JPS60202301A

JPS60202301A - 表面位測定装置

Info

Publication number: JPS60202301A
Application number: JP5902984A
Authority: JP
Inventors: Yoshiro Kito; 鬼頭　義郎
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1984-03-27
Filing date: 1984-03-27
Publication date: 1985-10-12

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の技術分野〕本発明は、河川や池の水位等の被測定対象の表面位を測
定する表面位測定装置に関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

この種の表面位測定装置の代表的な例として水位計を挙
げることができる。水位計には次に掲げるごとく各種の
方式によるもつが考えられたが、それぞれ問題点を有し
ている。

（１）第１図に示す如く観測井を設けてこの弁内の水面
にフロートを浮かべ−このフロートの　ゞ垂直方向の位
置よシ水位を検出するもの。この方式には観測井という
大掛シな設備を特徴とする特許（ＩＩ）第２図に示す如くフロート柱を支持柱に固定設
置し、フロートの位置の変化をシンクロ電機等によシミ
気信号に変換して出力するもの。

この方式によると、信号線を配線するための配管等が腐
食する恐れがある。

（ｉｉｉ）　第３図に示す如く測水管を設置してこの管
内の水面に検出電極を接触配置し、・この電極の水面接
触状態をマイクロモータ等によシ追従して水位変化をめ
るもの。この方式の場合、マイクロモータの動作が水位
の変位に追従しきれない場合、正確な測定を行なうこと
ができないという問題があった〇（Ｖ）　第４図に示す如く支持柱を設置してこの支持柱
に設けられたアームの先端に超音波送受波器を固定し、
この超音波送受波器から水平に向けて超音波を送波し、
その反射波を受波してそのときの伝播時間から水位を検
出するもの。

この方式の場合、水面上に突出するような状態でアーム
を設ける必要があシ、設備が大損シなものとなるという
問題があった。

０　第５図のようにコンプレッサ等の圧力源によ多発生
した気泡を配管を通して水中底部へ送シ、このときの水
圧を検出してこの検出値よシ水位をめるもの。この方式
によると、気泡を発生させるための配管を必要とし、こ
の配管が腐食する恐れがある。

帖　第６図に示す如く、水中底部にまで通じる配管を設
け、この配管の先端部に感圧素子を取着して水圧を検出
し、その検出信号を上記配管を経て導出するもの。この
方式の場合、前記Ｍの場合と同じく配管が腐食する恐れ
がある。

このように、改れら従来の装置は、いずれも被測定場所
に観測井や側柱を設けたシ、あるいは検出器の出力を観
測舎まで導ひくために水中に配管等を設置しなければな
らず、設備が大損シなものになるとともに、配管等が腐
食等を起こし易く、信頼性が低いという欠点があった。

〔発明の目的〕

本発明は、大損シな設備を必要とせず、′シかも配管の
腐食等の心配がなく、簡単かつ小形で信頼性の高い表面
位測定装置を提供することを目的とする。

〔発明の概要〕

本発明は、上記目的を達成するために、被測定対象中に
一部を露出させて被測定対象表面とは光学的物性が異な
る測定標識部材を立設し、この測定標識部材に対向する
位置に受光手段を設置してこの手段によシ上記測定標識
部材の露出部および被測定対象表面を含む任意の領域を
撮像し、その出力から上記測定標識部材の露出部と被測
定対象表面との境界位置を検出してこの位置から被測定
対象の表面位をめるようにしたものである。

〔発明の実施例〕

第７図は、本発明の一実施例における表面位測定装置の
概略構成図である。なお、本実施例では河川等の水位を
測定する場合を例にとって説明する。

被測定位置である河川の水底部には、測定標識部材とし
ての量水標板１０が垂直に立設されている。この量水標
板１０は、その長さが最高水位よシも高°く設定され、
常時水面上に露出する先端部には第８図に示す如く所定
長（例えば１０　ｔ：ｍ　）の測定基準パターン１ノが
表示されている。またこの測定基準パターン１１よシ下
側の部分には、互いに光反射強度の異なる等間隔毎に（
例えばそれぞれ１　ｃｍ　）第１および第２の線状パタ
ーンがストライブ模様をなす如く連続して表示され、こ
れによシ測定領域１２が形成されている。上記測定基準
パターン１１および各線状／ｆターンの色は、それぞれ
黒色、灰色、黒色に定められておシ、いずれも被測定対
象表面である水面とは光反射強度が異なるように設定さ
れている。

一方、河岸部の上記量水標板１０と対向する位置には受
光装置２０が設置されている。この受光装置２θは、前
記量水標板１０および水面１５を照明するライト２ノと
、上記量水標板１０および水面１５による反射光を受光
する例えば固体撮像氷子からなるリニアイメージセンサ
２２と、このリニアイメージセンサ２２に対し上記反射
光を導びくための集光光学系２３と、受光量を調整する
ためのしはシ２４とから構成されている。そして、リニ
アイメージセンサ２２で受光した量水標板１０の露出部
および水面１５の像を光電変換して測定回路部３０に出
力している。

この測定回路部３０は、上記リニアイメージセンサ２２
からの受光信号を画素毎に例えば８ビツトのデジタル信
号に変換する〜Φ変換器３１と、とのＡ／Ｄ変換器３ノ
で変換されたデジタル受光信号を記憶するメモリ３２と
、演算回路３３とから構成されている。この演算回路３
３は、例えばマイクロプロセッサを有するもので、前記
デジタル受光信号の平均レベルをめる平均化手段３４と
、この平均化手段３４で得られた平均レベルに応じて前
記受光装置２０のしホシ２４を調整するしぼシ制御手段
３５と、このしはシ調整後に上記平均化手段３４で得ら
れた平均レベルに基づいてしきい値レベルを設定し、こ
のしきい値とメモリ３２のデジタル受光信号とをレベル
比較して前記量水標板１０の測定基準パターン１１、各
線状パターンおよび水面の各受光信号を識別する比較手
段３６と、この比較手段３６の識別結果に基づいて水面
１５の位置情報、つまシ河用の水位を算出する演算手段
３７と、測定に係わる各種制御を行なう制御手段３８と
を備えている。

次に、以上のように構成された装置の作用を測定手順に
従って説明する。先ず、測定に先立ちリニアイメージセ
ンサ２２の位置および集光光学系２４の位置は、リニア
イメージセンサ２２の受像領域に量水標板１０の全体が
結像されるよ、うに設定する。なお、リニアイメージセ
ンサ゛２２には例えば５０００画素のものを使用し、こ
れに高さ１０ｍの量水標板１０を結像させる。

したがって、上記リニアイメージセンサ２２では、０６
５αの分解能が得られる。

さて、この状態で、演算回路３３に測定開始信号を供給
すると、演算回路３３によシ次の如ぐ測定制御がなされ
る。第１０図は、その制御手順および内容を示すフロー
チャートである。

すなわち、測定開始信号が到来すると演算回路３３は、
先ずライト２ノに点灯指示信号を出力して被測定対象で
ある水面および量水標板１０を照明する。このとき、上
記ライト２ノの発光特性を特定の波長領域に設定してお
けば、昼間であってもまた他の照明が存在する場合でも
、これらに悪影響を受けることなく精度良く測定可能で
ある。演算回路３３は、上記照明を行なわせると、次に
イメージセンサ２２に動作指示を与えて量水標板１０の
露出部および水面１６による反射光を受光させるととも
に、この受光完了後Ａ／Ｄ変換器３１に動作指示を発し
てリニアイメージセンサ２２の受光出力信号を画素毎に
例えば８ビツトのデジタル信号に変換させ、しかるのち
メモリ３２をアドレス指定して上記デジタル化された受
光出力信号を記憶させる。

このとき、上記デジタル受光信号のビット数は５０００
画素×８ビット（４０にビット）であるため、メモリ３
２には例えば６４にピッ）　ＲＡＭを用意すれば十分で
ある。そうして受光信号の記憶が完了すると演算回路３
３は、メモリ３２に読出し指示を行なって受光信号を順
次読出させ、これを入力して平均化演算を行なう。そし
て、平均値が所定値と等しくなければ、しほり２４に対
し制御信号を発してしはシ２４を調整し、これによシリ
ニアイメージセンサ２２の受光強度を最適値に設定する
。このしはシ調整を終了すると演算回路３３は、リニア
イメージセンサ２２、Ａ／を変換器３ノおよびメモリ３
２に再度動作指示を発して、第１０図Ｘに示す動作を行
なわせ、これによシしはシ調整稜の受光信号をメモリ３
２に記憶させたのち入力する。そして、先ずこの入力し
た受光信号の信号レベルの平均値を算出し、この平均値
に基づいてしきい値を定める。例えば、受光信号が第９
図のような信号であれば、ｓｓ＋ｓｔのように設定する
。そして、演算回路３３は上記しきい値Ｓ、、Ｓ２と受
光信号とをレベル比較して、これによシ測定基準パター
ン１１と線状パターンとの境界位置［有］および線状・
母ターンと水面１５との境界位置＠をそれ゛ぞれ検出し
、さらにこれらの境界位置■、＠間に存在する線状／４
′ターンの数をカウントして測定基準点■と水面１５と
の間の長さＣをめる。そし千、−既知である６１１ｊ定
基準点■の高さＡから上記長さＣを引算して水面１５の
位置（高さＤ）をめる。この水面１５″！での高さＤの
情報は、例えばプリンタやＸＹレコーダ等に出力されて
記録される。そうして、水位りがめられると演算回路３
３は、最後にライト２１に消灯指示を発してライト２ノ
を消灯させ、初期状態に戻る。

このように、本実施例であれば、水中あるいは河岸に設
置する設備は量水標板１０と受光装置２０のみであるた
め、従来の観測井等を設けるものに比べて設備を大幅に
簡単かつ小形なものにすることができ、設備費を安価に
することができる。また、場所を選ばずに設置できる。

さらに本実施例であれば、量水標板１０にストライブ状
の線状・母ターンを表示して受光画像中のこの線状パタ
ーンの数をカウントし、このカウント値よシ長さをめる
ようにしたので、たとえイメージセンサ２２が傾斜して
いたとしても、正確に水位を算出°することができる。

また、上記線状パターンを１ｃ１ｎに設定したことによ
って、例えばこれをオペレータが岸辺で読んで水位を観
測することもできる。

なお、本発明は上記実施例に限定されるものではない。

例えば、線状パターンを表示せずに一定長の測定基準パ
ターン１１のみを表示し、受光信号よシこの測定基準・
母ター／１１の長さを検出して、受光装置２０を正確に
設置した状態で予め測定しておいた上記測定基準／ぐタ
ーフ１１の長さとの比をめ、この比に応じて量水標板１
０の露出長溝８図Ｃ）の測定値を補正して水位をめるよ
うにしてもよい。また、ライトを常時点灯させ、この状
態で水位測定動作を連続的に行なうようにしてもよい。

その他、量水標板に表示するパターンの光学的特性（濃
度や色）、受光器の種類（テレビジョンカメラでもよい
）、演算回路の構成、測定手順等についても、本発明の
要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施できる。また
、被測定対象としては積雪量等であってもよく、測定標
識部材には目盛情報を記載して、これを受光して読取る
ようにしてもよい。

〔発明の効果〕

以上詳述したように本発明によれば、被測定対象中に一
部を露出させた状態で測定標識部材を立設し、この測定
標識部材の露出部および水面を撮像して、上記露出部と
水面との光学的反射特性が異なることを利用して水位を
測定するようにしたことによって、大掛シな設備を必要
とせず、しかも腐食等の心配がなく、正確、簡単かつ小
形で信頼性の高い表面位測定装置を提供することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第６図はそれぞれ従来の異なる測定装置を示す
概略構成図、第７図〜第１０図は本発明の一実施例を説
明するためのもので、第７図は表面位測定装置の概略構
成図、第８図は量水標板の正面図、第９図は受光信号の
信号波形図、第１０図は測定制御手順および測定制御内
容を示すフローチャートである。１０・・・量水標板、１１・・・測定基準パターン、１
２・・・測定領域、１５・・・水面、２０・・・受光装
置、２１・・・ライト、２２・・・リニアイメージセン
サ、２３・・・集光光学系、２４・・・しぼり、３０・
・・測定回路部、３１・・・Ａ／Ｄ変換器、３２・・・
メモリ、３３・・・演算回路、３４・・・平均化手段、
３５・・・しぼシ制御手段、３６・・・比較手段、３７
・・・演算手段、３８・・・制御手段。出願人代理人　弁理士　鈴　江　武　彦第１　図　□ 第３図第５図９７１２図第４図第６図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）一部が露出する状態で被測定対象中に立設され被
測定対象表面とは光学的特性が異なる測定標識部材と、
この測定標識部材に対向する位置に設置され前記測定標
識部材の露出部およ、び被測定対象表面の一部を少なく
とも含む任意の領域の光学像を受光する受光手段と、こ
の受光手段の受光出力から前記測定標識部材の露出部お
よび被測定対象表面Ｏ境界位置を検出してこの位置に基
づき前記被測定対象の表面位をめる演算手段とを具備し
たことを特徴とする表面位測定装置。
（２）測定標識部材に、−その立設方向に一定の間隔で
寸法表示・やターンを表示し、受光手段の受光出力から
上記寸法表示パターンの数を計数してその数に基づいて
被測定対象の表面位をめるようにしたことを特徴とする
特許請求の範囲第（１）項記載の表面位測定装置。
（３）受光手段は、特定波長領域の測定光を発生する光
源を有し、上記測定光の測定標識部材露出部および被測
定対象表面による反射光を受光部で受光するものである
特許請求の範囲第（１）項記載の表面位測定装置。