JP7836722B2 - Flood monitoring device, flood monitoring system, and flood monitoring method - Google Patents
Flood monitoring device, flood monitoring system, and flood monitoring methodInfo
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Description
本発明は、洪水監視装置、洪水監視システムおよび洪水監視方法に関する。 This invention relates to a flood monitoring device, a flood monitoring system, and a flood monitoring method.
近年、増加する大雨、地震等の自然災害に伴い、海または河川の近傍の領域において津波または氾濫等により海水または川の水が浸水することによる洪水被害が多く発生している。 In recent years, due to the increasing frequency of natural disasters such as heavy rains and earthquakes, flood damage has become more common in areas near the sea or rivers, caused by tsunamis or river flooding.
このような洪水を監視する技術として、河川監視カメラの監視画像について通常時の監視画像からの差分を分析することにより河川の水位(水深)を計測する方法が開示されている(例えば特許文献1)。また、水位、雨量等の影響で時々刻々と変化する実際の洪水情報を配信して避難を促す方法が開示されている(例えば特許文献2、3)。 As a technology for monitoring such floods, a method for measuring river water levels (water depth) by analyzing the difference between monitoring images from river monitoring cameras and monitoring images under normal conditions has been disclosed (for example, Patent Document 1). Furthermore, a method for distributing real-time flood information that changes moment by moment due to factors such as water level and rainfall to encourage evacuation has also been disclosed (for example, Patent Documents 2 and 3).
しかしながら、従来の技術では、水深(水位)を測定はするものの、河川における水流速度を測定することができず、洪水領域を予測するための情報としては不足しており、当該予測の精度が高くないという問題がある。また、河川の水位等を測定するための高価なセンサを河川に大量に配置する場合、コストが増大するという問題がある。 However, conventional technology, while capable of measuring water depth (water level), cannot measure water flow velocity in rivers. This lack of information is insufficient for predicting flood areas, resulting in inaccurate predictions. Furthermore, deploying a large number of expensive sensors along rivers to measure water levels and other parameters significantly increases costs.
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、高価なセンサを用いずに河川の水深および水流速度を精度よく算出することができる洪水監視装置、洪水監視システムおよび洪水監視方法を提供することを目的とする。 This invention has been made in view of the above, and aims to provide a flood monitoring device, a flood monitoring system, and a flood monitoring method that can accurately calculate river water depth and water flow velocity without using expensive sensors.
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、河川に浮かぶブイと、前記ブイと接続線により接続され、前記接続線の繰り出しおよび引き戻しが可能な、前記河川の川底または川底近傍に固定された繰り出し機構と、を有するブイ型センサのうち、水面上の前記ブイを撮像する撮像装置によって撮像された撮像画像を取得する取得部と、前記撮像画像から、前記繰り出し機構に対して鉛直方向の水面の位置からの前記ブイの水平方向の変位、および該ブイの水没状態を導出し、前記変位、前記水没状態、および該ブイに作用する重力、浮力、水流による力および張力のつり合いの第1の関係に基づいて、前記河川の水深および水流速度を算出する第1の算出部と、を備えたことを特徴とする。 To solve the above-mentioned problems and achieve the objective, the present invention provides a buoy-type sensor comprising a buoy floating on a river and a deployment mechanism fixed to the riverbed or near the riverbed, connected to the buoy by a connecting wire and capable of deploying and retracting the connecting wire. The sensor is characterized by comprising: an acquisition unit that acquires an image captured by an imaging device that images the buoy on the water surface; and a first calculation unit that derives the horizontal displacement of the buoy from a position on the water surface perpendicular to the deployment mechanism, and the submersion state of the buoy, from the captured image, and calculates the river's water depth and water flow velocity based on the displacement, the submersion state, and a first relationship of equilibrium between gravity, buoyancy, force due to water flow, and tension acting on the buoy.
本発明によれば、高価なセンサを用いずに河川の水深および水流速度を精度よく算出することができる。 According to this invention, the water depth and flow velocity of a river can be calculated accurately without using expensive sensors.
以下に、図面を参照しながら、本発明に係る洪水監視装置、洪水監視システムおよび洪水監視方法の実施形態を詳細に説明する。また、以下の実施形態によって本発明が限定されるものではなく、以下の実施形態における構成要素には、当業者が容易に想到できるもの、実質的に同一のもの、およびいわゆる均等の範囲のものが含まれる。さらに、以下の実施形態の要旨を逸脱しない範囲で構成要素の種々の省略、置換、変更および組み合わせを行うことができる。 The following describes in detail embodiments of the flood monitoring device, flood monitoring system, and flood monitoring method according to the present invention, with reference to the drawings. Furthermore, the present invention is not limited by the following embodiments, and the components in the following embodiments include those easily conceivable by those skilled in the art, those substantially identical, and those within the so-called equivalent range. Moreover, various omissions, substitutions, modifications, and combinations of components can be made without departing from the spirit of the following embodiments.
なお、コンピュータソフトウェアとは、コンピュータの動作に関するプログラム、その他コンピュータによる処理の用に供する情報であってプログラムに準ずるものをいう(以下、コンピュータソフトウェアは、ソフトウェアという)。アプリケーションソフトとは、ソフトウェアの分類のうち、特定の作業を行うために使用されるソフトウェアの総称である。一方、オペレーティングシステム(OS)とは、コンピュータを制御し、アプリケーションソフト等がコンピュータ資源を利用可能にするためのソフトウェアのことである。オペレーティングシステムは、入出力の制御、メモリやハードディスク等のハードウェアの管理、プロセスの管理といった、コンピュータの基本的な管理・制御を行っている。アプリケーションソフトウェアは、オペレーティングシステムが提供する機能を利用して動作する。プログラムとは、コンピュータに対する指令であって、一の結果を得ることができるように組み合わせたものをいう。また、プログラムに準ずるものとは、コンピュータに対する直接の指令ではないためプログラムとは呼べないが、コンピュータの処理を規定するという点でプログラムに類似する性質を有するものをいう。例えば、データ構造(データ要素間の相互関係で表される、データの有する論理的構造)がプログラムに準ずるものに該当する。 Computer software refers to programs related to the operation of a computer, and other information used for computer processing that is similar to a program (hereinafter, computer software is referred to as "software"). Application software is a general term for software used to perform specific tasks. On the other hand, an operating system (OS) is software that controls the computer and enables application software to utilize computer resources. The OS performs basic computer management and control, such as input/output control, management of hardware such as memory and hard disks, and process management. Application software operates by utilizing the functions provided by the OS. A program is a set of instructions for a computer, combined to produce a specific result. Furthermore, something similar to a program refers to something that is not a direct instruction to the computer and therefore cannot be called a program, but has similar properties to a program in that it defines computer processing. For example, a data structure (the logical structure of data, represented by the interrelationships between data elements) falls under the category of something similar to a program.
(洪水監視システムの全体構成)
図1は、実施形態に係る洪水監視システムの全体構成を説明する図である。図1を参照しながら、本実施形態に係る洪水監視システム1の全体構成について説明する。
(Overall configuration of the flood monitoring system)
Figure 1 is a diagram illustrating the overall configuration of the flood monitoring system according to this embodiment. The overall configuration of the flood monitoring system 1 according to this embodiment will be described with reference to Figure 1.
図1に示す洪水監視システム1は、河川等の水深および水流速度を算出し、氾濫等による洪水が発生した場合に、洪水による浸水領域を予測するシステムである。なお、本実施形態では、洪水監視システム1は、河川における水深および水流速度を算出し、洪水が発生した場合における浸水領域を予測する動作について説明する。図1に示すように、洪水監視システム1は、予測管理サーバ10(洪水監視装置)と、河川等に複数設置されたブイ型センサ20と、監視カメラ30と、を含む。 The flood monitoring system 1 shown in Figure 1 is a system that calculates the water depth and flow velocity of rivers, etc., and predicts the flooded area in the event of a flood caused by overflowing or other flooding. In this embodiment, the operation of the flood monitoring system 1 in calculating the water depth and flow velocity in a river and predicting the flooded area in the event of a flood will be described. As shown in Figure 1, the flood monitoring system 1 includes a prediction management server 10 (flood monitoring device), multiple buoy-type sensors 20 installed in rivers, etc., and a monitoring camera 30.
予測管理サーバ10は、監視カメラ30により撮像されたブイ型センサ20に対する撮像画像に基づいて、河川の水深および水流速度を算出し、氾濫等による洪水が発生した場合に、洪水による浸水領域を予測するサーバ装置である。 The prediction management server 10 is a server device that calculates river water depth and water flow velocity based on images captured by the buoy-type sensor 20 from the surveillance camera 30, and predicts the flooded area in the event of a flood caused by overflowing or other flooding.
ブイ型センサ20は、河川に複数設置され、監視カメラ30により撮像されることにより、予測管理サーバ10による河川の水深および水流速度の算出に寄与するセンサ機構である。ブイ型センサ20は、図1に示すように、ブイ21と、ワイヤ繰り出し機構22と、ワイヤ23(接続線)と、を含む。 The buoy-type sensor 20 is a sensor mechanism that is installed in multiple locations in the river and, when imaged by the surveillance camera 30, contributes to the calculation of river water depth and water flow velocity by the predictive management server 10. As shown in Figure 1, the buoy-type sensor 20 includes a buoy 21, a wire feed mechanism 22, and a wire 23 (connecting wire).
ブイ21は、ワイヤ23を介して川底等に設置されたワイヤ繰り出し機構22に接続され、河川の水面に浮かべられた浮標である。ブイ21の表面には、図1に示すように、ブイ21の傾き等を導出するための文字、図形または記号等のマーク21aが付されている。 Buoy 21 is a floating buoy connected via wire 23 to a wire-feeding mechanism 22 installed on the riverbed or elsewhere, and floated on the surface of the river. As shown in Figure 1, the surface of buoy 21 is marked with letters, figures, or symbols (marks 21a) to indicate the buoy's tilt, etc.
ワイヤ繰り出し機構22は、ワイヤ23を巻き付けたゼンマイバネを内蔵するリールを備え、当該リールから引き出されたワイヤ23を介してブイ21と接続し、ブイ21の水面上での移動によってブイ21から受ける力に応じて、ワイヤ23がリールから繰り出され、この結果ゼンマイバネによって発生するワイヤ23を引き戻す力を利用して、ワイヤ23に張力を発生させるための機構である。ワイヤ繰り出し機構22は、例えば、川底、または川底に近い橋梁等に固定設置される。 The wire payout mechanism 22 comprises a reel containing a spring coil around which the wire 23 is wound. The wire 23 is pulled out from the reel and connected to the buoy 21. The wire 23 is paid out from the reel in response to the force exerted by the buoy 21 as it moves across the water surface. This mechanism utilizes the force generated by the spring coil to pull the wire 23 back, thereby creating tension in the wire 23. The wire payout mechanism 22 is fixedly installed, for example, on the riverbed or on a bridge near the riverbed.
ワイヤ23は、ブイ21とワイヤ繰り出し機構22とを接続し、ワイヤ繰り出し機構22により発生する張力をブイ21に伝える接続線である。例えば、ワイヤ23のいずれかの部分にコイルバネ等の弾性体が接続されており、当該弾性体のばね定数と、ワイヤ繰り出し機構22によって発生する張力に応じて、当該弾性体が所定の長さだけ伸びるものとする。したがって、ワイヤ23の長さ(ワイヤ長)と、当該ワイヤ23に発生する張力(ワイヤ繰り出し機構22により発生する張力とワイヤ23のいずれかの部分に接続された弾性体による張力の合成力)とは所定の関係式によって関係付けられ、一方が求まれば、他方も導き出すことができる。なお、ワイヤ23の長さ(ワイヤ長)と、当該ワイヤ23に発生する張力の関係を、あらかじめ実験的に取得しておいてもよい。原則としては、ワイヤ23の長さ(ワイヤ長)が長くなるほど、張力が大きくなる。なお、ワイヤ23は、金属製に限定されるものではなく、例えば樹脂製のワイヤであってもよい。 The wire 23 connects the buoy 21 and the wire feeding mechanism 22, and is a connecting wire that transmits the tension generated by the wire feeding mechanism 22 to the buoy 21. For example, an elastic body such as a coil spring is connected to one part of the wire 23, and the elastic body stretches by a predetermined length according to the spring constant of the elastic body and the tension generated by the wire feeding mechanism 22. Therefore, the length of the wire 23 and the tension generated in the wire 23 (the combined force of the tension generated by the wire feeding mechanism 22 and the tension from the elastic body connected to one part of the wire 23) are related by a predetermined equation, and if one is determined, the other can be derived. The relationship between the length of the wire 23 and the tension generated in the wire 23 may be obtained experimentally in advance. In principle, the longer the length of the wire 23, the greater the tension. Note that the wire 23 is not limited to metal; for example, it may be a wire made of resin.
監視カメラ30は、水面に浮遊する複数のブイ21を撮像する撮像装置である。監視カメラ30は、撮像した撮像画像を、情報端末40に対して無線送信する。無線通信するための規格としては、3G、LTE(Long Term Evolution)、4G、5G、またはWi-Fi(登録商標)(Wireless Fidelity)等が挙げられる。 The surveillance camera 30 is an imaging device that captures images of multiple buoys 21 floating on the water surface. The surveillance camera 30 wirelessly transmits the captured images to the information terminal 40. Examples of wireless communication standards include 3G, LTE (Long Term Evolution), 4G, 5G, or Wi-Fi® (Wireless Fidelity).
情報端末40は、予測管理サーバ10により予測された予測浸水領域等の情報を受信して地図情報上に表示させるアプリケーション(以下、単にアプリと称する場合がある)がインストールされたスマホ、タブレット端末またはPC(Personal Computer)等の情報処理装置である。なお、情報端末40にインストールされたアプリは、ネイティブアプリまたはWebアプリのいずれであってもよい。 The information terminal 40 is an information processing device such as a smartphone, tablet, or PC (Personal Computer) on which an application (hereinafter sometimes simply referred to as "the app") is installed that receives information such as predicted flood areas predicted by the prediction management server 10 and displays it on the map information. The app installed on the information terminal 40 may be either a native app or a web app.
(ブイに作用する力等について)
図2は、ブイに作用する力を説明する図である。図2を参照しながら、ブイ21に作用する力等について説明する。
(Regarding the forces acting on the buoy, etc.)
Figure 2 illustrates the forces acting on the buoy. The forces acting on buoy 21 will be explained with reference to Figure 2.
まず、ブイ21に作用する力について説明する。ブイ21は、既知の質量を有するため、重心(図2のハッチング付きの×印)に、鉛直下向きの重力Gが作用すると考えることができる。上述のように、ブイ21の質量は既知であるため、重力Gの値も既知の定数である。なお、ブイ21の重心と中心(図2の塗り潰しの×印)とがずれているのは、ブイ21の搖動を抑制するために、ブイ21とワイヤ23とを接続する支点21c(接続点)寄りにおもり21bが内蔵されているためである。 First, let's explain the forces acting on buoy 21. Since buoy 21 has a known mass, we can consider that a downward gravitational force G acts on its center of gravity (the hatched "x" mark in Figure 2). As mentioned above, since the mass of buoy 21 is known, the value of the gravitational force G is also a known constant. The reason why the center of gravity of buoy 21 is offset from the center (the filled "x" mark in Figure 2) is that a weight 21b is embedded near the fulcrum 21c (connection point) where buoy 21 connects to wire 23, in order to suppress the swaying of buoy 21.
また、ブイ21は、水面上を浮かぶ浮標であるため、ブイ21の体積のうち水面下に沈んだ体積部分(水没体積)があり、当該体積部分の水圧差に伴う鉛直上向きの浮力Uが作用する。具体的には、浮力Uは、水没体積と水の密度と重力加速度との積で算出される。図1では、当該浮力Uが、ブイ21の中心に作用する力として図示している。ここで、ブイ21のうち水面上に現れた部分の水面からの高さを頂点高さΔh(水没状態の一例)とする。 Furthermore, since buoy 21 is a floating buoy on the water surface, there is a portion of its volume that is submerged below the water surface (submerged volume), and a vertically upward buoyant force U acts on it due to the water pressure difference in this submerged portion. Specifically, the buoyant force U is calculated as the product of the submerged volume, the density of water, and the acceleration due to gravity. In Figure 1, this buoyant force U is illustrated as a force acting on the center of buoy 21. Here, the height from the water surface of the portion of buoy 21 that is visible above the water surface is defined as the apex height Δh (an example of a submerged state).
また、ブイ21は河川に浮かぶ浮標であるため、河川の流れによる力、すなわち水流による力Wを受ける。また、ブイ21は、上述のように、ワイヤ繰り出し機構22と、ワイヤ23で接続されているため、ワイヤ23から、支点21cにおいてワイヤ長Lに応じた当該ワイヤ23方向の張力Tを受ける。 Furthermore, since buoy 21 is a floating buoy on the river, it is subjected to a force W due to the river's current, i.e., the force W due to the water flow. Also, as described above, since buoy 21 is connected to the wire payout mechanism 22 by a wire 23, it receives a tension T from the wire 23 at the fulcrum 21c in the direction of the wire 23, corresponding to the wire length L.
また、ブイ21は、河川には流れがあるため水流による力Wを受けることにより、ワイヤ繰り出し機構22の鉛直方向の水面の位置から水平方向の変位Δxだけ移動する。そして、ブイ21が水平方向に変位Δxだけ移動することにより、ワイヤ23の方向は、図1に示すように、鉛直方向から傾斜角θだけ傾くことになる。 Furthermore, because the river has a current, the buoy 21 is subjected to a force W from the water flow, causing it to move horizontally by a displacement Δx from the vertical water surface position of the wire payout mechanism 22. As a result of this horizontal displacement Δx, the direction of the wire 23 becomes inclined by an angle θ from the vertical, as shown in Figure 1.
次の上述の各変数および定数の関係について説明する。ここで、予測管理サーバ10の算出対象となる河川の深さを水深dとし、流れの速さを水流速度vとする。 The following explains the relationships between the variables and constants mentioned above. Here, the depth of the river to be calculated by the prediction management server 10 is denoted as water depth d, and the flow velocity as water flow velocity v.
ワイヤ長L、傾斜角θ、変位Δx、水深dとの間には、図2に示すように、Lcosθ=d、Lsinθ=Δxの関係があるため、tanθ=Δx/dが導かれる。すなわち、傾斜角θは、変位Δxおよび水深dの関数であるため、それを特に明示する場合、θ(d,Δx)と表記するものとする。 As shown in Figure 2, the relationships Lcosθ = d and Lsinθ = Δx exist between the wire length L, inclination angle θ, displacement Δx, and water depth d. Therefore, tanθ = Δx/d can be derived. That is, since the inclination angle θ is a function of the displacement Δx and water depth d, it should be denoted as θ(d, Δx) when specifically indicated.
また、頂点高さΔhは、監視カメラ30により撮像された撮像画像から導出することが可能である。なお、撮像画像から頂点高さΔhを導出するために、ブイ21の表面のマーク21aの位置を用いるものとしてもよい。例えば、ブイ21が球形状で、体積が既知である場合には、頂点高さΔhが導出されることによって、ブイ21の水没体積が算出される。そして、上述のように、水没体積と水の密度と重力加速度との積により浮力Uを算出することができる。すなわち、浮力Uは、頂点高さΔhの関数であるため、それを特に明示する場合、U(Δh)と表記するものとする。 Furthermore, the vertex height Δh can be derived from the image captured by the surveillance camera 30. Alternatively, the position of the mark 21a on the surface of the buoy 21 may be used to derive the vertex height Δh from the image. For example, if the buoy 21 is spherical and its volume is known, the submerged volume of the buoy 21 can be calculated by deriving the vertex height Δh. Then, as described above, the buoyancy U can be calculated by the product of the submerged volume, the density of water, and the acceleration due to gravity. That is, since the buoyancy U is a function of the vertex height Δh, it should be denoted as U(Δh) when specifically indicated.
また、上述のように、ワイヤ23のワイヤ長Lと、当該ワイヤ23に発生する張力とは所定の関係式によって関係付けられ、一方が求まれば、他方も導き出すことができるため、張力Tは、ワイヤ長Lの関数であり、それを特に明示する場合、T(L)と表記するものとする。また、張力Tは、ワイヤ23に傾斜角θがあることにより、図2に示すように、水平方向の成分Tsinθと、鉛直方向の成分Tcosθとに分解することができる。 Furthermore, as described above, the wire length L of wire 23 and the tension generated in wire 23 are related by a predetermined equation. Since one can be derived from the other, the tension T is a function of the wire length L, and when specifically indicated, it will be denoted as T(L). Also, due to the inclination angle θ of wire 23, the tension T can be decomposed into a horizontal component Tsinθ and a vertical component Tcosθ, as shown in Figure 2.
また、河川においてブイ21に作用する水流による力Wは、水流速度vの関数であり、それを特に明示する場合、W(v)と表記するものとする。 Furthermore, the force W acting on buoy 21 due to the water flow in the river is a function of the water flow velocity v, and when specifically indicated, it shall be denoted as W(v).
また、上述したブイ21に作用する鉛直方向の力は、下記の式(1)で表されるつり合いの式で関係付けられる。 Furthermore, the vertical force acting on buoy 21, as described above, is related by the equilibrium equation shown in equation (1) below.
U(Δh)=G+T(L)・cosθ(d,Δx) ・・・(1) U(Δh)=G+T(L)・cosθ(d,Δx)...(1)
すなわち、浮力Uは、重力Gと、張力Tの鉛直方向の成分Tcosθとの合力と等しい。 In other words, the buoyant force U is equal to the resultant force of gravity G and the vertical component Tcosθ of the tension T.
また、ブイ21に作用する水平方向の力は、下記の式(2)で表されるつり合いの式で関係付けられる。 Furthermore, the horizontal forces acting on buoy 21 are related by the equilibrium equation shown in equation (2) below.
W(v)=T(L)・sinθ(d,Δx) ・・・(2) W(v)=T(L)・sinθ(d,Δx)...(2)
すなわち、水流による力Wは、張力Tの水平方向の成分Tsinθに等しい。 In other words, the force W due to the water flow is equal to the horizontal component Tsinθ of the tension T.
以上から、予測管理サーバ10は、変数間の関数による関係、および上記の式(1)および(2)により、数値計算により水深dおよび水流速度vを算出することができる。なお、上述の式(1)および(2)は、第1の関係に相当する。 Based on the above, the prediction management server 10 can calculate the water depth d and water flow velocity v by numerical calculation using the functional relationship between the variables and the above equations (1) and (2). Note that the above equations (1) and (2) correspond to the first relationship.
(予測管理サーバのハードウェア構成)
図3は、実施形態に係る予測管理サーバのハードウェア構成の一例を示す図である。図3を参照しながら、本実施形態に係る予測管理サーバ10のハードウェア構成について説明する。
(Hardware configuration of the predictive management server)
Figure 3 shows an example of the hardware configuration of the predictive management server according to this embodiment. The hardware configuration of the predictive management server 10 according to this embodiment will be described with reference to Figure 3.
図3に示すように、予測管理サーバ10は、CPU(Central Processing Unit)501と、ROM(Read Only Memory)502と、RAM(Random Access Memory)503と、補助記憶装置505と、ネットワークI/F508と、ディスプレイ509と、キーボード511と、マウス512と、を備えている。 As shown in Figure 3, the predictive management server 10 comprises a CPU (Central Processing Unit) 501, a ROM (Read Only Memory) 502, a RAM (Random Access Memory) 503, an auxiliary storage device 505, a network interface 508, a display 509, a keyboard 511, and a mouse 512.
CPU501は、予測管理サーバ10全体の動作を制御する演算装置である。ROM502は、予測管理サーバ10用のプログラムを記憶している不揮発性記憶装置である。RAM503は、CPU501のワークエリアとして使用される揮発性記憶装置である。 The CPU 501 is a computing unit that controls the overall operation of the predictive management server 10. The ROM 502 is a non-volatile memory device that stores programs for the predictive management server 10. The RAM 503 is a volatile memory device used as the work area for the CPU 501.
補助記憶装置505は、各種データおよびプログラム等を記憶するHDD(Hard Disk Drive)またはSSD(Solid State Drive)等の記憶装置である。 The auxiliary storage device 505 is a storage device such as an HDD (Hard Disk Drive) or SSD (Solid State Drive) that stores various data and programs.
ネットワークI/F508は、監視カメラ30および情報端末40との間でデータを無線通信するためのインターフェースである。無線通信するための規格としては、3G、LTE、4G、5G、またはWi-Fi(登録商標)等が挙げられる。 The network interface 508 is an interface for wirelessly transmitting data between the surveillance camera 30 and the information terminal 40. Examples of wireless communication standards include 3G, LTE, 4G, 5G, or Wi-Fi®.
ディスプレイ509は、カーソル、メニュー、ウィンドウ、文字または画像等の各種情報を表示する液晶または有機EL等によって構成された表示装置である。 The display 509 is a display device composed of liquid crystal or organic EL (electroluminescent) material that displays various information such as cursors, menus, windows, characters, or images.
キーボード511は、文字、数字、各種指示の選択、およびカーソルの移動等を行う入力装置である。マウス512は、各種指示の選択および実行、処理対象の選択、ならびにカーソルの移動等を行うための入力装置である。 The keyboard 511 is an input device for selecting characters, numbers, various instructions, and moving the cursor. The mouse 512 is an input device for selecting and executing various instructions, selecting the object to be processed, and moving the cursor.
上述のCPU501、ROM502、RAM503、補助記憶装置505、ネットワークI/F508、ディスプレイ509、キーボード511およびマウス512は、アドレスバスおよびデータバス等のバスライン510によって互いに通信可能に接続されている。 The CPU 501, ROM 502, RAM 503, auxiliary storage device 505, network interface 508, display 509, keyboard 511, and mouse 512 described above are connected to each other via bus lines 510, such as an address bus and a data bus, enabling communication between them.
なお、図3に示した予測管理サーバ10のハードウェア構成は一例を示すものであり、図3に示した構成要素を全て含む必要はなく、または、その他の構成要素を含むものとしてもよい。 Note that the hardware configuration of the predictive management server 10 shown in Figure 3 is an example; it is not necessary to include all the components shown in Figure 3, or other components may be included.
(情報端末のハードウェア構成)
図4は、実施形態に係る情報端末のハードウェア構成の一例を示す図である。図4を参照しながら、本実施形態に係る情報端末40のハードウェア構成について説明する。
(Hardware configuration of information terminals)
Figure 4 shows an example of the hardware configuration of an information terminal according to this embodiment. The hardware configuration of the information terminal 40 according to this embodiment will be described with reference to Figure 4.
図4に示すように、情報端末40は、CPU401と、ROM402と、RAM403と、EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read Only Memory)404と、撮像部405と、撮像I/F406と、加速度・方位センサ407と、GPS(Global Positioning System)受信部408と、を備えている。 As shown in Figure 4, the information terminal 40 comprises a CPU 401, a ROM 402, a RAM 403, an EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory) 404, an imaging unit 405, an imaging interface 406, an acceleration/direction sensor 407, and a GPS (Global Positioning System) receiver 408.
CPU401は、情報端末40全体の動作を制御する演算装置である。ROM402は、IPL(Initial Program Loader)等のCPU401の駆動に用いられるプログラムを記憶する不揮発性記憶装置である。RAM403は、CPU401のワークエリアとして使用される揮発性記憶装置である。EEPROM404は、プログラム等および各種データを記憶する不揮発性記憶装置である。 The CPU 401 is a processing unit that controls the overall operation of the information terminal 40. The ROM 402 is a non-volatile memory device that stores programs used to drive the CPU 401, such as the IPL (Initial Program Loader). The RAM 403 is a volatile memory device used as the work area for the CPU 401. The EEPROM 404 is a non-volatile memory device that stores programs and various other data.
撮像部405は、CPU401による制御に従って、CCD(Charge-Coupled Device)またはCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)等のイメージセンサにより被写体を撮像して画像データを得る内蔵型の撮像装置である。撮像I/F406は、撮像部405の駆動を制御するためのインターフェースである。 The imaging unit 405 is a built-in imaging device that, under the control of the CPU 401, captures images of a subject using an image sensor such as a CCD (Charge-Coupled Device) or CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) to obtain image data. The imaging I/F 406 is an interface for controlling the operation of the imaging unit 405.
加速度・方位センサ407は、地磁気を検知する電子磁気コンパス、ジャイロコンパス、加速度センサ等の各種センサである。 The acceleration/direction sensor 407 is a variety of sensors, including an electronic magnetic compass for detecting the Earth's magnetic field, a gyrocompass, and an acceleration sensor.
GPS受信部408は、GPS衛星からGPS信号を受信する受信装置である。なお、GPSに限定されず、その他のGNSS(Global Navigation Satellite System)を採用するものとしてもよい。 The GPS receiver 408 is a receiving device that receives GPS signals from GPS satellites. Note that it is not limited to GPS; other GNSS (Global Navigation Satellite System) systems may also be employed.
また、図4に示すように、情報端末40は、さらに、遠距離通信回路410と、アンテナ410aと、近距離通信回路411と、アンテナ411aと、マイク412と、スピーカ413と、音入出力I/F414と、ディスプレイ415と、外部機器接続I/F416と、バイブレータ417と、タッチパネル418と、を備えている。 Furthermore, as shown in Figure 4, the information terminal 40 also includes a long-range communication circuit 410, an antenna 410a, a short-range communication circuit 411, an antenna 411a, a microphone 412, a speaker 413, an audio input/output interface 414, a display 415, an external device connection interface 416, a vibrator 417, and a touch panel 418.
遠距離通信回路410は、Wi-Fi(登録商標)等の規格により、アンテナ410aを介して他の機器と無線通信をする通信回路である。 The long-distance communication circuit 410 is a communication circuit that communicates wirelessly with other devices via antenna 410a using standards such as Wi-Fi (registered trademark).
近距離通信回路411は、NFC(Near Field Communication)またはBluetooth(登録商標)等の規格により、アンテナ411aを介して他の機器と近距離の無線通信をする通信回路である。 The short-range communication circuit 411 is a communication circuit that performs short-range wireless communication with other devices via antenna 411a, using standards such as NFC (Near Field Communication) or Bluetooth®.
マイク412は、音を電気信号に変える内蔵型の集音装置である。スピーカ413は、電気信号を物理振動に変えて音楽または音声等の音を出力する内蔵型の音響装置である。音入出力I/F414は、CPU401による制御に従って、マイク412およびスピーカ413との間で音信号の入出力を処理するインターフェースである。 The microphone 412 is a built-in sound collection device that converts sound into electrical signals. The speaker 413 is a built-in acoustic device that converts electrical signals into physical vibrations to output sound such as music or speech. The sound input/output interface 414 is an interface that processes the input and output of sound signals between the microphone 412 and the speaker 413, according to the control of the CPU 401.
ディスプレイ415は、被写体の画像、各種アイコン等を表示する液晶ディスプレイまたは有機EL(Electro-Luminescence)ディスプレイ等の表示装置である。外部機器接続I/F416は、各種の外部機器を接続するためのUSB(Universal Serial Bus)等の規格のインターフェースである。 The display 415 is a display device such as a liquid crystal display or an organic EL (Electro-Luminescence) display that displays images of the subject, various icons, etc. The external device connection I/F 416 is an interface conforming to standards such as USB (Universal Serial Bus) for connecting various external devices.
バイブレータ417は、CPU401による制御に従って、物理的な振動を発生させる装置である。 The vibrator 417 is a device that generates physical vibrations according to the control of the CPU 401.
タッチパネル418は、利用者がディスプレイ415をタッチ操作することにより、情報端末40の各種機能を発揮させるための入力装置である。 The touch panel 418 is an input device that allows the user to activate various functions of the information terminal 40 by touching the display 415.
上述のCPU401、ROM402、RAM403、EEPROM404、撮像I/F406、加速度・方位センサ407、GPS受信部408、遠距離通信回路410、近距離通信回路411、音入出力I/F414、ディスプレイ415、外部機器接続I/F416、バイブレータ417およびタッチパネル418は、アドレスバスおよびデータバス等のバスライン409によって互いに通信可能に接続されている。 The CPU 401, ROM 402, RAM 403, EEPROM 404, imaging interface 406, acceleration/direction sensor 407, GPS receiver 408, long-range communication circuit 410, short-range communication circuit 411, sound input/output interface 414, display 415, external device connection interface 416, vibrator 417, and touch panel 418 are all connected to each other via bus lines 409, such as an address bus and a data bus, enabling communication between them.
なお、図4に示した情報端末40のハードウェア構成は一例であり、すべての構成機器を備えている必要はなく、また、他の構成機器を備えているものとしてもよい。 Note that the hardware configuration of the information terminal 40 shown in Figure 4 is just one example; it is not necessary to have all the components, and other components may also be included.
(予測管理サーバの機能ブロックの構成および動作)
図5は、実施形態に係る予測管理サーバの機能ブロックの構成の一例を示す図である。図5を参照しながら、本実施形態に係る予測管理サーバ10の機能ブロックの構成および動作について説明する。
(Configuration and operation of the functional blocks of the predictive management server)
Figure 5 shows an example of the configuration of the functional blocks of the predictive management server according to this embodiment. The configuration and operation of the functional blocks of the predictive management server 10 according to this embodiment will be described with reference to Figure 5.
図5に示すように、予測管理サーバ10は、取得部101と、第1の算出部102と、予測部103と、第2の算出部104と、表示制御部105と、を有する。 As shown in Figure 5, the prediction management server 10 includes an acquisition unit 101, a first calculation unit 102, a prediction unit 103, a second calculation unit 104, and a display control unit 105.
取得部101は、監視カメラ30により撮像された複数のブイ型センサ20のブイ21に対する撮像画像を、ネットワークI/F508を介して取得する機能部である。 The acquisition unit 101 is a functional unit that acquires images of the buoys 21 captured by the surveillance camera 30 from multiple buoy-type sensors 20 via the network interface 508.
第1の算出部102は、取得部101により取得された撮像画像に基づいて、河川の水深dおよび水流速度vを算出する機能部である。第1の算出部102による水深dおよび水流速度vの算出方法の詳細については、図6および図7で後述する。 The first calculation unit 102 is a functional unit that calculates the river's water depth d and water flow velocity v based on the image captured by the acquisition unit 101. Details of the calculation method for water depth d and water flow velocity v by the first calculation unit 102 will be described later in Figures 6 and 7.
予測部103は、河川で氾濫等が生じた場合に、氾濫等の箇所から広がっていく浸水領域を、予め用意されている地図情報、ならびに第1の算出部102により算出した水深dおよび水流速度vに基づいて、時系列に予測する機能部である。この場合、地図情報は、例えば、土地の高さ等の地形情報、道路情報、ならびに建物の大きさおよび位置の情報等を含む。 The prediction unit 103 is a functional unit that predicts, in the event of a river flood, the area of inundation that will spread from the point of flooding, based on pre-prepared map information and the water depth d and water flow velocity v calculated by the first calculation unit 102, in a time-series manner. In this case, the map information includes, for example, topographic information such as land elevation, road information, and information on the size and location of buildings.
第2の算出部104は、予測部103により予測された浸水領域(予測浸水領域)に基づいて、当該浸水領域を迂回する避難経路および当該避難経路を通った場合の避難時間を算出する機能部である。例えば、第2の算出部104は、情報端末40のユーザの自宅から所定の避難所までの避難経路として、最短、かつ予測浸水領域を迂回する経路を算出する。 The second calculation unit 104 is a functional unit that calculates evacuation routes that bypass the predicted flood area (predicted flood area) and the evacuation time when using those routes, based on the predicted flood area (predicted flood area) predicted by the prediction unit 103. For example, the second calculation unit 104 calculates the shortest route that bypasses the predicted flood area as the evacuation route from the user's home to a designated evacuation shelter.
表示制御部105は、ネットワークI/F508を介して、例えばWebアプリが実行されている情報端末40の表示動作を制御する機能部である。表示制御部105は、例えば、情報端末40のディスプレイ415に表示された地図情報に対して、予測部103により予測された予測浸水領域を重畳して表示させ、かつ、第2の算出部104により算出された避難経路および避難時間を重畳して表示させる。 The display control unit 105 is a functional unit that controls the display operation of the information terminal 40, for example, a web application, via the network interface 508. For example, the display control unit 105 overlays the predicted flood area predicted by the prediction unit 103 onto the map information displayed on the display 415 of the information terminal 40, and also overlays the evacuation route and evacuation time calculated by the second calculation unit 104.
上述の取得部101、第1の算出部102、予測部103、第2の算出部104および表示制御部105は、図3に示したCPU501によりプログラムが実行されることによって実現される。なお、これらの機能部のうち少なくともその一部が、FPGA(Field-Programmable Gate Array)またはASIC(Application Specific Integrated Circuit)等のハードウェア回路によって実現されてもよい。 The acquisition unit 101, the first calculation unit 102, the prediction unit 103, the second calculation unit 104, and the display control unit 105 described above are implemented by the execution of a program by the CPU 501 shown in Figure 3. At least a portion of these functional units may be implemented by hardware circuits such as FPGA (Field-Programmable Gate Array) or ASIC (Application Specific Integrated Circuit).
なお、図5に示す予測管理サーバ10の各機能部は、機能を概念的に示したものであって、このような構成に限定されるものではない。例えば、図5に示す予測管理サーバ10で独立した機能部として図示した複数の機能部を、1つの機能部として構成してもよい。一方、図5に示す予測管理サーバ10で1つの機能部が有する機能を複数に分割し、複数の機能部として構成するものとしてもよい。 The functional units of the predictive management server 10 shown in Figure 5 are conceptual representations of their functions and are not limited to this configuration. For example, the multiple functional units shown as independent functional units in the predictive management server 10 in Figure 5 may be configured as a single functional unit. Alternatively, the functions of a single functional unit in the predictive management server 10 shown in Figure 5 may be divided into multiple functions and configured as multiple functional units.
(予測管理サーバの水深・水流速度の算出処理の流れ)
図6は、実施形態に係る予測管理サーバの水深・水流速度の算出処理の流れの一例を示すフローチャートである。図6を参照しながら、本実施形態に係る予測管理サーバ10による水深・水流速度の算出処理の流れについて説明する。
(Process flow for calculating water depth and water flow velocity on the prediction management server)
Figure 6 is a flowchart showing an example of the calculation process for water depth and water flow velocity by the predictive management server according to this embodiment. The calculation process for water depth and water flow velocity by the predictive management server 10 according to this embodiment will be explained with reference to Figure 6.
<ステップS11>
予測管理サーバ10の取得部101は、監視カメラ30により撮像された複数のブイ型センサ20のブイ21に対する撮像画像を、ネットワークI/F508を介して取得する。予測管理サーバ10の第1の算出部102は、取得部101により取得された撮像画像から、ブイ型センサ20のブイ21の頂点高さΔhを導出する。なお、第1の算出部102は、撮像画像から頂点高さΔhを導出するために、ブイ21の表面のマーク21aの位置を用いるものとしてもよい。そして、ステップS12へ移行する。
<Step S11>
The acquisition unit 101 of the predictive management server 10 acquires images of the buoys 21 from multiple buoy-type sensors 20 captured by the surveillance camera 30 via the network interface 508. The first calculation unit 102 of the predictive management server 10 derives the vertex height Δh of the buoys 21 of the buoy-type sensors 20 from the images acquired by the acquisition unit 101. The first calculation unit 102 may use the position of the mark 21a on the surface of the buoy 21 to derive the vertex height Δh from the images. Then, the process proceeds to step S12.
<ステップS12>
第1の算出部102は、取得部101により取得された撮像画像から、河川の水面に浮かんでいるブイ21の水平方向の変位Δxを導出する。そして、ステップS13へ移行する。
<Step S12>
The first calculation unit 102 derives the horizontal displacement Δx of the buoy 21 floating on the river surface from the image captured by the acquisition unit 101. Then, the process proceeds to step S13.
<ステップS13>
そして、第1の算出部102は、重力Gおよび頂点高さΔhから決定される浮力U等、ならびに上述の式(1)および(2)等に基づいて、水深dおよび水流速度vを算出する。例えば、傾斜角θ、張力T、ワイヤ長Lおよび水流による力Wは、水深dおよび水流速度vの依存値といえるため、水深dおよび水流速度vは、数値計算により算出可能である。
<Step S13>
The first calculation unit 102 then calculates the water depth d and water flow velocity v based on the buoyancy U determined from gravity G and the apex height Δh, as well as the above-mentioned equations (1) and (2). For example, the inclination angle θ, tension T, wire length L, and force W due to the water flow can be said to be dependent values of the water depth d and water flow velocity v, so the water depth d and water flow velocity v can be calculated by numerical calculation.
以上のステップS11~S13の流れで予測管理サーバ10による水深・水流速度の算出処理が実行される。 Following the steps S11 to S13 described above, the prediction management server 10 performs the calculation process for water depth and water flow velocity.
ここで、ステップS13における水深dおよび水流速度vの具体的な算出方法の一例を以下に説明する。 Here, an example of a specific method for calculating the water depth d and water flow velocity v in step S13 is described below.
第1の算出部102は、導出した頂点高さΔhから、ブイ21の水没体積を算出する。そして、第1の算出部102は、水没体積と水の密度と重力加速度との積により、浮力Uを算出する。 The first calculation unit 102 calculates the submerged volume of the buoy 21 from the derived vertex height Δh. Then, the first calculation unit 102 calculates the buoyancy U by multiplying the submerged volume, the density of water, and the acceleration due to gravity.
次に、第1の算出部102は、既知である重力G、および算出した浮力U、ならびに上述の式(1)から、張力Tの鉛直方向の成分Tcosθを算出する。また、上述のステップS12で算出された変位Δxは、ワイヤ長Lおよび傾斜角θを用いて、Δx=Lsinθで表される。 Next, the first calculation unit 102 calculates the vertical component Tcosθ of the tension T from the known gravity G, the calculated buoyancy U, and the above-mentioned equation (1). Furthermore, the displacement Δx calculated in step S12 is expressed as Δx = Lsinθ, using the wire length L and the inclination angle θ.
次に、第1の算出部102は、算出した張力Tの鉛直方向の成分Tcosθ、および導出した変位Δx(=Lsinθ)から、ワイヤ長Lおよび傾斜角θを算出する。張力Tは、上述のようにワイヤ長Lの関数であり、ワイヤ長Lを用いて表すことができるため、ワイヤ長Lと傾斜角θとの連立方程式として解くことができる。 Next, the first calculation unit 102 calculates the wire length L and the inclination angle θ from the vertical component Tcosθ of the calculated tension T and the derived displacement Δx (= Lsinθ). Since the tension T is a function of the wire length L, as described above, and can be expressed using the wire length L, it can be solved as a system of simultaneous equations between the wire length L and the inclination angle θ.
次に、第1の算出部102は、ワイヤ長Lおよび傾斜角θから、水深d(=Lcosθ)を算出する。 Next, the first calculation unit 102 calculates the water depth d (= Lcosθ) from the wire length L and the inclination angle θ.
次に、第1の算出部102は、算出したワイヤ長Lから張力Tを算出する。そして、第1の算出部102は、算出した張力Tおよび傾斜角θから、上述の式(2)を用いて、水流による力Wを算出する。そして、第1の算出部102は、水流による力Wの逆関数である水流速度vを算出する。 Next, the first calculation unit 102 calculates the tension T from the calculated wire length L. Then, the first calculation unit 102 calculates the force W due to the water flow using the above-mentioned equation (2) from the calculated tension T and the inclination angle θ. Finally, the first calculation unit 102 calculates the water flow velocity v, which is the inverse function of the force W due to the water flow.
以上のように、第1の算出部102によって水深dおよび水流速度vが算出される。 As described above, the first calculation unit 102 calculates the water depth d and the water flow velocity v.
上述の図2に示したように、例えば水流速度vが所定値以上に存在する場合等において、ブイ21の鉛直方向に対する傾き(水没状態の一例)は、ワイヤ23方向の傾斜角θとみなせる場合がある。すなわち、この場合、ブイ21の頂点(マーク21aが存在する位置)がワイヤ23の延長線上に位置する。この場合における水深dおよび水流速度vの算出処理を、以下で図7を参照しながら説明する。 As shown in Figure 2 above, in cases where, for example, the water flow velocity v is above a predetermined value, the inclination of the buoy 21 relative to the vertical (an example of a submerged state) can sometimes be considered as the inclination angle θ in the direction of the wire 23. That is, in this case, the apex of the buoy 21 (the position where mark 21a exists) lies on the extension of the wire 23. The calculation process for the water depth d and water flow velocity v in this case will be explained below with reference to Figure 7.
図7は、実施形態に係る予測管理サーバの別の水深・水流速度の算出処理の流れの一例を示すフローチャートである。図7を参照しながら、ブイ21の頂点(マーク21aが存在する位置)がワイヤ23の延長線上に位置する場合における水深・水流速度の算出処理の流れについて説明する。 Figure 7 is a flowchart showing another example of the calculation process for water depth and water flow velocity in the prediction management server according to the embodiment. Referring to Figure 7, the calculation process for water depth and water flow velocity when the apex of buoy 21 (the position where mark 21a exists) is located on the extension of wire 23 will be explained.
<ステップS21>
予測管理サーバ10の取得部101は、監視カメラ30により撮像された複数のブイ型センサ20のブイ21に対する撮像画像を、ネットワークI/F508を介して取得する。予測管理サーバ10の第1の算出部102は、取得部101により取得された撮像画像から、ブイ型センサ20のブイ21のマーク21aの位置に基づいて、ブイ21の傾きを傾斜角θとして導出する。そして、ステップS22へ移行する。
<Step S21>
The acquisition unit 101 of the predictive management server 10 acquires images of the buoy 21 from multiple buoy-type sensors 20 captured by the surveillance camera 30 via the network interface 508. The first calculation unit 102 of the predictive management server 10 derives the tilt angle θ of the buoy 21 from the images acquired by the acquisition unit 101, based on the position of the mark 21a on the buoy 21 of the buoy-type sensor 20. Then, the process proceeds to step S22.
<ステップS22>
第1の算出部102は、取得部101により取得された撮像画像から、河川の水面に浮かんでいるブイ21の水平方向の変位Δxを導出する。そして、ステップS23へ移行する。
<Step S22>
The first calculation unit 102 derives the horizontal displacement Δx of the buoy 21 floating on the river surface from the image captured by the acquisition unit 101. Then, the process proceeds to step S23.
<ステップS23>
第1の算出部102は、変位Δxがワイヤ長Lおよび傾斜角θを用いてΔx=Lsinθで表されることから、当該変位Δxおよび傾斜角θから、ワイヤ長Lを算出する。続いて、第1の算出部102は、ワイヤ長Lおよび傾斜角θから、水深d(=Lcosθ)を算出する。そして、ステップS24へ移行する。
<Step S23>
The first calculation unit 102 calculates the wire length L from the displacement Δx and the inclination angle θ, since the displacement Δx is expressed as Δx = Lsinθ using the wire length L and the inclination angle θ. Next, the first calculation unit 102 calculates the water depth d (= Lcosθ) from the wire length L and the inclination angle θ. Then, it proceeds to step S24.
<ステップS24>
第1の算出部102は、算出したワイヤ長Lから張力Tを算出する。続いて、第1の算出部102は、算出した張力Tおよび傾斜角θから、上述の式(2)を用いて、水流による力Wを算出する。そして、ステップS25へ移行する。
<Step S24>
The first calculation unit 102 calculates the tension T from the calculated wire length L. Next, the first calculation unit 102 calculates the force W due to the water flow from the calculated tension T and inclination angle θ using the above-mentioned equation (2). Then, the process proceeds to step S25.
<ステップS25>
そして、第1の算出部102は、水流による力Wの逆関数である水流速度vを算出する。
<Step S25>
The first calculation unit 102 then calculates the water flow velocity v, which is the inverse function of the force W due to the water flow.
以上により、ブイ21の頂点(マーク21aが存在する位置)がワイヤ23の延長線上に位置する場合において、第1の算出部102により水深dおよび水流速度vが算出される。 Based on the above, when the apex of buoy 21 (the position where mark 21a is located) lies on the extension of wire 23, the first calculation unit 102 calculates the water depth d and the water flow velocity v.
(情報端末における予測浸水領域、ならびに避難経路および避難時間の表示動作)
図8は、実施形態に係る情報端末において地図情報に避難経路が表示された状態の一例を示す図である。図9は、実施形態に係る情報端末において地図情報に予測浸水領域および避難のための迂回経路が表示された状態の一例を示す図である。図8および図9を参照しながら、情報端末40での地図情報に予測浸水領域、ならびに避難経路および避難時間の表示動作について説明する。
(Display operation of predicted flood area, evacuation route, and evacuation time on information terminals)
Figure 8 shows an example of a state in which evacuation routes are displayed on the map information in an information terminal according to the embodiment. Figure 9 shows an example of a state in which predicted flood areas and detour routes for evacuation are displayed on the map information in an information terminal according to the embodiment. Referring to Figures 8 and 9, the display operation of predicted flood areas, evacuation routes, and evacuation times on the map information of the information terminal 40 will be explained.
図8に示す例では、河川が氾濫していない場合において、表示制御部105によって、情報端末40のディスプレイ415に、第2の算出部104により算出された避難経路および避難時間を地図情報に重畳して表示された状態が示されている。具体的には、図8では、情報端末40のディスプレイ415において、情報端末40のユーザの自宅から避難所までの避難経路LT1および避難時間が、地図情報に重畳して表示されている。 In the example shown in Figure 8, when the river is not flooded, the display control unit 105 displays the evacuation route and evacuation time calculated by the second calculation unit 104 on the display 415 of the information terminal 40, superimposed on the map information. Specifically, in Figure 8, the evacuation route LT1 from the user's home to the evacuation shelter and the evacuation time are displayed on the display 415 of the information terminal 40, superimposed on the map information.
次に、図9に示す例では、河川が氾濫した場合において、表示制御部105によって、情報端末40のディスプレイ415に、予測部103により予測された特定の時刻の予測浸水領域FA、ならびに、第2の算出部104により算出された当該予測浸水領域FAを迂回する避難経路LT2および避難時間が、地図情報に重畳して表示されている。 Next, in the example shown in Figure 9, when a river overflows, the display control unit 105 overlays the predicted flood area FA for a specific time, as predicted by the prediction unit 103, and the evacuation route LT2 and evacuation time, calculated by the second calculation unit 104, onto the map information on the display 415 of the information terminal 40.
なお、現時刻からの何分後の予測浸水領域FAであるのかは、情報端末40において選択操作できるものとしてもよい。この場合、選択された時間の経過後の予測浸水領域が、改めて予測部103により予測され、第2の算出部104により当該予測浸水領域を迂回する避難経路および避難時間が算出されるものとすればよい。 Furthermore, the information terminal 40 may allow the user to select the predicted flood area FA for a given time interval from the current time. In this case, the predicted flood area after the selected time interval is re-predicted by the prediction unit 103, and the second calculation unit 104 calculates an evacuation route and evacuation time that bypasses the predicted flood area.
以上のように、本実施形態に係る予測管理サーバ10では、取得部101は、河川に浮かぶブイ21と、ブイ21とワイヤ23により接続され、ワイヤ23の繰り出しおよび引き戻しが可能な、河川の川底または川底近傍に固定されたワイヤ繰り出し機構22と、を有するブイ型センサ20のうち、水面上のブイ21を撮像する監視カメラ30によって撮像された撮像画像を取得し、第1の算出部102は、撮像画像から、ワイヤ繰り出し機構22に対して鉛直方向の水面の位置からのブイ21の水平方向の変位Δx、およびブイ21の水没状態(頂点高さΔh、ブイ21の傾き)を導出し、変位Δx、水没状態、およびブイ21に作用する重力G、浮力Uおよび水流による力Wのつり合いの式(1)および(2)に基づいて、河川の水深dおよび水流速度vを算出するものとしている。これによって、ブイ21について何らかの信号または情報を送受信するための電力が不要であるため、高価なセンサを用いずに河川の水深dおよび水流速度vを精度よく算出することができる。 As described above, in the prediction management server 10 according to this embodiment, the acquisition unit 101 acquires images captured by a surveillance camera 30 that images the buoy 21 on the water surface, which is part of a buoy-type sensor 20 having a buoy 21 floating on the river and a wire feed mechanism 22 fixed to the riverbed or near the riverbed, connected to the buoy 21 by a wire 23, and capable of extending and retracting the wire 23. The first calculation unit 102 derives from the captured images the horizontal displacement Δx of the buoy 21 from a position on the water surface perpendicular to the wire feed mechanism 22, and the submersion state of the buoy 21 (vertex height Δh, inclination of the buoy 21). Based on the displacement Δx, the submersion state, and the equilibrium equations (1) and (2) of gravity G, buoyancy U, and force W due to water flow acting on the buoy 21, the river water depth d and water flow velocity v are calculated. This eliminates the need for power to transmit or receive signals or information from buoy 21, allowing for accurate calculation of river depth d and water flow velocity v without the use of expensive sensors.
また、本実施形態に係る予測管理サーバ10では、予測部103は、所定の地図情報、および、第1の算出部102により算出された水深dおよび水流速度vに基づいて、河川からの浸水領域を時系列に予測し、第2の算出部104は、予測部103により予測された浸水領域を迂回する避難経路および避難時間を算出し、表示制御部105は、地図情報に対して、予測部103により予測された浸水領域、ならびに、第2の算出部104により算出された避難経路および避難時間を、重畳して情報端末40に表示させるものとしている。これによって、情報端末40のユーザは、予測精度の高い浸水領域を確認することができ、かつ、当該浸水領域を迂回する避難経路および避難時間を確認することができるため、洪水による浸水が発生しても、安全に避難所まで避難することが可能となる。 Furthermore, in the prediction management server 10 according to this embodiment, the prediction unit 103 predicts the flooded area from the river in a time series based on predetermined map information and the water depth d and water flow velocity v calculated by the first calculation unit 102. The second calculation unit 104 calculates evacuation routes and evacuation times that bypass the flooded area predicted by the prediction unit 103. The display control unit 105 overlays the flooded area predicted by the prediction unit 103, as well as the evacuation routes and evacuation times calculated by the second calculation unit 104, onto the map information and displays them on the information terminal 40. This allows the user of the information terminal 40 to confirm the flooded area with high prediction accuracy and to confirm evacuation routes and evacuation times that bypass the flooded area, enabling safe evacuation to shelters even in the event of flooding.
(変形例1)
次に、変形例1に係る予測管理サーバ10について、上述の実施形態に係る予測管理サーバ10と相違する点を中心に説明する。本変形例では、鉛直面におけるブイ21の支点21cの周りの力のモーメントにより生じるブイ21の傾きのずれを考慮した水深dおよび水流速度vの算出処理について説明する。
(Variation 1)
Next, we will explain the differences between the prediction management server 10 according to Modification 1 and the prediction management server 10 according to the above embodiment. In this modification, we will explain the calculation process for water depth d and water flow velocity v, taking into account the deviation in the tilt of the buoy 21 caused by the force moment around the fulcrum 21c of the buoy 21 in the vertical plane.
図10は、ブイに作用する力およびモーメントを説明する図である。図10を参照しながら、ブイ21に作用する力および力のモーメントについて説明する。 Figure 10 illustrates the forces and moments acting on the buoy. Referring to Figure 10, the forces and moments acting on buoy 21 will be explained.
図10に示すように、ブイ21に作用する力については、上述の図2で説明したものと同様である。ただし、以下で説明する鉛直面における支点21c周りの力のモーメントに関して、力のベクトルの線上に支点21cが存在する張力Tについては、支点21c周りの力のモーメントに寄与しないため、図10では図示していない。 As shown in Figure 10, the forces acting on buoy 21 are the same as those described in Figure 2 above. However, regarding the moment of force around the support point 21c in the vertical plane, as described below, the tension T where the support point 21c lies on the line of the force vector does not contribute to the moment of force around the support point 21c and is therefore not shown in Figure 10.
図10に示すように、鉛直面における支点21c周りの力のモーメントとしては、浮力Uのモーメント、重力Gのモーメント、および水流による力Wのモーメントが存在する。そして、これらの力のモーメントは互いに釣り合っている場合、ブイ21は支点21cを中心とする回転運動が停止する。 As shown in Figure 10, the moment of force around the fulcrum 21c in the vertical plane includes the moment of buoyancy U, the moment of gravity G, and the moment of force W due to the water flow. When these moment of force are balanced, the rotational motion of the buoy 21 around the fulcrum 21c ceases.
浮力Uのモーメントは、図10に示すように、浮力Uのベクトルのうち始点(図10の例ではブイ21の中心)と支点21cとを結ぶ直線に垂直な成分と、当該始点と支点21cとの距離(以下、距離r1と表す)との積で表される。より正確には、浮力Uのモーメントは、ブイ21の水没体積部分の各点に作用する浮力のベクトルのうち始点と支点21cとを結ぶ直線に垂直な成分と、当該始点と支点21cとの距離との積を、当該水没体積部分の全体で積分することにより得られる。図10に示す例では、浮力Uのモーメントは、支点21cを中心として右回りの回転に寄与する。 The moment of buoyancy U is expressed as the product of the component of the buoyancy U vector perpendicular to the line connecting the starting point (the center of buoy 21 in the example of Figure 10) and the pivot point 21c, and the distance between the starting point and the pivot point 21c (hereinafter referred to as distance r1), as shown in Figure 10. More precisely, the moment of buoyancy U is obtained by integrating the product of the component of the buoyancy force vector acting on each point of the submerged volume of buoy 21 perpendicular to the line connecting the starting point and the pivot point 21c, and the distance between the starting point and the pivot point 21c, over the entire submerged volume. In the example shown in Figure 10, the moment of buoyancy U contributes to a clockwise rotation around the pivot point 21c.
重力Gのモーメントは、図10に示すように、重力Gのベクトルのうち始点(図10の例ではブイ21の重心)と支点21cとを結ぶ直線に垂直な成分と、当該始点と支点21cとの距離(以下、距離r2と表す)との積で表される。より正確には、重力Gのモーメントは、ブイ21内の各質点に作用する重力のベクトルのうち始点と支点21cとを結ぶ直線に垂直な成分と、当該始点と支点21cとの距離との積を、ブイ21の全体積で積分することにより得られる。図10に示す例では、重力Gのモーメントは、支点21cを中心として左回りの回転に寄与する。 The moment of gravity G is expressed as the product of the component of the gravity vector perpendicular to the line connecting the starting point (the center of gravity of buoy 21 in the example of Figure 10) and the pivot point 21c, and the distance between the starting point and the pivot point 21c (hereinafter referred to as distance r²), as shown in Figure 10. More precisely, the moment of gravity G is obtained by integrating the product of the component of the gravity vector acting on each point mass within buoy 21 perpendicular to the line connecting the starting point and the pivot point 21c, and the distance between the starting point and the pivot point 21c, over the entire volume of buoy 21. In the example shown in Figure 10, the moment of gravity G contributes to counterclockwise rotation around the pivot point 21c.
水流による力Wのモーメントは、図10に示すように、ブイ21の水没部分の表面の各点に作用する水流による力のベクトル(左向き)のうち始点と支点21cとを結ぶ直線に垂直な成分と、当該始点と支点21cとの距離との積を、当該水没部分の表面全体で積分することにより得られる。ただし、水流による力Wのモーメントのうち、支点21cを中心として左回りの回転に寄与するモーメントをW1とし、右回りの回転に寄与するモーメントをW2と表すものとする。 The moment of the force W due to the water flow is obtained by integrating the product of the force vector (directed to the left) acting on each point on the surface of the submerged portion of the buoy 21, the component perpendicular to the line connecting the starting point and the fulcrum 21c, and the distance between the starting point and the fulcrum 21c, over the entire surface of the submerged portion. However, of the moment of the force W due to the water flow, the moment contributing to counterclockwise rotation around the fulcrum 21c is denoted as W1, and the moment contributing to clockwise rotation is denoted as W2.
以上のような浮力Uのモーメント、重力Gのモーメント、および水流による力Wのモーメントが互いにつり合っているものとすると、下記の式(3)に示すつり合いの式で関係付けられる。 Assuming that the moment of buoyancy U, the moment of gravity G, and the moment of force W due to the water flow are in equilibrium, they can be related by the equilibrium equation shown in equation (3) below.
r1・U(Δh)・sin(θ-φ)+W2=r2・G・sin(θ-φ)+W1
・・・(3)
r1・U(Δh)・sin(θ−φ)+W2=r2・G・sin(θ−φ)+W1
... (3)
式(3)に示すずれ角φは、ブイ21に対して支点21cを中心とする各力のモーメントが作用した結果、図10に示すように、ブイ21の頂点(支点21cと重心とを結ぶ直線が表面と交わる点)と支点21cとを結ぶ直線の、ワイヤ23の方向に対するずれ角である。したがって、ブイ21の傾き(水没状態の一例)は、θ-φで表される。なお、上述の式(3)は、第2の関係に相当する。 The displacement angle φ shown in equation (3) is the displacement angle of the line connecting the vertex of the buoy 21 (the point where the line connecting the fulcrum 21c and the center of gravity intersects the surface) with respect to the direction of the wire 23, as shown in Figure 10, resulting from the moment of each force acting on the buoy 21 around the fulcrum 21c. Therefore, the inclination of the buoy 21 (an example of a submerged state) is expressed as θ - φ. Note that equation (3) above corresponds to the second relationship.
図11は、変形例1に係る予測管理サーバの水深・水流速度の算出処理の流れの一例を示すフローチャートである。図11を参照しながら、本変形例に係る予測管理サーバ10による水深・水流速度の算出処理の流れについて説明する。 Figure 11 is a flowchart showing an example of the calculation process flow for water depth and water flow velocity in the prediction management server according to Modification 1. Referring to Figure 11, the calculation process flow for water depth and water flow velocity by the prediction management server 10 according to this modification will be explained.
<ステップS31>
予測管理サーバ10の取得部101は、監視カメラ30により撮像された複数のブイ型センサ20のブイ21に対する撮像画像を、ネットワークI/F508を介して取得する。予測管理サーバ10の第1の算出部102は、取得部101により取得された撮像画像から、ブイ型センサ20のブイ21の頂点高さΔhを導出する。なお、第1の算出部102は、撮像画像から頂点高さΔhを導出するために、ブイ21の表面のマーク21aの位置を用いるものとしてもよい。また、第1の算出部102は、撮像画像におけるブイ21のマーク21aの位置から、ブイ21の傾きであるθ-φを導出する。そして、ステップS32へ移行する。
<Step S31>
The acquisition unit 101 of the predictive management server 10 acquires images of the buoy 21 from multiple buoy-type sensors 20 captured by the surveillance camera 30 via the network interface 508. The first calculation unit 102 of the predictive management server 10 derives the vertex height Δh of the buoy 21 of the buoy-type sensor 20 from the images acquired by the acquisition unit 101. The first calculation unit 102 may use the position of the mark 21a on the surface of the buoy 21 to derive the vertex height Δh from the images. The first calculation unit 102 also derives the inclination of the buoy 21, θ-φ, from the position of the mark 21a on the buoy 21 in the images. Then, the process proceeds to step S32.
<ステップS32>
第1の算出部102は、取得部101により取得された撮像画像から、河川の水面に浮かんでいるブイ21の水平方向の変位Δxを導出する。そして、ステップS33へ移行する。
<Step S32>
The first calculation unit 102 derives the horizontal displacement Δx of the buoy 21 floating on the river surface from the image captured by the acquisition unit 101. Then, the process proceeds to step S33.
<ステップS33>
そして、第1の算出部102は、重力Gおよび頂点高さΔhから決定される浮力U等、ならびに上述の式(1)~(3)等に基づいて、水深d、水流速度vおよびずれ角φを算出する。例えば、他の値は、水深d、水流速度vおよびずれ角φの依存値といえるため、水深d、水流速度vおよびずれ角φは、数値計算により算出可能である。
<Step S33>
The first calculation unit 102 then calculates the water depth d, water flow velocity v, and slip angle φ based on the buoyancy U determined from gravity G and vertex height Δh, as well as the above-mentioned equations (1) to (3). For example, since the other values can be said to be dependent on the water depth d, water flow velocity v, and slip angle φ, the water depth d, water flow velocity v, and slip angle φ can be calculated by numerical calculation.
以上のステップS31~S33の流れで予測管理サーバ10による水深・水流速度の算出処理が実行される。 Following the steps S31 to S33 described above, the prediction management server 10 performs the calculation process for water depth and water flow velocity.
以上のように、本変形例に係る予測管理サーバ10では、第1の算出部102は、撮像画像から、ブイ21のうち水面上に現れた部分の水面からの頂点高さΔhを水没状態として導出し、撮像画像から、ワイヤ23の方向に対してずれ角φを有するブイの傾きを水没状態として導出し、変位Δx、水没状態、式(1)および(2)、ならびに、鉛直面におけるブイ21とワイヤ23との接続点である支点21cの周りの重力G、浮力Uおよび水流による力Wの各モーメントのつり合いの式(3)に基づいて、水深dおよび水流速度vを算出するものとしている。これによって、ブイ21について何らかの信号または情報を送受信するための電力が不要であるため、高価なセンサを用いずに河川の水深dおよび水流速度vを精度よく算出することができると共に、ブイ21の傾きにずれ角φがある場合においても、水深dおよび水流速度vを精度よく算出することができる。 As described above, in the prediction management server 10 according to this modified example, the first calculation unit 102 derives the height Δh of the buoy 21 above the water surface as the submerged state from the captured image, and derives the inclination of the buoy with a displacement angle φ with respect to the direction of the wire 23 as the submerged state from the captured image. Based on the displacement Δx, the submerged state, equations (1) and (2), and equation (3) representing the balance of the moments of gravity G, buoyancy U, and force W due to the water flow around the fulcrum 21c, which is the connection point between the buoy 21 and the wire 23 in the vertical plane, the water depth d and water flow velocity v are calculated. This eliminates the need for power to transmit or receive any signals or information regarding the buoy 21, allowing for accurate calculation of the river's water depth d and water flow velocity v without using expensive sensors. Furthermore, it allows for accurate calculation of the water depth d and water flow velocity v even when the inclination of the buoy 21 has a displacement angle φ.
(変形例2)
次に、変形例2に係る予測管理サーバ10について、上述の実施形態に係る予測管理サーバ10と相違する点を中心に説明する。本変形例では、水平面における左右非対称のブイ21の支点21cの周りの水流による力Wのモーメントにより生じるブイ21の水流方向に対するずれ角を考慮した水流速度vの算出処理について説明する。
(Variation 2)
Next, we will explain the differences between the predictive management server 10 according to the modified example 2 and the predictive management server 10 according to the embodiment described above. In this modified example, we will explain the process of calculating the water flow velocity v, taking into account the displacement angle of the buoy 21 with respect to the water flow direction, which is caused by the moment of force W due to the water flow around the pivot point 21c of the asymmetrical buoy 21 in the horizontal plane.
図12は、非対称のブイに作用する力およびモーメントを説明する図である。図12を参照しながら、水平面におけるブイ21に作用する水流による力Wのモーメントについて説明する。 Figure 12 illustrates the forces and moments acting on an asymmetrical buoy. Referring to Figure 12, the moment of the force W due to the water flow acting on buoy 21 in the horizontal plane will be explained.
図12では、上面から見たブイ21の状態を示しており、ブイ21は、左右非対称のブイであるものとしている。また、水面上表出部21dは、ブイ21のうち水面上に表出した体積部分である。図12に示すように、水平面における支点21c周りの力のモーメントとしては、水流による力Wのモーメントが存在する。浮力Uおよび重力Gについては、水平面に垂直の向きに作用する力であるため、水平面における支点21c周りの力のモーメントとして寄与しない。 Figure 12 shows the state of buoy 21 as viewed from above, and assumes that buoy 21 is asymmetrical. The portion 21d above the water surface is the volume of buoy 21 that is exposed above the water surface. As shown in Figure 12, the moment of force around the fulcrum 21c in the horizontal plane is the moment of force W due to the water flow. Buoyancy U and gravity G are forces acting perpendicular to the horizontal plane and therefore do not contribute to the moment of force around the fulcrum 21c in the horizontal plane.
水流による力Wのモーメントは、図12に示すように、ブイ21の水没部分の表面の各点に作用する水流による力のベクトル(左向き)のうち始点と支点21cとを結ぶ直線に垂直な成分と、当該始点と支点21cとの距離(以下、距離rと表す)との積を、当該水没部分の表面全体で積分することにより得られる。ここで、水流による力Wのモーメントのうち、支点21cを中心として左回りの回転に寄与するモーメントに関して、ブイ21の水没部分の表面の各点に作用する水流による力のベクトルのうち始点と支点21cとを結ぶ直線に垂直な成分をW3と表す。一方、水流による力Wのモーメントのうち、支点21cを中心として右回りの回転に寄与するモーメントに関して、ブイ21の水没部分の表面の各点に作用する水流による力のベクトルのうち始点と支点21cとを結ぶ直線に垂直な成分をW4と表す。 The moment of the force W due to the water flow is obtained by integrating the product of the force vector (directed to the left) acting on each point on the surface of the submerged portion of the buoy 21, which is perpendicular to the line connecting the starting point and the fulcrum 21c, and the distance between the starting point and the fulcrum 21c (hereinafter referred to as distance r), over the entire surface of the submerged portion. Here, with respect to the moment of the force W due to the water flow that contributes to counterclockwise rotation around the fulcrum 21c, the component of the force vector acting on each point on the surface of the submerged portion of the buoy 21 that is perpendicular to the line connecting the starting point and the fulcrum 21c is denoted as W3. On the other hand, with respect to the moment of the force W due to the water flow that contributes to clockwise rotation around the fulcrum 21c, the component of the force vector acting on each point on the surface of the submerged portion of the buoy 21 that is perpendicular to the line connecting the starting point and the fulcrum 21c is denoted as W4.
以上のようなブイ21の水没部分の表面の各点に作用する水流による力のモーメントが互いにつり合っているものとすると、下記の式(4)に示すつり合いの式で関係付けられる。 Assuming that the moment forces due to the water flow acting on each point on the surface of the submerged portion of buoy 21 are in equilibrium, they can be related by the equilibrium equation shown in equation (4) below.
∫r×W3(v,λ,r)dr=∫r×W4(v,λ,r)dr ・・・(4) ∫r×W3(v,λ,r)dr=∫r×W4(v,λ,r)dr...(4)
式(4)に示す水平ずれ角λは、ブイ21に対して支点21cを中心とする水流による力のモーメントが作用した結果、図12に示すように、ブイ21の頂点(支点21cと重心とを結ぶ直線が表面と交わる点)と支点21cとを結ぶ直線の、ワイヤ23の方向に対する水平面でのずれ角である。この場合、W3およびW4は、水流速度v、水平ずれ角λおよび距離rの関数となる。なお、上述の式(4)は、第3の関係に相当する。 The horizontal displacement angle λ shown in equation (4) is the horizontal displacement angle of the line connecting the vertex of the buoy 21 (the point where the line connecting the fulcrum 21c and the center of gravity intersects the surface) with respect to the direction of the wire 23, as shown in Figure 12, resulting from the force moment acting on the buoy 21 due to the water flow centered at the fulcrum 21c. In this case, W3 and W4 are functions of the water flow velocity v, the horizontal displacement angle λ, and the distance r. Note that equation (4) above corresponds to the third relationship.
水流による力のモーメントがつり合い状態において、ブイ21が転倒等を起こさずに左右非対称を保証するためには、非対称体積部分の半分以上が水面下である必要がある。そして、ブイ21の水没部分におもり21bを位置させることによって、転倒を抑制することができる。 In a state of equilibrium due to the force moment caused by the water flow, in order to ensure that the buoy 21 does not tip over and maintains asymmetry, more than half of the asymmetrical volume must be submerged. By positioning the weight 21b in the submerged portion of the buoy 21, tipping can be suppressed.
図13は、変形例2に係る予測管理サーバの水流速度の算出処理の流れの一例を示すフローチャートである。図13を参照しながら、本変形例に係る予測管理サーバ10による水流速度の算出処理の流れについて説明する。 Figure 13 is a flowchart showing an example of the water flow velocity calculation process of the predictive management server according to Modification 2. Referring to Figure 13, the water flow velocity calculation process by the predictive management server 10 according to this modification will be explained.
<ステップS41>
予測管理サーバ10の取得部101は、監視カメラ30により撮像された複数のブイ型センサ20のブイ21に対する撮像画像を、ネットワークI/F508を介して取得する。また、第1の算出部102は、撮像画像におけるブイ21のマーク21aの位置から、ブイ21の水平面での水平ずれ角λを導出する。そして、ステップS42へ移行する。
<Step S41>
The acquisition unit 101 of the prediction management server 10 acquires images of the buoy 21 captured by the surveillance camera 30 from multiple buoy-type sensors 20 via the network interface 508. The first calculation unit 102 derives the horizontal displacement angle λ of the buoy 21 in the horizontal plane from the position of the mark 21a on the buoy 21 in the captured image. Then, the process proceeds to step S42.
<ステップS42>
第1の算出部102は、水平ずれ角λ、および、上述のブイ21の水没部分の表面の各点に作用する水流による力のモーメントのつり合いの式(4)から、水流速度vを数値計算で算出する。
<Step S42>
The first calculation unit 102 numerically calculates the water flow velocity v from the horizontal displacement angle λ and the equation (4) for the equilibrium of force moments due to the water flow acting on each point on the surface of the submerged portion of the buoy 21.
以上のステップS41~S42の流れで予測管理サーバ10による水流速度の算出処理が実行される。 Following the steps S41 to S42 described above, the water flow velocity calculation process is performed by the prediction management server 10.
以上のように、本変形例に係る予測管理サーバ10では、第1の算出部102は、撮像画像から、ブイ21の水平面での水平ずれ角λを導出し、水平ずれ角λ、および、水平面におけるブイ21とワイヤ23との接続点である支点21cの周りの水流による力の各モーメントのつり合いの式(4)に基づいて、水流速度vを算出するものとしている。これによって、ブイ21について何らかの信号または情報を送受信するための電力が不要であるため、高価なセンサを用いずに河川の水流速度vを精度よく算出することができる。 As described above, in the prediction management server 10 according to this modified example, the first calculation unit 102 derives the horizontal displacement angle λ of the buoy 21 in the horizontal plane from the captured image, and calculates the water flow velocity v based on the horizontal displacement angle λ and the equation (4) for the equilibrium of the forces due to the water flow around the fulcrum 21c, which is the connection point between the buoy 21 and the wire 23 in the horizontal plane. This eliminates the need for power to transmit or receive any signals or information regarding the buoy 21, thus enabling accurate calculation of the river water flow velocity v without using expensive sensors.
なお、上記で説明した実施形態および各変形例の各機能は、一又は複数の処理回路によって実現することが可能である。ここで、「処理回路」とは、電子回路により実装されるプロセッサのようにソフトウェアによって各機能を実行するようプログラミングされたプロセッサや、上記で説明した各機能を実行するよう設計されたASIC(Application Specific Integrated Circuit)、DSP(Digital Signal Processor)、FPGA(Field Programmable Gate Array)や従来の回路モジュール等のデバイスを含むものとする。 Furthermore, each function of the embodiments and variations described above can be realized by one or more processing circuits. Here, "processing circuit" includes processors programmed to execute each function by software, such as processors implemented by electronic circuits, as well as devices such as ASICs (Application Specific Integrated Circuits), DSPs (Digital Signal Processors), FPGAs (Field Programmable Gate Arrays), and conventional circuit modules designed to execute the functions described above.
また、上述の実施形態および各変形例の予測管理サーバ10で実行されるプログラムは、ROM等に予め組み込まれて提供するように構成してもよい。 Furthermore, the programs executed by the prediction management server 10 in the above-described embodiments and each of the modified examples may be configured to be pre-loaded and provided in ROM or the like.
また、上述の実施形態および各変形例の予測管理サーバ10で実行されるプログラムは、インストール可能な形式または実行可能な形式のファイルでCD-ROM(Compact Disc Read Only Memory)、フレキシブルディスク(FD)、CD-R(Compact Disc-Recordable)、DVD(Digital Versatile Disc)等のコンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録してコンピュータ・プログラム・プロダクトとして提供するように構成してもよい。 Furthermore, the programs executed by the predictive management server 10 in the above-described embodiments and each of its modifications may be configured to be provided as computer program products by recording them as installable or executable files on a computer-readable recording medium such as a CD-ROM (Compact Disc Read Only Memory), flexible disk (FD), CD-R (Compact Disc-Recoverable), or DVD (Digital Versatile Disc).
また、上述の実施形態および各変形例の予測管理サーバ10で実行されるプログラムを、インターネット等のネットワークに接続されたコンピュータ上に格納し、ネットワーク経由でダウンロードさせることにより提供するように構成してもよい。また、上述の実施形態および各変形例の予測管理サーバ10で実行されるプログラムをインターネット等のネットワーク経由で提供または配布するように構成してもよい。 Furthermore, the programs executed by the predictive management server 10 in the above-described embodiments and their respective modifications may be stored on a computer connected to a network such as the Internet and provided by downloading them via the network. Alternatively, the programs executed by the predictive management server 10 in the above-described embodiments and their respective modifications may be provided or distributed via a network such as the Internet.
また、上述の実施形態および各変形例の予測管理サーバ10で実行されるプログラムは、上述した各機能部を含むモジュール構成となっており、実際のハードウェアとしてはCPU501(プロセッサ)がROM502または補助記憶装置505からプログラムを読み出して実行することにより上述の各機能部がRAM503(主記憶装置)上にロードされ、各機能部がRAM503上に生成されるようになっている。 Furthermore, the programs executed by the predictive management server 10 in the above-described embodiments and their respective modifications are configured as modules including the aforementioned functional units. In actual hardware, the CPU 501 (processor) reads the program from the ROM 502 or auxiliary storage device 505 and executes it, thereby loading the aforementioned functional units onto the RAM 503 (main memory), and creating each functional unit on the RAM 503.
1 洪水監視システム
10 予測管理サーバ
20 ブイ型センサ
21 ブイ
21a マーク
21b おもり
21c 支点
21d 水面上表出部
22 ワイヤ繰り出し機構
23 ワイヤ
30 監視カメラ
40 情報端末
101 取得部
102 第1の算出部
103 予測部
104 第2の算出部
105 表示制御部
401 CPU
402 ROM
403 RAM
404 EEPROM
405 撮像部
406 撮像I/F
407 加速度・方位センサ
408 GPS受信部
409 バスライン
410 遠距離通信回路
410a アンテナ
411 近距離通信回路
411a アンテナ
412 マイク
413 スピーカ
414 音入出力I/F
415 ディスプレイ
416 外部機器接続I/F
417 バイブレータ
418 タッチパネル
501 CPU
502 ROM
503 RAM
505 補助記憶装置
508 ネットワークI/F
509 ディスプレイ
510 バスライン
511 キーボード
512 マウス
d 水深
FA 予測浸水領域
G 重力
L ワイヤ長
LT1、LT2 避難経路
T 張力
U 浮力
v 水流速度
W 水流による力
θ 傾斜角
λ 水平ずれ角
φ ずれ角
Δh 頂点高さ
Δx 変位
1 Flood monitoring system 10 Prediction management server 20 Buoy-type sensor 21 Buoy 21a Mark 21b Weight 21c Pivot point 21d Surface-exposed part 22 Wire payout mechanism 23 Wire 30 Surveillance camera 40 Information terminal 101 Acquisition unit 102 First calculation unit 103 Prediction unit 104 Second calculation unit 105 Display control unit 401 CPU
402 ROM
403 RAM
404 EEPROM
405 Imaging unit 406 Imaging interface
407 Acceleration/direction sensor 408 GPS receiver 409 Bus line 410 Long-range communication circuit 410a Antenna 411 Short-range communication circuit 411a Antenna 412 Microphone 413 Speaker 414 Audio input/output interface
415 Display 416 External device connection interface
417 Vibrator 418 Touch Panel 501 CPU
502 ROM
503 RAM
505 Auxiliary storage device 508 Network interface
509 Display 510 Bus line 511 Keyboard 512 Mouse d Water depth FA Predicted flooded area G Gravity L Wire length LT1, LT2 Evacuation route T Tension U Buoyancy v Water velocity W Force due to water flow θ Inclination angle λ Horizontal displacement angle φ Displacement angle Δh Vertex height Δx Displacement
Claims (11)
前記撮像画像から、前記繰り出し機構に対して鉛直方向の水面の位置からの前記ブイの水平方向の変位、および該ブイの水没状態を導出し、前記変位、前記水没状態、および該ブイに作用する重力、浮力、水流による力および張力のつり合いの第1の関係に基づいて、前記河川の水深および水流速度を算出する第1の算出部と、
を備えた洪水監視装置。 A buoy-type sensor having a buoy floating on a river and a deployment mechanism fixed to the riverbed or near the riverbed, which is connected to the buoy by a connecting wire and is capable of deploying and retracting the connecting wire, wherein the sensor includes an acquisition unit that acquires an image captured by an imaging device that images the buoy on the water surface,
A first calculation unit derives from the captured image the horizontal displacement of the buoy from the water surface position vertical to the deployment mechanism, and the submersion state of the buoy, and calculates the water depth and water flow velocity of the river based on the displacement, the submersion state, and a first relationship of equilibrium between gravity, buoyancy, force and tension due to water flow acting on the buoy.
A flood monitoring device equipped with a flood monitoring system.
前記撮像画像から、前記ブイのうち水面上に現れた部分の水面からの高さを前記水没状態として導出し、
前記高さから該ブイの水没体積を算出し、前記水没体積に基づいて該ブイの前記浮力を算出し、前記変位、該浮力、および前記第1の関係に基づいて、前記水深および前記水流速度を算出する請求項1に記載の洪水監視装置。 The first calculation unit is,
From the aforementioned captured image, the height of the portion of the buoy that is visible above the water surface is derived as the submerged state.
A flood monitoring device according to claim 1, which calculates the submerged volume of the buoy from the height, calculates the buoyancy of the buoy based on the submerged volume, and calculates the water depth and the water flow velocity based on the displacement, the buoyancy, and the first relationship.
前記変位および前記傾斜角から、前記接続線の長さを算出し、前記長さおよび該傾斜角から、前記水深を算出し、
前記長さから、前記ブイと前記接続線との接続点で該ブイに作用する張力を算出し、前記張力および前記傾斜角にも基づいて、該ブイに作用する水流による力を算出し、前記水流による力から前記水流速度を算出する請求項1に記載の洪水監視装置。 The first calculation unit derives the inclination of the buoy with respect to the vertical direction as the submerged state from the captured image, as the angle of inclination of the connecting line with respect to the vertical direction.
From the displacement and the angle of inclination, the length of the connecting wire is calculated, and from the length and the angle of inclination, the water depth is calculated.
The flood monitoring device according to claim 1, which calculates the tension acting on the buoy at the connection point between the buoy and the connecting line from the aforementioned length, calculates the force due to the water flow acting on the buoy based on the aforementioned tension and the aforementioned inclination angle, and calculates the water flow velocity from the force due to the water flow.
前記第1の算出部は、前記撮像画像から、前記ブイにおける前記マークの位置に基づいて前記傾きを導出する請求項3に記載の洪水監視装置。 The buoy has a mark on its surface,
The flood monitoring device according to claim 3, wherein the first calculation unit derives the inclination from the captured image based on the position of the mark on the buoy.
前記撮像画像から、前記ブイのうち水面上に現れた部分の水面からの高さを前記水没状態として導出し、
前記撮像画像から、前記接続線の方向に対してずれ角を有する前記ブイの傾きを前記水没状態として導出し、
前記変位、前記水没状態、前記第1の関係、ならびに、鉛直面における前記ブイと前記接続線との接続点の周りの前記重力、前記浮力および前記水流による力の各モーメントのつり合いの第2の関係に基づいて、前記水深および前記水流速度を算出する請求項1に記載の洪水監視装置。 The first calculation unit is,
From the aforementioned captured image, the height from the water surface of the portion of the buoy that is visible above the water surface is derived as the submerged state.
From the captured image, the tilt of the buoy having a deviation angle with respect to the direction of the connecting line is derived as the submerged state.
A flood monitoring device according to claim 1, which calculates the water depth and the water flow velocity based on the displacement, the submersion state, the first relationship, and the second relationship of the equilibrium of the moments of gravity, buoyancy, and force due to the water flow around the connection point between the buoy and the connecting line in a vertical plane.
前記撮像画像から、前記ブイの水平面での水平ずれ角を導出し、
前記水平ずれ角、および、水平面における前記ブイと前記接続線との接続点の周りの前記水流による力の各モーメントのつり合いの第3の関係に基づいて、前記水流速度を算出する請求項1に記載の洪水監視装置。 The first calculation unit is,
From the aforementioned captured image, the horizontal displacement angle of the buoy in the horizontal plane is derived.
The flood monitoring device according to claim 1, which calculates the water flow velocity based on the horizontal displacement angle and a third relationship of equilibrium of each moment of force due to the water flow around the connection point between the buoy and the connecting line in the horizontal plane.
水面上の前記ブイを撮像する撮像装置と、
前記撮像装置により撮像された撮像画像に基づいて、前記河川の水深および水流速度を算出する洪水監視装置と、
を含み、
前記洪水監視装置は、
前記撮像装置から前記撮像画像を取得する取得部と、
前記撮像画像から、前記繰り出し機構に対して鉛直方向の水面の位置からの前記ブイの水平方向の変位、および該ブイの水没状態を導出し、前記変位、前記水没状態、および該ブイに作用する重力、浮力、水流による力および張力のつり合いの第1の関係に基づいて、前記水深および前記水流速度を算出する第1の算出部と、
を備えた洪水監視システム。 A buoy-type sensor having a buoy floating in a river, and a deployment mechanism fixed to the riverbed or near the riverbed, which is connected to the buoy by a connecting wire and allows the connecting wire to be extended and retracted.
An imaging device for imaging the buoy on the water surface,
A flood monitoring device that calculates the water depth and water flow velocity of the river based on the images captured by the aforementioned imaging device,
Includes,
The aforementioned flood monitoring device,
An acquisition unit that acquires the captured image from the aforementioned imaging device,
A first calculation unit derives from the captured image the horizontal displacement of the buoy from the water surface position vertical to the deployment mechanism, and the submersion state of the buoy, and calculates the water depth and water flow velocity based on the displacement, the submersion state, and a first relationship of equilibrium between gravity, buoyancy, force and tension due to water flow acting on the buoy,
A flood monitoring system equipped with a flood monitoring system.
河川に浮かぶブイと、前記ブイと接続線により接続され、前記接続線の繰り出しおよび引き戻しが可能な、前記河川の川底または川底近傍に固定された繰り出し機構と、を有するブイ型センサのうち、水面上の前記ブイを撮像する撮像装置によって撮像された撮像画像を取得する工程と、
前記撮像画像から、前記繰り出し機構に対して鉛直方向の水面の位置からの前記ブイの水平方向の変位、および該ブイの水没状態を導出し、前記変位、前記水没状態、および該ブイに作用する重力、浮力、水流による力および張力のつり合いの第1の関係に基づいて、前記河川の水深および水流速度を算出する工程と、
を含むことを特徴とする洪水監視方法。 A flood monitoring method performed by a flood monitoring device,
A buoy-type sensor having a buoy floating on a river and a deployment mechanism fixed to the riverbed or near the riverbed, which is connected to the buoy by a connecting wire and is capable of deploying and retracting the connecting wire, wherein the sensor acquires an image captured by an imaging device that images the buoy on the water surface.
From the captured image, the horizontal displacement of the buoy from the water surface position perpendicular to the deployment mechanism, and the submersion state of the buoy are derived, and based on the displacement, the submersion state, and a first relationship of equilibrium between gravity, buoyancy, force due to water flow, and tension acting on the buoy, the water depth and water flow velocity of the river are calculated.
A flood monitoring method characterized by including the following:
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