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水位計型・土石流警報機の設計

(C)数理設計研究所 2001/02/20

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目次

警報機計画 2001/4/24

年次 項目 もくろみ 結果
1999 データロガ 超低消費電力のデータロガを試作して警報機の基本部をかねた野外実験で性能確認をする ときどき停止する不具合が認められた
水位センサ 大気圧、水圧、それぞれの絶対圧型の性能試験をする 温度、設置、防水に不安
警報機 水位の変化量取得 実際には有効データが少なくていまひとつ
2000 データロガ 長期耐久試験 かなり安定に動くようになったが100%動作を保証できなかった
水位センサ 特注差圧型の野外試験 初期バージョンは漏水があったが最終版では問題が解決したようだ
警報機 水位の変化量取得 小渓流では水位変化が乏しく水位だけでは困難がある。波情報の利用に活路がありそうだ
2001年度とそれ以後の方針:
 2年間の野外実験により、機器やセンサの安定性は実用1歩前に達したと考えている。土石流が通過したときの警報は可能だと思える。しかし、土石流警報機の実用的な運用性という面から見ると、小渓流の水位変動だけを入力情報とするのでは以下のような不安がある。
  • 渓流の岩移動による短時間の水位変動
  • 上流部ダムアップの警報を可能にしたいが、もともと小渓流の水位変動量が小さいので、急激な水量減少が捕らえにくい
 そこで、今までの測定データから何か有益な特徴が掴めないかと研究した。
 土石流の直前には渓流が静かになるという情報から水量の急減を水位変動だけで検出するのではなく、波成分の抽出で検出することが可能ではないかと予備実験を試みた。
 その結果、波情報が水位センサからうまく抽出でき、周波数成分をうまく選べば波の変化による水量変化が相関している可能性が高いと推定できることがわかった。
 そこで、本年度は波情報の有効利用という面から渓流実験と警報機ハードウェアの試作研究をおこない、波と水位の相関による警報機として進めるのが確実な警報機を作る実際的な方針だと思える。

2001年度の方針:
  • 波抽出の問題点(重機、風雨などの影響排除が可能か)
  • 波と水位の相関性実証(野外、水文実験)
  • 波検出のハードウェア、ソフトウェアの研究

水位計型・土石流警報機の設計

いつwhen、誰がwho、誰にwhom、どこでwhere、なんのためにwhat、なぜhow

目標:

水位を土石流警報の主体にした理由:

 土石流現象に直接対応するデータが得られ、確実性が高い。ただし増水時の生き残り性に欠けるのだが、コストと確実性のバランスから今の時点では最有力。洪水時には壊れず、土石流のときには壊れてもかまわないと割り切る。この破壊現象も警報の一助となる。

川の特性を自己判定:

 人工知能型とも言うのだが、それほど明晰な知能は必要ない。設置時から数回の水位や気象パラメータの動向を判断して警報値を自己更新していくものとしたい。

設置者:

 普段は水が無いような小さな沢でも被害を起こす土石流がおきる。自治体では目が届かないレベルの沢にまで適用範囲を広げることで提供コストを低くできるだろう。当然、そこいらへんのオジサンが設置できなくてはいけない。
 特に道具も必要無く設置できるようにするための設置実験が重要な位置を占めるだろう。

目標価格 5万円:

 少し高めの自動車用品ていどに抑えれば多く売れ、価格も低くなり得る。現状(2000/11)では工場出荷価格で8万円。

電池で2年動作:

 提供後に電池入れ替えをすると信頼性に難がある。そのため最低でも2年間の動作をさせたい。

電池動作の考察:

 水位データは即時対応するためになるべく短い間隔で取得したい。しかし水位センサの消費電流は今現在で700μAもありCPU部の100μAに比べて相当大きい。

ノイズ除去(随時パラメータ更新、増大側):

 単発ノイズ(電気、波浪)を避ける必要がある。設定された限界値を超えたときは以後判定が終わるまでセンサへ電力を供給しつづける。

低消費電力化(既定時間毎のパラメータ更新、縮小側):

 閾値を10分に1度ぐらい測定して更新する。

即応時間:

 秒速10mで進行するとして、5秒では大きすぎる気もする、電力的に可能であれば1秒、これは電源投入に要する初期電力量に関係して決まる。

減水警報の問題2/8:

 沢水が減る場合
 こんな時にうまく警報に至れるようにするためには単純に限界水位変動量を既定するだけでは無理なのでは?
 せき止め石が流れたときは川の水が流れているので波立っていることが多い。波だち量を見る?
 流域面積の変動を推定するのがいい?

対策案:


ハードウェア設計:

耐雷性:2001/4/2

対策の基本は多点接地をしないようにして雷による地電流からの誘導を避ける。直撃はあきらめるしかない。
接地 ここで絶縁する 接地可能性あり
水位センサ ケーブル 警報機 光SW ケーブル 警報サイレン
 標準的な大きさの雷撃が20mそばまで、光SWの耐電圧5kVでかろうじて耐えられる。
http://www.madlabo.com/edat/thunder/

波検出アンプ:2001/4/2 

 この2chを水位情報、波情報とする


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