DE69925396T2

DE69925396T2 - Geographische Bewegungsabtasteinheit

Info

Publication number: DE69925396T2
Application number: DE69925396T
Authority: DE
Inventors: Tambo Fujisawa-shi Eitarou; Ikeda Ageo-shi Takaaiki; Oogawara Takashi
Original assignee: Mitsui Bussan Plant & Project Corp O; Toshiba Plant Systems and Services Corp; Mitsui Bussan Plant and Project Corp
Current assignee: Toshiba Plant Systems and Services Corp; Mitsui Bussan Plant and Project Corp
Priority date: 1998-02-17
Filing date: 1999-02-13
Publication date: 2006-05-04
Anticipated expiration: 2019-02-14
Also published as: KR100416197B1; KR100380861B1; EP0936589B1; EP1359555A2; EP1359555B1; DE69925396D1; EP0936589A3; US6530284B1; EP1359555A3; KR19990072661A; DE69931406T2; US6119535A; EP0936589A2; DE69931406D1; KR20030011750A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Überwachungssystem zur Überwachung eines Erdrutsches, eines Schneerutsches oder dergleichen unter Verwendung einer Fühlereinheit zum Erfassen einer geographischen Verlagerung, wie z.B. der Verlagerung des Bodens, eines Schneeanhäufungsabschnitts oder dergleichen.
Es hat eine dringende Notwendigkeit für die Entwicklung eines Systems gegeben, das das Auftreten einer Katastrophe, wie z.B. einen durch einen heftigen Regen hervorgerufenen Erdrutsch oder einen Schneerutsch in einem Schneegebiet, vorhersagen kann.
Eine herkömmliche Einrichtung zum Erfassen der Entfestigung des Bodens besteht darin, zu erfassen, ob irgendwelche der zuvor ausgestreckten Drähte auf dem Boden durch die Bewegung des Bodens gebrochen worden sind. Bei diesem Typ von Fühlereinheit müssen jedoch Drähte über einen weiten Bereich ausgestreckt werden, was nicht nur eine Menge Zeit und Arbeit erforderlich macht, sondern auch die Schwierigkeit aufweist, den Ort und die Richtung zu bestimmen, in der der Boden verlagert worden ist, was zu einem Problem führt, dass es unmöglich ist, den Grad einer Verlagerung zu veranschlagen.
Um die Probleme zu bewältigen, sind kürzlich Bodenfühlereinheiten, die verschiedene Messinstrumente verwenden, entwickelt worden. Eine von ihnen ist so beschaffen, dass die Verlagerung des Bodens, die Tiefe der Erdrutschoberfläche und der Betrag eines Rutsches durch Verwendung eines Servoneigungsmessers, wo ein Gewicht horizontal durch ein Gehäuse über Federn getragen wird, oder durch Verwendung eines Rohrdehnungsmessfühlers veranschlagt wird.
Im Fall einer Bodenfühlereinheit, die den Servoneigungsmesser verwendet, werden Rohre in in den Boden gebohrte Löcher eingebracht, und Servoneigungsmesser werden stufenweise auf eine solche Weise in die Rohre eingeführt, dass sie angehoben werden können. Wenn die Servoneigungsmesser angehoben werden, werden die Neigungswinkel auf Grundlage der Verlagerungen der Federn automatisch gemessen. Indem die Seitenverlagerung gemessen wird, kann die Verlagerung des Bodens oder einer durchgehenden unterirdischen Wand, d.h. ein Erdrutsch, gemessen werden.
Im Fall einer Bodenfühlereinheit, die einen Rohrdehnungsmessfühler verwendet, wird eine große Anzahl von Vinylchloridrohren vertikal in im Boden gebohrte Löcher eingeführt, während sie mit Zwischenrohren miteinander verbunden sind. Dehnungsmessfühler sind an geeigneten Teilen der Rohre befestigt worden. Die resultierenden Anordnungen werden an ihrem Ort fixiert, indem der Raum um sie mit Sand gefüllt wird. Indem der Betrag an Biegedehnung gemessen wird, während der Dehnungsmessfühler auf dem Vinylchloridrohr von einer Tiefe zu einer anderen übergeht, kann die Größe und Tiefe eines Rutsches veranschlagt werden.
Solche Bodenfühlereinheiten erfordern jedoch, dass eine große Anzahl von Messinstrumenten an einem Ort installiert wird, wo ein Erdmassensturz stattfinden kann. Deshalb benötigt die Installierungsarbeit eine Menge Zeit und Arbeit. Die in den unterschiedlichen Positionen installierten Bodenfühlereinheiten müssen mit einem Netzkabel und einem Kommunikationskabel miteinander verbunden sein.
Weil die einen Servoneigungsmesser verwendende Bodenfühlereinheit einen sich bewegenden Abschnitt benötigt, benötigt sie als Ganzes gesehen einen großen Raum. Im Fall der Bodenfühlereinheit, die Rohrdehnungsmessfühler verwendet, müssen Vinylchloridrohre vertikal eingeführt werden, während sie mit Zwischenrohren miteinander verbunden werden, und der Raum um die Rohre muss mit Sand gefüllt werden. Deshalb ist es schwierig, eine große Anzahl von Rohren über einen weiten Bereich in einem Berggebiet zu installieren.
Im Fall der Bodenfühlereinheit, die den Servoneigungsmesser oder den Rohrdehnungsmessfühler verwendet, können weiter, weil die Seitenverlagerung von dem und der Betrag an Biegedehnung des Bodens gemessen werden können, aber die Position von jeder Bodenfühlereinheit, die im Boden eingegraben ist, nicht erfasst werden kann, diese nicht gemessen werden, wenn der gesamte Boden verlagert worden ist.
Bei diesem Hintergrund hat es einen Bedarf an einer Überwachungsvorrichtung gegeben, die leicht im Boden einzugraben ist und das Auftreten einer Katastrophe, wie z.B. einen Schlammrutsch im Boden oder einen Schneerutsch in einem Schneegebiet, durch Verwendung von Fühlereinheiten vorhersagen kann, die die Verlagerung genau erfassen können, selbst wenn der gesamte Boden oder Schneeanhäufungsabschnitt verlagert worden ist, und an einer Fühlereinheit, die in der Vorrichtung zu verwenden ist.
Außerdem hat es einen Bedarf an einer Bodenüberwachungsvorrichtung gegeben, die die Verlagerung des Bodens ungeachtet der Orte von installierten Fühlereinheiten erfassen kann und das Auftreten einer Katastrophe vorhersagen kann, wie z.B. einen Schlammrutsch im Boden, und an einer Fühlereinheit, die in der Vorrichtung zu verwenden ist.
Die GB 2 183 038 A beschreibt ein Bodenüberwachungssystem. Das bekannte System umfasst eine Bodenverlagerungsfühlereinheit, die an einem zu überwachenden Punkt eines Bodens anzuordnen ist. Die Fühlereinheit umfasst weiter einen Fühlerabschnitt, um seismische Signale und deren Änderungen zu messen, so dass, wenn eine äußere Kraft aufgrund einer Bodenverlagerung ausgeübt wird, eine Beschleunigung erfasst werden kann. Überdies umfasst die Fühlereinheit einen Übertragungsabschnitt zur Übertragung von Daten, die durch die Fühlereinheit erhalten werden, zur Außenseite der Bodenverlagerungsfühlereinheit. Überdies werden Datenverarbeitungseinrichtungen zur Verfügung gestellt, die in einem rechnerunterstützten Zentrum bereitgestellt werden, das die Daten von der Bodenverlagerungsfühlereinheit empfängt, um die empfangenen Daten in Echtzeit zu verarbeiten und die empfangenen Daten mit Bezugsdaten zu vergleichen. Das bekannte System hat den Nachteil, dass während einer Kommunikation zwischen der Fühlereinheit und dem rechnerunterstützen Zentrum häufig Kommunikationsfehler auftreten. Überdies kann die große Menge an Daten, die durch das rechnerunterstütze Zentrum empfangen werden, zu Störungen führen.
Es ist deshalb ein Ziel der Erfindung, ein Bodenüberwachungssystem bereitzustellen, das im Wesentlichen frei von Kommunikationsfehlern und Störungen ist.
Die Erfindung kann aus der folgenden ausführlichen Beschreibung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen gründlicher verstanden werden.
1 ist eine schematische Darstellung einer Fühlereinheit, wobei die wichtigen Teile weggebrochen sind, die in einer Überwachungsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
die 2A und 2B stellen ein Beispiel für die Konfiguration eines dreidimensionalen Festkörperkreiselsensors dar, der piezoelektrische Elemente als Fühlerabschnitte in der Fühlereinheit der ersten Ausführungsform verwendet;
3 stellt ein Beispiel für die Konfiguration eines Glasfaserkreiselsensors dar;
4 stellt ein Beispiel für die Konfiguration eines Ringlaserkreiselsensors dar;
5 ist ein Blockdiagramm, um die Funktion des Rechenabschnitts in der Fühlereinheit der ersten Ausführungsform erläutern zu helfen;
6 stellt einen Zustand dar, in dem Fühlereinheiten desselben Typs wie derjenige der Fühlereinheit in der ersten Ausführungsform in einer Matrix angeordnet sind;
7 stellt einen Zustand dar, in dem die Fühlereinheit der ersten Ausführungsform im Boden eingegraben ist;
die 8A und 8B sind Blockdiagramme, um eine Datenverarbeitungsfunktion in der ersten Ausführungsform erläutern zu helfen;
9 stellt einen Zustand dar, in dem die Fühlereinheit der ersten Ausführungsform in einem Schneeanhäufungsabschnitt eingegraben ist;
10 ist eine schematische Darstellung einer Fühlereinheit, wobei die wichtigen Teile weggebrochen sind, die in einer Bodenüberwachungsvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
11 ist ein Blockdiagramm, um die Funktion eines Verarbeitens der Signale von dem Kreiselsensor, dem Zweiachsenneigungsmesser und dem Wasserstandssensor in der Fühlereinheit der zweiten Ausführungsform erläutern zu helfen;
12 ist ein Blockdiagramm, um die Funktion eines Verarbeitens der Signale im Rechenabschnitt in der Fühlereinheit der zweiten Ausführungsform erläutern zu helfen;
13 ist ein Blockdiagramm für das Datenverarbeitungssystem in der ganzen Bodenüberwachungsvorrichtung der zweiten Ausführungsform;
14 ist ein Blockdiagramm, um die Funktion des Datenverarbeitungsabschnitts von 13 erläutern zu helfen;
15 stellt ein Beispiel für eine Anordnung von Fühlereinheiten der zweiten Ausführungsform auf einem Hang in einem Berggebiet dar;
16 stellt einen Zustand dar, in dem eine Fühlereinheit der zweiten Ausführungsform im Boden eingegraben ist;
17 ist ein Flussdiagramm, um einen ersten Beurteilungsprozess am Beurteilungsabschnitt von 13 erläutern zu helfen;
18 ist ein Flussdiagramm, um einen zweiten Beurteilungsprozess am Beurteilungsabschnitt erläutern zu helfen;
19 ist ein Flussdiagramm, um einen dritten Beurteilungsprozess am Beurteilungsabschnitt erläutern zu helfen;
die 20A bis 20B stellen Zustände dar, in denen eine Fühlereinheit, die in einer Bodenüberwachungsvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird, im Boden eingegraben ist;
21 ist ein Blockdiagramm, um die Funktion eines Verarbeitens des Signals vom Wasserstandssensor in der Fühlereinheit der dritten Ausführungsform erläutern zu helfen;
22 ist ein Flussdiagramm, um einen Beurteilungsprozess am Beurteilungsabschnitt auf der Basisstationsseite in der dritten Ausführungsform erläutern zu helfen;
23 ist ein Blockdiagramm, um die Signalverarbeitungsfunktion einer Fühlereinheit, die in einer Bodenüberwachungsvorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird, erläutern zu helfen;
24 ist ein Blockdiagramm, um die Signalverarbeitungsfunktion einer Fühlereinheit, die in einer Bodenüberwachungsvorrichtung gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird, erläutern zu helfen;
25 stellt die Konfiguration einer Fühlereinheit dar, wobei die wichtigen Teile weggebrochen sind, die in einer Schneerutschüberwachungsvorrichtung gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
26 ist ein Blockdiagramm, um die Funktion eines Verarbeitens der Signale von dem Kreiselsensor, Zweiachsenneigungsmesser und Thermometer in der Fühlereinheit der sechsten Ausführungsform erläutern zu helfen;
27 ist ein Blockdiagramm, um die Funktion eines Verarbeitens der Signale im Rechenabschnitt in der Fühlereinheit der sechsten Ausführungsform erläutern zu helfen;
28 ist ein Blockdiagramm für das Datenverarbeitungssystem in der ganzen Schneerutschüberwachungsvorrichtung der siebten Ausführungsform;
29 ist ein Blockdiagramm, um die Funktion des Datenverarbeitungsabschnitts von 28 erläutern zu helfen;
30 stellt ein Beispiel für eine Anordnung von Fühlereinheiten der sechsten Ausführungsform auf einem Hang in einem Berggebiet dar;
31 stellt einen Zustand dar, in dem eine Fühlereinheit der sechsten Ausführungsform im Boden eingegraben ist;
32 ist ein Flussdiagramm, um einen ersten Beurteilungsprozess am Beurteilungsabschnitt von 38 erläutern zu helfen;
33 ist ein Flussdiagramm, um einen zweiten Beurteilungsprozess am Beurteilungsabschnitt erläutern zu helfen;
34 ist ein Flussdiagramm, um einen dritten Beurteilungsprozess am Beurteilungsabschnitt erläutern zu helfen;
35 ist ein Flussdiagramm, um einen vierten Beurteilungsprozess am Beurteilungsabschnitt erläutern zu helfen;
die 36A bis 36C sind Darstellungen, um den Betrieb der Fühlereinheit in der sechsten Ausführungsform erläutern zu helfen;
37 ist ein Blockdiagramm, um die Funktion eines Verarbeitens der Signale von einem Kreiselsensor und einem Thermometer, die in einer Fühlereinheit vorgesehen sind, die in einer Schneerutschüberwachungsvorrichtung gemäß einer siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird, erläutern zu helfen; und
38 ist ein Blockdiagramm, um die Signalverarbeitungsfunktion des Rechenabschnitts in der Fühlereinheit der siebten Ausführungsform erläutern zu helfen.
Nachstehend werden unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung erläutert.
[Erste Ausführungsform]
1 stellt ein Beispiel für die Konfiguration einer Fühlereinheit dar, die in einer Überwachungsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
In 1 ist Bezugszeichen 100 eine Fühlereinheit. Die Fühlereinheit 100 weist ein zylindrisches Element 101 auf, das im Boden einzugraben ist. Das zylindrische Element 101 kann so eingestellt werden, dass es eine geeignete Länge entsprechend dazu aufweist, wie tief das Element eingegaben wird. In dem zylindrischen Element 101 ist ein 3D-Festkörperkreiselsensor 102 als ein Fühlerabschnitt vorgesehen. Der Kreiselsensor 102 ist an der Innenwand des zylindrischen Elements 101 über eine Trägerplatte 103 befestigt. Die befestigte Position des Kreiselsensors 102 kann entsprechend einem gewünschten Messpunkt eingestellt werden. In dem zylindrischen Element 101 sind weiter eine Batterie 104 zum Treiben des 3D-Festkörperkreiselsensors 102 und ein Rechenabschnitt 105 vorgesehen, um das Fühlsignal vom Kreiselsensor 102 zu verstärken und um Berechnungen anzustellen.
Bezugszeichen 106 bezeichnet ein Deckelelement zum Schließen des oberen Öffnungsabschnitts des zylindrischen Elements 101. Auf der Oberseite des Deckelelements 106 ist eine Solarbatterie 107 vorgesehen, die als eine Aufladeenergieversorgung für die Batterie 104 wirkt. Weiter ist auf dem Deckelelement 106 eine Sendeantenne 108 vorgesehen, um das am Rechenabschnitt 105 verarbeitete Fühlsignal zu einer Basisstation (nicht dargestellt) zu senden.
Der Kreiselsensor 102 ist ein Schwingungskreiselsensor, der so beschaffen ist, dass ein piezoelektrisches Element 102b zum Erfassen einer äußeren Kraft in der Richtung von einer von drei Achsen auf jeder Seite eines Dreikantprismas 102a vorgesehen ist, wie in 2A dargestellt. Wenn eine Beschleunigung α auf jedes piezoelektrische Element 102b ausgeübt wird, erzeugen die Elemente 102b eine zu der Beschleunigung proportionale Spannung. Die Spannung wird in den Rechenabschnitt 105 eingegeben.
2B stellt ein Beispiel für eine Fühlerschaltung dar, die für den Kreiselsensor 102 verwendet wird. Die drei piezoelektrischen Elemente 102b sind aus zwei piezoelektrischen Fühlelementen (L und R) und einem piezoelektrischen Rückkopplungselement (FB) gebildet. Die Fühlerschaltung umfasst einen Biasoszillator 102c, eine Phasenentzerrerschaltung 102d, einen Differenzverstärker 102e für L und R-Signale, einen Wechselstromausgangssynchrondemodulator 102f und einen Gleichstromverstärker 102g. Der Vergleich des Pegels des Signals vom piezoelektrischen Element L mit demjenigen des Signals vom piezoelektrischen Element R ermöglicht, dass die Polarität beurteilt wird und die Winkelgeschwindigkeit erfasst wird.
Statt der piezoelektrischen Elemente können Halbleiterformänderungssensoren verwendet werden. Während ein Schwingungskreiselsensor (eine Art von mechanischem Kreiselsensor) als der Kreiselsensor verwendet worden ist, können andere Typen von mechanischen Kreiselsensoren verwendet werden. Zusätzlich kann ein optischer Kreiselsensor (ein Glasfaserkreiselsensor oder ein Ringlaserkreiselsensor) oder ein Fluidkreiselsensor verwendet werden. Ein Glasfaserkreiselsensor und ein Ringlaserkreiselsensor, die in diesem Fall als besonders wirkungsvoll betrachtet werden, werden durch Bezug auf die 3 und 4 beschrieben.
Ein in 3 dargestellter Glasfaserkreiselsensor ist ein Geschwindigkeitssensor, der unter Verwendung des Sagnaceffekts eine Winkelgeschwindigkeit erfassen kann. Das von einer Lichtquelle 51 emittierte kohärente Licht (Laserlicht) wird über eine optische Faser 52 zu einem Koppler 53 geleitet. Das Licht wird durch einen Koppler 53 und eine optische integrierte Schaltung 54 zweigeteilt. Man lässt beide geteilten Lichtstrahlen in beide Enden einer Fühlspule 55 eintreten. Die durch die Fühlspule 55 hindurchgegangenen und zurückgekommenen Lichtstrahlen werden durch den Koppler 53 vereinigt und durch einen Detektionsabschnitt 56 in ein elektrisches Signal umgewandelt, das proportional zur Lichtintensität ist. Wenn sich der Sensor in Ruhestellung befindet, ist die durch den Detektionsabschnitt 56 erfasste Intensität von Licht konstant. Wenn eine Winkelgeschwindigkeit auf die Fühlspule 55 einwirkt, tritt eine Phasendifferenz zwischen den Lichtstrahlen auf, was zu einer Änderung in der Lichtintensität führt. Die Winkelgeschwindigkeit wird durch Erfassen der Änderung bestimmt.
Ein in 4 dargestellter Ringlaserkreiselsensor ist auch ein Winkelgeschwindigkeitssensor, der den Sagnaceffekt verwendet. In einem geschlossenen Lichtweg, der aus einem Spiegel 61, einer Dithereinheit 62, einer Kathode 63 und einer Anode 64 besteht, wird Laserlicht durch eine Fotodiode 65 erzeugt. Ein Oszillationszustand wird durch Einstellen der optischen Weglänge erzeugt. Ein Rotieren des Lichtwegs bewirkt, dass im Uhrzeigersinn laufendes Laserlicht und gegen den Uhrzeigersinn laufendes Laserlicht Interferenzstreifen erzeugen, was zur Folge hat, dass die zur Winkelgeschwindigkeit proportionale Frequenz erscheint. Die Frequenz wird durch einen Detektor 66 erfasst, der die Winkelgeschwindigkeit bestimmt.
Die Funktion des in 1 dargestellten Rechenabschnitts 105 wird durch Bezug auf 5 in Einzelheit erläutert.
Wenn die durch die einzelnen piezoelektrischen Elemente 102b des Kreiselsensors 102 entsprechend der Beschleunigung α erzeugte Spannung zum Rechenabschnitt 105 eingegeben wird, verstärkt ein Verstärker 105a das Spannungssignal auf einen für einen Rechenprozess geeigneten Signalpegel, ein Beschleunigungsbestimmungsabschnitt 105b gewinnt eine Beschleunigung auf Grundlage des Spannungssignals, und ein Beurteilungsabschnitt 105c beurteilt die Größe und Richtung der Verlagerung, die Triebkraft und die Stellung der Fühlereinheit 100.
Es wird eine Bodenüberwachungsvorrichtung, die Fühlereinheiten 100 verwendet, die eine solche Konfiguration und solche Funktionen aufweisen, erläutert.
Die Fühlereinheiten sind in einer Matrix platziert und im Boden in einem Bereich zweckmäßig räumlich beabstandet, wo ein Erdrutsch stattfinden kann, wie z.B. einem Berggebiet, wie in 6 dargestellt. Sie sind wie in 7 eingegraben.
Die 8A und 8B sind Blockdiagramme der Konfiguration eines Systems zur Übertragung von Daten, einschließlich der durch jede Fühlereinheit 100 erfassten Größe und Richtung der Verlagerung, der Triebkraft und der Stellung von jeder Fühlereinheit 100, zu einer Basisstation und Überwachung des Zustands des Bodens in einem spezifizierten Gebiet.
In 8A besteht jede Fühlereinheitseite aus einem Kreiselsensor 102, einem Rechenabschnitt 105 und einem Übertragungsabschnitt (Sendeantenne) 108. Die Basisstationsseite besteht aus einem Empfangsabschnitt 109 und einem Datenverarbeitungsabschnitt 110.
Wie in 8B dargestellt, umfasst der Datenverarbeitungsabschnitt 110 auf der Basisstationsseite einen Datenorganisationsabschnitt 110a zum Organisieren von Daten bei Messung von jeder Fühlereinheit 100, einen Rechenabschnitt 110b zur Bestimmung der Bewegung für jeden Messpunkt auf Grundlage der durch den Datenorganisationsabschnitt 110a organisierten Daten, einen Mittelwertbildungsabschnitt 110c zur Mittelwertbildung der durch den Rechenabschnitt 110b bestimmten Bewegungen und der, wenn der Mittelwert größer als ein spezifizierter Bezug ist, einen Alarmabschnitt 110d betätigt, einen Beurteilungsabschnitt 110e zum Beurteilen der Größe und Richtung der Verlagerung auf Grundlage der durch den Rechenabschnitt 110b bestimmten Bewegung, einen Vektorverarbeitungsabschnitt 110f zur Ausführung eines Vektorprozesses auf Grundlage der durch den Beurteilungsabschnitt 110e beurteilten Größe und Richtung der Verlagerung, Anzeigeeinrichtungen 110g zur Anzeige von Linien gleicher Bewegung auf Grundlage des Vektors an jedem dem Vektorprozess unterzogenen Punkt und einen Kartierungsabschnitt 110h zum Ausführen eines Kartierungsprozesses auf Grundlage der Linien gleicher Bewegung, die durch die Anzeigeeinrichtungen 110g angezeigt werden, und der durch den Beurteilungsabschnitt 110e beurteilten Größe und Richtung der Verlagerung.
Der Betrieb der Bodenüberwachungsvorrichtung, die wie oben beschrieben konstruiert ist, wird erläutert.
Als Einrichtungen zur Übertragung der Daten von jeder Fühlereinheit 100 zur Basisstation können Kommunikationseinrichtungen unter Verwendung von Mikrowellen oder Kommunikationseinrichtungen unter Verwendung von PHS (Personalhandy-Telefonsystem)-Kanälen in Betracht gezogen werden. Andere Typen von Kommunikationseinrichtungen können verwendet werden, solange sie über Funk Daten übertragen können, die die Beschleunigungen und Neigungen der drei Achsen anzeigen, die durch die einzelnen Fühlereinheiten 100 erfasst werden.
Bei Anordnung der Fühlereinheiten 100 in einer Matrix, wie in 6 dargestellt, wird es angenommen, dass die Verlagerung, deren Größe und Richtung durch den Pfeil dargestellt sind, sich an jedem Messpunkt im Boden entwickelt. In dieser Situation erfassen der Festkörper-3D-Kreiselsensor 102 und der Rechenabschnitt 105 die Beschleunigung und die Neigung von jeder Fühlereinheit 100. Die erfassten Datenelemente werden von der Sendeantenne 108 zur Basisstation gesendet.
Wie in den 8A und 8B dargestellt, verarbeitet bei Empfang der von jeder Fühlereinheit 100 übertragenen Daten die Basisstation die Daten wie folgt. Im Datenverarbeitungsabschnitt 110 organisiert der Datenorganisationsabschnitt 110a die Beschleunigungen und Neigungsdatenelemente entsprechend den drei Achsen für jeden Messpunkt. Dann bestimmt der Rechenabschnitt 110b die Bewegung für jeden Messpunkt. Die durch den Rechenabschnitt 110b bestimmte Bewegung für jeden Messpunkt wird am Mittelwertbildungsabschnitt 110c einem Mittelwertbildungsprozess unterzogen. Wenn der resultierende Wert einen spezifizierten Wert überschritten hat, erzeugt der Alarmabschnitt 110d einen Alarm, wobei gewarnt wird, dass es eine große Möglichkeit gibt, dass ein Erdrutsch stattfindet.
Der Beurteilungsabschnitt 110e beurteilt die Richtung und Größe der Bewegung für jeden Messpunkt und übermittelt das Ergebnis nicht nur zum Kartierungsabschnitt 110h sondern auch zum Vektorverarbeitungsabschnitt 110f. Das Ergebnis wird am Vektorverarbeitungsabschnitt 110f einem Vektorprozess unterzogen und dann am Abschnitt zur Anzeige gleicher Bewegung 110g in ein Anzeigesignal gleicher Bewegung umgewandelt. Das Anzeigesignal gleicher Bewegung wird dem Kartierungsabschnitt 110h zugeführt.
Der Kartierungsabschnitt 110h erfasst die ganze Änderung von dem Anzeigesignal gleicher Bewegung und Punkte von den sich gleich bewegenden Linien. Er kartiert auch die ganze Änderung und ihre Richtung auf einer Karte auf Grundlage der Richtung und Größe der Bewegung für jeden Messpunkt, wobei es ermöglicht wird, die Änderung des Bodens zu beobachten.
Wie oben beschrieben, umfasst die erste Ausführungsform die Festkörper-3D-Kreiselsensoren 102, die piezoelektrische Elemente oder Halbleiterformänderungssensoren verwenden, den Rechenabschnitt 105 und die Batterie 104, die die Solarbatterie 107 als eine Energieversorgung verwendet. Die Fühlereinheiten 100 ohne einen sich bewegenden Abschnitt, die die Größe und Richtung der Verlagerung, die Triebkraft und ihre eigene Stellung erfassen können, sind in den Löchern eingegraben, die in einem zu überwachenden Bereich im Boden gebohrt sind. Die Daten von den Fühlereinheiten 100 werden über Funk zur Basisstation übertragen. In der Basisstation verarbeitet der Datenverarbeitungsabschnitt 110 die empfangenen Daten in Echtzeit und bestimmt die Bewegung für jeden Messpunkt. Die Bewegung wird auf einer Karte aufgetragen, wodurch es ermöglicht wird, dass der Zustand des Bodens überwacht wird.
Deshalb beseitigt, wenn bloß Löcher in einer großen Anzahl von Orten über einen weiten Bereich in z.B. einem Berggebiet gebohrt werden und einfach Fühlereinheiten 100 in den Löchern eingegraben werden, dies die Notwendigkeit für Netzkabel und Kommunikationskabel und erleichtert dies die Installierung der Fühlereinheiten 100.
Weil die Festkörper-3D-Kreiselsensoren 102 in den Fühlereinheiten 100 verwendet werden, weisen sie keine sich bewegenden Abschnitte auf. Weil die Fühlereinheiten 100 die Solarbatterie als die Energieversorgung verwenden, verbrauchen sie weniger elektrische Energie. Diese Merkmale verbinden sich miteinander, so dass eine fast unendliche Betriebslebensdauer erzielt und die Notwendigkeit für eine Wartung beseitigt wird.
Bei Anordnung der Fühlereinheiten 100 in einer Matrix, wie in 6 dargestellt, können die Richtung, Bewegung und Beschleunigung der Verlagerung des Bodens für die ganze Schicht erfasst werden. Die Beschleunigung einer Bewegung der Schicht kann auch erfasst werden. Deshalb werden in der Basisstation die über Funk von jedem Kreiselsensor 102 übertragenen Messdaten verarbeitet, um die Bewegung für jeden Messpunkt und den Mittelwert der Bewegungen zu bestimmen. Wenn der Mittelwert den spezifizierten Wert überschritten hat, wird ein Alarm ausgelöst. Außerdem werden die Richtung und Größe der Bewegung für jeden Messpunkt beurteilt, und das Ergebnis wird dem Vektorprozess unterzogen. Auf dem resultierenden Vektor werden Linien gleicher Bewegung angezeigt. Die Gesamtänderung wird vom Kartierungsprozess bestimmt, und die Punkte werden von der Linie gleicher Bewegung erfasst. Aus der Richtung und Größe der Bewegung für jeden Messpunkt werden die Gesamtänderung und -richtung auf einer Karte aufgetragen. Indem man den sich ändernden Zustand des Bodens beobachtet, hat man die Möglichkeit, zu beurteilen, ob sich der Boden in einem stabilen Zustand oder in einem gefährlichen Zustand, wo sich ein Erdrutsch beschleunigt, befindet.
In der ersten Ausführungsform werden die Fühlereinheiten 100 in verschiedenen Orten platziert. Personen oder Tiere können sich vorbeibewegen oder einige der Fühlereinheiten 100 berühren. In einem solchen Fall können sie fehlerhafte Daten erfassen.
Um zu verhindern, dass die Fühlereinheiten 100 Daten fehlerhaft erfassen, können die folgenden Maßnahmen ergriffen werden:

(1) Wenn sich der erfasste Wert einer Fühlereinheit 100 sehr geändert hat, tastet der Datenverarbeitungsabschnitt auf der Basisstationsseite eine spezifizierte Zeitspanne lang (z.B. etwa fünf Minuten) die Daten ab. Wenn die Änderung weiter anhält, entscheidet er, dass mit dem Boden etwas nicht in Ordnung ist.
(2) Wenn sich der erfasste Wert einer Fühlereinheit 100 geändert hat, zählt der Datenverarbeitungsabschnitt auf der Basisstation wie viele Male die Werte der gleichen Größenordnung nacheinander erfasst worden sind. Wenn die Zählung größer als eine spezifizierte Anzahl von Malen ist (z.B. dreimal) entscheidet er, dass mit dem Boden etwas nicht in Ordnung ist.
(3) Wenn eine Fühlereinheit 100 einen Impulswert (G-Wert) erfasst hat, der größer als ein spezifizierter Wert ist, entscheidet der Datenverarbeitungsabschnitt, dass eine Abnormität, wie z.B. herunterfallende Steine, aufgetreten ist, selbst wenn die Anzahl von Malen, bei denen eine Erfassung vorgenommen wurde, kleiner als der spezifizierte Wert ist.

Die oben beschriebenen Funktionen können im voraus in den Fühlereinheiten 100 inkorporiert werden. Dies vereinfacht die Überwachungseinheit im Datenverarbeitungsabschnitt auf der Basisstationsseite.
Während in der ersten Ausführungsform eine Fühlereinheit 100, die einen Festkörper-3D-Kreiselsensor 102 enthält, der im zylindrischen Element 101 in einer einstufigen Form eingesetzt ist, wie in 7 dargestellt, im Boden eingegraben worden ist, kann eine Fühlereinheit 100, die Festkörper-3D-Kreiselsensoren 102 enthält, die jeweils in dem oberen und unteren Teil des zylindrische Elements 101 in einer zweistufigen Form vorgesehen sind, in den Boden eingegraben werden. Dies ermöglicht, dass ein Zwischenschichtenrutsch zwischen dem Oberflächenteil und dem tieferen Teil der Schicht erfasst wird.
In der ersten Ausführungsform ist der Fall, wo ein Erdrutsch durch Erfassen der Verlagerung des Bodens überwacht wird, erläutert worden. Ähnliche Fühlereinheiten 100 können verwendet werden, um das Auftreten eines Schneerutsches zu überwachen, indem die Anhäufung von Schnee in einem Schneegebiet erfasst wird.
9 stellt den Zustand einer Fühlereinheit 100 dar, die in einem Schneegebiet eingegraben ist.
Wie in 9 dargestellt, weist die Fühlereinheit 100 einen oberen zylindrischen Abschnitt 101b auf, der so konstruiert ist, dass er in einer vertikalen Richtung erweiterbar ist, wie durch den Pfeil angezeigt. Bei Installierung wird die Länge des zylindrischen Abschnitts 101b entsprechend der Menge an Schneefall eingestellt. In diesem Fall könnte, wenn die Beziehung zwischen dem Betrag an Verformung in der Achsenrichtung und Schneefall durch Experimente bestimmt wäre, die Menge an Schneefall mittels des Fühlerabschnitts D erfasst werden. Das zylindrische Element 101 ist mit einem weiter unten befindlichen zylindrischen Abschnitt 101b versehen, der im Boden eingegraben ist und den Fühlerabschnitt D trägt.
Wenn sich ein zu überwachender Bereich in einer Linie entlang einem Fluss oder einem Gleis erstreckt, werden die Fühlereinheiten 100 in geeigneten Intervallen in einer Linie in Richtung auf eine Basisstation platziert. Indem die Fühldaten über die dazwischenliegenden Fühlereinheiten 100 übertragen werden, kann ein wirkungsvolles Überwachen mit einer kleinen Anzahl von Fühlereinheiten kleiner Ausgangsleistung 100 durchgeführt werden.
Eine Verwendung von wasserdichten Fühlereinheiten 100, eine Verwendung einer Sekundärbatterie als eine Energieversorgung und eine telegrafische Datenübertragung ermöglicht, dass der Boden, wie z.B. ein Flussbett oder der Meeresboden, überwacht wird.
Wie oben beschrieben, ist es mit der ersten Ausführungsform möglich, eine Überwachungsvorrichtung bereitzustellen, die einfach im Boden einzugraben ist und das Auftreten einer Katastrophe, wie z.B. einen Erdrutsch im Boden oder einen Schneerutsch in einem Schneegebiet, durch Verwendung von Fühlereinheiten 100 vorhersagen kann, die die Verlagerung genau erfassen können, selbst wenn der gesamte Boden oder Schneeanhäufungsabschnitt verlagert worden ist.
[Zweite Ausführungsform]
10 stellt ein Beispiel für die Konfiguration einer Fühlereinheit dar, die in einer Bodenüberwachungsvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
In 10 ist Bezugszeichen 200 eine Fühlereinheit. Die Fühlereinheit 200 weist ein zylindrisches Element 201 auf, das im Boden einzugraben ist. Das zylindrische Element 201 kann eingestellt werden, so dass es eine geeignete Länge entsprechend dazu aufweist, wie tief das Element eingegraben wird. Im zylindrischen Element 201 sind ein Festkörperkreiselsensor 202, der als ein Fühlerabschnitt dient, und ein Zweiachsenneigungsmesser 203 vorgesehen. Der Kreiselsensor 202 und der Neigungsmesser 203 sind auf einer Trägerplatte 204 montiert, die an der Oberfläche der Innenwand des zylindrischen Abschnitts 201a befestigt ist. Im zylindrischen Abschnitt 201a sind weiter vorgesehen: eine Batterie 205, die als eine treibende Energieversorgung wirkt, ein Rechenabschnitt 206 zum Verstärken der Fühlsignale vom Kreiselsensor 202 und Neigungsmesser 203 und Anstellen von Berechnungen und ein Übertragungsabschnitt 207 zur Übertragung des am Rechenabschnitt 206 verarbeiteten Fühlsignals. Jedes von der Batterie 205, dem Rechenabschnitt 206 und Übertragungsabschnitt 207 ist auf einer Trägerplatte 204 montiert, die an der Oberfläche der Innenwand des zylindrischen Elements 201 befestigt ist.
Weiter ist eine Mehrzahl von Wasserstandssensoren 208 in geeigneten Intervallen an der Außenoberfläche des zylindrischen Elements 201 in der Achsenrichtung befestigt.
Bezugszeichen 209 bezeichnet ein Deckelelement zum Schließen des oberen Öffnungsabschnitts des zylindrischen Elements 201. Auf der Oberseite des Deckelelements 209 ist eine Solarbatterie 210 vorgesehen, die als eine Aufladeenergieversorgung für die Batterie 205 wirkt. Weiter ist auf dem Deckelelement 209 eine Sendeantenne 211 vorgesehen, um das am Rechenabschnitt 206 verarbeitete Fühlsignal vom Übertragungsabschnitt 207 zu einer Basisstation (nicht dargestellt) zu senden.
Der Kreiselsensor 202 ist identisch mit den Kreiselsensor 102 von 2A.
Der Zweiachsenneigungsmesser 203 misst die Neigungswinkel von zwei sich unter rechtem Winkel kreuzenden Achsen und führt das Messsignal dem Rechenabschnitt 206 zu.
Der Wasserstandssensor 208 erfasst den elektrischen Widerstand, der sich entsprechend der Feuchtigkeit im Boden, wo er eingegraben ist, ändert. Der Sensor 208 führt dann die erfasste Änderung im elektrischen Widerstand dem Rechenabschnitt 206 zu.
Die Funktion von jedem von dem Kreiselsensor 202, Neigungsmesser 203, Wasserstandssensor 208 und Rechenabschnitt 206 wird durch Bezug auf die 11 und 12 erläutert.
In 11 erzeugt jedes piezoelektrische Element des Kreiselsensors 202 eine Spannung entsprechend einer Beschleunigung α. Wenn der Kreiselsensor 202 die Spannungen eingibt, verstärkt ein Verstärker die Spannungssignale auf für einen Rechenprozess geeignete Signalpegel. Bei einem Abschnitt S31a wird aus den Spannungssignalen eine Beschleunigung berechnet. Als Nächstes wird bei einem Abschnitt S32a die Beschleunigung in der Richtung von jeder Achse gleichzeitig erfasst, und die Richtung und Größe der Verlagerung, die Triebkraft und die Stellung der Fühlereinheit 200 werden aus diesen Werten beurteilt. Bei einem Abschnitt S33a wird die durch die Drehung der Erde hervorgerufene Beschleunigung entfernt. Als Nächstes werden bei einem Abschnitt S34a die Verlagerung, Beschleunigung und Triebkraft korrigiert, und die resultierenden Datenelemente werden zum Rechenabschnitt 206 ausgegeben.
Außerdem wird das Messsignal vom Zweiachsenneigungsmesser 203 durch einen Verstärker auf einen für einen Rechenprozess geeigneten Signalpegel verstärkt. Bei einem Abschnitt 31b werden die Neigungswinkel der zwei sich unter rechtem Winkel kreuzenden Achsen und die Neigungsrichtung aus dem Messsignal bestimmt. Als Nächstes wird bei einem Abschnitt S32b der Neigungswinkel von jeder Achse und die Neigungsrichtung von jeder Achse als Ausgabedaten Fb zum Rechenabschnitt 206 ausgegeben.
Außerdem wird das Fühlsignal vom Wasserstandssensor 208 durch einen Verstärker auf einen für einen Rechenprozess geeigneten Signalpegel verstärkt. Bei einem Abschnitt S31c wird der elektrische Widerstand von jedem Sensor aus dem Wert bestimmt. Als Nächstes wird bei einem Abschnitt S32c beurteilt, welcher Sensor sich als letzter in seinem elektrischen Widerstand geändert (abgenommen) hat oder aufgrund von Feuchtigkeit im Boden eine Leitung anzeigt. Bei einem Abschnitt S33c wird die Position des Sensors bestimmt, dessen elektrischer Widerstand sich als letzter geändert hat, so dass er den Wasserstand des eindringenden Wassers im Boden darstellt. Als Nächstes wird bei einem Abschnitt S34c der Wasserstand als Ausgabedaten Fc zum Rechenabschnitt 206 ausgegeben.
Die Ausgabedatenelemente Fa, Fb und Fc des Kreiselsensors 202, Neigungsmessers 203 und Wasserstandssensors 208 werden zum Rechenabschnitt 206 eingegeben, wie in 13 dargestellt. Bei einem Abschnitt S41 wird das Datenelement vom Kreiselsensor 202 für eine spezifizierte Zeitspanne in einem Speicher gespeichert.
Bei einem Abschnitt S42 wird der Beschleunigungswert des Kreiselsensors von dem Datenelement integriert, um den Winkel zu bestimmen.
Bei einem Abschnitt S43 wird der durch den Zweiachsenneigungsmesser bestimmte Winkelwert mit dem durch den Kreiselsensor bestimmten Winkelwert verglichen, und wenn es einen Fehler gibt, wird der Winkelwert des Kreiselsensors korrigiert. Bei einem Abschnitt S44 wird der korrigierte Winkelwert des Kreiselsensors differenziert, um einen Beschleunigungswert zu gewinnen. Bei einem Abschnitt S45 wird der Beschleunigungswert im Speicher sequenziell gespeichert. Ähnlich werden bei einem Abschnitt S46 andere Datenelemente, die die Verlagerung des Kreiselsensors, die Triebkraft und die Position umfassen, im Speicher gespeichert.
Bei einem Abschnitt S47 werden die Daten vom Zweiachsenneigungsmesser mit dem Kreiselsensor synchronisiert und in regelmäßigen Zeitintervallen im Speicher gespeichert. Bei einem Abschnitt S48 werden die Daten vom Wasserstandssensor mit dem Kreiselsensor synchronisiert und in regelmäßigen Zeitintervallen im Speicher gespeichert. Bei einem Abschnitt S49 werden die im Speicher gespeicherten Datenelemente in regelmäßigen Zeitintervallen zum Übertragungsabschnitt 207 übertragen.
13 ist ein Blockdiagramm eines Systems, das Daten über die Verlagerung, Beschleunigung und Triebkraft hinsichtlich des Kreiselsensors 202, Daten über den Neigungswinkel und -richtung hinsichtlich des Neigungsmessers 203 und Daten über den Wasserstand im Boden hinsichtlich des Wasserstandssensors 208 zur Basisstation überträgt und den Zustand des Bodens in einem spezifizierten Bereich überwacht.
In 13 besteht jede Fühlereinheitseite aus einem Kreiselsensor 202, einem Zweiachsenneigungsmesser 203, einem Wasserstandssensor 208, einem Rechenabschnitt 206 und einem Übertragungsabschnitt 207. Die Basisstationsseite besteht aus einem Empfangsabschnitt 212, einem Datenverarbeitungsabschnitt 213 und einem Beurteilungsabschnitt 214.
Die Funktion des Datenverarbeitungsabschnitt 213 auf der Basisstationsseite wird durch Bezug auf 14 beschrieben.
Im Datenverarbeitungsabschnitt 213 von 14 werden bei einem Abschnitt S61 Daten über die Verlagerung, Beschleunigung und Triebkraft für jeden Punkt auf Grundlage des Messsignals vom Kreiselsensor 202 nach der Zeit organisiert. Bei einem Abschnitt S62 wird die Richtung einer auf jeden Punkt ausgeübten Kraft berechnet. Bei einem Abschnitt S63 wird eine Vergleichsberechnung mit einem Bezugsbeschleunigungswert pro Zeiteinheit angestellt. Bei einem Abschnitt S64 werden die Datenelemente, die den Bezugsbeschleunigungswert überschritten haben, organisiert und im Speicher gespeichert. Bei einem Abschnitt S65 wird ein Neigungswinkel aus der Richtung, in der die Kraft ausgeübt worden ist, und dem Beschleunigungswert auf Grundlage der Datenelemente, die den Bezugsbeschleunigungswert überschritten haben, berechnet.
Weiter werden bei einem Abschnitt S66 die Datenelemente über Neigungswinkel und -richtung für jeden Punkt auf Grundlage des Messsignals vom Zweiachsenneigungsmesser 203 nach der Zeit organisiert. Bei einem Abschnitt S67 wird eine Vergleichsberechnung mit einem Bezugsneigungswinkelwert pro Zeiteinheit angestellt. Bei einem Abschnitt S68 werden die Datenelemente, die den Bezugsneigungswinkel überschritten haben, organisiert und im Speicher gespeichert.
Weiter werden bei einem Abschnitt S69 die Untergrundwasserstandsdatenelemente für jeden Punkt auf Grundlage des Messsignals vom Wasserstandssensor 208 nach der Zeit organisiert. Bei einem Abschnitt S70 wird eine Vergleichsberechnung mit einem Bezugswasserstand angestellt. Bei einem Abschnitt S71 werden die Datenelemente, die den Bezugswasserstand überschritten haben, organisiert und im Speicher gespeichert. Bei einem Abschnitt S72 werden die Datenelemente über den oberirdischen Wasserstand auf eine ähnliche Weise organisiert und im Speicher gespeichert.
Weiter führt der Beurteilungsabschnitt 214 verschiedene Beurteilungsprozesse, die später in Einzelheit erläutert werden, auf Grundlage der durch den Datenverarbeitungsabschnitt 213 verarbeiteten Daten aus und löst den Alarm aus oder zeigt eine geeignete Mitteilung an, entsprechend der Ursache und Größe eines Erdrutsches.
Der Betrieb der Bodenüberwachungsvorrichtung, die wie oben beschrieben konstruiert ist, wird erläutert.
Wie in 15 dargestellt, ist eine Mehrzahl von Fühlereinheiten 200 in einem Berggebiet, wo mit einem Erdrutsch gerechnet werden muss, im Boden platziert. Genauer gesagt, sind Fühlereinheiten 200 (Nr. 1 bis Nr. 5) in geeigneten Intervallen entlang einem Hang in einer Erdrutschgefahrenzone platziert. Sie sind wie in 17 dargestellt eingegraben, wobei L1 eine Erdschicht und L2 eine Lehmschicht bezeichnet.
In jeder Fühlereinheit 200, die auf diese Weise eingegraben ist, werden die Signale vom Kreiselsensor 202, Neigungsmesser 203 und Wasserstandssensor 208 an jedem Messpunkt im Boden den Prozessen, wie in 11 dargestellt, unterzogen. Die resultierenden Signale werden durch den Rechenabschnitt 206 aufgenommen. Der Rechenabschnitt 206 stellt dann die Berechnungen an, wie in 12 dargestellt. Der Übertragungsabschnitt 207 überträgt den korrigierten Beschleunigungswert, die Daten vom Neigungsmesser 203 und die Daten vom Wasserstandssensor 208 zur Basisstation über die Sendeantenne 211.
In der Basisstation, wie in 13 dargestellt, verarbeitet, wenn der Empfangsabschnitt 212 die von jeder Fühlereinheit 200 übertragenen Daten empfängt, der Datenverarbeitungsabschnitt 213 die Daten und organisiert jedes von den Datenelementen, die den Bezugsbeschleunigungswert überschritten haben, den Datenelementen, die den Bezugsneigungswinkel überschritten haben, den Datenelementen, die den Bezugswasserstand überschritten haben, und Daten über den Grundwasserstand. Die organisierten Datenelemente werden durch den Beurteilungsabschnitt 214 aufgenommen.
Die verschiedenen Beurteilungsprozesse, die durch den Beurteilungsabschnitt 214 durchgeführt werden, werden durch Bezug auf die 17 bis 19 in Einzelheit beschrieben.
Wie in 17 dargestellt, werden bei Schritt S91 die Richtung, in der die Kraft ausgeübt worden ist, und der Neigungswinkel mit der Richtung und dem Neigungswinkel, die durch den Neigungsmesser 203 bestimmt sind, in den Datenelementen vom Kreiselsensor 202, die den Bezugsbeschleunigungswert überschritten haben, verglichen. Es wird bei Schritt S92 bestimmt, ob die Daten vom Kreiselsensor 202 mit den Daten vom Neigungsmesser 203 fast übereinstimmen oder nicht. Wenn es bestimmt wird, dass die Daten vom Kreiselsensor 202 mit denjenigen vom Neigungsmesser 203 übereinstimmen, wird es bei Schritt S93 bestimmt, ob die Untergrunddaten vom Wasserstandssensor 208 den Bezugswert überschritten haben oder nicht.
Wenn es bei Schritt S93 nicht bestimmt wird, dass die Untergrunddaten vom Wasserstandssensor 208 den Bezugswert überschritten haben, wird es bei Schritt S94 entschieden, dass eine Abnormität (wie z.B. herunterfallende Steine) auf dem Boden aufgetreten ist, und es wird bei Schritt S95 bestimmt, ob sämtliche Fühlereinheiten 200 den Bezugswert überschritten haben oder nicht.
Wenn es bei Schritt S95 bestimmt wird, dass sämtliche Fühlereinheiten 200 den Bezugswert überschritten haben, wird es bei Schritt S96 entschieden, dass ein Rutsch stattgefunden hat oder Steine in einem großen Ausmaß heruntergefallen sind, und es wird bei Schritt S97 ein Nolalarm ausgelöst. Wenn es bei Schritt S95 nicht bestimmt wird, dass sämtliche Fühlereinheiten 200 den Bezugswert überschritten haben, wird es bei Schritt S98 entschieden, dass nur eine kleine Anzahl von Fühlereinheiten 200 in den oberen Gebieten oder den unteren Gebieten den Bezugswert überschritten hat und ein Rutsch stattgefunden hat oder Steine in einem kleinen Ausmaß heruntergefallen sind, und es wird bei Schritt S99 ein Warnalarm ausgelöst.
Wenn es bei Schritt S93 bestimmt wird, dass die Untergrunddaten vom Wasserstandssensor 208 den Bezugswert überschritten haben, übergibt der Beurteilungsabschnitt eine Steuerung an einen Beurteilungsprozess, wie in 18 dargestellt. Wie in 18 dargestellt, wird es bei Schritt 100 bestimmt, ob die oberirdischen Wasserstandsdaten den Bezugswert überschritten haben oder nicht.
Wenn es bei Schritt S100 nicht bestimmt wird, dass die oberirdischen Wasserstandsdaten den Bezugswert überschritten haben, wird es bei Schritt S101 entschieden, dass ein Erdrutsch aufgrund von Grundwasser stattgefunden hat, und es wird bei Schritt S102 bestimmt, ob sämtliche Fühlereinheiten 200 den Bezugswert überschritten haben oder nicht. Wenn es bestimmt wird, dass sämtliche Fühlereinheiten 200 den Bezugswert überschritten haben, wird es bei Schritt S103 entschieden, dass ein Erdrutsch in einem großen Ausmaß stattgefunden hat, und es wird bei Schritt S104 ein Notalarm ausgelöst. Wenn es in Schritt S102 nicht bestimmt wird, dass sämtliche Fühlereinheiten 200 den Bezugswert überschritten haben, wird es bei Schritt S105 entschieden, dass in oberen oder unteren Gebieten in einem kleinen Ausmaß ein Erdrutsch stattgefunden hat, und es wird bei Schritt S106 ein Warnalarm ausgelöst, und das Gebiet des Erdrutsches wird bei Schritt S107 angezeigt.
Wenn es bei Schritt S100 bestimmt wird, dass der oberirdische Wasserstand den Bezugswert überschritten hat, wird es bei Schritt S108 entschieden, dass ein Erdrutsch aufgrund eines Regenschauers aufgetreten ist, und es wird bei Schritt S109 bestimmt, ob sämtliche Fühlereinheiten 200 den Bezugswert überschritten haben oder nicht. Wenn es bei Schritt S109 bestimmt wird, dass sämtliche Fühlereinheiten 200 den Bezugswert überschritten haben, wird es bei Schritt S110 entschieden, dass ein Erdrutsch in einem großen Ausmaß aufgetreten ist, und es wird bei Schritt S111 ein Notalarm ausgelöst. Wenn es bei Schritt S109 nicht bestimmt wird, dass sämtliche Fühlereinheiten 200 den Bezugswert überschritten haben, wird bei Schritt S112 entschieden, dass in oberen oder unteren Gebieten in einem kleinen Ausmaß ein Erdrutsch stattgefunden hat, und es wird bei Schritt S113 ein Warnalarm ausgelöst, und ein Gebiet eines Erdrutsches wird bei Schritt S114 angezeigt.
Unterdessen, wenn es bei Schritt S92 von 17 nicht bestimmt wird, dass die Daten vom Kreiselsensor 202 mit den Daten vom Neigungsmesser 203 übereinstimmen, reicht der Beurteilungsabschnitt eine Steuerung an einen Beurteilungsprozess weiter, wie in 19 dargestellt.
In 19 wird es bei Schritt S115 bestimmt, ob die Daten vom Kreiselsensor 202 den Bezugswert überschritten haben und die Daten vom Neigungsmesser 203 kleiner als der Bezugswert sind oder nicht. Wenn die Daten nicht kleiner als der Bezugswert sind, wird es bei Schritt 116 bestimmt, ob die Daten vom Wasserstandssensor 208 den Bezugswert überschritten haben oder nicht. Wenn sie den Bezugswert nicht überschritten haben, dann wird die Steuerung zu Schritt S117 weitergereicht, bei dem die Messung fortgesetzt wird. Wenn sie den Bezugswert überschritten haben, werden sie als die zu überwachenden Daten bei Schritt S118 im Speicher eingegeben und gespeichert.
Wenn es bei Schritt S115 bestimmt wird, dass die Daten vom Kreiselsensor 202 den Bezugswert überschritten haben und die Daten vom Neigungsmesser 203 kleiner als der Bezugswert sind, wird es bei Schritt S119 bestimmt, ob der Beschleunigungswert des Kreiselsensors 202 den Bezugswert überschritten hat oder nicht. Wenn er den Bezugswert nicht überschritten hat, wird es bei Schritt S120 bestimmt, dass die Untergrunddaten vom Wasserstandssensor 208 den Bezugswert überschritten haben. Wenn sie den Bezugswert nicht überschritten haben, wird es bei Schritt S121 entschieden, dass mit einem Erdrutsch kaum gerechnet werden muss, und die zu überwachenden Daten werden bei Schritt S122 im Speicher eingegeben und gespeichert. Wenn es bei Schritt S120 bestimmt wird, dass die Untergrunddaten vom Wasserstandssensor 208 den Bezugswert überschritten haben, wird es bei Schritt S123 entschieden, dass mit einem Erdrutsch gerechnet werden muss, und es wird bei Schritt S124 ein Warnalarm ausgelöst.
Wenn es bei Schritt S119 bestimmt wird, dass der Beschleunigungswert vom Kreiselsensor 202 den Bezugswert überschritten hat, wird es bei Schritt 125 bestimmt, ob der Impulswert vom Kreiselsensor 202 den Bezugswert überschritten hat oder nicht. Wenn er den Bezugswert nicht überschritten hat, wird es bei Schritt S126 bestimmt, ob die Neigungsrichtung des Neigungsmessers 203 mit der Kraftrichtung des Kreiselsensors 202 übereinstimmt oder nicht. Wenn sie nicht übereinstimmen, wird es bei Schritt S127 entschieden, dass mit dem Sensor etwas nicht stimmt.
Wenn es bei S126 bestimmt wird, dass die Neigungsrichtung des Neigungsmessers 203 mit der Kraftrichtung des Kreiselsensors 202 übereinstimmt, wird es bei Schritt S128 bestimmt, ob sämtliche Fühlereinheiten 200 den Bezugswert überschritten haben oder nicht.
Wenn es bei Schritt S128 bestimmt wird, dass sämtliche Fühlereinheiten 200 den Bezugswert überschritten haben, wird es bei Schritt S129 bestätigt, dass sich der gesamte Boden in den tiefen Stellen oder über einen weiten Bereich bewegt hat, und es wird bei Schritt S130 entschieden, dass ein Erdrutsch in den tiefen Stellen oder über einen weiten Bereich aufgetreten ist, und es wird bei Schritt S131 ein Warnalarm ausgelöst.
Wenn es bei Schritt S128 nicht bestimmt wird, dass sämtliche Fühlereinheiten 200 den Bezugswert überschritten haben, wird es bei Schritt S132 entschieden, dass in oberen oder unteren Gebieten in einem kleinen Ausmaß ein Erdrutsch stattgefunden hat, und es wird bei Schritt S133 ein vorbeugender Warnalarm ausgelöst.
Weiter, wenn es bei Schritt S125 bestimmt wird, dass der Impulswert vom Kreiselsensor 202 den Bezugswert überschritten hat, wird es bei Schritt S134 bestimmt, ob die Anzahl von aufeinanderfolgenden Impulsen drei oder mehr ist oder nicht. Wenn es bestimmt wird, dass die Anzahl von aufeinanderfolgenden Impulsen drei oder mehr ist, wird es bei Schritt S135 entschieden, dass Steine heruntergefallen sind. Wenn es nicht bestimmt wird, dass die Anzahl von aufeinanderfolgenden Impulsen drei oder mehr ist, wird es bei Schritt S136 entschieden, dass ein Tier oder dergleichen die Fühlereinheit 200 berührt hat.
Wie oben beschrieben, umfasst in der zweiten Ausführungsform eine Fühlereinheit 200 den Kreiselsensor 202 zum Erfassen der Verlagerung, Beschleunigung und Triebkraft, den Zweiachsenneigungsmesser 203 zum Erfassen der Neigungswinkel von zwei sich unter rechtem Winkel kreuzenden Achsen und der Neigungsrichtung, den Wasserstandssensor 208 zum Erfassen des unterirdischen Wasserstands und des oberirdischen Wasserstands, den Rechenabschnitt 206 zum Berechnen des Winkelwerts des Kreiselsensors 202 auf Grundlage des Beschleunigungswerts, der entsprechend dem Winkelwert des Neigungsmessers 203 korrigiert ist, der Daten vom Neigungsmesser 203 und der Wasserstandsdaten und die Batterie 205, die die Solarbatterie 210 als eine treibende Energieversorgung verwendet. Fühlereinheiten von diesem Typ sind in Löchern eingegraben, die in einem zu überwachenden Bereich im Boden gebohrt sind. Jedes der durch die Fühlereinheiten 200 erfassten Datenelemente wird zur Basisstation übertragen. In der Basisstation verarbeitet der Datenverarbeitungsabschnitt 213 die empfangenen Daten in Echtzeit. Für die Datenelemente, die den Bezugsbeschleunigungswert für jeden Messpunkt überschritten haben, bestimmt der Verarbeitungsabschnitt 213 einen Neigungswinkel aus der Richtung, in der die Kraft ausgeübt worden ist, und den Beschleunigungswert. Er bestimmt auch die Datenelemente, die den Bezugsneigungswinkel überschritten haben, die Daten, die den Bezugswasserstand überschritten haben, und den oberirdischen Wasserstand. Auf Grundlage der am Datenverarbeitungsabschnitt 213 verarbeiteten Datenelemente führt der Beurteilungsabschnitt 214 verschiedene Beurteilungsprozesse aus. Dies ermöglicht, dass der Zustand des Bodens überwacht wird, indem ein geeigneter Alarm ausgelöst wird oder eine geeignete Mitteilung angezeigt wird, entsprechend der Ursache und Größe eines Erdrutsches.
Folglich kann durch einfaches Bohren einer großen Anzahl von Löchern über einen weiten Bereich in einem Berggebiet und Eingraben von Fühlereinheiten 200 in den Löchern die Verlagerung des Bodens genau erfasst werden, ungeachtet der Orte der installierten Fühlereinheiten 200, und das Auftreten einer Katastrophe, wie z.B. ein Schlammrutsch im Boden, kann vorhergesagt werden.
[Dritte Ausführungsform]
Ein Beispiel für die Konfiguration einer Fühlereinheit 200, die in einer Bodenüberwachungsvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird, wird erläutert.
Die 20A bis 20C zeigen jeweils einen Zustand, wo eine Fühlereinheit 200 mit nur einem Wasserstandssensor 208 im Boden eingegraben ist. Wie in den 20A bis 20C dargestellt, werden eine Mehrzahl von Wasserstandssensoren 208 in der Achsenrichtung in geeigneten Intervallen auf der Außenoberfläche eines zylindrischen Elements 201 vorgesehen und dort befestigt. In dem zylindrischen Element 201 werden bereitgestellt: ein Rechenabschnitt zum Aufnehmen des Messsignals von jedem Wasserstandssensor 208 und Anstellen von Berechnungen, ein Übertragungsabschnitt und eine Batterie, die eine Solarbatterie als eine Energieversorgung verwendet, obwohl sie nicht dargestellt sind.
Die Funktion des Rechenabschnitts wird durch Bezug auf 21 erläutert. Das Fühlsignal von jedem Wasserstandssensor 208 wird durch einen Verstärker auf einen für einen Rechenprozess geeigneten Signalpegel verstärkt. Bei einem Abschnitt S141 wird der elektrische Widerstand von jedem Sensor aus dem Wert bestimmt. Als Nächstes wird es bei einem Abschnitt S142 beurteilt, welcher Sensor als letzter seinen elektrischen Widerstand geändert (verringert) hat oder aufgrund von Feuchtigkeit im Boden eine Leitung anzeigt. Bei einem Abschnitt S143 wird die Position des Sensors bestimmt, dessen elektrischer Widerstand sich als letzter geändert hat, so dass er den Wasserstand des eindringenden Wassers im Boden darstellt. Als Nächstes wird bei einem Abschnitt 144 der Wasserstand als Ausgabedaten zum Übertragungsabschnitt ausgegeben.
20A stellt einen Zustand dar, wo Regenwasser weder in eine Erdschicht L1 noch in eine Lehmschicht L2 eingedrungen ist, wobei eine Fühlereinheit 200 in einem Hang eingegraben ist. 20B stellt einen Zustand dar, wo Regenwasser infolge eines Regenschauers in einen mittleren Teil der Lehmschicht L2 eingedrungen ist. 21C stellt einen Zustand dar, wo Regenwasser die gesamte Erdschicht L1 erreicht hat und in die Oberfläche der Lehmschicht L2 eingedrungen ist.
In 20A ist der elektrische Widerstand von jedem Wasserstandssensor 208 größer. In 20B ist der elektrische Widerstand von jedem der Wasserstandssensoren 208 von oberhalb des Bodens bis zum mittleren Teil der Lehmschicht L2 kleiner oder zeigt eine Leitung an (dargestellt durch einen schwarzen Punkt). In 20C ist der elektrischen Widerstand von jedem der Wasserstandssensoren 208 von oberhalb des Bodens bis zur Lehmschicht L2 kleiner (dargestellt durch einen schwarzen Punkt). Die Signale von den Sensoren werden zum Rechenabschnitt eingegeben, der dann Berechnungen anstellt, wie oben beschrieben. Der Übertragungsabschnitt überträgt die resultierenden Daten zur Basisstationsseite.
Der Datenverarbeitungsabschnitt auf der Basisstationsseite führt die Datenprozesse bei S69 bis S71 in 14 durch. Der Beurteilungsabschnitt führt einen Beurteilungsprozess aus, wie in 22 dargestellt.
In 22 werden bei Schritt S151 Daten vom Wasserstandssensor mit dem Bezugswert verglichen, und es wird bei Schritt S152 bestimmt, ob die Untergrunddaten vom Wasserstandssensor den Bezugswert überschritten haben oder nicht. Wenn es nicht bestimmt wird, dass die Untergrunddaten den Bezugswert überschritten haben, dann wird die Steuerung zu Schritt S153 weitergereicht, bei dem das Überwachen fortgesetzt wird. Wenn es bestimmt wird, dass die Untergrunddaten den Bezugswert überschritten haben, wird es bei Schritt S154 bestimmt, ob der Regenschauer größer als ein spezifizierter Wert ist oder nicht.
Wenn es bei Schritt S154 nicht bestimmt wird, dass der Regenschauer größer als der spezifizierte Wert ist, wird es bei Schritt S155 bestimmt, ob sämtliche Fühlereinheiten 200 den Bezugswert überschritten haben oder nicht. Wenn sämtliche Fühlereinheiten 200 den spezifizierten Wert überschritten haben, wird es bei Schritt S156 entschieden, dass der Stand von Grundwasser anormal ist, und es wird bei Schritt S157 ein vorbeugender Warnalarm ausgelöst. Wenn es bei Schritt S155 bestimmt wird, dass sämtliche Fühlereinheiten 200 den Bezugswert überschritten haben, wird es bei Schritt S158 entschieden, dass eine teilweise Überschwemmung aufgetreten ist, und es wird bei Schritt S159 ein Warnalarm ausgelöst.
Wenn es bei Schritt S154 bestimmt wird, dass der Regenschauer den spezifizierten Wert überschritten hat, wird es bei Schritt S160 bestimmt, ob sämtliche Fühlereinheiten 200 den Bezugswert überschritten haben oder nicht. Wenn es bestimmt wird, dass sämtliche Fühlereinheiten 200 den spezifizierten Wert überschritten haben, wird es bei Schritt S161 entschieden, dass es infolge eines Regenschauers bei Schritt S162 bestätigt wird, dass der Untergrundwasserstand über einen weiten Bereich einen Gefahrenwert erreicht hat, und es wird wegen der Möglichkeit, dass ein Erdrutsch großen Ausmaßes auftritt, bei Schritt S163 ein Notalarm ausgelöst. Wenn es bei Schritt S160 nicht bestimmt wird, dass sämtliche Fühlereinheiten 200 den spezifizierten Wert überschritten haben, wird es bei Schritt S164 entschieden, dass es infolge eines Regenschauers in Schritt S165 bestätigt wird, dass der Untergrundwasserstand in einem kleinen Bereich den Gefahrenwert erreicht hat, und es wird wegen der Möglichkeit, dass ein Erdrutsch kleinen Ausmaßes auftritt, bei Schritt S166 eine vorbeugende Warnung ausgelöst.
Wie oben beschrieben, ist eine Mehrzahl von aus nur den Wasserstandssensoren 208 bestehenden Fühlereinheiten 200 im Boden in geeigneten Intervallen eingegraben. Das Ausmaß eines Eindringens von Regenwasser im Boden wird durch Messen des Untergrundwasserstands bestimmt. Das bestimmte Eindringen wird auf der Basisstationsseite dem Datenverarbeitungs- und Beurteilungsprozess unterzogen. Dies macht es möglich, das Auftreten eines Sturzes und seine Größe vorherzusagen.
Bei der Fühlereinheit 200, die wie oben beschrieben konstruiert ist, kann ein Wasserstandssensor 208 auf dem zylindrischen Teil vorgesehen sein, der über dem Boden freiliegt, um die Menge an Regenwasser (oder den Wasserstand) an der Oberfläche des Bodens zu messen. Die Messdaten können dann zur Basisstation übertragen werden, die ein Urteil fällen kann, ob sich der Boden wegen eines lokalisierten heftigen Regens in einem gefährlichen Zustand befindet oder nicht. In diesem Fall wird ein Schirmabschnitt am oberen Teil des zylindrischen Teils zur Verfügung gestellt, um zu verhindern, dass der Wasserstandssensor 208 auf dem zylindrischen Teil, der über der Bodenoberfläche freiliegt, direkt vom Regen nass wird.
Im Datenverarbeitungsabschnitt auf der Basisstationsseite werden, nachdem die wie oben beschriebenen Prozesse durchgeführt worden sind, die Beurteilungsprozesse bei Schritt S100 bis Schritt S114 von 18 durchgeführt.
Wie oben beschrieben, kann, selbst wenn die Fühlereinheiten 200 aus nur Wasserstandssensoren bestehen, der Zustand des Bodens vorhergesagt werden.
[Vierte Ausführungsform]
Ein Beispiel für die Konfiguration einer Fühlereinheit 200, die in einer Bodenüberwachungsvorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird, wird erläutert.
23 stellt die Funktion einer Fühlereinheit 200 dar, die einen Kreiselsensor und einen Wasserstandssensors enthält. In 23 erzeugt jedes piezoelektrische Element des Kreiselsensors 202 eine Spannung entsprechend einer Beschleunigung α. Wenn der Kreiselsensor 202 die Spannungen eingibt, verstärkt ein Verstärker die Spannungssignale auf für einen Rechenprozess geeignete Signalpegel. Bei einem Abschnitt 171a wird aus den Spannungssignalen eine Beschleunigung berechnet. Als Nächstes wird bei einem Abschnitt S172a die Beschleunigung in der Richtung von jeder Achse gleichzeitig erfasst, und die Richtung und Größe der Verlagerung, die Triebkraft und die Stellung der Fühlereinheit 200 werden aus diesen Werten beurteilt. Bei einem Abschnitt S173a wird die durch die Drehung der Erde hervorgerufene Beschleunigung entfernt. Als Nächstes werden bei einem Abschnitt S174a die Verlagerung, Beschleunigung und Triebkraft korrigiert, und die resultierenden Datenelemente werden als Ausgabedaten Fa zum Rechenabschnitt 206 ausgegeben.
Weiter verstärkt ein Verstärker das Fühlsignal vom Wasserstandssensor 208 auf einen für einen Rechenprozess geeigneten Signalpegel. Bei einem Abschnitt S171b wird der elektrische Widerstand von jedem Sensor aus dem Wert bestimmt. Bei einem Abschnitt S172b wird es beurteilt, welcher Sensor sich als letzter in seinem elektrischen Widerstand geändert (verringert) hat oder aufgrund von Feuchtigkeit im Boden eine Leitung anzeigt. Bei einem Abschnitt 173b wird es bestimmt, dass die Position des Sensors, dessen elektrischer Widerstand sich als letzter geändert hat, den Wasserstand des eindringenden Wassers im Boden darstellt. Bei einem Abschnitt 174b wird der Wasserstand als Ausgabedaten Fc zum Rechenabschnitt 206 ausgegeben.
Die Ausgabedatenelemente Fa und Fc des Kreiselsensors 202 und Wasserstandssensors 208 werden zum Recheenabschnitt 206 eingegeben. Bei einem Abschnitt S175 wird das Datenelement vom Kreiselsensor 202 für eine spezifizierte Zeitspanne in einem Speicher gespeichert. Bei einem Abschnitt S176 wird der Beschleunigungswert des Kreiselsensors von dem Datenelement integriert, um den Winkel zu bestimmen. Bei einem Abschnitt S177 wird der Winkelwert im Speicher gespeichert.
Bei einem Abschnitt S178 werden die Daten vom Wasserstandssensor mit dem Kreiselsensor synchronisiert und in regelmäßigen Zeitintervallen im Speicher gespeichert. Bei einem Abschnitt S179 werden die im Speicher gespeicherten Daten elemente in regelmäßigen Zeitintervallen zum Übertragungsabschnitt übertragen.
Wenn Daten über die Verlagerung, Beschleunigung und Triebkraft hinsichtlich des Kreiselsensors 202 und Daten über den Wasserstand im Boden hinsichtlich des Wasserstandssensors 208 zur Basisstation übertragen sind, verarbeitet der Datenverarbeitungsabschnitt in der Basisstation die Fühldaten für jeden Messpunkt in Echtzeit, bestimmt die Datenelemente, die den Bezugsbeschleunigungswert überschritten haben, und die Datenelemente, die den Bezugswasserstand überschritten haben, oder die Datenelemente, die den Bezugswasserstand überschritten haben, und die oberirdischen Wasserstandsdaten. Der Beurteilungsabschnitt führt verschiedene Beurteilungen auf Grundlage der bei den Datenverarbeitungseinrichtungen verarbeiteten Datenelemente durch. Dann wird entsprechend der Ursache und Größe eines Erdrutsches ein geeigneter Alarm ausgelöst, oder es wird eine geeignete Mitteilung angezeigt, was ermöglicht, dass der Zustand des Bodens wirkungsvoll überwacht wird.
Wie oben beschrieben, kann, selbst wenn die Fühlereinheiten 200 jeweils aus dem Kreiselsensor 202 und den Wasserstandssensoren 208 bestehen, das Auftreten eines Erdrutsches und seine Größe vorhergesagt werden, ungeachtet der Orte der installierten Fühlereinheiten 200.
[Fünfte Ausführungsform]
Ein Beispiel für die Konfiguration einer Fühlereinheit 200, die in einer Bodenüberwachungsvorrichtung gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird, wird erläutert.
24 stellt die Funktion einer Fühlereinheit 200 dar, die einen Zweiachsenneigungsmesser und einen Wasserstandssensor enthält. In 24 verstärkt ein Verstärker das Messsignal vom Zweiachsenneigungsmesser 203 auf einen für einen Rechenprozess geeigneten Signalpegel. Bei einem Abschnitt S181a werden die Neigungswinkel der zwei sich unter rechtem Winkel kreuzenden Achsen und die Neigungsrichtung aus dem Messsignal bestimmt. Als Nächstes werden bei einem Abschnitt S182a der Neigungswinkel von jeder Achse und die Neigungsrichtung von jeder Achse als Ausgabedaten Fb zum Rechenabschnitt 206 ausgegeben.
Weiter verstärkt ein Verstärker das Fühlsignal vom Wasserstandssensor 208 auf einen für einen Rechenprozess geeigneten Signalpegel. Bei einem Abschnitt S181b wird der elektrische Widerstand von jedem Sensor aus dem Wert bestimmt. Als Nächstes wird bei einem Abschnitt S182b beurteilt, welcher Sensor sich als letzter in seinem elektrischen Widerstand geändert (verringert) hat oder aufgrund von Feuchtigkeit im Boden eine Leitung anzeigt. Bei einem Abschnitt S183b wird die Position des Sensors, dessen elektrischer Widerstand sich als letzter geändert hat, bestimmt, so dass er den Wasserstand des eindringenden Wassers im Boden darstellt. Als Nächstes wird bei einem Abschnitt S184b der Wasserstand als Ausgabedaten Fc zum Rechenabschnitt 206 ausgegeben.
Die Ausgabedatenelemente Fb und Fc des Neigungsmessers 203 und des Wasserstandssensors 28 werden zum Rechenabschnitt 206 eingegeben. Bei einem Abschnitt S185 werden die Datenelemente vom Neigungsmesser für eine spezifizierte Zeitspanne in einem Speicher gespeichert. Bei einem Abschnitt S186 werden die Daten vom Wasserstandssensor 208 mit den Daten vom Neigungsmesser synchronisiert und in regelmäßigen Zeitintervallen im Speicher gespeichert. Bei einem Abschnitt S187 werden die im Speicher gespeicherten Datenelemente in regelmäßigen Zeitintervallen zum Übertragungsabschnitt übertragen.
Wenn die Untergrundwasserstandsdaten vom Wasserstandssensor 208 zur Basisstation übertragen sind, verarbeitet der Datenverarbeitungsabschnitt in der Basisstation die Fühldaten für jeden Messpunkt in Echtzeit, bestimmt die Datenelemente, die den Bezugsbeschleunigungswert überschritten haben, und die Datenelemente, die den Bezugswasserstand überschritten haben, oder die Datenelemente, die den Bezugswasserstand überschritten haben, und die oberirdischen Wasserstandsdaten. Der Beurteilungsabschnitt führt verschiedene Beurteilungen auf Grundlage der bei den Datenverarbeitungseinrichtungen verarbeiteten Datenelemente durch. Dann wird entsprechend der Ursache und Größe eines Erdrutsches ein geeigneter Alarm ausgelöst, oder es wird eine geeignete Mitteilung angezeigt, was ermöglicht, dass der Zustand des Bodens wirkungsvoll überwacht wird.
Wie oben beschrieben, kann, selbst wenn die Fühlereinheiten 200 jeweils aus dem Kreiselsensor 202 und den Wasserstandssensoren 208 bestehen, das Auftreten eines Erdrutsches und seine Größe vorhergesagt werden, ungeachtet der Orte der installierten Fühlereinheiten 200.
In jeder der obigen Ausführungsformen kann der Datenbeurteilungsprozess bei dem Beurteilungsabschnitt auf der Basisstationsseite auf noch andere Weisen entsprechend einer Kombination des Kreiselsensors 202, Zweiachsenneigungsmessers 203 und Wasserstandssensors 208 in der Praxis durchgeführt werden.
Wie oben beschrieben, ist es mit der zweiten bis fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung möglich, eine Überwachungsvorrichtung bereitzustellen, die die Verlagerung des Bodens genau erfassen kann, ungeachtet der Orte der installierten Fühlereinheiten 200, und das Auftreten einer Katastrophe, wie z.B. ein Schlammrutsch im Boden, vorhersagen kann.
[Sechste Ausführungsform]
25 stellt ein Beispiel für die Konfiguration einer Fühlereinheit dar, die in einer Schneerutschüberwachungsvorrichtung gemäß einer siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
In 25 ist Bezugszeichen 400 eine Fühlereinheit. Die Fühlereinheit 400 weist ein zylindrisches Element 401 auf, das im Boden einzugraben ist. Das zylindrische Element 401 kann eingestellt werden, so dass es eine geeignete Länge entsprechend der Tiefe von auf dem Boden angehäuftem Schnee aufweist. Das Element 401 ist an einer geeigneten Position in der Nähe der Oberfläche des Bodens zweigeteilt, wobei die zwei Teile durch eine Federverbindung 401a als integrale Einheit verbunden sind.
Im zylindrischen Element 401 sind ein Festkörperkreiselsensor 402, der als ein Fühlerabschnitt dient, und ein Zweiachsenneigungsmesser 403 vorgesehen. Der Kreiselsensor 402 und der Neigungsmesser 403 sind auf einer Trägerplatte 404 montiert, die an der Oberfläche der Innenwand des zylindrischen Elements 401 befestigt ist. Im zylindrischen Element 401 sind weiter vorgesehen: eine Batterie 405, die als eine treibende Energieversorgung wirkt, ein Rechenabschnitt 406 zum Verstärken der Fühlsignale von dem Kreiselsensor 402 und Neigungsmesser 403 und Anstellen von Berechnungen und ein Übertragungsabschnitt 407 zur Übertragung des am Rechenabschnitt 406 verarbeiteten Fühlsignals. Jedes von der Batterie 405, dem Rechenabschnitt 406 und dem Übertragungsabschnitt 407 ist auf einer Trägerplatte 404 montiert, die an der Oberfläche der Innenwand des zylindrischen Elements 401 befestigt ist.
Weiter sind eine Mehrzahl von Thermometern 408 oberirdisch auf der Außenoberfläche des zylindrischen Elements 401 in der Achsenrichtung in geeigneten Intervallen vorgesehen.
Bezugszeichen 409 bezeichnet ein Deckelelement zum Schließen des oberen Öffnungsabschnitts des zylindrischen Elements 401. Auf der Oberseite des Deckelelements 409 ist eine Solarbatterie 410 vorgesehen, die als eine Aufladeenergieversorgung für die Batterie 405 wirkt. Weiter ist auf dem Deckelelement 409 eine Sendeantenne 411 vorgesehen, um das am Rechenabschnitt 406 verarbeitete Fühlsignal über Funk vom Übertragungsabschnitt 407 zu einer Basisstation (nicht dargestellt) zu übertragen.
Der Kreiselsensor 402 ist identisch mit dem Kreiselsensor 102 von 2A.
Der Zweiachsenneigungsmesser 403 misst die Neigungswinkel von zwei sich unter rechtem Winkel kreuzenden Achsen und führt das Messsignal dem Rechenabschnitt 406 zu.
Das Thermometer 408 erfasst eine Temperatur in einer Tiefe von angehäuftem Schnee und gibt die erfasste Temperatur zum Rechenabschnitt 406 ein.
Die Funktion von jedem des Kreiselsensors 402, Neigungsmessers 403, Thermometers 408 und Rechenabschnitts 406 wird durch Bezug auf die 26 und 27 erläutert.
Jedes piezoelektrische Element des Kreiselsensors 402 erzeugt eine Spannung entsprechend einer Beschleunigung α. Wenn der Kreiselsensor 402 die Spannungen eingibt, wie in 26 dargestellt, verstärkt ein Verstärker die Spannungssignale auf für einen Rechenprozess geeignete Signalpegel. Bei einem Abschnitt T31a wird aus den Spannungssignalen eine Beschleunigung berechnet. Als Nächstes wird bei einem Abschnitt T32a die Beschleunigung in der Richtung von jeder Achse gleichzeitig erfasst, und die Richtung und Größe der Verlagerung, die Triebkraft und die Stellung der Fühlereinheit 400 werden beurteilt. Bei einem Abschnitt T33a wird die durch die Drehung der Erde hervorgerufene Beschleunigung entfernt. Als Nächstes werden bei einem Abschnitt T34a die Verlagerung, Beschleunigung und Triebkraft korrigiert, und die resultierenden Datenelemente werden als Ausgabedaten Fa zum Rechenabschnitt 406 ausgegeben.
Weiter verstärkt ein Verstärker das Messsignal vom Zweiachsenneigungsmesser 403 auf einen für einen Rechenprozess geeigneten Signalpegel. Bei einem Abschnitt T31b werden die Neigungswinkel der zwei sich unter rechtem Winkel kreuzenden Achsen und die Neigungsrichtung aus dem Messsignal bestimmt. Als Nächstes werden bei einem Abschnitt T32b der Neigungswinkel von jeder Achse und die Neigungsrichtung von jeder Achse als Ausgabedaten Fb zum Rechenabschnitt 406 ausgegeben.
Außerdem verstärkt ein Verstärker das Fühlsignal vom Thermometer 408 auf einen für einen Rechenprozess geeigneten Signalpegel. Bei einem Abschnitt T31c wird die Temperatur in jeder Tiefe der angehäuften Schneeschicht aus dem Wert bestimmt. Als Nächstes wird es bei einem Abschnitt T32c beurteilt, um wie viel sich die Temperatur geändert hat (angestiegen ist), entsprechend der Tiefe der angehäuften Schneeschicht. Der Abschnitt T32c nimmt auch eine ähnliche Beurteilung über Boden vor. Bei einem Abschnitt T33c wird die Temperatur in der angehäuften Schneeschicht als Ausgabedaten Fc zum Rechenabschnitt 406 ausgegeben. Bei diesem Abschnitt T33c wird auch die oberirdische Temperatur ausgegeben.
Die Ausgabedatenelemente Fa, Fb und Fc des Kreiselsensors 402, Neigungsmessers 403 und Thermometers 408 werden zum Rechenabschnitt 406 eingegeben, wie in 27 dargestellt. Bei einem Abschnitt T41 wird das Datenelement vom Kreiselsensor 402 für eine spezifizierte Zeitspanne in einem Speicher gespeichert. Bei einem Abschnitt T42 wird der Beschleunigungswert des Kreiselsensors von dem Datenelement integriert, um den Winkel zu bestimmen.
Bei einem Abschnitt T43 wird der durch den Zweiachsenneigungsmesser bestimmte Winkelwert mit dem Winkelwert verglichen, der durch den Kreiselsensor bestimmt ist, und, wenn es einen Fehler gibt, wird der Winkelwert des Kreiselsensors korrigiert. Bei einem Abschnitt T44 wird der korrigierte Winkelwert des Kreiselsensors differenziert, um einen Beschleunigungswert zu gewinnen. Bei einem Abschnitt T45 wird der Beschleunigungswert sequenziell im Speicher gespeichert. Ähnlich werden bei einem Abschnitt T46 andere Datenelemente, die die Verlagerung des Kreiselsensors, die Triebkraft und die Position umfassen, im Speicher gespeichert.
Bei einem Abschnitt T47 werden die Daten vom Zweiachsenneigungsmesser 403 mit dem Kreiselsensor 402 synchronisiert und in regelmäßigen Zeitintervallen im Speicher gespeichert. Bei einem Abschnitt T48 werden die Daten vom Thermometer 408 mit dem Kreiselsensor 402 synchronisiert und in regelmäßigen Zeitintervallen im Speicher gespeichert. Bei einem Abschnitt T49 werden die im Speicher gespeicherten Datenelemente in regelmäßigen Zeitintervallen zum Übertragungsabschnitt 407 übertragen.
28 ist ein Blockdiagramm eines Systems zur Übertragung von Daten über die Verlagerung, Beschleunigung und Triebkraft hinsichtlich des Kreiselsensors 402, Daten über den Neigungswinkel und -richtung hinsichtlich des Neigungsmessers 403 und Temperaturdaten über die angehäufte Schneeschicht hinsichtlich des Thermometers 408 zur Basisstation und Überwachen des Auftretens eines Schneerutsches und seiner Größe.
In 28 besteht jede Fühlereinheitseite aus dem Kreiselsensor 402, Zweiachsenneigungsmesser 403, Thermometer 408, Rechenabschnitt 406 und Übertragungsabschnitt 407. Die Basisstationsseite besteht aus einem Empfangsabschnitt 412, einem Datenverarbeitungsabschnitt 413 und einem Beurteilungsabschnitt 414.
Die Funktion des Datenverarbeitungsabschnitts 413 auf der Basisstationsseite wird durch Bezug auf 29 beschrieben.
Im Datenverarbeitungsabschnitt 413 von 29 werden bei einem Abschnitt T61 Daten über die Verlagerung, Beschleunigung und Triebkraft für jeden Punkt auf Grundlage des Messsignals vom Kreiselsensor 402 nach der Zeit organisiert. Als Nächstes wird bei einem Abschnitt T62 die Richtung einer auf jeden Punkt ausgeübten Kraft berechnet. Bei einem Abschnitt T63 wird eine Vergleichsberechnung mit einem Bezugsbeschleunigungswert pro Zeiteinheit angestellt. Als Nächstes werden bei einem Abschnitt T64 die Datenelemente, die größer als der Bezugsbeschleunigungswert sind, organisiert und im Speicher gespeichert. Bei einem Abschnitt T65 wird ein Neigungswinkel aus der Richtung, in der die Kraft ausgeübt worden ist, und dem Beschleunigungswert auf Grundlage der Datenelemente, die größer als der Bezugsbeschleunigungswert sind, berechnet.
Weiter werden bei einem Abschnitt T66 die Datenelemente über Neigungswinkel und -richtung für jeden Punkt auf Grundlage des Messsignals vom Zweiachsenneigungsmesser 403 nach der Zeit organisiert. Als Nächstes wird bei einem Abschnitt T67 eine Vergleichsberechnung mit einem Bezugsneigungswinkelwert pro Zeiteinheit angestellt. Bei einem Abschnitt T68 werden die Datenelemente, die größer als der Bezugsneigungswinkel sind, organisiert und im Speicher gespeichert.
Weiter werden bei einem Abschnitt T69 die Temperaturdatenelemente für jeden Punkt auf Grundlage des Messsignals vom Thermometer 408 nach der Zeit organisiert. Als Nächstes wird bei einem Abschnitt T70 eine Vergleichsberechnung mit der Bezugstemperatur angestellt. Bei einem Abschnitt T71 werden die Datenelemente, die größer als die Bezugstemperatur sind, organisiert und im Speicher gespeichert.
Der Beurteilungsabschnitt 414 führt auf Grundlage der durch den Datenverarbeitungsabschnitt 413 verarbeiteten Daten verschiedene Beurteilungsprozesse durch, die später in Einzelheit erläutert werden, und löst den Alarm aus oder zeigt eine geeignete Mitteilung an, entsprechend der Ursache und Größe eines Schneerutsches.
Der Betrieb der Schneerutschüberwachungsvorrichtung, die wie oben beschrieben konstruiert ist, wird erläutert.
Wie in 30 dargestellt, sind eine Mehrzahl von Fühlereinheiten 400 im Boden eines Berggebiets platziert, wo mit einem Schneerutsch gerechnet werden muss. Genauer gesagt, werden die Fühlereinheiten 400 (Nr. 1 bis Nr. 5) entlang einem Hang in einer Schneerutschgefahrenzone in geeigneten Intervallen platziert. Sie werden, wie in 31 dargestellt, eingegraben. Dadurch dass der Teil eingegraben ist, der tiefer als die Federverbindung 401a von jeder Fühlereinheit 400 angeordnet ist, würden die Fühlereinheiten 400 selbst nicht fortgetragen werden, sogar wenn der Schneerutsch auftritt.
In jeder auf diese Weise eingegrabenen Fühlereinheit 400 werden die Signale von dem Kreiselsensor 402, dem Neigungsmesser 403 und der Temperatur 408 an jedem Messpunkt in einem Gebiet von angehäuftem Schnee den Prozessen unterzogen, wie in 26 dargestellt. Die resultierenden Signale werden durch den Rechenabschnitt 406 aufgenommen. Der Rechenabschnitt 406 stellt dann die Berechnungen an, wie in 27 dargestellt. Der Übertragungsabschnitt 407 überträgt den korrigierten Beschleunigungswert, die Daten vom Neigungsmesser 403 und die Daten von der Temperatur 408 über die Sendeantenne 411 zu einer Basisstation.
In der Basisstation verarbeitet, wenn der Empfangsabschnitt 412 die Daten empfängt, die von jeder Fühlereinheit 400 in 28 übertragen werden, der in 29 dargestellte Datenverarbeitungsabschnitt 413 die Daten und organisiert jedes von den Datenelementen, die größer als der Bezugsbeschleunigungswert sind, den Datenelementen, die größer als der Bezugsneigungswinkel sind, den Datenelementen, die größer als die Bezugstemperatur sind, und Daten über die Bodentemperatur. Die organisierten Datenelemente werden durch den Beurteilungsabschnitt 414 aufgenommen.
Die verschiedenen Beurteilungsprozesse, die durch den Beurteilungsabschnitt 414 ausgeführt werden, werden durch Bezug auf die 32 bis 35 in Einzelheit beschrieben.
Wie in 32 dargestellt, werden die Richtung, in der die Kraft ausgeübt worden ist, und der Neigungswinkel des Kreiselsensors 402 bei Schritt T91 mit der Richtung und dem Neigungswinkel, die durch den Neigungsmesser 403 bestimmt sind, auf Grundlage der Datenelemente vom Kreiselsensor 402, die größer als der Bezugsbeschleunigungswert sind, verglichen, und es wird in Schritt T92 bestimmt, ob die Daten vom Kreiselsensor 402 mit den Daten vom Neigungsmesser 403 fast übereinstimmen oder nicht. Wenn es in Schritt T92 bestimmt wird, dass die Daten vom Kreiselsensor 402 mit den Daten vom Neigungsmesser 403 fast übereinstimmen, wird es in Schritt T93 bestimmt, ob die Temperatur in der angehäuften Schneeschicht, die durch die Temperatur 408 gemessen ist, den Bezugswert überschritten hat oder nicht.
Wenn es nicht bestimmt wird, dass die Daten über die angehäufte Schneeschicht von dem Thermometer 408 den Bezugswert überschritten haben, wird es bei Schritt T94 entschieden, dass eine Abnormität (wie z.B. eine Oberflächenlawine) auf dem Boden aufgetreten ist, und es wird bei Schritt T95 bestimmt, ob sämtliche Fühlereinheiten 400 den Bezugswert überschritten haben oder nicht.
Wenn es bei Schritt T95 bestimmt wird, dass sämtliche Fühlereinheiten 400 den Bezugswert überschritten haben, wird es bei Schritt T96 entschieden, dass eine Oberflächenlawine großen Ausmaßes stattgefunden hat, und es wird bei Schritt T97 ein Notalarm ausgelöst. Wenn es bei Schritt T95 nicht bestimmt wird, dass sämtliche Fühlereinheiten 400 den Bezugswert überschritten haben, wird es bei Schritt T98 entschieden, dass eine Oberflächenlawine kleinen Ausmaßes stattgefunden hat, und es wird bei Schritt T99 ein Warnalarm ausgelöst.
Wenn es bei Schritt T93 bestimmt wird, dass die Temperaturdaten vom Thermometer 408 den Bezugswert überschritten haben, reicht der Beurteilungsabschnitt eine Steuerung zu einem Beurteilungsprozess weiter, wie in 33 dargestellt. Wie in 33 dargestellt, wird es bei Schritt T100 bestimmt, ob die Bodentemperaturdaten den Bezugswert überschritten haben oder nicht.
Wenn es bei Schritt T100 nicht bestimmt wird, dass die Bodentemperaturdaten den Bezugswert überschritten haben, wird es bei Schritt T101 entschieden, dass eine Abnormität in der angehäuften Schneeschicht aufgetreten ist, und es wird bei Schritt T102 bestimmt, ob sämtliche Fühlereinheiten 400 den Bezugswert überschritten haben oder nicht. Wenn es bei Schritt T102 bestimmt wird, dass sämtliche Fühlereinheiten 400 den Bezugswert überschritten haben, wird es bei Schritt T103 entschieden, dass ein Schneerutsch großen Ausmaßes stattgefunden hat, und es wird bei Schritt T104 ein Notalarm ausgelöst. Wenn es nicht der Fall ist, dass sämtliche Fühlereinheiten 400 den Bezugswert überschritten haben, wird es bei Schritt T105 entschieden, dass in oberen oder unteren Gebieten ein Schneerutsch kleinen Ausmaßes stattgefunden hat, und es wird bei Schritt T106 ein Warnalarm ausgelöst, und es wird bei Schritt T107 ein Schneerutschgebiet angezeigt.
Wenn es bei Schritt T100 bestimmt wird, dass die Bodentemperaturdaten den Bezugswert überschritten haben, wird es bei Schritt T108 entschieden, dass eine in tiefe Schichten reichende Lawine aufgrund eines Temperaturanstiegs aufgetreten ist, und es wird in Schritt T109 bestimmt, ob sämtliche Fühlereinheiten 400 den Bezugswert überschritten haben oder nicht. Wenn es bei Schritt T109 bestimmt wird, dass sämtliche Fühlereinheiten 400 den Bezugswert überschritten haben, wird es bei Schritt T110 entschieden, dass eine in tiefe Schichten reichende Lawine großen Ausmaßes aufgetreten ist, und es wird bei Schritt T111 ein Notalarm ausgelöst. Wenn es bei Schritt T109 nicht bestimmt wird, dass sämtliche Fühlereinheiten 400 den Bezugswert überschritten haben, wird es bei Schritt T112 entschieden, dass in oberen oder unteren Gebieten eine Lawine mittleren Ausmaßes stattgefunden hat, und es wird bei Schritt T113 ein Warnalarm ausgelöst, und es wird bei Schritt T114 ein Schneerutschgebiet angezeigt.
Wenn es bei Schritt T92 von 34 nicht bestimmt wird, dass die Daten vom Kreiselsensor 402 mit den Daten vom Neigungsmesser 403 übereinstimmen, reicht der Beurteilungsabschnitt eine Steuerung zu einem Beurteilungsprozess weiter, wie in 34 dargestellt.
In 34 wird es bei Schritt T115 bestimmt, ob die Daten vom Kreiselsensor 402 den Bezugswert überschritten haben und die Daten vom Neigungsmesser 403 kleiner als der Bezugswert sind oder nicht. Wenn die Daten nicht kleiner als der Bezugswert sind, wird es bei T116 bestimmt, ob die Daten vom Thermometer 408 den Bezugswert überschritten haben oder nicht. Wenn sie den Bezugswert nicht überschritten haben, dann wird die Steuerung zu Schritt T117 weitergereicht, bei dem die Messung fortgesetzt wird. Wenn sie den Bezugswert überschritten haben, werden sie bei Schritt T118 als zu überwachende Daten im Speicher eingegeben und gespeichert.
Wenn es bei Schritt T115 bestimmt wird, dass die Daten vom Kreiselsensor 402 den Bezugswert überschritten haben und die Daten vom Neigungsmesser 403 kleiner als der Bezugswert sind, wird es bei Schritt T119 bestimmt, ob der Beschleunigungswert des Kreiselsensors 402 den Bezugswert überschritten hat oder nicht. Wenn er den Bezugswert nicht überschritten hat, wird es bei Schritt T120 bestimmt, ob es der Fall ist, dass die Temperaturdaten über die angehäufte Schneeschicht vom Thermometer 408 den Bezugswert überschritten haben oder nicht. Wenn sie den Bezugswert nicht überschritten haben, wird es bei Schritt T121 entschieden, dass mit einem Schneerutsch kaum gerechnet werden muss, und die zu überwachenden Daten werden bei Schritt T122 im Speicher eingegeben und gespeichert. Wenn es bei Schritt T120 bestimmt wird, dass die Temperaturdaten über die angehäufte Schneeschicht vom Thermometer 408 den Bezugswert überschritten haben, wird es bei Schritt T123 bestätigt, dass mit einem Schneerutsch gerechnet werden muss, und es wird bei Schritt T124 ein Warnalarm ausgelöst.
Wenn es bei Schritt T119 bestimmt wird, dass der Beschleunigungswert vom Kreiselsensor 402 den Bezugswert überschritten hat, reicht der Beurteilungsabschnitt eine Steuerung zu einem Beurteilungsprozess weiter, wie in 35 dargestellt.
In 35 wird bei Schritt T125 bestimmt, ob der Impulswert vom Kreiselsensor 402 den Bezugswert überschritten hat oder nicht. Wenn er den Bezugswert nicht überschritten hat, wird es bei Schritt T126 bestimmt, ob die Neigungsrichtung des Neigungsmessers 403 mit der Kraftrichtung des Kreiselsensors 402 übereinstimmt oder nicht. Wenn sie nicht übereinstimmen, wird es bei Schritt T127 entschieden, dass mit dem Sensor etwas nicht stimmt.
Wenn es bei T126 bestimmt wird, dass die Neigungsrichtung des Neigungsmessers 403 mit der Kraftrichtung des Kreiselsensors 402 übereinstimmt, wird es bei Schritt T128 bestimmt, ob sämtliche Fühlereinheiten 400 den Bezugswert überschritten haben oder nicht.
Wenn es bei Schritt T128 bestimmt wird, dass sämtliche Fühlereinheiten 400 den Bezugswert überschritten haben, wird es bei Schritt T129 bestätigt, dass sich die gesamte angehäufte Schneeschicht in den tiefen Schichten oder einem weiten Bereich bewegt hat, und es wird bei Schritt T130 entschieden, dass ein Schneerutsch in den tiefen Schichten oder einem weiten Bereich aufgetreten ist, und es wird bei Schritt T131 ein Warnalarm ausgelöst.
Wenn es bei Schritt T128 nicht bestimmt wird, dass sämtliche Fühlereinheiten 400 den Bezugswert überschritten haben, wird es bei Schritt T132 entschieden, dass in oberen oder unteren Gebieten ein Schneerutsch mittleren Ausmaßes stattgefunden hat, und es wird bei Schritt T133 ein vorbeugender Warnalarm ausgelöst.
Weiter, wenn es bei Schritt T125 bestimmt wird, dass der Impulswert vom Kreiselsensor 402 den Bezugswert überschritten hat, wird es bei Schritt T134 bestimmt, ob die Anzahl von aufeinanderfolgenden Impulsen drei oder mehr ist oder nicht. Wenn es bestimmt wird, dass die Anzahl von aufeinanderfolgenden Impulsen drei oder mehr ist, wird es bei Schritt T135 entschieden, dass Steine heruntergefallen sind. Wenn es nicht bestimmt wird, dass die Anzahl von aufeinanderfolgenden Impulsen drei oder mehr ist, wird es bei Schritt T136 entschieden, dass ein Tier oder dergleichen die Fühlereinheit 400 berührt hat.
Wie oben beschrieben, umfasst in der sechsten Ausführungsform eine Fühlereinheit 400 den Kreiselsensor 402 zum Erfassen der Verlagerung, Beschleunigung und Triebkraft, den Zweiachsenneigungsmesser 403 zum Erfassen der Neigungswinkel von zwei sich unter rechtem Winkel kreuzenden Achsen und der Neigungsrichtung, das Thermometer 408 zum Erfassen einer Temperatur in der angehäuften Schneeschicht und einer oberirdischen Temperatur, den Rechenabschnitt 406 zum Berechnen des Winkelwerts des Kreiselsensors 402 auf Grundlage des Beschleu nigungswerts, der entsprechend dem Winkelwert des Neigungsmessers 403 korrigiert ist, der Daten vom Neigungsmesser 403 und der Temperaturdaten und die Batterie 405, die die Solarbatterie 410 als eine treibende Energieversorgung verwendet. Fühlereinheiten von diesem Typ werden in einem Hang in einem Schneeberggebiet eingegraben. Jedes der durch die Fühlereinheiten 400 erfassten Datenelemente wird zu einer Basisstation übertragen. In der Basisstation verarbeitet der Datenverarbeitungsabschnitt 413 die empfangenen Daten in Echtzeit. Für die Datenelemente, die den Bezugsbeschleunigungswert für jeden Messpunkt überschritten haben, bestimmt der Verarbeitungsabschnitt 413 einen Neigungswinkel aus der Richtung, in der die Kraft ausgeübt worden ist, und den Beschleunigungswert. Er bestimmt auch die Datenelemente, die den Bezugsneigungswinkel überschritten haben, und die Datenelemente, die die Bezugstemperatur überschritten haben. Auf Grundlage der am Datenverarbeitungsabschnitt 413 verarbeiteten Datenelemente führt der Beurteilungsabschnitt 414 verschiedene Beurteilungsprozesse aus. Dies ermöglicht, dass das Auftreten eines Schneerutsches überwacht wird, indem ein geeigneter Alarm ausgelöst wird oder eine geeignete Mitteilung angezeigt wird, entsprechend der Ursache und Größe eines Schneerutsches.
Folglich kann die Verlagerung einer angehäuften Schneeschicht genau erfasst werden, ungeachtet der Orte der installierten Fühlereinheiten 400, und kann das Auftreten einer Katastrophe aufgrund eines Schneerutsches vorhergesagt werden.
In der sechsten Ausführungsform weist jede Fühlereinheit 400 das zylindrischer Element 401 zweigeteilt auf. Die zwei Teile sind mit der Federverbindung 401a als integrale Einheit verbunden. Die Fühlereinheiten 400 sind im voraus auf eine solche Weise im Boden eingegraben, dass ihre Federverbindungen oberirdisch lokalisiert sind, wie in 36A dargestellt. Wenn die Bewegung der angehäuften Schneeschicht eine Last auf das zylindrische Element 401 beaufschlagt, wirkt eine Biegekraft auf die Federverbindung 401a, die sich deshalb unter dem Druck biegt, wie in 36B dargestellt. Selbst in dieser Situation kehrt nach Schmelzen der angehäuften Schneeschicht die Federerbindung durch die Kraft einer Rückfederung der Figur oder Elastizität in ihren ursprünglichen Zustand zurück, wie in 36C dargestellt.
Deshalb ist es, selbst wenn sich die Fühlereinheit 400 unter dem Gewicht von Schnee gebogen hat, für Wartungspersonal nicht notwendig, sie nach Schmelzen des Schnees zu reparieren oder zu ersetzen. Demgemäß benötigen anders als das herkömmliche Gegenstück die Fühlereinheiten 400 der siebten Ausführungsform fast keine Wartung.
Selbst wenn ein Schneerutsch aufgetreten ist, verhindert der Dämpfer des Federverbindungsabschnitts, dass die Fühlereinheiten 400 durch den Schnee mitgerissen werden.
Weiter, weil jede Fühlereinheit 400 mit einer Solarbatterie als eine treibende Energieversorgung versehen ist, verbraucht sie weniger Energie, weist sie eine unendliche Betriebslebensdauer auf und erfordert sie fast keine Wartung.
[Siebte Ausführungsform]
Ein Beispiel für die Konfiguration einer Fühlereinheit 400, die in einer Schneerutschüberwachungsvorrichtung gemäß einer siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird, wird erläutert.
Die 37 und 38 stellen die Funktion einer Fühlereinheit 400, die einen Kreiselsensor und ein Thermometer enthält, dar. In 37 erzeugt jedes piezoelektrische Element des Kreiselsensors 402 eine Spannung entsprechend einer Beschleunigung α. Wenn der Kreiselsensor 402 die Spannungen eingibt, verstärkt ein Verstärker die Spannungssignale auf für einen Rechenprozess geeignete Signalpegel. Bei einem Abschnitt T141a wird aus den Spannungssignalen eine Beschleunigung berechnet. Als Nächstes werden bei einem Abschnitt T142a die Beschleunigung in der Richtung von jeder Achse, die gleichzeitig erfasst werden, und die Richtung und Größe der Verlagerung, die Triebkraft und die Stellung der Fühlereinheit 400 beurteilt. Bei einem Abschnitt T143a wird die durch die Drehung der Erde hervorgerufene Beschleunigung beurteilt. Als Nächstes werden bei einem Abschnitt T144a die Verlagerung, Beschleunigung und Triebkraft korrigiert, und die resultierenden Datenelemente werden als Ausgabedaten Fa zum Rechenabschnitt 406 ausgegeben.
Weiter verstärkt ein Verstärker das Temperaturfühlsignal vom Thermometer 408 auf einen für einen Rechenprozess geeigneten Signalpegel. Bei einem Abschnitt T141b wird die Temperatur in jeder Tiefe der angehäuften Schneeschicht aus dem Wert bestimmt. Als Nächstes wird es bei einem Abschnitt T142b beurteilt, um wie viel sich die Temperatur in der angehäuften Schneeschicht geändert (erhöht) hat. Bei diesem Abschnitt T142b wird auch eine ähnliche Beurteilung einer oberirdischen Temperatur vorgenommen. Bei einem Abschnitt T143b werden die Temperatur in der angehäuften Schneeschicht und diejenige über Boden als Ausgabedaten Fc zum Rechenabschnitt 406 ausgegeben.
Die Ausgabedatenelemente Fa und Fc des Kreiselsensors 402 und Thermometers 408 werden zum Rechenabschnitt 406 eingegeben. Im Rechenabschnitt 406 von 38, bei einem Abschnitt T151, wird das Datenelement vom Kreiselsensor 402 für eine spezifizierte Zeitspanne in einem Speicher gespeichert. Als Nächstes wird bei einem Abschnitt T152 der Beschleunigungswert des Kreiselsensors von dem Datenelement integriert, um den Winkel zu bestimmen. Bei einem Abschnitt T153 wird der berechnete Winkelwert im Speicher gespeichert, wie er den Beschleunigungswert gespeichert hat.
Bei einem Abschnitt T154 werden die Daten vom Thermometer mit dem Kreiselsensor synchronisiert und in regelmäßigen Zeitintervallen im Speicher gespeichert. Als Nächstes werden bei einem Abschnitt T155 die im Speicher gespeicherten Datenelemente in regelmäßigen Zeitintervallen zum Übertragungsabschnitt übertragen.
Wenn Daten über die Verlagerung, Beschleunigung und Triebkraft, die durch jeden Kreiselsensor 402 erfasst sind, und Daten über die Temperatur in jeder Tiefe in der angehäuften Schneeschicht, die durch das Thermometer 408 erfasst sind, zu der Basisstation übertragen sind, verarbeitet der Datenverarbeitungsabschnitt in der Basisstation die Fühldaten für jeden Messpunkt in Echtzeit, gewinnt die Datenelemente, die den Bezugsbeschleunigungswert überschritten haben, die Datenelemente, die die Bezugstemperatur überschritten haben, oder die Datenelemente, die die Bezugstemperatur überschritten haben, und Daten über die oberirdische Temperatur. Der Beurteilungsabschnitt führt verschiedene Beurteilungen auf Grundlage der bei den Datenverarbeitungseinrichtungen verarbeiteten Datenelemente durch. Dann wird entsprechend der Ursache und Größe eines Schneerutsches ein geeigneter Alarm ausgelöst, oder es wird eine geeignete Mitteilung angezeigt, was ermöglicht, dass der Zustand des Bodens wirkungsvoll überwacht wird.
Wie oben beschrieben, kann, selbst wenn die Fühlereinheiten 400 jeweils aus einem Kreiselsensor 402 und Thermometer 408 bestehen, das Auftreten eines Schneerutsches und seine Größe vorhergesagt werden, ungeachtet der Orte der installierten Fühlereinheiten 400.
Wie oben beschrieben, ist es mit der sechsten und siebten Ausführungsform der Erfindung möglich, eine Schneerutschüberwachungsvorrichtung bereitzustellen, die nicht nur den Ort, wo ein Schneerutsch aufgetreten ist, und seine Größe bestimmen kann, sondern die Fühlereinheiten 400 nach Schmelzen des Schnees auch automatisch in ihre ursprüngliche Position rückstellen kann, selbst wenn die Fühlereinheiten 400 unter dem Gewicht von Schnee oder durch die Bewegung von Schnee gebogen worden sind.

Claims

Bodenüberwachungssystem, umfassend mindestens eine Bodenverlagerungsfühlereinheit (100; 200), die an einem Punkt eines Bodens, der zu überwachen ist, anzuordnen ist, wobei die Bodenverlagerungsfühlereinheit umfasst: einen Fühlerabschnitt (102; 202, 203, 208), umfassend eine Einrichtung zum Erfassen einer Beschleunigung, wenn eine äußere Kraft aufgrund einer Bodenverlagerung ausgeübt wird; und einen Übertragungsabschnitt (108; 211, 207) zum Übertragen eines Datums nach außerhalb der Bodenverlagerungsfühlereinheit; eine Datenverarbeitungseinrichtung (110; 213), die in einer Station vorgesehen ist, die die von der Bodenverlagerungsfühlereinheit übertragenen Daten empfängt, um die empfangenen Daten in Echtzeit zu verarbeiten und die empfangenen Daten mit Bezugsdaten zu vergleichen; und eine Bestimmungseinrichtung (214), die in der Station vorgesehen ist, um einen Bodenzustand des Bodenpunkts, der zu überwachen ist, auf der Grundlage eines in der Datenverarbeitungseinrichtung erhaltenen Vergleichsergebnisses zu bestimmen, dadurch gekennzeichnet, dass die Bodenverlagerungsfühlereinheit (100; 200), die an einem Punkt eines Bodens, der zu überwachen ist, anzuordnen ist, einen Rechenabschnitt (105, 206) umfasst, der Berechnungen auf Grundlage eines von der Fühlerstation erhaltenen Ergebnisses ausführt, wobei der Rechenabschnitt umfasst: eine Einrichtung (105b), die die Beschleunigung auf der Grundlage des von der Fühlereinheit erhalten Ergebnisses berechnet, und eine Einrichtung (105c), die mindestens einen Wert einer Richtung, einer Größe, einer Triebkraft der Bodenverlagerung und einer Stellung der Bodenverlagerungsfühlereinheit oder eine Kombination von mindestens zwei Werten davon auf der Grundlage des Ergebnisses der Beschleunigungsberechnung bestimmt.
Bodenüberwachungssystem nach Anspruch 1, bei dem die Datenverarbeitungseinrichtung umfasst: eine Einrichtung (110c), die Bodenbewegungen am Punkt, der zu überwachen ist, mittelt, und eine Einrichtung, die bestimmt, ob ein gemitteltes Ergebnis einen Bezugswert überschreitet oder nicht.
Bodenüberwachungssystem nach Anspruch 1, bei dem die Datenverarbeitungseinrichtung umfasst: eine Einrichtung (110e), die Größe und Richtung einer Bodenverlagerung auf der Grundlage einer Bewegung am Punkt eines Bodens, der zu überwachen ist, gewinnt, eine Einrichtung (110f), die einen Vektorprozess auf der Grundlage der gewonnenen Größe und Richtung ausführt, und eine Einrichtung (110g), die ein Signal zum Anzeigen von Linien gleicher Bewegung auf der Grundlage eines von dem Vektorprozess erhaltenen Vektors ausgibt.
Bodenüberwachungssystem nach Anspruch 3, bei dem die Datenverarbeitungseinrichtung eine Einrichtung (110h) umfasst, die einen Kartierungsprozess auf der Grundlage der Linien gleicher Bewegung und der gewonnenen Größe und Richtung einer Bodenverlagerung ausführt.
Bodenüberwachungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem der Fühlerabschnitt eine Einrichtung (203) umfasst, die Neigungswinkel von zwei Achsen, die sich unter rechtem Winkel kreuzen, gewinnt.
Bodenüberwachungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem der Fühlerabschnitt eine Einrichtung (S33a) umfasst, die eine durch Erddrehung hervorgerufene Beschleunigung von der erfassten Beschleunigung entfernt.
Bodenüberwachungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem die Bodenverlagerungsfühlereinheit (100; 200) weiter eine Mehrzahl von Wassersensoren (208) umfasst, die in einer Längsrichtung eines im Boden vergrabenen Teils der Bodenverlagerungsfühlereinheit in vorbestimmten Intervallen angeordnet sind, und wobei jeder der Mehrzahl von Wassersensoren ein Vorhandensein von Wasser in einer Form eines elektrischen Signals erfassen kann, wobei der Rechenabschnitt (105, 206) eine Einrichtung umfasst, die einen unterirdischen Wasserstand auf der Grundlage der elektrischen Signale von der Mehrzahl von Wassersensoren erhält.