JP2001108490A - 岩盤面監視装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 監視対象岩盤面の変化を遠隔の安全地域から
確実に監視警報できる岩盤面監視装置を実現する。 【解決手段】 安全地域に固定されたモニタ手段４より
所定距離を隔てた危険地域内の岩盤面３を一定周期で走
査するマイクロ波スポットを照射すると共に上記岩盤よ
りの反射波を受信するアンテナ６と、上記送信波と受信
波を混同検波し両者のドプラー効果に基づくビート信号
を発生するミキサ１２と、上記ビート信号のスペクトラ
ム解析手段１５と、所定走査周期分のスペクトラム解析
結果を記憶し、過去の解析結果と今回の解析結果とを比
較する評価手段１６とを具備せしめた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、道路に沿った急峻
な岩壁面の一定の範囲を常時監視し、落石等によって岩
壁面に相当な変化が生じた場合に道路閉鎖等の処置を講
ずるための岩壁面監視装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】このような目的を果たす岩壁面監視装置
として、従来では次のような装置が用いられている。 （１）目視観測あるいはＣＣＴＶ等による光学的監視。 （２）張線等に落石が当たることによって生ずる電気的
断線・張線にかかるストレスの変化を検出するもの。 （３）岩壁面の基部にマイクロ波ビームを通しておき、
落石が発生した場合に発生するドプラ効果またはビーム
の遮蔽を検出するもの。 （４）岩壁面の一部をマイクロ波のスポットで照射して
おき、送信波と反射波の位相差から岩壁面の微少な変位
（数ミリメートル程度）を検出するもの（この技術につ
いては出願人の先願特願平１０−１２１４３２号があ
る）。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、これ従来技術
には次のような欠点がある。すなわち、上記（１）につ
いては、暗夜・濃霧などの悪天候下では充分な動作は期
待できない。また雲・飛行物体等によって生ずる画面コ
ントラストの急変による誤動作があり得る。 上記
（２）については、張線を設置した部分だけしか監視で
きない上、保守・維持に問題がある。 即ち一旦落石等
により断線するとその復旧・再作動開始にはかなりの作
業量を要する。上記（３）については、落石等がマイク
ロ波ビームにかからない位置で発生した場合には検知で
きない。すなわち、機器を設置するには現場の地形に制
約がある。また機器が落石等により損傷を受ける可能性
がある。上記（４）については、大規模な崩壊の前兆と
なる微少変位を検出できるが、照射スポット以外で発生
する部分的な落石は検知できない。 一方、道路交通上
の障害となるのは人頭大以上程度の落石であるから、そ
の監視には充分な機能を有しない。

【０００４】本発明は、上記欠点を解消し次の要件を満
足する岩盤監視装置の提供を目的とする。すなわち、
電波を用いることにより天候の影響・制約を受けず、
岩壁面から数十ないし百メートル程度離れた位置から遠
隔監視することにより機器の損傷の可能性・設置場所の
地形的制約を緩和し、数十平方メートルないし数百平
方メートル程度の岩壁面積を監視して人頭大程度の変化
を検出する。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明において、課題解
決のための構成上の特徴の第１は、安全地域に固定され
たモニタ手段より所定距離を隔てた危険地域内の監視対
象岩盤面を一定周期で走査するマイクロ波スポットを照
射する送信手段と、上記岩盤よりの反射波の受信手段
と、上記送信手段の送信波と上記受信手段の受信波を混
同検波し両者のドプラー効果に基づくビート信号を発生
するミキサー手段と、上記ビート信号のスペクトラム解
析手段と、所定走査周期分のスペクトラム解析結果を記
憶し、過去の解析結果と今回の解析結果とを比較する評
価手段とを具備せしめた点にある。さらに特徴の第２
は、上記スペクトラム解析手段として、離散的フーリエ
分析手段を用いた点にある。

【０００６】

【発明の実施の形態】以下図面に基づいて本発明の一実
施形態を説明する。図１は本発明装置を監視の現場に設
置した概念図である。１は道路、２はこの道路１に接す
る急斜面地帯、３は落石危険のある監視対象の岩盤面で
ある。

【０００７】４はモニター手段であり、岩盤面３を見渡
せる安全地帯に適当な固定手段５により固定配置されて
いる。６は送受信アンテナであり、モニタ手段４からの
送信波ｆｔを岩盤面３に照射し、反射波ｆｒを受信す
る。送信波ｆｔはビーム状に絞られ、岩壁面３には所定
面積を有するスポット照射となる。

【０００８】アンテナ６は適当な操作手段により左右上
下に周期的に駆動され、岩盤面３の照射スポットは図に
示すごとく、監視エリア左上のｓ１から水平に右上のｓ
２に走査され、次に所定距離垂直下方にずらされたｓ３
より左端ｓ４まで水平走査される。次に所定距離垂直下
方にずらされたｓ４より右端ｓ５まで水平走査され、以
下同様な走査を連続して監視エリア右下まで走査する。
この走査が監視の１周期１となる。

【０００９】送信波ｆｔはアンテナ６から岩壁面３に達
し、反射波ｆｒは再びアンテナ６に戻るが、照射スポッ
トが移動（走査）しているため、反射波ｆｒの周波数は
ドプラ効果のため送信波ｆｔ周波数とは僅かに異なる。
このためモニター手段４において送信波ｆｔと混合検
波するとドプラ効果に相当するビート周波数が得られ
る。

【００１０】フィルタにかけて雑音を除去し、ＤＦＴ
（離散的フーリエ変換）解析を行ってドプラ効果のスペ
クトラム解析を行い、結果をメモリ手段にストアする。
走査が一巡し、再び元の照射面に戻ったとき、岩壁面３
に変化が無ければスペクトラム解析の結果も不変である
から、前回と比較して変化が無ければ落石無しとしてメ
モリ手段の内容をクリアする。変化があれば落石によっ
て岩壁面３が変化したと判断される。以下この操作を繰
り返す

【００１１】図２は、上記機能を実現するためのモニタ
手段４の電気的な構成例を示すブロック線図である。７
はマイクロ波発振部であり、所定の周波数Ｆのマイクロ
波を発振し、バッファ増幅器８を介してカップラ９に供
給する。カップラ９はマイクロ波を２分配するものであ
り、一方を電力増幅器１０を介してサーキュレータ１１
へ、他方をミキサ１２へ供給する。サーキュレータ１１
は切り換え器であり、電力増幅器１０から供給されたマ
イクロ波をアンテナ６へ、アンテナ６から供給された受
信マイクロ波をミキサ１２に供給する。

【００１２】アンテナ６は、マイクロ波の送受信を行う
ものであり、当該アンテナ６からビーム状に送信された
マイクロ波（送信波ｆｔ）は、岩盤面３で反射され、反
射されたマイクロ波（反射波ｆｒ）が同一アンテナ６で
受信され、サーキュレータ１１を介してミキサ１２に供
給される。１３はスポット走査をするためにアンテナ６
を左右上下に駆動する操作機構である。

【００１３】ミキサ１２はカップラ９からの送信マイク
ロ波ｆｔとサーキュレータ１１からの受信マイクロ波ｆ
ｒを混合検波し、ドプラー効果に相当するビート周波数
信号ｆｂを出力する。１４はフィルタ手段であり、ｆｂ
に重畳する雑音を除去し、評価手段１５に出力する。

【００１４】分析手段１５は、ビート信号ｆｂの波形に
対して離散的フーリエ分析（ＤＦＴ）を行ってドプラー
効果のスペクトラム解析を行なう。評価手段１６はメモ
リ手段を持ち、過去の所定回数の走査毎の分析結果を保
持し、今回走査の分析結果と比較しその変化に基づいて
警報信号Ｑを発信する。

【００１５】図３によりＤＦＴ分析の具体的な例を説明
する。ある瞬間（ｔ＝０）に得られたドプラー信号波形
を、離散的フーリエ解析（ＤＦＴ）にかけると包絡線１
に示すような出力が得られる。これは周波数分解能△ｆ
ｄの中のエネルギー分布図であり、包絡線自体が得られ
るわけではない。

【００１６】以下、時刻ｔ１、ｔ２、ｔ３…と微小時間
△ｔおきにこれを繰り返すことにより、包絡線 ２、包
絡線 ３…のような出力が得られるから、これをディジ
タル化してメモリにストアする。周波数分解能セルの数
をＭとすると、ある時間の出力（例えば包絡線１で示さ
れるデータは）、Ｍ次元ベクトルと考えらることができ
る。

【００１７】岩盤面３の走査が一巡し、再びｔ＝０のと
きと同じ位置に戻ったとき、この間に岩盤面３に変動が
なければ再び同じ出力が得られるが、落石等により岩盤
面３に変動があると出力は変化する。

【００１８】予め一定のしきい値（スレシホールド）を
設定しておき、上記ベクトル距離がこのしき値を越えた
場合は岩盤面３に有意な変化があったとみなして警報信
号を発信する。

【００１９】次に図４、図５により岩盤面の反射の態様
につき説明する。図４のように岩壁面３が平坦な乱反射
面であるとすれば、マイクロ波スポットがＡ（Ｂ）にあ
る場合は入射角θ１（θ２）とスポットの移動速度およ
び送信周波数で定まる一定のドプラ周波数が生ずる。次
に同じ場所を照射した場合のドプラ周波数が異なってお
れば、入射角の変化があった筈であるから岩壁面３の状
態変化が生じている。

【００２０】実際の岩壁面３は図４のように理想的な平
坦面ではなく、かなりの凹凸があるから、図５のように
同一照射スポット内でも入射角の異なる部分がある。従
ってこの場合はドプラ周波数は一定値とはならず、入射
角の分布に従って拡散する。

【００２１】この場合にＤＦＴ分析を行うと複数のスペ
クトラムが現れ、各スペクトラムの振幅はその入射角を
とる部分の面積によって決まってくる。従って問題とな
るような変化量（例えば人頭大）を判定基準とすれば、
それより小さい変化量は無視することができ、同一照射
スポット内でも入射角が異なる問題は解決される。

【００２２】このように、本発明の特徴は照射スポット
内にある岩壁面３への入射角の変動を測定し、これをド
プラー周波数スペクトラムの変動として検知するもので
ある。数ミリメートル程度の変位は検出できないが、走
査範囲内で例えば人頭大の落石が起こり、それによる岩
壁面３の変化は問題なく検出できる。

【００２３】本発明において、モニタ手段の送受信機の
周波数・出力変動等は、走査が一巡する間に大きく変動
しない限り問題とはならない。またＸバンド程度の電波
を用いるならば濃霧・暗夜の影響も無いから、全天候で
使用可能である。

【００２４】

【発明の効果】以上説明した通り、本発明の装置におい
ては、従来方式に比較して次のような効果を期待でき
る。 （１）電波を用いることにより天候の影響・制約を受け
ない全天候使用が可能である。 （２）岩壁面から数十ないし百メートル程度離れた位置
から遠隔監視することにより機器の損傷の可能性・設置
場所の地形的制約を緩和できる。 （３）数十平方メートルないし数百平方メートル程度の
岩壁面積を監視して人頭大程度の変化を検出することが
可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明装置を監視の現場に設置した概念図で
ある。

【図２】 本発明のモニタ手段の電気的な構成を示すブ
ロック線図である。

【図３】 DFT分析の具体的な説明図である。

【図４】 岩盤面へのスポットの入射角が一定の場合の
説明図である。

【図５】 岩盤面へのスポットの入射角が不定の場合の
説明図である。

【符号の説明】 １……道路 ２……急斜面地帯 ３……岩盤面 ４……モニタ手段 ６……アンテナ ７……マイクロ波発振部 ９……カップラ １１……サーキュレータ １２……ミキサ １４……フィルタ手段 １５……分析手段 １６……評価手段

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 安全地域に固定されたモニタ手段より所
   定距離を隔てた危険地域内の監視対象岩盤面を一定周期
   で走査するマイクロ波スポットを照射する送信手段と、
   前記岩盤よりの反射波の受信手段と、前記送信手段の送
   信波と前記受信手段の受信波を混同検波し両者のドプラ
   ー効果に基づくビート信号を発生するミキサー手段と、
   前記ビート信号のスペクトラム解析手段と、所定走査周
   期分のスペクトラム解析結果を記憶し、過去の解析結果
   と今回の解析結果とを比較する評価手段とを具備したこ
   とを特徴とする岩盤面監視装置。
2. 【請求項２】 スペクトラム解析手段として、離散的フ
   ーリエ分析手段を用いることを特徴とする請求項１記載
   の岩盤面監視装置。