川部設定手段101は、ディスプレイ(出力手段107)に表示された観測画像を確認しながら、オペレータが河川幅側線や河川領域を設定する仕様とすることができる。この場合、河川部設定手段101としてポインティングデバイス(マウスやタッチパネル、ペンタブレット、タッチパッド、トラックパッド、トラックボールなど)やキーボード等を利用するとよい。 The river section setting means 101 can be configured so that the operator can set the river width side line and river area while checking the observation image displayed on the display (output means 107). In this case, it is recommended to use a pointing device (mouse, touch panel, pen tablet, touchpad, trackpad, trackball, etc.) or keyboard as the river section setting means 101.
また河川部設定手段101は、観測画像から河川幅側線や河川領域を自動的(機械的)に設定する仕様とすることもできる。この場合、従来用いられる画像認識技術を用いて河川領域を自動抽出したうえで、河川幅側線や河川領域を設定することができる。あるいは「学習済みモデル」を用いて河川幅側線や河川領域を設定することもできる。 The river section setting means 101 can also be configured to automatically (mechanically) set river width side lines and river areas from observed images. In this case, the river area can be automatically extracted using conventional image recognition technology, and then the river width side lines and river areas can be set. Alternatively, the river width side lines and river areas can be set using a "trained model."
学習済みモデルは、モデル生成手段105によって生成される。第1形態の場合、このモデル生成手段105は、河川幅側線が設定された観測画像を教師データとする機械学習(例えば、ディープラーニング等)を行うことによって学習済みモデルを生成する。一方、第2形態の場合、モデル生成手段105は、河川領域が設定された観測画像を教師データとする機械学習を行うことによって学習済みモデルを生成する。モデル生成手段105によって生成された学習済みモデルは、学習済みモデル記憶手段109に記憶される(図1)。 The trained model is generated by the model generation means 105. In the first form, the model generation means 105 generates the trained model by performing machine learning (e.g., deep learning) using observation images in which river width side lines are set as training data. On the other hand, in the second form, the model generation means 105 generates the trained model by performing machine learning using observation images in which river areas are set as training data. The trained model generated by the model generation means 105 is stored in the trained model storage means 109 (Figure 1).
河川部設定手段101が学習済みモデルを利用する場合、観測画像を学習済みモデルに入力することによって河川幅側線や河川領域が設定される。例えば、図2(a)では観測画像が入力された学習済みモデルが河川幅側線を設定しており、図2(b)では観測画像が入力された学習済みモデルが河川領域を設定している。 When the river section setting means 101 uses a trained model, the river width side line and river area are set by inputting an observed image into the trained model. For example, in Figure 2(a), the trained model to which the observed image is input sets the river width side line, and in Figure 2(b), the trained model to which the observed image is input sets the river area.
(河川画素数計上手段)
河川画素数計上手段102は、観測画像を構成する画素(ピクセル)のうち河川部分に相当する画素の数(以下、「河川画素数」という。)を計上する手段である。すなわち、第1形態における河川画素数計上手段102は、観測画像を読み出すとともに、河川部設定手段101によって設定され河川幅側線を読み出し、その河川幅側線に係る(河川幅側線を構成する)画素を抽出したうえでその総数を河川画素数として計上する。一方、第2形態における河川画素数計上手段102は、観測画像を読み出すとともに、河川部設定手段101によって設定され河川領域を読み出し、その河川領域に係る(河川領域を構成する)画素を抽出したうえでその総数を河川画素数として計上する。
(Means for counting river pixels)
The river pixel counting means 102 is a means for counting the number of pixels (pixels) constituting the observation image that correspond to the river portion (hereinafter referred to as the "river pixel count"). That is, the river pixel counting means 102 in the first form reads out the observation image, reads out the river width side line set by the river portion setting means 101, extracts pixels related to the river width side line (constituting the river width side line), and counts the total number as the river pixel count. On the other hand, the river pixel counting means 102 in the second form reads out the observation image, reads out the river area set by the river portion setting means 101, extracts pixels related to the river area (constituting the river area), and counts the total number as the river pixel count.
第1形態における河川画素数計上手段102は、河川領域を構成する画素数に基づいて河川幅側線の河川画素数を計上する仕様とすることもできる。例えば、観測画像に対して第1軸(例えば、縦軸)とこれに直交する第2軸(例えば、横軸)を設定するとともに、第2軸に沿って配列された画素が第1軸方向に並べられることで河川領域が構成されると考え、第2軸に並ぶ画素数の平均値を河川幅側線の河川画素数として計上することができる。したがってこの場合の河川部設定手段101は、河川部分として河川領域を設定する。 In the first embodiment, the river pixel counting means 102 can also be configured to count the number of river pixels of the river width side line based on the number of pixels that make up the river area. For example, a first axis (e.g., a vertical axis) and a second axis (e.g., a horizontal axis) perpendicular to the first axis can be set for the observed image, and the river area can be considered to be composed of pixels arranged along the second axis aligned in the first axis direction, with the average number of pixels aligned along the second axis being counted as the number of river pixels of the river width side line. Therefore, in this case, the river portion setting means 101 sets the river area as a river portion.
(流量算定式設定手段)
流量算定式設定手段104は、「流量算定式」を設定する手段である。この流量算定式は、計算によって求められる流量(以下「計算流量」という。)と、河川画素数との関係を表す関数であって、実際に計上された河川画素数(以下、「実績河川画素数」という。)と実際に観測された河川の流量(以下、「実績河川流量」という。)に基づいて設定される。以下、流量算定式を設定する手順について説明する。
(Flow rate calculation formula setting means)
The flow rate calculation formula setting means 104 is a means for setting the "flow rate calculation formula." This flow rate calculation formula is a function that represents the relationship between the flow rate obtained by calculation (hereinafter referred to as the "calculated flow rate") and the number of river pixels, and is set based on the number of river pixels that have actually been recorded (hereinafter referred to as the "actual river pixel number") and the flow rate of the river that has actually been observed (hereinafter referred to as the "actual river flow rate"). The procedure for setting the flow rate calculation formula will be explained below.
まず、河川の流量を測定することで実績河川流量を得るとともに、そのときの観測画像を取得することで実績河川画素数を得る。このとき、流量の値が異なる状況において流量の測定と観測画像の取得を行うことによって、実績河川画素数と実績河川流量からなる組み合わせを複数用意するとよい。複数の実績河川画素数と実績河川流量からなる組み合わせが用意できると、最小二乗法などによって流量算定式を設定する。流量算定式設定手段104によって設定された流量算定式は、流量算定式記憶手段110に記憶される(図1)。 First, the actual river flow rate is obtained by measuring the river flow rate, and the actual river pixel count is obtained by acquiring observed images at that time. It is advisable to prepare multiple combinations of actual river pixel count and actual river flow rate by measuring the flow rate and acquiring observed images under conditions with different flow rate values. Once multiple combinations of actual river pixel count and actual river flow rate have been prepared, a flow rate calculation formula is set using the least squares method or the like. The flow rate calculation formula set by the flow rate calculation formula setting means 104 is stored in the flow rate calculation formula storage means 110 (Figure 1).
ところで、一般的に河川の流量は、図3の数式(1)に示すように断面積と流速の積で求められ、またその流速は図3の数式(2)によって算出されることが多い。そして、図3に示すようにその断面形状が概ね台形となる場合、数式(3)~(7)を用いることによって河川の流量を数式(8)で表すことができる。仮に、この数式(8)のうち河川底Bを0に近づけると(つまり、三角形に近づけると)、流量Qは水深hの8/3乗に比例する(数式(9))。つまり流量Qは、水深hを変数とする関数で求めることができ、しかも水深hの2次式(2次関数)や3次式(3次関数)との相関が高いことが想定される。そこで本願発明の発明者らは、河川画素数を変数とする2次式や3次式として流量算定式(河川画素数との関係を表す関数)を設定したところ、予想どおり高い相関を示すことが分かった。例えば図4に示す流量算定式は、河川画素数の2次式として設定されているが、その相関係数R2は0.88と高い値を示している。すなわち流量算定式は、河川画素数の2次式や3次式として設定することがより好ましいといえる。 Generally, a river's flow rate is calculated by multiplying its cross-sectional area by its flow velocity, as shown in equation (1) in Figure 3, and the flow velocity is often calculated using equation (2) in Figure 3. When the cross-sectional shape is roughly trapezoidal, as shown in Figure 3, the flow rate can be expressed as equation (8) using equations (3) to (7). If the riverbed B in equation (8) approaches zero (i.e., approaches a triangle), the flow rate Q becomes proportional to the 8/3 power of the water depth h (equation (9)). In other words, flow rate Q can be calculated as a function with water depth h as a variable, and it is expected to be highly correlated with quadratic and cubic expressions for water depth h. Therefore, the inventors of the present invention designed a flow rate calculation formula (a function expressing the relationship with the number of river pixels) as a quadratic or cubic expression with the number of river pixels as a variable, and found that, as expected, a high correlation was observed. For example, the flow rate calculation formula shown in Figure 4 is set as a quadratic expression of the number of river pixels, but its correlation coefficient R2 is a high value of 0.88. In other words, it is more preferable to set the flow rate calculation formula as a quadratic or cubic expression of the number of river pixels.
(計算流量出力手段)
計算流量出力手段103は、流量算定式によって求められる流量(以下、「計算流量」という。)を、ディスプレイやプリンタといった出力手段107に出力する手段である(図1)。すなわち計算流量出力手段103は、河川画素数計上手段102によって計上された河川画素数を読み出すとともに、流量算定式設定手段104によって設定された流量算定式を読み出し、その河川画素数を流量算定式に入力することによって計算流量を出力する。そして、ここで出力された計算流量を、観測画像に収められたときの河川の流量として推定することができるわけである。
(Calculated flow rate output means)
The calculated flow rate output means 103 is a means for outputting the flow rate calculated by the flow rate calculation formula (hereinafter referred to as the "calculated flow rate") to an output means 107 such as a display or printer (Fig. 1). That is, the calculated flow rate output means 103 reads out the number of river pixels counted by the river pixel number counting means 102, reads out the flow rate calculation formula set by the flow rate calculation formula setting means 104, and outputs the calculated flow rate by inputting the number of river pixels into the flow rate calculation formula. The calculated flow rate output here can then be estimated as the flow rate of the river when it was captured in the observed image.
(処理の流れ)
以下、図5を参照しながら河川流量推定システム100の主な処理について詳しく説明する。図5は、河川流量推定システム100の主な処理の流れの一例を示すフロー図であり、中央の列に実行する処理を示し、左列にはその処理に必要なものを、右列にはその処理から生ずるものを示している。
(Processing flow)
The main processing of the river flow rate estimation system 100 will be described in detail below with reference to Fig. 5. Fig. 5 is a flow diagram showing an example of the flow of the main processing of the river flow rate estimation system 100, in which the processing to be executed is shown in the center column, what is necessary for that processing is shown in the left column, and what results from that processing is shown in the right column.
河川流量推定システム100を利用して河川の流量を推定するには、図5に示すようにまずは観測画像を取得する(図5のStep201)。このとき、観測者が携行した画像取得手段106で観測画像を取得することもできるし、現地に常設したいわゆる定点カメラの画像取得手段106によって観測画像を取得することもできることは、既述したとおりである。 To estimate river flow using the river flow estimation system 100, an observation image is first acquired, as shown in Figure 5 (Step 201 in Figure 5). As mentioned above, the observation image can be acquired using an image acquisition means 106 carried by an observer, or it can be acquired using an image acquisition means 106 of a so-called fixed camera permanently installed on-site.
観測画像を取得すると、河川部設定手段101が読み出した観測画像から河川部分(河川幅側線、あるいは河川領域)を設定する(図5のStep202)。そして河川画素数計上手段102が観測画像と河川幅側線を読み出して河川画素数を計上し(図5のStep203)、計算流量出力手段103が河川画素数と設定された流量算定式を読み出して計算流量を出力する(図5のStep204)。 When an observation image is acquired, the river section setting means 101 sets the river section (river width side line or river area) from the read observation image (Step 202 in Figure 5). The river pixel counting means 102 then reads the observation image and river width side line and counts the number of river pixels (Step 203 in Figure 5), and the calculated flow rate output means 103 reads the number of river pixels and the set flow rate calculation formula and outputs the calculated flow rate (Step 204 in Figure 5).
本願発明の河川流量推定システムは、国や地方自治体をはじめとする河川管理者にとって特に有用である。本願発明が、洪水など河川に伴う水害をいち早く予見することができ、その結果、災害から多くの住民を守ることができることを考えれば、本願発明は産業上利用できるばかりでなく社会的にも大きな貢献が期待できる発明といえる。 The river flow estimation system of the present invention is particularly useful for river administrators, including national and local governments. Considering that the present invention can quickly predict floods and other river-related water damage, thereby protecting many residents from disasters, the present invention is not only applicable to industry but is also expected to make a significant contribution to society.
100 本願発明の河川流量推定システム
101 (河川流量推定システムの)河川部設定手段
102 (河川流量推定システムの)河川画素数計上手段
103 (河川流量推定システムの)計算流量出力手段
104 (河川流量推定システムの)流量算定式設定手段
105 (河川流量推定システムの)モデル生成手段
106 (河川流量推定システムの)画像取得手段
107 (河川流量推定システムの)出力手段
108 (河川流量推定システムの)観測画像記憶手段
109 (河川流量推定システムの)学習済みモデル記憶手段
110 (河川流量推定システムの)流量算定式記憶手段
100 River flow rate estimation system of the present invention 101 River section setting means (of river flow rate estimation system) 102 River pixel number counting means (of river flow rate estimation system) 103 Calculated flow rate output means (of river flow rate estimation system) 104 Flow rate calculation formula setting means (of river flow rate estimation system) 105 Model generation means (of river flow rate estimation system) 106 Image acquisition means (of river flow rate estimation system) 107 Output means (of river flow rate estimation system) 108 Observed image storage means (of river flow rate estimation system) 109 Learned model storage means (of river flow rate estimation system) 110 Flow rate calculation formula storage means (of river flow rate estimation system)
Claims (3)
河川領域を設定する河川部設定手段と、
前記観測画像のうち前記河川領域に係る画素の総数を河川画素数として計上する河川画素数計上手段と、
前記河川画素数を流量算定式に入力することによって、計算流量を出力する計算流量出力手段と、を備え、
前記河川領域は、前記観測画像に含まれる河川の領域となるように設定され、
前記流量算定式は、前記河川画素数と前記計算流量との関係を表す関数であって、実際に計上された前記河川画素数と実際に観測された河川の流量の実績値に基づいて設定され、
前記計算流量出力手段によって出力された前記計算流量を、前記観測画像に含まれる河川の流量として推定することができる、
ことを特徴とする河川流量推定システム。 A system for estimating the flow rate of a river based on observation images of the river, comprising:
a river area setting means for setting a river area;
a river pixel counting means for counting the total number of pixels relating to the river region in the observation image as the number of river pixels;
a calculated flow rate output means for outputting a calculated flow rate by inputting the number of river pixels into a flow rate calculation formula;
the river region is set to be a river region included in the observed image,
The flow rate calculation formula is a function that represents the relationship between the number of river pixels and the calculated flow rate, and is set based on the number of river pixels that is actually recorded and the actual value of the flow rate of the river that is actually observed,
The calculated flow rate output by the calculated flow rate output means can be estimated as the flow rate of the river included in the observation image.
A river flow rate estimation system characterized by:
前記学習済みモデルは、前記河川領域が設定された前記観測画像を機械学習することによって生成された、
ことを特徴とする請求項1記載の河川流量推定システム。 the river area setting means sets the river area by inputting the observed image into a trained model;
The trained model is generated by machine learning the observed image in which the river area is set.
2. The river flow rate estimation system according to claim 1 .
ことを特徴とする請求項1又は請求項2記載の河川流量推定システム。 The flow rate calculation formula is set as a quadratic or cubic formula,
3. The river flow rate estimation system according to claim 1 or 2 .
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