JP2003232043A - 土砂異常検出装置、土砂異常検出システム、及び土砂異常検出方法 - Google Patents
土砂異常検出装置、土砂異常検出システム、及び土砂異常検出方法Info
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- JP2003232043A JP2003232043A JP2002028995A JP2002028995A JP2003232043A JP 2003232043 A JP2003232043 A JP 2003232043A JP 2002028995 A JP2002028995 A JP 2002028995A JP 2002028995 A JP2002028995 A JP 2002028995A JP 2003232043 A JP2003232043 A JP 2003232043A
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Abstract
に、高精度で検出できる土砂異常検出装置、土砂異常検
出システム、及び土砂異常検出方法を提供する。 【解決手段】 光ファイバ温度・歪み計測器2は、光フ
ァイバセンサ1に第1のパルス光を入力したときに光フ
ァイバセンサ1から出力される後方散乱光を検出するこ
とによって、光ファイバセンサ1の各位置における温度
(土砂内の水分量の増加に対応して低下する指標)を計
測し、光ファイバセンサ1に第2のパルス光を入力した
ときに光ファイバセンサ1から出力される後方散乱光を
検出することによって、光ファイバセンサ1の各位置に
おける歪み量(土砂の移動量の増加に対応して増加する
指標)を計測する。そして、計測された各位置の温度と
基準温度テーブルの基準温度との差(温度変動値)、及
び、歪み量が、閾値の範囲内かどうかを判定し、判定結
果を出力する。
Description
斜面)や河川の堤防(土手)等のような土砂内に敷設さ
れた光ファイバセンサの各位置の温度(土砂内の水分量
の増加に対応して低下する指標)及び歪み量(土砂の移
動量の増加に対応して増加する指標)を計測することに
より、土砂異常(土砂災害の前兆とみなすことができる
現象)を検出する土砂異常検出装置、土砂異常検出シス
テム、及び土砂異常検出方法に関するものである。
のような土砂災害の発生及び発生位置を十分に早い時期
に高い精度で予測できれば、被害を最小限に食い止める
ことができる。現在の土砂災害の予測は、監視員による
対象区域の目視、監視カメラによる対象区域の観察、市
民からの土砂異常(例えば、異常音の発生、落石の発
生、ひび割れの発生、水の流れの発生等)の通報が主で
ある。また、近年、土砂内に敷設された光ファイバ歪み
センサを用いて土砂の移動の監視に用いる提案がある。
の光ファイバ歪みセンサを用いたシステムでは、実際に
土砂の移動(又は土砂表面の膨張)が生じて光ファイバ
歪みセンサに歪みを生じさせなければ何も検出できず、
土砂の移動が生じる前の土砂異常(例えば、土砂災害を
誘発する要因となる土中水分の移動又は増加)は検出で
きない。このため、土砂災害が発生するよりも十分に早
い時期に土砂災害の発生を予測できないおそれがある。
の課題を解決するためになされたものであり、その目的
とするところは、土砂移動が発生する前の土砂異常を検
出できるようにすることによって、土砂災害が発生する
可能性の高い箇所を早い時期に且つ高い精度で検出する
ことができる土砂異常検出装置、土砂異常検出システ
ム、及び土砂異常検出方法を提供することにある。
出装置は、土砂内に敷設された光ファイバセンサに入力
する第1のパルス光を発生する第1のパルス光発生手段
と、前記光ファイバセンサに第1のパルス光を入力した
ときに前記光ファイバセンサから出力される光を検出す
る第1の光検出手段と、土砂内に敷設された光ファイバ
センサに入力する第2のパルス光を発生する第2のパル
ス光発生手段と、前記光ファイバセンサに第2のパルス
光を入力したときに前記光ファイバセンサから出力され
る光を検出する第2の光検出手段と、前記第1の光検出
手段からの出力信号に基づいて前記光ファイバセンサの
各位置における温度を算出し、前記第1のパルス光が入
力される光ファイバセンサが敷設される土砂内の温度に
関する基準温度データを用いて前記算出された各位置の
温度を修正し、前記修正された温度を予め決められた第
1の閾値と比較し、この比較結果に基づいて前記光ファ
イバセンサの各位置における土砂温度の異常の有無を判
定し、また、前記第2の光検出手段からの出力信号に基
づいて前記光ファイバセンサの各位置における歪み量を
算出し、前記算出された各位置の歪み量を予め決められ
た第2の閾値と比較し、この比較結果に基づいて前記光
ファイバセンサの各位置における土砂移動の異常の有無
を判定する中央処理手段と、前記中央処理手段の判定結
果に基づく情報を出力する情報出力手段とを有すること
を特徴としている。
データが、土砂内の位置別及び季節別の温度データ、土
砂内の位置別及び月別の温度データ、及び、土砂内の位
置別及び日別の温度データのうちの少なくとも一つを含
むことが好ましい。
データは、土砂異常検出装置が起動した後に外部から供
給されるデータとすることができ、又は、予め保持して
いたデータテーブルのデータとすることもできる。
ファイバセンサ及び前記第2のパルス光が入力される光
ファイバセンサを共通の光ファイバセンサとし、前記光
ファイバセンサに、前記第1のパルス光発生手段及び前
記第1の光検出手段を接続するか、又は、前記第2のパ
ルス光発生手段及び前記第2の光検出手段を接続するか
の切替えを行う切替手段を備えてもよい。
ファイバセンサ及び前記第2のパルス光が入力される光
ファイバセンサを、土砂内のほぼ同じ位置に敷設された
別個の光ファイバセンサとすることもできる。
ファイバセンサ及び前記第2のパルス光が入力される光
ファイバセンサが共通の光ファイバセンサとし、前記光
ファイバセンサの一方の端部に前記第1のパルス光発生
手段及び前記第1の光検出手段を接続し、前記光ファイ
バセンサの他方の端部に前記第2のパルス光発生手段及
び前記第2の光検出手段を接続してもよい。
に複数本敷設し、前記第1のパルス光発生手段及び前記
第1の光検出手段、又は、前記第2のパルス光発生手段
及び前記第2の光検出手段を、前記複数本の光ファイバ
センサのいずれかに選択的に接続する選択手段を備えて
もよい。
に決め、前記第2の閾値を、土砂内の位置別に決めても
よい。
を、土砂異常検出装置起動の後に外部から供給するよう
にしてもよく、又は、予め保持していたデータテーブル
のデータに基づく値としてもよい。
れを所定の周期で繰り返し実行するように構成すること
が好ましい。
この温度の下降率を予め決められた第3の閾値と比較し
た結果に基づいて土砂温度下降率の異常の有無を判定す
るようにしてもよい。
この歪みの上昇率を予め決められた第4の閾値と比較し
た結果に基づいて土砂歪み上昇率の異常の有無を判定す
るようにしてもよい。
歪み判定、温度下降率判定、及び歪み上昇率判定のいず
れかにおいて異常有りと判定された場合に、異常有りと
判定された位置に関して、温度及び歪みの計測の周期を
短縮するようにしてもよい。
の光検出手段のいずれかの出力に基づいて前記光ファイ
バセンサの切断発生及び切断の位置を検出し、前記光フ
ァイバセンサの切断が検出されたときに土砂災害の発生
及び発生位置に関する情報を出力するように構成するこ
とが好ましい。
ファイバセンサと、前記土砂異常検出装置と、前記土砂
異常検出装置から出力された情報を受け取る土砂異常監
視装置とを有することを特徴としている。ここで、前記
土砂異常監視装置は、前記土砂内の温度に関する基準温
度データを保持する第1のデータテーブルと、前記第1
の閾値に関するデータを保持する第2のデータテーブル
と、前記第2の閾値に関するデータを保持する第3のデ
ータテーブルとを有することができる。
に敷設された光ファイバセンサに第1のパルス光を入力
したときに前記光ファイバセンサから出力される光を検
出することによって、前記光ファイバセンサの各位置に
おける温度を算出する工程と、前記光ファイバセンサに
第2のパルス光を入力したときに前記光ファイバセンサ
から出力される光を検出することによって、前記光ファ
イバセンサの各位置における歪み量を算出する工程と、
光ファイバセンサが敷設される土砂内の温度に関する基
準温度データを用いて前記算出された各位置の温度を修
正し、前記修正された温度を予め決められた第1の閾値
と比較し、この比較結果に基づいて前記光ファイバセン
サの各位置における土砂温度の異常の有無を判定する工
程と、計測された各位置の歪み量を予め決められた第2
の閾値と比較し、この比較結果に基づいて前記光ファイ
バセンサの各位置における土砂膨張の異常の有無を判定
する工程と、前記判定結果に基づく情報を出力する工程
とを有することを特徴としている。
ステム(第1の実施形態に係る土砂異常検出装置を含む
システムであり、第1の実施形態に係る土砂異常検出方
法を実施するシステムである。)の構成を概略的に示す
ブロック図である。
係る土砂異常検出システムは、光ファイバセンサ1と、
光ファイバセンサ1に接続された光ファイバ温度・歪み
計測器(土砂異常検出装置)2と、光ファイバ温度・歪
み計測器2に通信回線等を介して接続された土砂異常監
視装置3とを有している。
た位置に敷設される。光ファイバセンサ1は、例えば、
土手の長手方向に延びるように土中に埋設される。ただ
し、光ファイバセンサ1の敷設形態は、上記した例に限
定されず、土砂の形状、土砂を構成する土の成分、土砂
表面の崩壊防止設備、平均降雨量等の気象条件、土砂周
辺の環境、土砂崩壊に伴う災害の規模等の各種要因に基
づいて決定すればよい。光ファイバセンサ1は、光ファ
イバ温度センサ及び光ファイバ歪みセンサとして使用さ
れる。第1の実施形態における光ファイバセンサ1は、
シングルエンド型の光ファイバケーブルである。また、
第1の実施形態における光ファイバセンサ1の敷設本数
は1本である。ただし、光ファイバセンサ1は、ループ
型であってもよく、敷設本数も1本に限定されない。な
お、「土砂」とは、例えば、道路脇の則面(傾斜面)、
河川の堤防(土手又は盛土)、トンネルの天井・壁等の
崩落の可能性のある構造物である。「土砂」には、水分
の侵入のおそれ、及び、崩壊・移動等のおそれある全て
の箇所を含む。「土砂」には、山の斜面(土、砂、石、
岩等からなる)のような自然の堆積構造、及び、土やコ
ンクリート等からなる人工的な構造物の両方を含む。
イバセンサ1の各位置における温度及び光ファイバセン
サ1の各位置における歪みを計測する。温度の計測位置
及び歪みの計測位置は、光ファイバセンサ1の任意の位
置に設定できる。温度の計測位置及び歪みの計測位置
は、光ファイバセンサ1の同じ位置に設定することも異
なる位置にも設定できるが、通常は、同じ位置に設定す
る。
位置別の基準温度から計測温度を差し引いた値を温度判
定用閾値と比較することによって、光ファイバセンサ1
の各位置(即ち、光ファイバセンサ1の各位置の周辺の
土砂)における温度の異常な低下(土砂内の水分量の異
常な増加を示す現象であり、計測温度が0℃に近ければ
土砂内の氷塊部の発生を示す現象である。)の有無を判
定する。また、光ファイバ温度・歪み計測器2は、計測
された歪み量を歪み判定用閾値と比較することによっ
て、光ファイバセンサ1の各位置における歪みの異常な
増加(土砂の移動量(又は土砂表面の膨張量)の異常な
増加を示す現象)の有無を判定する。また、光ファイバ
温度・歪み計測器2は、光ファイバセンサ1の各位置の
温度下降率が異常に大きくなる状態(土砂内の水分量の
急激な増加を示す現象)及び光ファイバセンサ1の各位
置の歪み上昇率が異常に大きくなる状態(土砂の速い移
動を示す現象)を判定できるように構成することもでき
る。また、光ファイバ温度・歪み計測器2は、光ファイ
バセンサ1の切断の発生及び発生位置(土砂災害が発生
したことを示す現象)を検出できる。
ば、光ファイバセンサ1が敷設された地域に近い場所
(河川堤防近くの観測小屋内等)に設置される。土砂異
常監視装置3は、例えば、光ファイバ温度・歪み計測器
2の設置場所から離れた監視員が常駐する観測施設等に
設置される。この場合、光ファイバ温度・歪み計測器2
(複数台の場合もある)と土砂異常監視装置3とは、通
信回線等により接続される。ただし、光ファイバ温度・
歪み計測器2及び土砂異常監視装置3の設置場所は、上
記した例に限定されない。また、光ファイバ温度・歪み
計測器2及び土砂異常監視装置3を同じ場所に設置する
場合には、光ファイバ温度・歪み計測器2及び土砂異常
監視装置3を一体的な構成の装置としてもよい。
3は、季節別位置別基準温度テーブル31と、温度判定
用閾値テーブル32と、歪み判定用閾値テーブル33
と、表示部34とを有する。季節別位置別基準温度テー
ブル31が保持する基準温度データは、土砂内の位置別
及び季節別(時期別)の温度(実測値)に基づく基準温
度データである。基準温度データは、季節(四季)別で
はなく、月(1月〜12月)別の温度データ、及び、日
(1月1日〜12月31日)別の温度データとしてもよ
い。温度判定用閾値テーブル32及び歪み判定用閾値テ
ーブル33はそれぞれ、位置別の温度閾値及び歪み閾値
を格納する。また、温度判定用閾値テーブル32及び歪
み判定用閾値テーブル33が格納する位置別の温度閾値
及び歪み閾値を、さらに季節別、月別、又は日別に異な
る値に設定してもよい。また、土砂異常監視装置3は、
位置別(又は、季節別位置別)に設定された温度下降率
判定用閾値を格納する温度下降率判定用閾値テーブル
(図示せず)と、位置別(又は、季節別位置別)に設定
された歪み上昇率判定用閾値を格納する歪み上昇率判定
用閾値テーブル(図示せず)とを有するように構成して
もよい。
温度・歪み計測器2は、温度計測用パルス光発生部11
と、温度計測用光検出部12と、歪み計測用パルス光発
生部13と、歪み計測用光検出部14と、光スイッチ1
5と、中央処理部16と、管理情報記憶部17と、計測
情報記憶部18と、受信処理部19と、送信処理部20
とを有する。
イバセンサ1に入力する第1のパルス光(レーザパルス
光)を発生する。温度計測用光検出部12は、温度計測
用パルス光発生部11で発生した第1のパルス光を光フ
ァイバセンサ1に入力したときに光ファイバセンサ1か
ら出力される戻り光(例えば、ブリルアン散乱光又はラ
マン散乱光)を検出する。また、温度計測用パルス光発
生部11からの第1のパルス光を光スイッチ15に導
き、光ファイバセンサ1からの戻り光を温度計測用光検
出部12に導く素子としては、光サーキュレータ(図示
せず)を用いることができる。
イバセンサ1に入力する第2のパルス光(レーザパルス
光)を発生する。歪み計測用光検出部14は、歪み計測
用パルス光発生部13で発生した第2のパルス光を光フ
ァイバセンサ1に入力したときに光ファイバセンサ1か
ら出力される戻り光(例えば、ブリルアン散乱光)を検
出する。また、歪み計測用パルス光発生部13からの第
2のパルス光を光スイッチ15に導き、光ファイバセン
サ1からの戻り光を歪み計測用光検出部14に導く素子
としては、光サーキュレータ(図示せず)を用いること
ができる。
に、温度測定用パルス光発生部11及び温度計測用光検
出部12、又は、歪み計測用パルス光発生部13及び歪
み計測用光検出部14のいずれかを接続するための切替
えを行う。
2からの出力信号に基づいて、光ファイバセンサ1の各
位置における温度及びその温度が計測された位置を計測
する。光ファイバセンサ1の各位置の温度は、例えば、
後方散乱光であるブリルアン散乱光の強度に基づいて計
測される。また、光ファイバセンサ1の各位置(温度計
測用パルス光発生部11から温度計測箇所までの距離)
は、後方散乱光の戻り時間(第1のパルス光を出力して
から当該第1のパルス光の後方散乱光を検出するまでの
時間)及び光ファイバセンサ1中の光速から算出され
る。光ファイバセンサ1の各位置における温度は、土砂
内の水分量の増加に対応して低下する指標として土砂異
常の判定に用いることができる。
サ1の各位置についての温度下降率を算出することもで
きる。温度下降率の算出は、複数回の温度計測値及び温
度の検出時刻(検出時間の間隔)を用いて行われる。光
ファイバセンサ1の各位置における温度下降率は、土砂
内の水分量の増加率に対応する指標として土砂異常の判
定に用いることができる。
出部14からの出力信号に基づいて、光ファイバセンサ
1の各位置における歪み量及びその歪み量が計測された
位置を計測する。光ファイバセンサ1の各位置の歪み量
は、例えば、後方散乱光であるブリルアン散乱光の強度
の周波数分布を解析することによって求められる。ま
た、光ファイバセンサ1の各位置(歪み計測用パルス光
発生部13から歪み計測箇所までの距離)は、後方散乱
光の戻り時間(第2のパルス光を出力してから当該第2
のパルス光の後方散乱光を検出するまでの時間)及び光
ファイバセンサ1中の光速から算出される。光ファイバ
センサ1の各位置における歪み量は、土砂の移動量の増
加(又は土砂表面の膨張量の増加)に対応して増加する
指標として、土砂異常の判定に用いることができる。
サ1の各位置についての歪み上昇率を算出することもで
きる。歪み上昇率の算出は、複数回の歪み量の計測値及
び歪みの検出時刻(検出時間の間隔)を用いて行われ
る。光ファイバセンサ1の各位置における歪み上昇率
は、土砂の移動速度に対応する指標として、土砂異常の
判定に用いることができる。
検出部12又は歪み計測用光検出部14からの出力信号
に基づいて光ファイバセンサ1の切断発生及び切断位置
を観測する。切断発生は、第1又は第2のパルス光を発
生してから温度計測用光検出部12又は歪み計測用光検
出部14により戻り光が検出されるまでの時間(戻り時
間)を解析することにより検知され、切断位置は、戻り
時間と光ファイバセンサ1内の光速から算出される。
3の季節別位置別基準温度テーブル31から受け取った
基準温度データ、土砂異常監視装置3の温度判定用閾値
テーブル32から受け取った温度判定用閾値、及び土砂
異常監視装置3の歪み判定用閾値テーブル33から受け
取った歪み判定用閾値を格納する。また、中央処理部1
6が温度下降率の判定及び歪み上昇率の判定を行う場合
には、管理情報記憶部17は、土砂異常監視装置3の温
度下降率判定用閾値テーブル(図示せず)から受け取っ
た温度下降率判定用閾値と、土砂異常監視装置3の歪み
上昇率判定用閾値テーブル(図示せず)から受け取った
歪み上昇率判定用閾値とを格納する。管理情報記憶部1
7は、上記格納データを、例えば、土砂異常検出システ
ムの起動時(又は起動毎)に土砂異常監視装置3から受
け取る。また、管理情報記憶部17は、上記格納データ
を(例えば、季節別位置別基準温度テーブル31から受
け取る基準温度データ)を、光ファイバ温度・歪み計測
器2に内蔵されている時計(図示せず)の日付情報に基
づいて、自動的に(例えば、季節又は月が切り替わる時
点で)、土砂異常監視装置3から取り込むことによって
更新するようにすることが望ましい。
算出した光ファイバセンサ1の各位置の温度、光ファイ
バセンサ1の各位置の歪み量、光ファイバセンサ1の各
位置の温度の判定結果、光ファイバセンサ1の各位置の
歪み量の判定結果を記憶する。また、温度下降率の判定
及び歪み上昇率の判定を行う場合には、計測情報記憶部
18は、中央処理部16が算出した光ファイバセンサ1
の各位置の温度下降率、光ファイバセンサ1の各位置の
歪み上昇率、光ファイバセンサ1の各位置の温度下降率
の判定結果、及び光ファイバセンサ1の各位置の歪み上
昇率の判定結果を記憶する。さらにまた、光ファイバセ
ンサ1の切断情報及び切断位置を観測する場合には、計
測情報記憶部18は光ファイバセンサ1のファイバ切断
情報及び切断位置を格納する。
らの情報を受信して管理情報記憶部17に格納させる。
送信処理部20は、中央処理部16によって指示された
情報及び計測情報記憶部18に格納されている情報を土
砂異常監視装置3に送信する。送信情報としては、計測
された温度、温度異常発生箇所、計測された歪み量、歪
み異常発生箇所、光ファイバセンサ1の切断発生情報、
及び切断箇所が含まれる。また、温度下降率の判定及び
歪み上昇率の判定を行う場合には、送信情報としては、
温度下降率、温度下降率異常の発生箇所、歪み上昇率、
歪み上昇率異常の発生箇所を含む。
係る土砂異常検出システムの動作を説明する。
サ1に温度計測用パルス光発生部11により第1のパル
ス光を入力し、このときに光ファイバセンサ1から出力
される後方散乱光を温度計測用光検出部12により検出
する。中央処理部16は、温度計測用光検出部12から
の検出信号を解析することによって、光ファイバセンサ
1の各位置における温度を計測する。温度計測位置は光
ファイバセンサ1の任意の位置に定めることができる
が、通常は、光ファイバセンサ1の基準とする位置から
5m間隔の位置とする。
て、光スイッチ15が切り替わり、光ファイバセンサ1
に歪み計測用パルス光発生部13により第2のパルス光
を入力し、このときに光ファイバセンサ1から出力され
る後方散乱光を歪み計測用光検出部14により検出す
る。中央処理部16は、歪み計測用光検出部14からの
検出信号を解析することによって、光ファイバセンサ1
の各位置における歪み量を計測する。歪み計測位置は光
ファイバセンサ1の任意の位置に定めることができる
が、通常は、温度計測位置と同じ位置である。
ッチ15を切り替えながら所定の周期で繰り返し行われ
る。計測周期は、自由に定めることができるが、通常
は、30分間隔又は1時間間隔である。また、計測位置
の間隔や計測周期は、気象条件に応じて切り替えてもよ
い。例えば、大雨時(天気予報及び降水量予報等、又
は、実際の天気及び観測された降水量等)や、所定の震
度を超える地震の直後に計測位置の間隔を狭めたり、計
測周期を短くしたりしてもよい。また、大雨時には、温
度の計測周期を短くし又は計測位置の間隔を狭くし、地
震の直後には歪みの計測周期を短くし又は歪みの計測位
置の間隔を狭くするように、予測される気象条件等又は
観測された気象条件等に応じた最適な測定環境を選択で
きるようにしてもよい。さらに、上記した測定環境の切
替えを、操作員の操作により行う他、気象情報や地震情
報等に連動して自動的に切り替わるように構成してもよ
い。
置3の管理情報記憶部17に格納された季節別位置別温
度に関する基準温度データを用いて、計測された各位置
の温度を修正する。修正は、基準温度から計測温度を差
し引いて温度変動値を算出することによって行われる。
土砂異常監視装置3の季節別位置別基準温度テーブル3
1の簡素化された例(計測地点を10点とした場合)を
表1に示す。
節別位置別温度に関する基準温度データの簡素化された
例(計測が5月に行われた場合)を表2に示す。
測温度から基準温度を差し引いた値)の簡素化された例
を表3に示す。
第1の閾値と比較し、この比較結果に基づいて各位置に
おける土砂温度の異常の有無を判定する。予め決められ
た第1の閾値の具体例及び土砂温度の異常の有無の判定
結果の簡素化された例を表4に示す。
ァイバセンサ1の各位置の歪み量を、管理情報記憶部1
7に格納された歪み判定用閾値と比較し、歪み量が歪み
判定用閾値を超えたときに歪み異常有り(即ち、土砂に
既定値を超える移動があった)と判定する。
の下降率を求め、この温度の下降率を予め決められた温
度下降率判定用閾値と比較した結果に基づいて土砂温度
の下降率の異常の有無を判定する。また、計測された歪
みの上昇率を求め、この歪みの上昇率を予め決められた
歪み上昇率判定用閾値と比較した結果に基づいて歪み上
昇率の異常の有無を判定する。ただし、温度下降率の判
定及び歪み上昇率の判定を採用するか否かは、任意であ
り、省略することも可能である。温度下降率及び歪み上
昇率の計測位置を、例えば、温度又は歪みの異常判定が
なされた位置のみにする、又は、気象条件などの他の条
件を考慮して変化させるようにしてもよい。さらに、中
央処理部16は、温度、歪み、温度下降率、及び歪み上
昇率のいずれかに異常が有ると判定した場合に、異常有
りと判定された位置に関して、温度及び歪みの計測の周
期並びに温度下降率及び歪み上昇率の計測の周期を短く
するようにしてもよい。また、上記判定結果に基づいて
各計測位置における危険度をランク付けして出力するよ
うにしてもよい。例えば、異常判定の組み合わせに応じ
て、以下のような、最も低い危険度から最も高い危険
度までの危険度情報を出力するようにしてもよい。 危険度:温度異常のみ 危険度:温度異常+温度上昇率異常 危険度:歪み異常のみ 危険度:温度異常+歪み異常 危険度:温度異常+温度上昇率異常+歪み異常 危険度:歪み異常+歪み上昇率異常 危険度:温度異常+歪み異常+歪み上昇率異常 危険度:温度異常+温度上昇率異常+歪み異常+歪み
上昇率異常 ただし、危険度の決め方は、土砂の形状、土の成分等の
ような各種要因に応じて適切に設定すればよい。
サ1の切断発生が検出された場合には、切断発生と切断
の位置(土砂災害が発生したこと及び発生位置)を検知
し、切断発生と切断の位置に関する情報を出力する。
発生箇所、光ファイバセンサ1の切断発生、切断箇所の
位置、温度下降率、温度下降率異常の発生箇所、歪み上
昇率、歪み上昇率異常の発生箇所等の各種計測情報及び
判定結果は、計測情報記憶部18に記憶され、所定のタ
イミングで(例えば、1回又は所定回数の計測及び判定
を終了する度に、又は、所定の時間間隔で)、土砂異常
監視装置3に送信される。土砂異常監視装置3は、異常
発生等の重要な情報を表示部34(例えば、コンピュー
タのモニタ画面)に表示させたり、警報音や警報ランプ
で監視員に通知する。
係る土砂異常検出システムによれば、光ファイバセンサ
1を用いて計測された温度に基づいて土砂災害を誘発す
る要因となる土中水分の移動又は増加(土中水分の挙
動)を検出しているので、実際に土砂の移動が生じなけ
れば何も検出できない従来の検出装置に比べ、早い時期
に土砂異常を検出でき、その結果、早い時期に土砂災害
の発生を予測できる。
システムによれば、光ファイバセンサ1を用いて計測さ
れた温度に加え、温度が計測された位置と同じ又は近傍
位置の歪みを計測すること(複合検知)によって、土中
水分の移動又は増加(土中水分の挙動)及び土砂の移動
量(土砂の挙動)の両方を土砂異常検出の判断材料とし
ているので、いずれか一方の判断材料に基づく土砂災害
の予測に比べ、土砂災害発生の有無を高い精度で予測す
ることができる。
出システムによれば、光ファイバセンサを用いて計測さ
れた温度を、位置別且つ時期別の基準温度データに基づ
いて修正することにより、測定位置や測定時期(季節
等)が計測温度に与える影響を排除し、修正された温度
に基づいて土砂異常の有無を判定しているので、土砂災
害発生の有無を高い精度で予測することができる。
システムによれば、土砂の温度及び歪み量に加え、土砂
の温度下降率(土中水分の急激な増加を示す指標)をも
土砂異常検出の判断材料としているので、土砂災害の有
無を高い精度で予測することができる。
システムによれば、土砂の温度及び歪み量に加え、土砂
歪みの上昇率(土砂移動の速さを示す指標)をも土砂異
常検出の判断材料としているので、土砂災害の有無を高
い精度で予測することができる。
システムによれば、光ファイバセンサの切断発生及び切
断箇所を検出することにより、災害発生の予測機能に加
え、発生した災害の通報機能をも兼ね備えることができ
る。
ステム(第2の実施形態に係る土砂異常検出装置を含む
システムであり、第2の実施形態に係る土砂異常検出方
法を実施するシステムである。)の構成を概略的に示す
ブロック図である。図2において、図1と同一又は対応
する構成には同じ符号を付す。
ムは、それぞれが異なる位置に敷設された複数本(図2
の簡素化された例においては、10本)の光ファイバセ
ンサ1a〜1jを有する点、及び、光ファイバ温度・歪
み計測器2に接続される光ファイバセンサ1a〜1jを
切り替える光ファイバセンサ切替用光スイッチ22を有
する点のみが、上記第1の実施形態の土砂異常検出シス
テムと異なる。光ファイバセンサ1a〜1jを別々の場
所に敷設することにより1台の光ファイバ温度・歪み計
測器61により複数の区域の土砂異常を検出することが
できる。
1組として並設し、各光ファイバセンサにより計測され
た温度及び歪み量を互いに比較し、この比較結果に基づ
いて計測された温度及び歪み量の扱いを決めるようにし
てもよい。例えば、両者の値の差が大き過ぎる場合(い
ずれかの検出データが信頼できない場合)には、両者の
値の差が大き過ぎるデータを無視するようにしてもよ
い。また、両者の値の平均値を、土砂異常の判定のため
に用いる温度及び歪み量としてもよい。なお、第2の実
施形態において、上記以外の点は、上記第1の実施形態
と同じである。
ステム(第3の実施形態に係る土砂異常検出装置を含む
システムであり、第3の実施形態に係る土砂異常検出方
法を実施するシステムである。)の構成を概略的に示す
ブロック図である。図3において、図1と同一又は対応
する構成には同じ符号を付す。
ムは、並設された1対の光ファイバセンサ51,52を
有する点、光ファイバセンサ51を温度検出用パルス光
発生部11及び温度計測用光検出部12に接続し、光フ
ァイバセンサ52を歪み検出用パルス光発生部13及び
歪み計測用光検出部14に接続とした点が上記した第1
の実施形態に係る土砂異常検出システムと相異する。こ
の場合には、光ファイバセンサ51として、図1と後方
散乱光を測定する方式のものを採用することもでき、ま
た、ファイバブラッググレーティング(FBG)を所定
間隔で備えたものを使用することができる。また、第3
の実施形態に係る土砂異常検出システムにおいては、図
1の光スイッチ15が不要となるので、光ファイバ温度
・歪み計測器62の構成を簡略化できる。また、第3の
実施形態に係る土砂異常検出システムにおいて、複数対
の光ファイバセンサ51,52を敷設し、第2の実施形
態に係る光ファイバセンサ切替用光スイッチ22(図
2)を用いて、切替可能に構成してもよい。なお、第3
の実施形態において、上記以外の点は、上記第1又は第
2の実施形態と同じである。
ステム(第4の実施形態に係る土砂異常検出装置を含む
システムであり、第4の実施形態に係る土砂異常検出方
法を実施するシステムである。)の構成を概略的に示す
ブロック図である。図4において、図1と同一又は対応
する構成には同じ符号を付す。
ムは、光ファイバ温度・歪み計測器63の管理情報記憶
部17が、季節別位置別基準温度テーブルと、温度判定
用閾値テーブルと、歪み判定用閾値テーブルとを有する
点が、上記第1の実施形態に係る土砂異常検出システム
と相異する。また、第4の実施形態における管理情報記
憶部17を上記第1から第3までの土砂異常検出システ
ムに適用してもよい。なお、第4の実施形態において、
上記以外の点は、上記第1から第3までのいずれかの実
施形態と同じである。
ステム(第5の実施形態に係る土砂異常検出装置を含む
システムであり、第5の実施形態に係る土砂異常検出方
法を実施するシステムである。)の構成を概略的に示す
ブロック図である。図5において、図1と同一又は対応
する構成には同じ符号を付す。
ムは、光ファイバケーブル41をループ状に敷設し、一
方の端部を温度計測用パルス光発生部11及び温度計測
用光検出部12に接続し、他方の端部を歪み計測用パル
ス光発生部13及び歪み計測用光検出部14に接続した
点が上記第1の実施形態に係る土砂異常検出システムと
相異する。また、図1の光スイッチ15が不要となるの
で、光ファイバ温度・歪み計測器64の構成を簡略化で
きる。また、第1の実施形態に係る土砂異常検出システ
ムにおいては、光ファイバセンサ1の切断(災害発生箇
所)は1箇所しか検出できないが、第5の実施形態に係
る土砂異常検出システムによれば光ファイバセンサ1の
切断(災害発生箇所)を2箇所まで検出できる。また、
第4の実施形態における管理情報記憶部17を第5の実
施形態に係る土砂異常検出システムに適用してもよい。
なお、第5の実施形態において、上記以外の点は、上記
第1から第4までのいずれかの実施形態と同じである。
異常検出装置、土砂異常検出システム、及び土砂災害検
出方法によれば、光ファイバセンサを用いて計測された
温度に基づいて土砂災害を誘発する要因となる土中水分
の移動又は増加(土中水分の挙動)を検出しているの
で、実際に土砂の移動が生じなければ何も検出できない
従来の検出装置に比べ、早い時期に土砂異常を検出で
き、その結果、早い時期に土砂災害の発生を予測できる
という効果がある。
砂異常検出システム、及び土砂災害検出方法によれば、
光ファイバセンサを用いて計測された温度に加え、温度
が計測された位置と同じ又は近傍位置の歪みを計測する
こと(複合検知)によって、土中水分の移動又は増加
(土中水分の挙動)及び土砂の移動量(土砂の挙動)の
両方を土砂異常検出の判断材料としているので、いずれ
か一方の判断材料に基づく土砂災害の予測に比べ、土砂
災害発生の有無を高い精度で予測することができるとい
う効果がある。
土砂異常検出システム、及び土砂災害検出方法によれ
ば、光ファイバセンサを用いて計測された温度を、位置
別且つ時期別の基準温度データに基づいて修正すること
により、測定位置や測定時期(季節)が計測温度に与え
る影響を排除し、修正された温度に基づいて土砂異常の
有無を判定しているので、土砂災害発生の有無を高い精
度で予測することができるという効果がある。
砂異常検出システム、及び土砂災害検出方法によれば、
土砂の温度及び歪み量に加え、土砂の温度下降率(土中
水分の急激な増加を示す指標)をも土砂異常検出の判断
材料としているので、土砂災害の有無を高い精度で予測
することができる。
砂異常検出システム、及び土砂災害検出方法によれば、
土砂の温度及び歪み量に加え、土砂歪みの上昇率(土砂
移動の速さを示す指標)をも土砂異常検出の判断材料と
しているので、土砂災害の有無を高い精度で予測するこ
とができる。
砂異常検出システム、及び土砂災害検出方法によれば、
光ファイバセンサの切断発生及び切断箇所を検出するこ
とにより、災害発生の予測機能に加え、発生した災害の
通報機能をも兼ね備えることができるという効果があ
る。
システムの構成を概略的に示すブロック図である。
システムの構成を概略的に示すブロック図である。
システムの構成を概略的に示すブロック図である。
システムの構成を概略的に示すブロック図である。
システムの構成を概略的に示すブロック図である。
測器(土砂異常検出装置) 3 土砂異常監視装置 11 温度計測用パルス光発生部 12 温度計測用光検出部 13 歪み計測用パルス光発生部 14 歪み計測用光検出部 15 光スイッチ 16 中央処理部 17 管理情報記憶部 18 計測情報記憶部 19 受信処理部 20 送信処理部 22 光ファイバセンサ切替用光スイッチ 31 季節別位置別基準温度テーブル 32 温度判定用閾値テーブル 33 歪み判定用閾値テーブル 34 表示部
Claims (26)
- 【請求項1】 土砂内に敷設された光ファイバセンサに
入力する第1のパルス光を発生する第1のパルス光発生
手段と、 前記光ファイバセンサに第1のパルス光を入力したとき
に前記光ファイバセンサから出力される光を検出する第
1の光検出手段と、 土砂内に敷設された光ファイバセンサに入力する第2の
パルス光を発生する第2のパルス光発生手段と、 前記光ファイバセンサに第2のパルス光を入力したとき
に前記光ファイバセンサから出力される光を検出する第
2の光検出手段と、 前記第1の光検出手段からの出力信号に基づいて前記光
ファイバセンサの各位置における温度を算出し、前記第
1のパルス光が入力される光ファイバセンサが敷設され
る土砂内の温度に関する基準温度データを用いて前記算
出された各位置の温度を修正し、前記修正された温度を
予め決められた第1の閾値と比較し、この比較結果に基
づいて前記光ファイバセンサの各位置における土砂温度
の異常の有無を判定し、また、前記第2の光検出手段か
らの出力信号に基づいて前記光ファイバセンサの各位置
における歪み量を算出し、前記算出された各位置の歪み
量を予め決められた第2の閾値と比較し、この比較結果
に基づいて前記光ファイバセンサの各位置における土砂
移動の異常の有無を判定する中央処理手段と、 前記中央処理手段の判定結果に基づく情報を出力する情
報出力手段とを有することを特徴とする土砂異常検出装
置。 - 【請求項2】 前記土砂内の温度に関する基準温度デー
タが、 土砂内の位置別及び季節別の温度データ、 土砂内の位置別及び月別の温度データ、及び、土砂内の
位置別及び日別の温度データのうちの少なくとも一つを
含むことを特徴とする請求項1に記載の土砂異常検出装
置。 - 【請求項3】 前記土砂内の温度に関する基準温度デー
タが、土砂異常検出装置起動の後に外部から供給される
データであることを特徴とする請求項1又は2のいずれ
かに記載の土砂異常検出装置。 - 【請求項4】 前記土砂内の温度に関する基準温度デー
タが、予め保持していたデータテーブルのデータである
ことを特徴とする請求項1から3までのいずれかに記載
の土砂異常検出装置。 - 【請求項5】 前記第1のパルス光が入力される光ファ
イバセンサ及び前記第2のパルス光が入力される光ファ
イバセンサが共通の光ファイバセンサであり、 前記光ファイバセンサに、前記第1のパルス光発生手段
及び前記第1の光検出手段を接続するか、又は、前記第
2のパルス光発生手段及び前記第2の光検出手段を接続
するかの切替えを行う切替手段を有することを特徴とす
る請求項1から4までのいずれかに記載の土砂異常検出
装置。 - 【請求項6】 前記第1のパルス光が入力される光ファ
イバセンサ及び前記第2のパルス光が入力される光ファ
イバセンサが、土砂内のほぼ同じ位置に敷設された別個
の光ファイバセンサであることを特徴とする請求項1か
ら4までのいずれかに記載の土砂異常検出装置。 - 【請求項7】 前記第1のパルス光が入力される光ファ
イバセンサ及び前記第2のパルス光が入力される光ファ
イバセンサが共通の光ファイバセンサであり、 前記光ファイバセンサの一方の端部に前記第1のパルス
光発生手段及び前記第1の光検出手段を接続し、 前記光ファイバセンサの他方の端部に前記第2のパルス
光発生手段及び前記第2の光検出手段を接続したことを
特徴とする請求項1から4までのいずれかに記載の土砂
異常検出装置。 - 【請求項8】 前記光ファイバセンサが異なる位置に複
数本敷設されており、 前記第1のパルス光発生手段及び前記第1の光検出手
段、又は、前記第2のパルス光発生手段及び前記第2の
光検出手段を、前記複数本の光ファイバセンサのいずれ
かに選択的に接続する選択手段を有することを特徴とす
る請求項1から7までのいずれかに記載の土砂異常検出
装置。 - 【請求項9】 前記第1の閾値が、土砂内の位置別に決
められており、 前記第2の閾値が、土砂内の位置別に決められているこ
とを特徴とする請求項1から8までのいずれかに記載の
土砂異常検出装置。 - 【請求項10】 前記第1の閾値及び前記第2の閾値
が、土砂異常検出装置起動の後に外部から供給されるこ
とを特徴とする請求項1から9までのいずれかに記載の
土砂異常検出装置。 - 【請求項11】 前記第1の閾値及び前記第2の閾値
が、予め保持していたデータテーブルのデータに基づく
値であることを特徴とする請求項1から9までのいずれ
かに記載の土砂異常検出装置。 - 【請求項12】 前記中央処理手段が、温度の計測及び
歪みの計測のそれぞれを所定の周期で繰り返し実行する
ことを特徴とする請求項1から11までのいずれかに記
載の土砂異常検出装置。 - 【請求項13】 前記中央処理手段が、計測された温度
の下降率を算出し、この温度の下降率を予め決められた
第3の閾値と比較した結果に基づいて土砂温度下降率の
異常の有無を判定することを特徴とする請求項1から1
2までのいずれかに記載の土砂異常検出装置。 - 【請求項14】 前記中央処理手段が、計測された歪み
の上昇率を算出し、この歪みの上昇率を予め決められた
第4の閾値と比較した結果に基づいて土砂歪み上昇率の
異常の有無を判定することを特徴とする請求項1から1
3までのいずれかに記載の土砂異常検出装置。 - 【請求項15】 前記中央処理手段による温度判定、歪
み判定、温度下降率判定、及び歪み上昇率判定のいずれ
かにおいて異常有りと判定された場合に、異常有りと判
定された位置に関して、温度及び歪みの計測の周期を短
縮することを特徴とする請求項1から14までのいずれ
かに記載の土砂異常検出装置。 - 【請求項16】 前記中央処理手段が、前記第1の光検
出手段及び前記第2の光検出手段のいずれかの出力に基
づいて前記光ファイバセンサの切断発生及び切断の位置
を検出し、前記光ファイバセンサの切断が検出されたと
きに土砂災害の発生及び発生位置に関する情報を出力す
ることを特徴とする請求項1から15までのいずれかに
記載の土砂異常検出装置。 - 【請求項17】 光ファイバセンサと、 この光ファイバセンサに接続されており、前記請求項1
から16までのいずれか一つと同じ構成を持つ土砂異常
検出装置、 前記土砂異常検出装置から出力された情報を受け取る土
砂異常監視装置とを有することを特徴とする土砂異常検
出システム。 - 【請求項18】 前記土砂異常監視装置が、 前記土砂内の温度に関する基準温度データを保持する第
1のデータテーブルと、 前記第1の閾値に関するデータを保持する第2のデータ
テーブルと、 前記第2の閾値に関するデータを保持する第3のデータ
テーブルとを有することを特徴とする請求項17に記載
の土砂異常検出システム。 - 【請求項19】 土砂内に敷設された光ファイバセンサ
に第1のパルス光を入力したときに前記光ファイバセン
サから出力される光を検出することによって、前記光フ
ァイバセンサの各位置における温度を算出する工程と、 前記光ファイバセンサに第2のパルス光を入力したとき
に前記光ファイバセンサから出力される光を検出するこ
とによって、前記光ファイバセンサの各位置における歪
み量を算出する工程と、 光ファイバセンサが敷設される土砂内の温度に関する基
準温度データを用いて前記算出された各位置の温度を修
正し、前記修正された温度を予め決められた第1の閾値
と比較し、この比較結果に基づいて前記光ファイバセン
サの各位置における土砂温度の異常の有無を判定する工
程と、 計測された各位置の歪み量を予め決められた第2の閾値
と比較し、この比較結果に基づいて前記光ファイバセン
サの各位置における土砂膨張の異常の有無を判定する工
程と、 前記判定結果に基づく情報を出力する工程とを有するこ
とを特徴とする土砂異常検出方法。 - 【請求項20】 前記土砂内の温度に関する基準温度デ
ータが、 土砂内の位置別及び季節別の温度データ、 土砂内の位置別及び月別の温度データ、及び、土砂内の
位置別及び日別の温度データのうちの少なくとも一つを
含むことを特徴とする請求項19に記載の土砂異常検出
方法。 - 【請求項21】 前記第1の閾値が、土砂内の位置別に
決められており、 前記第2の閾値が、土砂内の位置別に決められているこ
とを特徴とする請求項19又は20のいずれかに記載の
土砂異常検出方法。 - 【請求項22】 前記温度を計測する工程及び前記歪み
を計測する工程のそれぞれを所定の周期で繰り返し実行
することを特徴とする請求項19から21までのいずれ
かに記載の土砂異常検出方法。 - 【請求項23】 計測された温度の下降率を算出し、こ
の温度の下降率を予め決められた第3の閾値と比較した
結果に基づいて土砂温度の下降率の異常の有無を判定す
る工程を有することを特徴とする請求項19から22ま
でのいずれかに記載の土砂異常検出方法。 - 【請求項24】 計測された歪みの上昇率を算出し、こ
の歪みの上昇率を予め決められた第4の閾値と比較した
結果に基づいて土砂歪みの上昇率の異常の有無を判定す
る工程を有することを特徴とする請求項19から23ま
でのいずれかに記載の土砂異常検出方法。 - 【請求項25】 前記温度の異常の有無を判定する工
程、前記歪みの異常の有無を判定する工程、前記温度下
降率の異常の有無を判定する工程、及び前記歪み上昇率
の異常の有無を判定する工程のいずれかにおいて、異常
有りと判定された位置に関して、温度及び歪みの計測の
周期を短縮することを特徴とする請求項19から24ま
でのいずれかに記載の土砂異常検出方法。 - 【請求項26】 前記光ファイバセンサの切断発生及び
切断の位置を検出する工程と、 前記光ファイバセンサの切断が検出されたときに土砂災
害が発生したこと及び発生位置に関する情報を出力する
工程とを有することを特徴とする請求項19から25ま
でのいずれかに記載の土砂異常検出方法。
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