CN108961685A - 滑坡及边坡塌方早期预警系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供滑坡及边坡塌方早期预警系统，能够适当地反映坡面的面状变形，并且精度良好地评价坡面的滑坡及边坡塌方的危险度，根据该评价执行稳定的可靠性较高的预警。本发明的滑坡及边坡塌方早期预警系统具有多个倾斜仪(13)，它们设置于坡面(S)，计测表示坡面(S)的变形的倾斜角，该系统计算由多个倾斜仪(13)分别计测出的倾斜角的变化速度即多个倾斜角速度(Vn)(图8)，计算倾斜角速度(Vn)的平均值作为表示坡面(S)的滑坡及边坡塌方的危险度的危险度参数(整体危险度参数Valarm T、划分危险度参数Valarm D)(式(1)、(2))，在危险度参数达到规定的预警基准值(VREFA)时执行预警(图7的步骤3、6、8、10、12、4)。

Description

滑坡及边坡塌方早期预警系统

技术领域

本发明涉及滑坡及边坡塌方早期预警系统，该系统实时地评价坡面的滑坡及边坡塌方的危险度，在危险度增大时执行预警。

背景技术

关于以往的坡面监视系统，例如已知有本申请人提出申请的专利文献1所公开的系统。该监视系统具有在坡面设置的多个坡面塌方检测装置(以下称为“检测装置”)、和中央监视装置等，该中央监视装置根据从各检测装置发送的计测数据实时地评价坡面的滑坡及边坡塌方的危险度。

各检测装置具有计测坡面的倾斜角的第1及第2倾斜仪、计测土壤的含水率的土壤水分仪、和发送它们的计测数据用的无线通信单元等。第2倾斜仪是作为第1倾斜仪的备份用途而设置的，在第1倾斜仪倾倒等而被判定不能计测的情况下，使用第2倾斜仪的倾斜角。

中央监视装置根据从检测装置发送的计测数据进行坡面的稳定分析。在该稳定分析中，根据在第1或者第2倾斜仪计测出的倾斜角计算各计测点的坡面的位移，根据该坡面的位移及由土壤水分仪计测的土壤的含水率和它们的推移等，计算坡面稳定安全系数。并且，根据所计算出的安全率降低时的推移等执行预警。

【现有技术文献】

【专利文献】

【专利文献1】日本特开2012－154708号公报

发明内容

发明要解决的问题

如上所述，在该以往的监视系统中，使用由在坡面设置的多个倾斜仪计测出的倾斜角和由土壤水分仪计测出的土壤的含水率，计算坡面稳定安全系数，并且根据所计算出的安全率的降低的推移等执行预警，但是这些处理的具体方法尚未确立。例如，虽然记载了根据由倾斜仪计测的倾斜角计算各计测点的坡面的位移，但是该坡面的位移的定义和基于倾斜角的计算方法不明确。

另外，虽然记载了根据各计测点的坡面的位移及所计测出的土壤的含水率和它们的推移等计算坡面稳定安全系数，但是其计算方法尚不明确。特别是关于如何统计及处理在坡面内的多个计测点分别得到的多个坡面的位移并计算坡面整体的滑坡及边坡塌方的安全率，没有明确公开。根据以上所述，在该以往的监视系统中，坡面的面状变形不能适当反映在坡面稳定安全系数中，其结果是，有可能不能确保根据安全率的推移而执行的预警的稳定性和可靠性，在这一方面具有改善的余地。

本发明正是为了解决如上所述的问题而完成的，其目的在于，提供滑坡及边坡塌方早期预警系统，能够适当地反映坡面的面状变形，并且精度良好地评价坡面的滑坡及边坡塌方的危险度，根据该评价执行稳定的可靠性较高的预警。

用于解决问题的手段

为了达到上述目的，本申请的第一发明的滑坡及边坡塌方早期预警系统实时地评价坡面的滑坡及边坡塌方的危险度，在危险度升高时执行预警，其特征在于，该滑坡及边坡塌方早期预警系统具有：多个倾斜仪，其设置于坡面，计测表示坡面的变形的倾斜角；倾斜角速度计算单元，其计算由多个倾斜仪分别计测出的倾斜角的变化速度即多个倾斜角速度；危险度参数计算单元，其计算所计算出的多个倾斜角速度的平均值，作为表示坡面的滑坡及边坡塌方的危险度的危险度参数；以及预警单元，其在所计算出的危险度参数达到规定的预警基准值时执行预警。

根据该滑坡及边坡塌方早期预警系统(以下称为“预警系统”)，在坡面设置有多个倾斜仪，通过各倾斜仪计测表示坡面的变形的倾斜角。并且，对于每个倾斜仪计算所计测出的倾斜角的变化速度即多个倾斜角速度。另外，计算所计算出的多个倾斜角速度的平均值，作为表示坡面的滑坡及边坡塌方的危险度的危险度参数，并且在所计算出的危险度参数达到规定的预警基准值时执行预警。

如上所述，在本发明中，根据由倾斜仪计测出的倾斜角计算出的倾斜角速度，计算表示坡面的危险度的危险度参数。该计算基于如下的理由。如图9所示确认到如下的特性，在坡面发生变形并最终达至滑坡及边坡塌方的情况下，随着坡面的变形推进，倾斜角增大，并且随着接近滑坡及边坡塌方，倾斜角的变化速度即多个倾斜角速度(图9中的倾斜角的斜率)增大。根据这种特性，在倾斜角速度越小时，坡面处于越稳定的状态，在倾斜角速度越大时，坡面不稳定并显示出接近滑坡及边坡塌方的状态。

根据这种特性，本发明使用根据由多个倾斜仪计测出的倾斜角计算出的倾斜角速度，计算危险度参数。由此，将坡面整体的面状变形良好地反映在危险度参数中。并且，将倾斜角速度的平均值作为危险度参数，因而即使是所计算出的一部分的倾斜角速度由于动物与倾斜仪的接触或倾斜仪的错误动作等而产生偏差等的情况下，也能够通过平均化在某种程度上吸收倾斜角速度的偏差等，由此维持危险度参数的精度。并且，通过将倾斜角速度的平均值作为危险度参数，与倾斜仪的设置数量无关，都能够将危险度参数与同一预警基准值进行比较。

如上所述，根据本发明能够适当反映出坡面的面状变形，精度良好地计算表示坡面的滑坡及边坡塌方的危险度的危险度参数，并且在危险度参数达到预警基准值时执行预警，由此能够实现误报较少的稳定的可靠性较高的预警。

另外，基本上计算危险度参数所需要的计测数据仅仅为倾斜仪的倾斜角即可，因而能够简化包括设定于坡面的倾斜仪的检测装置，由此削减装置成本和设置成本等，使能够设置更多的倾斜仪，增加倾斜角的计测点。其结果是，能够使用在更多的计测点得到的更多的倾斜角速度，计算更加精细地具体反映了坡面的面状变形的危险度参数，由此能够更加良好地得到上述的本发明的优点。

本申请的第二发明是根据第一发明所述的滑坡及边坡塌方早期预警系统，其特征在于，由多个倾斜仪监视的坡面的范围被设定为整体区域，整体区域被划分为分别包含多个倾斜仪的规定的多个划分区域，危险度参数计算单元计算以整体区域为对象的整体危险度参数和将多个划分区域分别作为对象的多个划分危险度参数，作为危险度参数，预警单元在整体危险度参数及多个划分危险度参数中至少一个达到预警基准值时执行预警。

根据该结构，计算以坡面的整体区域为对象的整体危险度参数和将划分整体区域而成的规定的多个划分区域分别作为对象的多个划分危险度参数，作为危险度参数。并且，在所计算出的整体危险度参数和多个划分危险度参数中至少一个达到预警基准值时执行预警。由此，在坡面整体滑坡及边坡塌方及局部滑坡及边坡塌方的哪种情况下，都能够精度良好地评价各种情况的危险度，执行稳定的可靠性较高的预警。

本申请的第三发明是根据第一或者第二发明所述的滑坡及边坡塌方早期预警系统，其特征在于，按照每个倾斜仪预先设定有由倾斜仪监视的坡面的面积即监视面积，危险度参数计算单元通过赋予与监视面积对应的权重的加权平均来计算多个倾斜角速度的平均值。

根据该结构，通过赋予与对每个倾斜仪设定的监视面积对应的权重的倾斜角速度的加权平均，计算危险度参数。由此，当在坡面不规则地配置多个倾斜仪的情况下，能够补偿其影响并适当计算危险度参数。

本申请的第四发明是根据第一～第三发明中任意一项所述的滑坡及边坡塌方早期预警系统，其特征在于，所述滑坡及边坡塌方早期预警系统还具有倾斜角速度限制单元，在由倾斜角速度计算单元计算出的倾斜角速度超过规定的上限值时，将在危险度参数的计算中使用的倾斜角速度限制为上限值。

如前面所述，通过对多个倾斜角速度进行平均来计算危险度参数，因而在一部分的倾斜角速度由于动物与倾斜仪的接触或倾斜仪的错误动作等而产生偏差等的情况下，也能够在某种程度上吸收倾斜角速度的偏差等，维持危险度参数的精度。另一方面，在倾斜角速度的偏差等过大时，将不能充分进行该吸收，对危险度参数的精度产生影响。根据该结构，在所计算出的倾斜角速度超过规定的上限值时，该倾斜角速度限制单元将该倾斜角速度限制为上限值并用于危险度参数的计算中，因而能够抑制倾斜角速度的过大的偏差等的影响，维持危险度参数的精度。

本申请的第五发明是根据第一～第四发明中任意一项所述的滑坡及边坡塌方早期预警系统，其特征在于，按照每个倾斜仪预先设定有表示倾斜仪周围的地面的强度的地面系数，危险度参数计算单元还根据地面系数计算危险度参数。

根据该结构，还根据按照每个倾斜仪设定的地面系数计算危险度参数，因而能够反映出各倾斜仪周围的地面的强度，更加精度良好地计算危险度参数。

本申请的第六发明是根据第五发明所述的滑坡及边坡塌方早期预警系统，其特征在于，所述滑坡及边坡塌方早期预警系统还具有土壤水分仪，该土壤水分仪设于倾斜仪的附近，计测坡面的土壤中的水分，危险度参数计算单元还根据所计测的土壤中的水分计算危险度参数。

在坡面发生滑坡及边坡塌方时，作为其征兆，在大多数情况下能够观察到地中的水分(含水率)的上升。根据该结构，还根据在土壤水分仪计测出的土壤中的水分计算危险度参数，因而能够反映出土壤中的实际的水分，更加精度良好地进行危险度参数的计算。

本申请的第七发明是根据第一～第六发明中任意一项所述的滑坡及边坡塌方早期预警系统，其特征在于，所述滑坡及边坡塌方早期预警系统还具有：降雨强度取得单元，其取得坡面中的降雨强度；周期变更单元，其在降雨强度为规定值以下时将倾斜仪的倾斜角的采样周期设定为规定的第1周期，在降雨强度超过规定值时变更为比第1周期短的规定的第2周期。

降雨强度和坡面的稳定性具有密切的关系，在降雨强度越大时，坡面越容易不稳定。根据该结构，在所取得的坡面的降雨强度超过规定值而估计坡面的稳定性降低时，将倾斜角的采样周期变更为更短的第2周期。由此，能够缩短基于倾斜角的倾斜角速度及危险度参数的计算间隔，更加迅速地进行基于该结果的预警。

附图说明

图1是概略地示出本发明的第1实施方式的滑坡及边坡塌方早期预警系统的整体结构的图。

图2是示出包括倾斜仪的坡面塌方检测装置等在坡面的设置状况的图。

图3是示意地示出坡面塌方检测装置的结构的图。

图4是示出包括倾斜仪的检测模块的(a)被设置于坡面的初始状态和(b)坡面的变形产生后的状态的图。

图5是示意地将无线模块的结构与倾斜仪等一起示出的图。

图6是示出在滑坡及边坡塌方预警处理中使用的现场模型的例子的图。

图7是示出滑坡及边坡塌方预警处理的流程图。

图8是示出在滑坡及边坡塌方预警处理中执行的倾斜角速度的计算处理的流程图。

图9是用于说明坡面的倾斜角及倾斜角速度与从坡面的变形到滑坡及边坡塌方的推移之间的关系的图。

图10是示出坡面达至滑坡及边坡塌方的事例中的倾斜角的推移及倾斜角速度与坡面的滑坡及边坡塌方之间的关系的图。

图11是示出坡面相对于倾斜角速度而滑坡及边坡塌方的剩余时间的分布的图。

图12是示出计测数据的采样周期的设定处理的流程图。

图13是示意地示出在本发明的第2实施方式中使用的坡面塌方检测装置的结构的图。

具体实施方式

下面，参照附图说明本发明的优选的实施方式。如图1所示，第1实施方式的预警系统1由在监视对象的坡面S设置的多个坡面塌方检测装置(以下称为“检测装置”)2、通信基站3、中央监视装置4及预警装置5等构成。通信基站3设置于坡面S，中央监视装置4设置在远离坡面S的场所，预警装置5设置在与坡面S的周边的住户B较近的场所。这些构成要素2～5通过无线WL和互联网线路IN依次连接。

在图2所示的例子中，检测装置2涵盖坡面S呈矩阵状配置。检测装置2的配置数量及配置根据坡面S的状况、面积及形状等决定，相邻的两个检测装置2、2的间隔S例如是20～30m。并且，在该坡面S设有三个通信基站3和一个雨量计16。

如图3所示，各检测装置2具有检测模块10和无线模块11。检测模块10在防水性的壳体12中内置倾斜仪13和温度计14(参照图5)，被固定于由打入坡面S中的L型角铁等构成的支柱18中，并埋设于地中。

倾斜仪13例如是利用了MEMS技术的低价节能型的产品，计测围绕相互垂直的两个轴(X轴及Y轴)的倾斜角(X轴倾斜角θX及Y轴倾斜角θY)。倾斜仪13的精度例如是0.0025度。另外，如图2所示，将倾斜仪13设置成使X轴与坡面S的主要的倾斜方向一致，使Y轴与和倾斜方向垂直的方向一致。

根据以上的结构，如图4所示，相对于设置了检测装置12的(a)初始状态，当在其周围在坡面S3产生变形(变动)时(该图(b))，支柱18及与其为一体的倾斜仪13倾斜移动，其倾斜角被倾斜仪13计测出来。因此，所计测的倾斜角和其变化速度即倾斜角速度表示倾斜仪13周围的坡面S的变形及其速度。

另外，如参照图9已经说明的那样，在倾斜角速度越小时，坡面处于越稳定的状态，在倾斜角速度越大时，坡面显示出不稳定并接近滑坡及边坡塌方的状态。因此，根据由倾斜仪13计测的倾斜角和倾斜角速度，能够评价坡面S的滑坡及边坡塌方的危险度并预测滑坡及边坡塌方，根据这样的技术观点进行后述的滑坡及边坡塌方预警处理。

温度计14计测倾斜仪13周围的温度。所计测的温度主要用于校正倾斜仪13的计测数据。倾斜仪13及温度计14通过线缆17与无线模块11内的微电脑23连接(参照图5)，各计测数据在被进行A/D变换后被输入微电脑23。另外，根据来自中央控制装置4的控制信号，控制倾斜仪13及温度计14的计测数据的采样周期(计测间隔)Ts。

如图3及图5所示，无线模块11是在防水盒19中装配了无线通信单元20、存储器21、电池22及微电脑23等形成的，被安装于设置在坡面S的支柱24中，并配置在地上。无线通信单元20具有单元主体20a和天线20b，将从微电脑23输出并被进行了A/D变换的计测数据以无线WL方式发送给通信基站3，并且以无线WL方式经由通信基站3接收来自中央监视装置4的控制信号。

存储器21是备份用的存储器，由SD存储器等插拔式的存储器构成，存储从微电脑23输出的计测数据。电池22被用作倾斜仪13和无线通信单元20及微电脑23等的电源。微电脑23控制检测装置2整体的动作，由微电脑芯片构成。根据以上的结构，检测装置2由于装置自身低价且功耗小，并且容易在坡面S进行设置，因而能够低成本地进行设置/维护。

雨量计16计测坡面S中的降雨量Qrain，其计测数据与倾斜仪13等的计测数据一起从在雨量计16附近配置的检测装置2进行发送。

通信基站3用于中继检测装置2和中央监视装置4之间的计测数据和控制信号的发送及接收。具体地讲，接收从各检测装置2及雨量计16以无线WL方式发送的计测数据，并且经由互联网线路IN转发给中央监视装置4。并且，接收来自中央监视装置4的控制信号并转发给各检测装置2。通信基站3的结构基本上与检测装置2的无线模块11相同，在防水盒内将无线通信单元、存储器、电池及微电脑等装配成一体，并且安装于支柱，但没有图示。检测装置2和雨量计16的计测数据除被转发给中央监视装置4以外，也被输入自身的微电脑并存储在存储器中。

中央监视装置4控制预警系统1整体的动作，具有监视服务器6和监视数据库7。监视数据库7存储从检测装置2等发送的计测数据和监视服务器6的运算结果等。

监视服务器6由微电脑构成，根据雨量计16的计测数据设定检测装置2等的计测数据的采样周期，并输出基于该采样周期的控制信号。并且，根据由倾斜仪13计测的倾斜角始终监视坡面S的变形，评价坡面S的滑坡及边坡塌方的危险度，并且按照后面所述执行根据其结果进行预警用的滑坡及边坡塌方预警处理。从中央监视装置4经由互联网线路IN向预警装置5发送用于指示该预警的控制信号。

预警装置5设置在坡面S的与周边的住户B较近的场所，根据从中央监视装置4发送的控制信号，执行向住户B的居民警示坡面S的滑坡及边坡塌方的危险度增大的预警。

下面，首先说明在上述的滑坡及边坡塌方预警处理中使用的现场模型。该现场模型将设置有多个倾斜仪13的坡面S划分成多个区域，并且针对各倾斜仪13及各划分区域预先设定滑坡及边坡塌方预警处理所需要的参数。例如，图6示出对应于图2的现场模型，将该现场模型设定如下。

(1)对全部倾斜仪13分配编号(通し番号)n(n＝1～N，N：倾斜仪总数)。

(2)设定由全部倾斜仪13监视的坡面S的范围(整体区域)T，并且决定其面积(整体面积)A0。

(3)沿图6的左右方向划分整体区域T，设为三个划分区域(左区域D1、中区域D2及右区域D3)，并且决定各划分区域的面积。

(4)将这些划分区域D1～D3再沿图6的上下方向划分成三个，形成合计九个细划分区域(左细划分区域D11～D13、中细划分区域D21～D23及右细划分区域D31～D33)，并且决定各细划分区域的面积。在这种情况下，无论在哪个细划分区域中都包含多个倾斜仪13。

(5)对每个倾斜仪13设定由该倾斜仪13监视(承担监视)的周围的面积(以下称为“监视面积”)An。

在这种情况下，在图6的例子中，倾斜仪13被配置成每间隔S的矩阵状，因而监视面积A基本上被设定为A＝S×S。另外，例如在左细划分区域D11中，在中央的网格点没有设置倾斜仪13，因而其两侧的倾斜仪13的监视面积A例如被设定为A＝1.5S×S。无论哪种情况，都将监视面积A设定成使与属于各区域的倾斜仪13相关的监视面积之和等于该区域的整体面积。

(6)对每个倾斜仪13设定地面系数该地面系数表示各倾斜仪13周围的地面的强度，尤其反映出地质/土质条件，例如在倾斜仪13周围的地质/土质牢固且稳定的条件下设定为值1.0，在地质/土质条件不稳定的条件下，设定为在其程度越大时越大于值1.0的较大的值。

另外，也可以在地面系数中反映出倾斜仪13的周围的微地形和植被的条件。在这种情况下，例如在倾斜仪13的周围的地形倾斜的条件下和植被匮乏的条件下，视为坡面S更不稳定，将地面系数设定为更大的值。将与如上所述设定的现场模型相关的各种数据存储在中央监视装置4的监视数据库7中。

下面，参照图7说明滑坡及边坡塌方预警处理。每当从检测装置2输入包含倾斜仪13的倾斜角的计测数据时，即以计测数据的采样周期Ts，在监视服务器6中反复执行该滑坡及边坡塌方预警处理。在本处理中，首先在步骤1(图示为“S1”，以下相同)，对所有的倾斜仪13计算倾斜角速度Vn。

该倾斜角速度Vn的计算通过图8所示的处理进行。在该处理中，首先将倾斜仪13的编号n重设为0(步骤21)，然后增加(increment)(步骤22)。

然后，根据在倾斜仪13计测的X轴倾斜角θXn及Y轴倾斜角θYn，计算X轴倾斜角速度VXn及Y轴倾斜角速度VYn(步骤23)。具体地讲，把将X轴倾斜角θXn的此次值θXn(i)与前次值θXn(i-1)之差除以本处理的执行周期Ts得到的值换算为“度/hr(时)”单位，由此计算X轴倾斜角速度VXn。同样，把将Y轴倾斜角θYn的此次值θYn(i)与前次值θYn(i-1)之差除以执行周期Ts得到的值换算为“度/hr(时)”单位，由此计算Y轴倾斜角速度VYn。

然后，将所计算出的X轴倾斜角速度VXn和Y轴倾斜角速度VYn合成，由此计算倾斜角速度Vn(步骤24)。

然后，判别所计算出的倾斜角速度Vn是否大于规定的上限值VLMT(例如1.0度/hr)(步骤25)。在其答案为否、Vn≤VLMT时，进入后述的步骤27。另一方面，在步骤25的答案为“是”、Vn>VLMT时，倾斜角速度Vn过大，其原因有可能是由于倾斜仪13的错误动作或动物的接触等引起的支柱18及倾斜仪13的倾倒等，为了抑制其影响，将倾斜角速度Vn限制为上限值VLMT(步骤26)，进入步骤27。

在该步骤27，判别编号n是否等于倾斜仪总数N。在其答案为“否”时，返回到前述步骤22，使编号n增加，并且反复自步骤23起的倾斜角速度Vn的计算。另外，在步骤27的答案为“是”、并对所有的倾斜仪13完成倾斜角速度Vn的计算时，结束图8的处理。

返回到图7，在步骤2中，使用在步骤1计算出的倾斜角速度Vn、在前述的现场模型中设定的地面系数及监视面积An和整体面积A0，根据下式(1)计算整体危险度参数Valarm T。该整体危险度参数Valarm T表示坡面S的整体区域T的滑坡及边坡塌方的危险度。

【数式1】

如式(1)所示，整体危险度参数Valarm T基本上是对所有的倾斜仪13将各倾斜角速度Vn的绝对值|Vn|与监视面积/整体面积(＝An/A0)相乘而得的值的累计值，即赋予了与监视面积An成比例的权重的倾斜角速度Vn(绝对值)的加权平均值。其维数与倾斜角速度Vn一样是度/hr。根据这样的计算方法，能够根据倾斜角速度Vn适当地吸收各个参数的偏差，而且良好地反映各个倾斜仪13的监视面积An，精度良好地计算整体危险度参数Valarm T。并且，将倾斜角速度Vn与地面系数相乘，因而在整体危险度参数Valarm T中也良好地反映出倾斜仪13的周围的地面强度。

然后，判别所计算出的整体危险度参数Valarm T是否大于规定的预警基准值VREFA(例如0.1度/hr)(步骤3)。在其答案为“是”、Valarm T>VREFA时，判定作为坡面S整体而滑坡及边坡塌方的危险度增大，执行用于警示该危险状态的预警处理(步骤4)。具体地讲，从监视服务器6向指示预警装置5发送指示预警的控制信号，预警装置5按照该信号进行动作，由此对坡面S周边的住户B的居民执行预警。

在前述步骤3的答案为“否”时，根据下式(2)分别计算以三个划分区域(左区域D1、中区域D2及右区域D3)为对象的划分危险度参数Valarm D1～D3(步骤5)。

【数式2】

该式(2)基本上与计算整体危险度参数Valarm T用的前述式(1)相同，右边的a～b相当于对各划分区域内的倾斜仪13分配的编号n，AD0表示各划分区域的整体面积。由此，使用在各划分区域中得到的倾斜角速度Vn、地面系数及监视面积An，与整体危险度参数Valarm T一样地计算划分危险度参数Valarm D1～D3，由此适当地表示出各个划分区域D1～D3的滑坡及边坡塌方的危险度。

然后，判别所计算出的划分危险度参数Valarm D1～D3是否大于前述预警基准值VREFA(步骤6)。在其答案为“是”、划分危险度参数Valarm D1～D3中至少一个超过预警基准值VREFA时，判定在该划分区域中滑坡及边坡塌方的危险度局部增大，并执行预警处理以警示该危险状态(步骤4)。

另一方面，在前述步骤6的答案为“否”、划分危险度参数Valarm D1～D3都在预警基准值VREFA以下时，从后面的步骤7起，同样进行以细划分区域为对象的危险度参数的计算和滑坡及边坡塌方的危险度的判定。

首先，将左细划分区域D11～D13作为对象，根据前述式(2)计算其划分危险度参数Valarm D11～D13(步骤7)，并且判别划分危险度参数Valarm D11～D13是否大于预警基准值VREFA(步骤8)。并且，在划分危险度参数Valarm D11～D13中至少一个参数超过预警基准值VREFA时，判定在该细划分区域中滑坡及边坡塌方的危险度局部增大，并执行预警处理以警示该危险状态(步骤4)。

同样，将中细划分区域D21～D23作为对象，计算划分危险度参数Valarm D21～D23，并且与预警基准值VREFA进行比较(步骤9、10)，根据其比较结果执行预警处理(步骤4)。并且，将右细划分区域D31～D33作为对象，计算划分危险度参数Valarm D31～D33，并且与预警基准值VREFA进行比较(步骤11、12)，根据其比较结果执行预警处理(步骤4)，结束图7的滑坡及边坡塌方预警处理。

在此，对在上述的滑坡及边坡塌方预警处理中被用于判定是否需要预警的预警基准值VREFA的意义进行说明。如前面所述，倾斜角速度在其值越小时，坡面处于越稳定的状态，在其值越大时，坡面显示出越不稳定而接近滑坡及边坡塌方的状态(参照图9)。

例如，图10示出坡面达至滑坡及边坡塌方的事例中的倾斜角(X轴倾斜角θX、Y轴倾斜角θY、它们的合成值θXY)的推移和倾斜角速度V。在该例中，在时刻t1计测出倾斜角速度V＝0.083(度/hr)，在其12.0小时后的时刻t2计测出V＝0.89(度/hr)，在从时刻t1起16.5小时后(从时刻t2起4.5小时后)的时刻t3坡面发生滑坡及边坡塌方。这样，将从计测出某一倾斜角速度V到坡面达至滑坡及边坡塌方的时间定义为“剩余时间Tr”，整理倾斜角速度V(度/hr)和剩余时间Tr(hr)之间的关系，在上述的例子中得到(V,Tr)＝(0.083,16.5)(0.89,4.5)，确认到在倾斜角速度V越大时、剩余时间Tr越短的特性。

另外，图11是对于包括坡面达至滑坡及边坡塌方的上述例子的多个事例，对倾斜角速度V和剩余时间Tr进行采样并绘制成两条对数曲线的图。如该图所示，剩余时间Tr示出了在倾斜角速度V越大时越小的上述特性，并且对于同一倾斜角速度V具有某种宽度(偏差)地呈带状分布，将该关系整理如下。

·V＝0.01(度/hr)→Tr＝10～300hr

·V＝0.1(度/hr)→Tr＝1～15hr

·V＝1.0(度/hr)→Tr＝0.6～5hr

该剩余时间Tr的偏差被认为是由于坡面的地质/土质和地形、降雨状况等的差异造成的。因此，根据该偏差的范围并考虑最安全的方面，将剩余时间Tr的最小值设定为最短剩余时间Trmin，并且考虑最短剩余时间Trmin的大小分阶段地设定警戒等级，例如如下所述。警戒等级1～3后面的括弧备注表示在达到该警戒等级时要求的应对措施。

·V＝0.01(度/hr)→Trmin＝10hr→警戒等级1(注意)

·V＝0.1(度/hr)→Trmin＝1hr→警戒等级2(避难准备)

·V＝1.0(度/hr)→Trmin＝0.6hr→警戒等级3(马上避难)

其中，在前述的滑坡及边坡塌方预警处理中，假设警戒等级2，并据此设定预警基准值VREFA。即，将与警戒等级2相当的倾斜角速度V(＝0.1(度/hr))设定为预警基准值VREFA，并且在与根据倾斜仪13的计测数据计算出的实际的倾斜角速度Vn的平均值相当的整体危险度参数Valarm T超过预警基准值VREFA时，达到警戒等级2，执行催促居民准备避难的内容的预警。

如上所述，根据本实施方式，根据由在坡面S设置的多个倾斜仪13计测出的倾斜角分别计算倾斜角速度Vn，根据前述式(1)对所有的倾斜角速度Vn进行平均，由此计算表示坡面S的整体区域T中的滑坡及边坡塌方的危险度的整体危险度参数Valarm T，并且在整体危险度参数Valarm T超过规定的预警基准值VREFA时执行预警(图7的步骤3、4)。由此，能够适当反映坡面S3的面状变形，精度良好地评价坡面S的滑坡及边坡塌方的危险度，并且根据该评价的结果执行稳定的可靠性较高的预警。

另外，根据与式(1)相同的前述式(2)，将划分整体区域T而成的三个划分区域D1～D3作为对象，计算划分危险度参数Valarm D1～D3，将进一步划分划分区域D1～D3而成的细划分区域D11～D13作为对象，计算划分危险度参数Valarm D11～D13，并且在这些划分危险度参数Valarm D1～D3、D11～D13中至少一个参数超过预警基准值VREFA时执行预警(图7的步骤6、8、10、12及4)。由此，除坡面S整体滑坡及边坡塌方的情况以外，当坡面S在划分区域D1～D3及细划分区域D11～D13中任意一个区域局部滑坡及边坡塌方的情况下，也能够精度良好地评价各划分区域的危险度，执行更稳定的可靠性较高的预警。

另外，根据式(1)及(2)，通过赋予了与各个倾斜仪13的监视面积An对应的权重的倾斜角速度Vn的加权平均，计算整体危险度参数Valarm T及划分危险度参数Valarm D，因而当在坡面S不规则地配置倾斜仪13的情况下，能够补偿其影响适当计算危险度参数。

另外，在所计算出的倾斜角速度V超过规定的上限值VLMT时，将该倾斜角速度V限制为上限值VLMT并用于危险度参数的计算中，因而能够抑制倾斜角速度V的过大的偏差等的影响，维持危险度参数的精度。

另外，在计算危险度参数时适用对每个倾斜仪13设定的地面系数因而能够反映各个倾斜仪13周围的地面的强度，精度良好地计算危险度参数。

下面，参照图12说明设定倾斜仪13的倾斜角等计测数据的采样周期Ts的采样周期设定处理。在该处理中，首先在步骤31，判别周期缩短标志FPS是否为“1”。在其答案为“否”时，根据雨量计16计测出的降雨量Qrain，计算降雨强度Irain(步骤32)。

然后，判别所计算出的降雨强度Irain是否大于规定值IREF(例如20mm/hr)(步骤33)。在其答案为否、坡面S的降雨强度Irain不大时，将周期缩短标志FPS设为“0”(步骤34)，并且将采样周期Ts设定为通常时用的规定的第1周期T1(例如10分钟)(步骤35)，结束图12的处理。

另一方面，在前述步骤33的答案为“是”、并且是降雨强度Irain较大的强降雨时，将增序计数器(up counter)型的定时器值TMPS设为0(步骤36)，将周期缩短标志FPS设为“1”(步骤37)，并且将采样周期Ts设定为比第1周期T1短的强降雨时用的规定的第2周期T2(例如5分钟)(步骤38)，结束图12的处理。

在执行上述步骤37时，前述步骤31的答案为“是”，在这种情况下进入步骤39，判别定时器值TMPS是否为规定时间TMREF(例如1小时)以上。在其答案为“否”、将采样周期Ts设定为第2周期T2后，在未经过规定时间TMREF时，进入前述步骤38，将采样周期Ts维持在第2周期T2。另一方面，在前述步骤39的答案为“是”、将采样周期Ts设定为第2周期T2后，在经过了规定时间TMREF时，进入前述步骤32，以后按照降雨强度Irain设定执行周期Ts。

通过以上的设定处理，采样周期Ts在降雨强度Irain为规定值IREF以下时被设定为通常的第1周期T1，在降雨强度Irain超过规定值IREF时被设定为强降雨时用的较短的第2周期T2，将该状态维持规定时间TMREF。由此，在由于坡面S的强降雨而估计坡面S的稳定性下降时，能够缩短基于倾斜角的倾斜角速度V及危险度参数Valarm的计算间隔，更加迅速地进行基于该结果的预警。

下面，说明本发明的第2实施方式。图13示出在第2实施方式中使用的坡面塌方检测装置(以下称为“检测装置”)32。根据与图2的比较可知，该检测装置32是对第1实施方式的检测装置2追加了被埋设在地中的土壤水分仪15的装置。土壤水分仪15例如是根据介电常数计测土壤中的含水率w的TDR类型的产品，其精度为±3％。

土壤水分仪15经由线缆17与无线模块11内的微电脑23连接。土壤水分仪15的计测数据在被进行A/D变换后被输入微电脑23，并且与倾斜仪13的计测数据一起从无线通信单元20被发送。

另外，在第2实施方式中，分别根据下式(3)及(4)计算整体危险度参数Valarm T及划分危险度参数Valarm D。

【数式3】

【数式4】

其中，式(3)、(4)的Wn表示根据由各土壤水分仪15计测出的土壤的含水率w设定的水分系数，例如在含水率w为对坡面S的变形不产生影响的假想的规定值以下时，设定为值1.0，在含水率w超过该规定值时，设定为在其程度越大时越超过值1.0的较大的值。其它结构与第1实施方式相同。

因此，根据本实施方式，同样能够得到前述的第1实施方式的效果，并且作为坡面的滑坡及边坡塌方的征兆，如果还考虑到通常被认可的地中的含水率的上升，则能够精度良好地计算整体危险度参数Valarm T及划分危险度参数Valarm D，进一步提高据此执行的预警的稳定性及可靠性。

另外，本发明不限于所说明的实施方式，能够以各种方式来实施。例如，在实施方式中说明的倾斜仪13的配置及设置数量等毕竟是示例，能够根据坡面S的状况适当设定。这对于现场模型中的区域的划分也一样，当然可以进行在实施方式中说明的以外的区域划分。

另外，在实施方式中，与整体危险度参数Valarm T进行比较的预警基准值VREFA、和与划分危险度参数Valarm D进行比较的预警基准值VREFA被设定为彼此相同的值，但也可以使两者不同。另外，实施方式的预警基准值VREFA的值对应于如前面所述设定的推荐值，也能够适当变更。

另外，在实施方式中，作为坡面S的滑坡及边坡塌方的警戒等级，假设了前述的警戒等级2，设定与警戒等级2相当的预警基准值VREFA，并且在整体危险度参数Valarm T等超过预警基准值VREFA时，执行催促避难的预警。本发明不限于此实施方式，例如也可以设定与警戒等级1～3分别相当的多个基准值，每当整体危险度参数Valarm T等超过这些基准值时，分阶段地执行与警戒等级对应的唤起注意和预警。

另外，在实施方式中构成为，在整体危险度参数Valarm T等超过预警基准值VREFA时，从监视服务器6向预警装置5发送控制信号而使其进行动作，但也可以是，从监视服务器6向管理坡面S的管理办公室等提供预警信息，通过从管理办公室等发送与此预警信息对应的控制信号使预警装置5进行动作。此外，能够在本发明的主旨的范围内适当变更细节部分的结构。

标号说明

1滑坡及边坡塌方早期预警系统；2坡面塌方检测装置；5预警装置(预警单元)；6监视服务器(倾斜角速度计算单元、危险度参数计算单元、预警单元、倾斜角速度限制单元、降雨强度取得单元、周期变更单元)；13倾斜仪；15土壤水分仪；16雨量计(降雨强度取得单元)；32坡面塌方检测装置；S坡面；θX X轴倾斜角(倾斜角)；θY Y轴倾斜角(倾斜角)；V倾斜角速度；Valarm T整体危险度参数(危险度参数)；Valarm D划分危险度参数(危险度参数)；VREFA预警基准值；T整体区域；D1～D3划分区域；D11～D13细划分区域(划分区域)；A监视面积；VLMT上限值；地面系数；w土壤的含水率(土壤中的水分)；W水分系数；Irain降雨强度；IREF规定值；Ts采样周期(倾斜角的采样周期)。

Claims (7)

1.一种滑坡及边坡塌方早期预警系统，其实时地评价坡面的滑坡及边坡塌方的危险度，在该危险度增大时执行预警，其特征在于，该滑坡及边坡塌方早期预警系统具有：

多个倾斜仪，它们设置于所述坡面，计测表示该坡面的变形的倾斜角；

倾斜角速度计算单元，其计算由该多个倾斜仪分别计测出的倾斜角的变化速度即多个倾斜角速度；

危险度参数计算单元，其计算该多个倾斜角速度的平均值，作为表示所述坡面的滑坡及边坡塌方的危险度的危险度参数；以及

预警单元，其在该危险度参数达到规定的预警基准值时执行所述预警。

2.根据权利要求1所述的滑坡及边坡塌方早期预警系统，其特征在于，

由所述多个倾斜仪监视的所述坡面的范围被设定为整体区域，该整体区域被划分为分别包含多个所述倾斜仪的规定的多个划分区域，

所述危险度参数计算单元计算以所述整体区域为对象的整体危险度参数和将所述多个划分区域分别作为对象的多个划分危险度参数，作为所述危险度参数，

所述预警单元在所述整体危险度参数及所述多个划分危险度参数中至少一个达到所述预警基准值时执行所述预警。

3.根据权利要求1所述的滑坡及边坡塌方早期预警系统，其特征在于，

按照每个所述倾斜仪，预先设定有由该倾斜仪监视的坡面的面积即监视面积，

所述危险度参数计算单元通过赋予了与所述监视面积对应的权重的加权平均来计算所述多个倾斜角速度的平均值。

4.根据权利要求1所述的滑坡及边坡塌方早期预警系统，其特征在于，

所述滑坡及边坡塌方早期预警系统还具有倾斜角速度限制单元，在由所述倾斜角速度计算单元计算出的倾斜角速度超过规定的上限值时，该倾斜角速度限制单元将在所述危险度参数的计算中使用的倾斜角速度限制为所述上限值。

5.根据权利要求1所述的滑坡及边坡塌方早期预警系统，其特征在于，

按照每个所述倾斜仪，预先设定有表示所述倾斜仪周围的地面的强度的地面系数，

所述危险度参数计算单元还根据所述地面系数计算所述危险度参数。

6.根据权利要求1所述的滑坡及边坡塌方早期预警系统，其特征在于，

所述滑坡及边坡塌方早期预警系统还具有土壤水分仪，该土壤水分仪设于所述倾斜仪的附近，计测所述坡面的土壤中的水分，

所述危险度参数计算单元还根据计测出的土壤中的水分计算所述危险度参数。

7.根据权利要求1所述的滑坡及边坡塌方早期预警系统，其特征在于，

所述滑坡及边坡塌方早期预警系统还具有：

降雨强度取得单元，其取得所述坡面中的降雨强度；

周期变更单元，其在所述降雨强度为规定值以下时将所述倾斜仪的倾斜角的采样周期设定为规定的第1周期，在所述降雨强度超过所述规定值时变更为比所述第1周期短的规定的第2周期。