JP2001041782A - 地盤監視システム及びその検出器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】ジャイロセンサの累積誤差を補正して地盤の変
位を長期間に亘って高精度に検出することにある。 【解決手段】地盤の変位による衝撃的加速度を検出する
ジャイロセンサ２、直交する２軸の傾き角と傾き方向を
検出する２軸の加速度計３、土中の水位を検出する水位
計８、ＧＰＳ基準局から発信される電波を受信して現在
位置の経度、緯度を算出するＧＰＳ受信機１２及びこれ
らジャイロセンサ２により検出された加速度値、加速度
計３により検出された傾き角と傾き方向、水位計８によ
り検出された水位データ、ＧＰＳ受信機１２で求められ
た座標データをそれぞれ入力して演算処理し、座標デー
タに基いてジャイロセンサ２の誤差を補正する補正機能
を有する演算部６を備えた複数の検出器を観測範囲とな
る地中に埋設し、この検出器より各データを基地局に伝
送し、判定部１４で各種の判定処理を実施する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は地盤における土砂崩
れ等の災害の発生を事前に予知可能な地盤監視システム
及びその検出器に関する。

【０００２】

【従来の技術】大雨などによる地盤の緩みにより発生す
る土砂崩れなどの災害発生を事前に予知可能な地盤監視
システムの開発が急務となっている。

【０００３】従来、地盤の緩みなどを検出する手段とし
ては、地上にワイヤーを張設しておき、該ワイヤーが地
盤の変動で切断されたことをもって検知するようにした
ものがある。しかし、この方式は広範囲に亘ってワイヤ
ーを張設しなければならないため、多くの手間と時間が
かかるばかりでなく、地盤の変位場所や変位方向を特定
することが難しく、しかもその変位度合を予測できない
という問題がある。

【０００４】そこで、最近では種々の測定計を用いた地
盤検出器が開発され、その一例として重りをスプリング
を介して水平にケースに支持するようにしたサーボ加速
度計やパイプ歪計を用いて地盤の変位や地すべり面の深
さ及びすべり量を推定するようにしたものがある。

【０００５】上記サーボ加速度計による地盤検出器は、
地中に設けられたボーリング孔にパイプを埋設すると共
に、このパイプ内にサーボ加速度計を巻上げ可能に多段
的に挿入し、これらサーボ加速度計の巻上げを行いなが
らスプリングの変位により傾斜角を連続的に自動計測す
るようにしたもので、側方変位を測定することで地盤や
連続地中壁の変位、つまり地すべりなどの計測が可能で
ある。

【０００６】また、パイプ歪計による地盤検出器は、地
中に設けられたボーリング孔に適宜の部位にひずみゲー
ジを貼付けた多数の塩化ビニールパイプを中間パイプで
継ぎ足しながら垂直に順次挿入し、その周囲に砂を充填
して固定するようにしたもので、深度毎に各塩化ビニー
ルパイプを検出器として順次切換えて曲げひずみ量を計
測することで、その量からすべりの大きさと深さが推定
可能である。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、これらサーボ
加速度計やパイプ歪計を用いた地盤検出器においては、
地盤の側方変位や曲げひずみ量の計測は可能であるが、
埋設された個々の地盤検出器自身の位置が検出できない
ため、地盤全体が変位したような場合には検出すること
ができない。

【０００８】そこで、本発明者等は地盤の変位により外
力が加わるとその大きさ及び方向と検出部自身の傾きか
ら衝撃的加速度を検出するジャイロ式の検出器を用い
て、その検出データから地盤全体に変位がある場合でも
的確に検出可能な地盤監視装置を発明して先に出願して
いる。

【０００９】しかし、このジャイロ式の検出器を用いて
も、絶対角度や加速度の検出に際して検出精度に伴う誤
差が生じると、その誤差が時間の経過と共に累積され、
本来地盤が変位していないにもかかわらず、あたかも地
盤が変位しているかのような検出信号を送出してしま
い、地盤変位の検出精度に問題がある。

【００１０】本発明は上記のような事情に鑑みなされた
もので、地盤の変位を検出精度に左右されずに的確に検
出でき、且つ地盤における土砂崩れ等の災害の発生を事
前に予知することができる地盤監視システム及びその検
出器を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は上記の目的を達
成するため、次のような手段により地盤監視システム及
びその検出器を構成する。

【００１２】請求項１に対応する発明は、地盤の監視地
点となる地中に埋設されまたは監視範囲となる地中に適
宜の距離を存して複数個埋設される検出器と、この検出
器で得られた地盤変位データを基に地盤を監視する監視
装置とからなる地盤監視システムにおいて、検出器に
は、地盤の変位により外力が加わると、その大きさ及び
方向と検出器自身の傾きから加速度を検出するジャイロ
センサと、直交する２軸又は３軸の加速度を検出する加
速度計と、複数の人工衛生から発せられる電波を受信
し、地上における現在の緯度、経度を計算し、この緯
度、経度の座標データを出力するＧＰＳ受信機と、前記
ジャイロセンサにより検出された加速度値と、前記加速
度計により検出された２軸又は３軸の加速度と、前記Ｇ
ＰＳ受信機で求められた座標データをそれぞれ入力して
演算処理し、前記座標データに基いて前記ジャイロセン
サ及び加速度計の誤差を補正する補正機能を有する演算
部と、前記演算部にて求められたデータを伝送する伝送
手段を備え、監視装置には、前記検出器からのデータを
受信する受信部と、前記受信データより、地盤の変位と
その規模を判定して地盤の状態を監視する判定手段とを
備えたものである。

【００１３】請求項２に対応する発明は、請求項１に対
応する発明の地盤監視システムにおいて、前記監視装置
側に、基準点ＧＰＳ受信機と基準電波発信装置を設け、
前記基準点ＧＰＳ受信機で得られたデータを基準電波発
信装置から前記検出器に送信し、前記検出器のＧＰＳ受
信機で得られる現在位置の緯度、経度を補正するもので
ある。

【００１４】請求項３に対応する発明は、請求項１又は
請求項２に対応する発明の地盤監視システムにおいて、
前記検出器に土中または、土中及び地表の水位を検出す
る水位計を設け、前記演算部では、前記水位計で求めら
れた土中及び地表の水位を入力して演算処理し、前記監
視装置では、前記検出器から伝送される各データを収集
し、各測定ポイント毎の各データをリアルタイムで処理
して各測定ポイント毎の基準加速度値または、基準速
度、または基準距離を超えたデータと、基準水位を超え
たデータ及び地上の水位データとをそれぞれ求めるデー
タ処理手段と、このデータ処理手段で処理された各デー
タをもとに、地盤変位の発生原因と、その規模を判定し
て地盤の状態を監視する判定手段とを備えたものであ
る。

【００１５】請求項４に対応する発明は、地盤の監視地
点となる地中に埋設されまたは監視範囲となる地中に適
宜の距離を存して複数個埋設される地盤監視用検出器に
おいて、地盤の変位により外力が加わると、その大きさ
及び方向と検出器自身の傾きから加速度を検出するジャ
イロセンサと、直交する２軸又は３軸の加速度を検出す
る加速度計と、複数の人工衛生から発せられる電波を受
信し、地上における現在の緯度、経度を計算し、この緯
度、経度の座標データを出力するＧＰＳ受信機と、前記
ジャイロセンサにより検出された加速度値と、前記加速
度計により検出された２軸又は３軸の加速度と、前記Ｇ
ＰＳ受信機で求められた座標データをそれぞれ入力して
演算処理し、前記座標データに基いて前記ジャイロセン
サ及び加速度計の誤差を補正する補正機能を有する演算
部と、前記演算部にて求められたデータを伝送する伝送
手段とを備えたものである。

【００１６】請求項６に対応する発明は、請求項４又は
請求項５に対応する発明の地盤監視用検出器において、
前記検出器に土中または土中及び地表の水位を検出する
水位計を設け、前記演算部では、前記水位計で求められ
た土中または土中及び地表の水位を入力して演算処理す
るものである。

【００１７】従って、請求項１乃至請求項６に対応する
発明の地盤監視システム及びその検出器にあっては、Ｇ
ＰＳによる観測データによりジャイロセンサでの誤差が
補正されるので、長期間観測でも誤差の少ない移動量検
出システムとすることが可能となり、地盤の移動量の検
出精度を向上させることができる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態を図面を
参照して説明する。

【００１９】図１は本発明による地盤監視システムの第
１の実施の形態に用いられる検出器の構成例を示すもの
である。

【００２０】図１において、１は地中に埋設される筒体
で、この筒体１は地中への埋設深さに応じて適宜長さの
筒部１ａを複数本連結したもので、この筒体１内には検
出部としてソリッド型ジャイロセンサ２及び加速度計３
が筒部１ａの内壁面に取付け固定された支持板４を介し
てそれぞれ設けられている。また、この筒部１ａ内には
ＧＰＳ受信機１２、駆動電源としてバッテリ５、ジャイ
ロセンサ２、加速度計３より出力される検出信号を増幅
して演算する演算部６及びこの演算部６で処理された検
出信号を送信する送信部７がそれぞれ筒体１の内壁面に
取付け固定された支持板４を介して設けられている。

【００２１】さらに、筒体１の外周面に複数個の水位計
８が軸方向に適宜の間隔を存してそれぞれ取付け固定さ
れている。

【００２２】一方、９は筒体１の上部開口部を閉塞する
蓋体で、この蓋体９の上面にはバッテリ５の充電用電源
として太陽電池１０が取付けられている。また、蓋体９
には演算部６で処理された検出信号を送信部７より図示
しない基地局に電波として送信する送信アンテナ１１と
基準局からの電波を受けるＧＰＳ受信アンテナ１１ａが
それぞれ取付けられている。

【００２３】上記ジャイロセンサ２は、図２に示すよう
に三角柱２ａの各側面に３軸方向の外力を検出する圧電
素子２ｂがそれぞれ取付けられ、各圧電素子２ｂに加速
度αが加わると、その加速度に応じた大きさの電圧を発
生するものであり、この電圧は演算部６に入力される。

【００２４】なお、上記ではジャイロセンサ２の構成と
して圧電素子を用いたが、半導体歪みセンサー又は光フ
ァイバージャイロ、或いは流体式ジャイロ、機械式ジャ
イロ等を用いてもよい。

【００２５】また、上記加速度計３は、直交する２軸の
加速度を計測し、その計測信号は演算部６に入力され
る。

【００２６】さらに、水位計８は埋設部位の土中に水分
があると電気抵抗が変化することを検出して演算部６に
入力される。

【００２７】一方、ＧＰＳ受信機１２は緯度、経度が既
知の基準局からの電波をＧＰＳ受信用アンテナ１２を介
して受信して基準局からの距離を計測し、現在位置の緯
度、経度を座標データとして算出し、この座標データは
演算部６に入力される。

【００２８】図３は上記演算部６の中でジャイロセンサ
２及び加速度計３のデータ処理系の出力に基く演算回路
とＧＰＳ受信機１２のデータ処理系の出力に基く補正演
算回路を示すものである。

【００２９】図３において、３１はジャイロセンサ２の
出力と加速度計３の出力に基き演算を実行して角速度と
傾斜角、さらに移動量を求める演算手段、３２はＧＰＳ
受信機１２のデータ処理系から得られる現在位置の座標
データに基いて設置基準位置からの移動量を求める移動
量演算手段である。

【００３０】また、３３は移動量演算手段３２で一定時
間間隔で求められるＧＰＳ移動量と前回の移動量とを比
較し、その偏差が一定値以内の場合、補正値出力手段３
４を通してＧＰＳの移動量を補正し、また演算手段３１
で求められた移動量と移動量演算手段３２で求められた
ＧＰＳの移動量とを比較し、その偏差がＧＰＳの移動量
が長時間一定値以内にあることを条件にジャイロセンサ
２及び加速度計３の出力の累積誤差に対して予め設定さ
れた設定値を超えると補正値出力手段３４を通して演算
手段３１に補正定数を与える移動量補正演算手段で、こ
の移動量補正演算手段３３で求められた補正値は出力手
段３４より移動量、傾斜角、角速度に対する補正データ
として出力される。

【００３１】ここで、上記ジャイロセンサ２、加速度計
３、水位計８及びＧＰＳ受信機１２の各機能と演算部６
の機能について図４及び図５により述べる。

【００３２】図４に示すようにジャイロセンサ２の各圧
電素子より加速度αに応じて発生する電圧がジャイロ計
測処理系に入力されると、これらの電圧信号はアンプに
より演算処理に適した信号レベルに増幅され、その電圧
信号から速度を演算により求めた後、各軸方向の速度を
同時に検出し、これらの速度を積分して加速度の大き
さ、衝撃力を算出し、出力する。そして、後述する加速
度計からの補正信号により補正計算を実施し、加速度、
傾斜角と修正した変位、加速度及び衝撃力を出力データ
Ｆａとして演算部６へ出力する。

【００３３】同様に加速度計３により計測された計測信
号が加速度計測処理系に入力されると、この計測信号は
アンプにより演算処理に適した信号レベルに増幅され、
その計測信号から直交する２軸の加速度を求め、これら
各軸の加速度のうち、重力成分を除去した加速度成分を
求め、これをジャイロ計測処理系へ補正信号として出力
する。そして、ジャイロ計測処理系にて算出した傾斜角
と加速度計の加速度値から積分と補正演算を行い、さら
にハイパスフィルター等でノイズ成分を除去した後に移
動量を算出し、出力データＦｂとして演算部６へ出力す
る。

【００３４】また、水位計８で検出された検出信号が水
位検出処理系に入力されると、この検出信号はアンプに
より演算処理に適した信号レベルに増幅され、その値か
ら各センサの電気抵抗を測定した後、土中の水分にてど
のセンサまで電気抵抗が変化（減少）したかを判別す
る。そして、電気抵抗値が変化したセンサまでの位置を
土中の浸透水の水位として判別し、同様に地上の水位に
ついても判別し、その水位を出力データＦｃとして演算
部６へ出力する。

【００３５】さらに、基準局からの電波をＧＰＳ受信機
１２により受信し、その受信信号がＧＰＳデータ処理系
に入力されると、この受信信号はアンプにより演算処理
に適した信号レベルに増幅され、その信号から基準局
（緯度、経度が既知の地点）からの距離を測定し、その
測定信号から現在位置の緯度、経度を座標データとして
算出し、これを補正データＦｄとして演算部６へ出力す
る。

【００３６】一方、これらジャイロセンサ２、加速度計
３、水位計８及びＧＰＳ受信機１２の各処理系より演算
部６に出力データＦａ，Ｆｂ，Ｆｃ，Ｆｄが入力される
と、この演算部６では図５に示すようにジャイロセンサ
２からのデータを一定時間毎にメモリに記憶し、また加
速度計からのデータを一定時間ごとに他のデータと同期
してメモリに記憶し、さらにＧＰＳ受信機１２からのデ
ータを一定時間ごとに他のデータと同期してメモリに記
憶する。

【００３７】上記加速度計３から得られた加速度とジャ
イロセンサ２から得られた加速度を比較し、ジャイロセ
ンサ２に誤差がある場合には、ジャイロセンサ２の加速
度値を補正する。

【００３８】また、ＧＰＳデータ処理系から得られた現
在位置の座標をもとに設置基準位置からの移動距離を求
めると共に移動量を求め、この移動量とジャイロセンサ
２、加速度計３にて求めた移動量とを比較する。

【００３９】そして、一定時間内のＧＰＳデータ処理系
で求めた移動量が一定値以内で、ジャイロセンサ２、加
速度計３の計測処理系で求めた移動量が微少の場合、Ｇ
ＰＳデータ処理系で求めた移動量を補正する。また、長
時間内のＧＰＳデータ処理系で求めた移動量が一定値以
内の場合、ジャイロセンサ２、加速度計３の計測処理系
の演算係数を補正し、移動量の補正を行う。

【００４０】ここで、補正される前後の移動量をメモリ
に順に記憶し、また地球の自転に伴う加速度の変化値を
カットし、補正された加速度値をメモリに記憶する。

【００４１】さらに、水位計８のデータをジャイロセン
サ２と同期をとり、一定時間ごとにメモリに記憶する。

【００４２】次にジャイロセンサ２が深さ方向に複数あ
る場合には、地表面近くのジャイロセンサを基準とし、
各深さにおける地盤の変位量を演算する。これらメモリ
に蓄えられたデータを一定時間毎に送信部７へ出力す
る。

【００４３】一方、図６はＧＰＳデータ処理系にて求め
た移動量に基いてジャイロセンサ２、加速度計３の計測
処理系で求めた移動量が補正され、各検出器で検出され
たジャイロセンサ２による変位、加速度及び衝撃力のデ
ータ、加速度計３による傾き角と方向のデータ、水位計
８による土中の水位データを基地局に伝送し、特定範囲
の地盤の状態を監視するためのシステム構成を示すブロ
ック図である。

【００４４】図６において、各検出器側はジャイロセン
サ２、２軸の加速度計３、水位計８、ＧＰＳ受信機１
２、演算部６及び送信部７から構成され、基地局側は受
信部１３、データ処理部１４及び判定部１５から構成さ
れている。また、ＧＰＳ側は地球中心を原点とする固定
座標を想定し、上空に散在する複数の人工衛星から発信
された電波を受信し、その位相データから三次元座標を
算出して基準位置を求めるＧＰＳ基地局１６、このＧＰ
Ｓ基地局１６を基準点としてＧＰＳ距離補正用電波送信
装置１７から構成され、その距離補正用の電波はアンテ
ナ１８を介して前述した各検出器側へ伝送されるように
なっている。

【００４５】ここで、基地局側のデータ処理部１４の機
能について図７により説明する。

【００４６】データ処理部１４は、図７に示すようにＳ
６１にてジャイロセンサ２からの計測信号に対して各ポ
イント及び時間毎に変位、加速度、衝撃力についてデー
タ整理する。次いで、Ｓ６２にて各ポイントに加わる力
の方向を計算してＳ６３にて単位時間当たりの基準加速
度値、変位量の比較計算を実施し、Ｓ６４にて基準値を
超えたデータを整理してメモリに記憶する。そして、Ｓ
６５にて基準加速度値を超えたデータにおいて、力の加
わった方向と加速度値より傾き角を計算する。

【００４７】同様に２軸の加速度計３からの計測信号に
対してＳ６５にて各ポイント及び時間毎に加速度と方向
についてデータ整理する。次いでＳ６６にて単位時間当
たりの基準移動量と比較計算を実施し、Ｓ６７にて基準
加速度値を超えたデータを整理してメモリに記憶すると
共に、Ｓ６８にて基準移動量を超えたデータを整理して
メモリに記憶する。

【００４８】また、水位計８からの計測信号に対してＳ
６９にて各ポイント及び時間毎に土中の水位データを整
理する。次いで、Ｓ７０にて基準水位との比較計算を実
施し、Ｓ７１にて基準水位を超えたデータを整理してメ
モリに記憶する。そして、Ｓ７２にて地上の水位につい
ても同様に整理してメモリに記憶する。

【００４９】さらに、ＧＰＳ受信機１２からの受信信号
に対してＳ７３にて各ポイント及び時間ごとに変位と方
向を示すデータを整理する。次いでＳ７４にて各ポイン
トに加わる力の方向を計算し、ジャイロセンサ部の結果
と比較する。そして、Ｓ７５にて単位時間当たりの基準
移動量と比較計算を実施し、Ｓ７６にて基準移動量を超
えたデータを整理してメモリに記憶する。

【００５０】また、判定部１５はこのデータ処理部１４
により処理されたデータをもとに詳細を後述する各種の
判定処理が実施され、地滑りの発生要因とその規模に応
じてその旨を警報又は表示するものである。

【００５１】次に上記のような構成の地盤監視システム
及びその検出器の作用を述べる。

【００５２】まず、土砂崩れの可能性のある山間部など
の地中に図８に示すように複数個の検出器、ここでは地
滑り地帯の傾斜面に沿ってＮｏ．１〜Ｎｏ．５の検出器
を適宜の距離を存してそれぞれ配し、図９に示すような
状態で埋設する。

【００５３】このような状態で埋設された各検出器にお
いて、地盤の各測定ポイントのジャイロセンサ２、加速
度計３、水位計８でそれぞれ計測された信号及びＧＰＳ
受信機１２の受信信号に対して図４に示すような処理が
行われて演算部６に取込まれると、この演算部６では図
５に示すような演算を実行し、ＧＰＳ受信機１２の受信
信号から求められた移動量とジャイロセンサ、加速度計
で求めた移動量との比較結果に基いて各々補正される前
後の移動量、補正された加速度値、水位計８のデータ及
び各深さにおける地盤の変位量が、それぞれ送信部７よ
り送信アンテナ１１を介して基地局に伝送される。

【００５４】基地局では、図７に示すように各検出器か
ら伝送されたデータを受信部１２により受信すると、デ
ータ処理部１４ではこれらのデータを処理して図７に示
すように基準移動量を超えたデータ、基準加速度値を超
えたデータ、基準変位量を超えたデータ及び基準水位を
超えたデータと地上水位のデータについてそれぞれ整理
し、これらのデータは判定部１５に取込まれる。

【００５５】ここで、判別部１５での各種の判定処理に
ついて、図１０乃至図１２により詳細に説明する。

【００５６】図１０に示すように、Ｓ９１にて基準加速
値、基準移動量を超えたジャイロセンサ２と加速度計３
からのデータにおいて、力の加わった方向、移動量とＧ
ＰＳ受信機１２の受信信号から求めた力の方向と移動量
とを比較し、Ｓ９２にてジャイロセンサ２、加速度計３
のデータとＧＰＳ受信機１２からのデータがほぼ一致し
ているか否かを判定する。そして、Ｓ９２にて両データ
が一致していると判定されると、Ｓ９３にて水位計８の
土中のデータが基準値を超えているか否かを判定する。

【００５７】ここで、水位計８の土中のデータが基準値
を超えていないと判定されると、Ｓ９４にて地上部での
異常発生（落石等）と判断し、Ｓ９５にてどの位置の検
出器が衝撃基準値を超えているかを確認する。

【００５８】そして、Ｓ９６にてすべての検出器が基準
値を超えていることが確認されると、Ｓ９７にて大規模
の崩落、落石が発生と判断して非常警報を発令する。ま
た、Ｓ９８にて上流又は下流域の少数の検出器のみ基準
値を超えていることが確認されるとＳ９９にて小規模の
崩落、落石が発生と判断して緊急警報を指令する。

【００５９】上記Ｓ９３にて水位計８の土中のデータが
基準値を超えていると判定されると、図１１に示すよう
な判定処理に移る。図１１に示すようにＳ１００にて地
上の水位データが基準値を超えているか否かを判定す
る。

【００６０】ここで、地上の水位データが基準値を超え
ていないと判定されると、Ｓ１０１にて地下水による地
滑り発生と判断し、この地滑りがＳ１０２にてすべての
検出器が基準値を超えていることが確認されると、Ｓ１
０３にて大規模地滑り発生と判断して非常警報を発令す
る。また、地滑りがＳ１０４にて上流又は下流域の少数
のみ基準値を超えていることが確認されると、Ｓ１０５
にて上流又は下流域にて小規模地滑り発生と判断し、緊
急警報を発令すると共に、地滑り範囲を表示する。

【００６１】上記Ｓ１００にて地上の水位データが基準
値を超えていると判定されると、Ｓ１０６にて降雨によ
る地滑り発生と判定し、Ｓ１０７にてどの位置の検出器
が基準値を超えているかを確認する。そして、Ｓ１０８
にてすべての検出器が基準値を超えていることが確認さ
れると、Ｓ１０９にて大規模地滑り発生と判定し、非常
警報を発令する。また、Ｓ１１０にて上流又は下流域の
少数の検出器のみ基準値を超えていることが確認される
と、Ｓ１１１にて上流又は下流域にて小規模地滑り発生
と判定し、緊急警報を発令すると共に、地滑り範囲を表
示する。

【００６２】一方、図１０のＳ９２において、ジャイロ
センサ２のデータと加速度計３のデータがほぼ一致して
いないと判定されると、図１２に示すような判定処理に
移行する。

【００６３】図１２において、Ｓ１１２にてジャイロセ
ンサ２と加速度計３からのデータが基準値を超え、ＧＰ
Ｓ受信機１２からのデータが基準値以下になっているか
否かを判定し、基準値以下になっていればＳ１１３にて
ジャイロセンサ２、加速度計３の加速度値が基準値を超
えているか否を判定する。

【００６４】上記Ｓ１１３にてジャイロセンサ２、加速
度計３の加速度値が基準値を超えていなければ、Ｓ１１
４にてジャイロセンサ、加速度計の移動量が基準値を超
えているか否かを判定し、超えていればＳ１１５にて要
監視データとしてメモリに登録、保存する。また、ジャ
イロセンサ、加速度計の移動量が基準値を超えていなけ
れば、Ｓ１１６にて水位計８の土中のデータは基準値を
超えているか否かを判定し、超えていればＳ１１７にて
地滑りに発展する可能性があるとして注意警報を発令
し、基準値を超えていなければＳ１１８にて地滑りに発
展する可能性は少ないと判断してＳ１１９にて要監視デ
ータとして登録、保存する。

【００６５】上記Ｓ１１３にてジャイロセンサ２、加速
度計３のデータからのデータが基準値を超えていると判
定されると、Ｓ１２０にてジャイロセンサ２、加速度計
３から得られる衝撃値は基準値を超えているか否かを判
定し、基準値を超えていればＳ１２１にて衝撃回数は３
回以上継続しているか否かを判定し、継続していなけれ
ばＳ１２２にて動物等の接触と判断し、３回以上継続し
ていればＳ１２３にて落石と判断する。

【００６６】また、上記Ｓ１２０にてジャイロセンサ
２、加速度計３から得られる衝撃値が基準値を超えてい
ないと判定されると、Ｓ１２４にてＧＰＳ受信データか
ら得られる移動方向とジャイロセンサ２、加速度計３の
データから得られる力の方向が一致しているか否かを判
定し、一致していなければＳ１２５にてジャイロセンサ
２と加速度計３のデータから得られる力の方向が一致し
ているか否かを判定し、一致していればＳ１２６にて要
監視でーたとして登録、保存し、一致していなければＳ
１２７にてセンサ異常と判断して故障アラームを発信す
る。

【００６７】上記Ｓ１２４にてＧＰＳ受信データから得
られる移動方向とジャイロセンサ２、加速度計３のデー
タから得られる力の方向が一致していれば、Ｓ１２８に
てどの位置の検出器が加速度基準値を超えているかを確
認する。そして、Ｓ１２９にてすべての検出器が基準値
を超えている場合には、Ｓ１３０にて深層部又は広域に
て地盤全体が移動しているとしてＳ１３１にて深層部又
は広域の地滑りと判断して緊急警報を発令する。また、
Ｓ１３２にて上流又は下流域の小数の検出器のみ基準値
を超えている場合には、Ｓ１３３にて上流又は下流域に
て小規模地滑り発生と判断して警戒警報を発令する。

【００６８】一方、前述のＳ１１２にてジャイロセンサ
２と加速度計３からのデータが基準値を超え、ＧＰＳ受
信機１２からのデータが基準値以下になっていないと判
定されると、図１３に示す用な判定処理に移行する。

【００６９】図１３において、Ｓ１３４にてジャイロセ
ンサ２と加速度計３からのデータが基準値以下で、ＧＰ
Ｓ受信機１２からのデータが基準値を超えているか否か
を判定し、いずれの条件も満たされていないと判定され
るとＳ１３５にて水位計８のデータが基準値を超えてい
るか否かを判定し、基準値を超えていればＳ１３６にて
要監視データとして登録、保存し、基準値を超えていな
ければＳ１３７にて引続き計測を実行する。

【００７０】また、上記Ｓ１３４にてジャイロセンサ２
と加速度計３からのデータが基準値を超え、ＧＰＳ受信
機１２からのデータが基準値以下と判定されると、Ｓ１
３８にてジャイロセンサ２と加速度計３のデータから得
られる力の方向とＧＰＳ受信データから得られる移動方
向が一致するか否かを判定し、一致しなければＳ１３９
にて要監視データとして登録、保存する。

【００７１】上記Ｓ１３８にてジャイロセンサ２と加速
度計３のデータから得られる力の方向とＧＰＳ受信デー
タから得られる移動方向が一致していると判定される
と、Ｓ１４０にてどの位置の検出器がＧＰＳ受信機１２
の移動量の基準値を超えているかを確認する。そして、
Ｓ１４１にてすべての検出器が基準値を超えていること
が確認されると、Ｓ１４２にて広域にて表層部の地盤全
体が移動し、広域な表層地滑りと判断して緊急警報を発
令する。

【００７２】また、Ｓ１４３にて上流域又は下流域の小
数の検出器のみ基準値を超えていることが確認される
と、Ｓ１４４にて上流又は下流域にて小規模な表層部の
地滑りと判断して警戒警報を発令する。

【００７３】このように本実施の形態では、地盤の変位
により外力が加わるとその大きさ及び方向と検出部自身
の傾きから衝撃的加速度を検出するジャイロセンサ２、
直交する２軸の加速度を検出する加速度計３、長手方向
に適宜の間隔を存して設けられ、土中又は土中及び地上
の水位を検出する複数の水位計８、ＧＰＳ基準局から発
振される電波を受信してＧＰＳ基準局からの距離を測定
すると共に、現在位置の経度、緯度を算出するＧＰＳ受
信機１２及びこれらジャイロセンサ２により検出された
加速度値、加速度計３により検出された直交する２軸の
加速度、水位計８により検出された水位データ、ＧＰＳ
受信機１２で求められた経度、緯度をそれぞれ入力して
演算処理し、ＧＰＳ受信データから求められた座標デー
タに基いてジャイロセンサ２及び加速度計３の誤差を補
正する補正機能を有する演算部６を備えた複数の検出器
を監視したい箇所の地中にボーリングされた孔に埋設
し、この検出器によりそれぞれ検出された各データを基
地局に伝送し、基地局ではその受信データをデータ処理
部１３によりリアルタイムで処理して各測定ポイント毎
の基準加速度値を超えたデータのうち、力の加わった方
向と加速度値より傾き角度を求め、基準傾斜角を超えた
データと、基準水位を超えたデータ及び地上の水位デー
タと、ＧＰＳデータ処理系で求められた座標データより
算出される移動量の中で基準移動量を超えたデータを求
め、このデータ処理部１３により処理された各データを
もとに判定部１４で各種の判定処理が実施され、地滑り
の発生要因とその規模に応じてその旨を警報又は表示を
行なって地盤の状態を監視するようにしたものである。

【００７４】従って、山間部などの広範囲に亘る多数の
箇所に孔を掘って検出器を埋めるだけで、水位計、加速
度計、ジャイロセンサ、ＧＰＳ観測データ処理系により
地盤の変位を迅速且つ的確に検出でき、地盤における土
砂崩れ等の災害の発生を事前に予知することができる。

【００７５】また、ＧＰＳ受信データの処理により得ら
れる座標データに基いてジャイロセンサ２や加速度計３
により生じるドリフト等の誤差を補正するようにしてい
るので、長期間の観測でも地盤の移動量の検出精度を向
上させることができる。

【００７６】特に、一定時間測定されたＧＰＳ受信デー
タの処理により得られる座標データの平均値によりジャ
イロセンサの累積測定誤差を補正すれば、設置基準位置
からの移動量を高精度に長期に亘って測定することがで
きる。

【００７７】また、加速度計３を備えることにより移動
量を精度良く補正することができると共に、この補正値
を用いてジャイロセンサ２の計測信号処理系の演算定数
等を修正することにより、ジャイロセンサ２そのものの
ドリフト量を小さくすることができ、高精度化を図るこ
とができる。

【００７８】次に本発明による地盤監視システムの第２
の実施の形態における検出器の構成例について説明す
る。

【００７９】図１４はジャイロセンサ２、水位計８及び
ＧＰＳ受信機１２とを備えた検出器の機能を示すもので
ある。

【００８０】図１４において、ジャイロセンサ２の各圧
電素子より加速度αに応じて発生する電圧が入力される
と、これらの電圧信号はアンプにより演算処理に適した
信号レベルに増幅され、その電圧信号から加速度を演算
により求めた後、各軸方向の加速度を同時に検出し、こ
れらの値から変位の方向、大きさ、衝撃力を算出し、出
力する。そして、地球の自転に伴う加速度の変化値をカ
ットした後、補正演算を実行し、修正した変位、加速度
及び衝撃力を出力データＦａとして演算部６へ出力す
る。

【００８１】また、水位計８で検出された検出信号はア
ンプにより演算処理に適した信号レベルに増幅され、そ
の値から各センサの電気抵抗を測定した後、土中の水分
にてどのセンサまで電気抵抗が変化（減少）したかを判
別する。そして、電気抵抗値が変化しているセンサまで
の位置を土中の浸透水の水位として判別し、その水位を
出力データＦｃとして演算部６へ出力する。

【００８２】さらに、基準局からの電波をＧＰＳ受信機
１２により受信し、その受信信号がアンプにより演算処
理に適した信号レベルに増幅され、その信号から基準局
（緯度、経度が既知の地点）からの距離を測定した後、
その測定信号から現在位置の緯度、経度を算出し、その
算出結果をデータＦｄとして演算部６へ出力する。

【００８３】一方、演算部６にこれらジャイロセンサ２
及び水位計８の各出力データＦａ，Ｆｃ及びＧＰＳ受信
機１２からの補正データが入力されると、この演算部６
では図１５に示すようにジャイロセンサ２からのデータ
を一定時間毎にメモリに記憶し、そのデータからジャイ
ロの加速度値を積分して角度を求め、この角度値を加速
度値と同様にメモリに記憶する。

【００８４】また、ＧＰＳ受信機１２からのデータを一
定時間ごとに他のデータと同期してメモリに記憶し、こ
のＧＰＳ受信機１２のデータから得られた現在位置の座
標と設置基準位置からの移動距離を求める。

【００８５】次にジャイロセンサ２のデータから求めら
れた移動量とを比較し、一定時間内のＧＰＳ受信機１２
のデータから求められた移動量が一定値以内で、ジャイ
ロセンサ２のデータから求められた移動量が微少の場
合、ＧＰＳ受信機１２のデータから求められた移動量を
補正する。そして、長時間内のＧＰＳ受信機１２のデー
タから求められた移動量が一定値以内の場合、ジャイロ
センサのドリフト量や係数を補正し、移動量の補正を行
うと共に、補正された前後の移動量をメモリに順に記憶
する。

【００８６】さらに、水位計８からのデータをジャイロ
センサと同期をとり、一定時間ごとにメモリに記憶した
後、ジャイロセンサ２が深さ方向に複数有する時には地
表面近くのジャイロセンサ２基準とし、各深さにおける
地盤の変位量を演算する。

【００８７】これらメモリに蓄えられたデータを一定時
間毎に送信部へ出力する。

【００８８】一方、各検出器で検出されたジャイロセン
サ２による変位、加速度及び衝撃力のデータ、水位計８
による土中の水位データ及びＧＰＳ受信データから得ら
れた移動量とジャイロセンサのデータから求めた移動量
との比較により、それぞれ補正される前後の移動量が基
地局に伝送されると、基地局ではデータ処理部により各
測定ポイント毎の検出データをリアルタイムで処理して
各測定ポイント毎の基準加速度値を超えたデータと、基
準水位を超えたデータ又は基準水位を超えたデータ及び
地上の水位データを求めると共に、ＧＰＳ受信データか
ら得られる基準移動量を超えたデータを求め、このデー
タ処理手段で処理されたデータをもとに各種の判定処理
を実行して、地滑りの発生要因とその規模に応じてその
旨を警報又は表示して地盤の状態を監視する。

【００８９】このようにジャイロセンサ２と水位計８及
びＧＰＳ受信機１２とそのデータ処理系を設けた検出器
であっても、前述同様にジャイロセンサの長期間使用に
より発生するドリフト量等の累積誤差を補正することに
より、検出精度に左右されることなく地滑り発生の有無
とその規模を予測判定することが可能となる。

【００９０】なお、上記した各実施の形態において、基
地局側の判定部によるデータ判定処理としてはジャイロ
センサ２、２軸の加速度計３及び水位計８の組合せに応
じて種々変形して実施することができるものである。

【００９１】また、上記各実施の形態では、基地局とＧ
ＰＳ基準局との関係については特に言及しなかったが、
ＧＰＳ基準局を基地局と同じ場所であっも、異なる場所
であっても良い。

【００９２】さらに、上記各実施の形態では、基地局側
の判定部でＧＰＳ座標データをもとに算出された移動量
を地盤変位の判定要素として述べたが、検出器のジャイ
ロセンサ２、加速度計３に生じる誤差を補正するだけで
あっても良い。

【００９３】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、地盤
の変位を検出精度に左右されずに的確に検出でき、地盤
における土砂崩れ等の災害の発生を事前に予知すること
ができる地盤監視システム及びその検出器を提供でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による地盤監視システムの第１の実施の
形態における検出器の要部を破断して示す構成図。

【図２】同実施の形態における検出器内にセンサとして
設けられる圧電素子を用いたソリッド型ジャイロの構成
例を示す斜視図。

【図３】同実施の形態における検出器内に設けられるジ
ャイロセンサと２軸の加速度計の両測信号及びＧＰＳ受
信機から得られる座標データに基く補正演算内容を示す
ブロック図。

【図４】同実施の形態における検出器内に設けられるジ
ャイロセンサ、２軸の加速度計、水位計及びＧＰＳ受信
機から出力される信号の処理機能を説明するためのブロ
ック図。

【図５】同実施の形態における検出器内に設けられる演
算部での信号処理機能を説明するためのブロック図。

【図６】同実施の形態の地盤監視システム全体のデータ
処理系を示すブロック図。

【図７】図６のデータ処理部の機能を説明するためのブ
ロック図。

【図８】同実施の形態における検出器が山間部の傾斜面
に沿って配置された一例を示す図。

【図９】同実施の形態における検出器を地中に埋設した
状態を示す図。

【図１０】図５の判定部での第１の判定処理を説明する
ための流れ図。

【図１１】同じく判定部での第２の判定処理を説明する
ための流れ図。

【図１２】同じく判定部での第３の判定処理を説明する
ための流れ図。

【図１３】同じく判定部での第４の判定処理を説明する
ための流れ図。

【図１４】本発明による地盤監視システムの第２の実施
の形態における検出器の信号処理機能を説明するための
ブロック図。

【図１５】 同実施の形態における検出器内に設けられ
る演算部での信号処理機能を説明するためのブロック
図。

【符号の説明】

１……筒体 １ａ……筒部 ２……ソリッド型ジャイロセンサ ３……２軸の加速度計 ５……バッテリ ６……演算部 ７……送信部 １０……太陽電池 １１……送信アンテナ １１ａ……ＧＰＳ受信アンテナ １２……ＧＰＳ受信機 １３……受信部 １４……データ処理部 １５……判定部 １６……ＧＰＳ基準局 １７……電波送信装置 １８……ＧＰＳ送信アンテナ ３１……演算手段 ３２……移動量演算手段 ３３……移動量補正手段 ３４……補正値出力手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｇ０１Ｃ 19/00 Ｇ０１Ｃ 19/00 Ｚ Ｇ０１Ｓ 5/14 Ｇ０１Ｓ 5/14 (72)発明者 大河原 孝 神奈川県川崎市幸区堀川町66番２ 東芝エ ンジニアリング株式会社内 Ｆターム(参考） 2D044 EA07 2F076 BA11 BB07 BD17 BE05 BE09 BE18 2F105 AA10 BB17 CC05 5J062 AA01 BB06 CC07 FF04 GG02

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 地盤の監視地点となる地中に埋設されま
   たは監視範囲となる地中に適宜の距離を存して複数個埋
   設される検出器と、この検出器で得られた地盤変位デー
   タを基に地盤を監視する監視装置とからなる地盤監視シ
   ステムにおいて、 検出器には、 地盤の変位により外力が加わると、その大きさ及び方向
   と検出器自身の傾きから加速度を検出するジャイロセン
   サと、 直交する２軸又は３軸の加速度を検出する加速度計と、 複数の人工衛生から発せられる電波を受信し、地上にお
   ける現在の緯度、経度を計算し、この緯度、経度の座標
   データを出力するＧＰＳ受信機と、 前記ジャイロセンサにより検出された加速度値と、前記
   加速度計により検出された２軸又は３軸の加速度と、前
   記ＧＰＳ受信機で求められた座標データをそれぞれ入力
   して演算処理し、前記座標データに基いて前記ジャイロ
   センサ及び加速度計の誤差を補正する補正機能を有する
   演算部と、 前記演算部にて求められたデータを伝送する伝送手段を
   備え、 監視装置には、 前記検出器からのデータを受信する受信部と、 前記受信データより、地盤の変位とその規模を判定して
   地盤の状態を監視する判定手段とを備えたことを特徴と
   する地盤監視システム。
2. 【請求項２】 請求項１記載の地盤監視システムにおい
   て、 前記監視装置側に、基準点ＧＰＳ受信機と基準電波発信
   装置を設け、 前記基準点ＧＰＳ受信機で得られたデータを基準電波発
   信装置から前記検出器に送信し、 前記検出器のＧＰＳ受信機で得られる現在位置の緯度、
   経度を補正することを特徴とする地盤監視システム。
3. 【請求項３】 請求項１又は請求項２記載の地盤監視シ
   ステムにおいて、 前記検出器に土中または、土中及び地表の水位を検出す
   る水位計を設け、 前記演算部では、前記水位計で求められた土中及び地表
   の水位を入力して演算処理し、 前記監視装置では、前記検出器から伝送される各データ
   を収集し、各測定ポイント毎の各データをリアルタイム
   で処理して各測定ポイント毎の基準加速度値または、基
   準速度、または基準距離を超えたデータと、基準水位を
   超えたデータ及び地上の水位データとをそれぞれ求める
   データ処理手段と、このデータ処理手段で処理された各
   データをもとに、地盤変位の発生原因と、その規模を判
   定して地盤の状態を監視する判定手段とを備えたことを
   特徴とする地盤監視システム。
4. 【請求項４】 地盤の監視地点となる地中に埋設されま
   たは監視範囲となる地中に適宜の距離を存して複数個埋
   設される地盤監視用検出器において、 地盤の変位により外力が加わると、その大きさ及び方向
   と検出器自身の傾きから加速度を検出するジャイロセン
   サと、 直交する２軸又は３軸の加速度を検出する加速度計と、 複数の人工衛生から発せられる電波を受信し、地上にお
   ける現在の緯度、経度を計算し、この緯度、経度の座標
   データを出力するＧＰＳ受信機と、 前記ジャイロセンサにより検出された加速度値と、前記
   加速度計により検出された２軸又は３軸の加速度と、前
   記ＧＰＳ受信機で求められた座標データをそれぞれ入力
   して演算処理し、前記座標データに基いて前記ジャイロ
   センサ及び加速度計の誤差を補正する補正機能を有する
   演算部と、 前記演算部にて求められたデータを伝送する伝送手段と
   を備えたことを特徴とする地盤監視用検出器。、
5. 【請求項５】 請求項４記載の地盤監視用検出器におい
   て、 前記演算部は、 ジャイロセンサと加速度計にて測定された測定値を演算
   し、移動量、傾斜角、角速度として求める演算手段と、 ＧＰＳ受信機にて計測された経度、緯度の座標データか
   ら移動量を演算する移動量演算手段と、 前記演算手段と前記移動量演算手段の出力値を比較演算
   する移動量補正演算手段と、 この移動量補正演算手段から出力された補正出力値に
   て、前記ジャイロセンサと加速度計の演算手段の演算に
   関わる計算の補正定数を補正し、且つまたはＧＰＳ受信
   機にて計測された経度、緯度の座標データから算出した
   移動量を演算する演算手段に演算に関わる補正定数を補
   正し、移動量、傾斜角、各速度、加速度などの測定値の
   誤差を補正する補正値出力手段とからなることを特徴と
   する地盤監視用検出器。
6. 【請求項６】 請求項４又は請求項５記載の地盤監視用
   検出器において、 前記検出器に土中または土中及び地表の水位を検出する
   水位計を設け、 前記演算部では、前記水位計で求められた土中または土
   中及び地表の水位を入力して演算処理することを特徴と
   する地盤監視用検出器。