JP2004144623A - 斜面監視システム - Google Patents
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Abstract
【課題】斜面の状態を精度よく把握するとともに、緊急事態に的確に対処できるようにする。
【解決手段】基準点であるＧＰＳ受信機１１ａは斜面外の位置に配置され、ＧＰＳ受信機１１ｂ及び１１ｃは斜面内の位置に配置されている。監視センター１２はスタティック測位に応じてそれぞれＧＰＳ受信機１１ａの位置を示す基準点位置情報及びＧＰＳ受信機１１ｂ及び１１ｃの位置を示す位置情報を得て、基準点位置情報及び位置情報に基づいて斜面の変位を求めて斜面変位データとする。監視センターは、斜面変位データが示す斜面変位が予め設定された変位閾値を越えると、スタティック測位からＲＴＫ測位に変更して、予め規定された第１の時間間隔で斜面変位データを求めるとともに、リアルタイム（第２の時間間隔）で斜面の変位を監視する。
【選択図】 図１
【解決手段】基準点であるＧＰＳ受信機１１ａは斜面外の位置に配置され、ＧＰＳ受信機１１ｂ及び１１ｃは斜面内の位置に配置されている。監視センター１２はスタティック測位に応じてそれぞれＧＰＳ受信機１１ａの位置を示す基準点位置情報及びＧＰＳ受信機１１ｂ及び１１ｃの位置を示す位置情報を得て、基準点位置情報及び位置情報に基づいて斜面の変位を求めて斜面変位データとする。監視センターは、斜面変位データが示す斜面変位が予め設定された変位閾値を越えると、スタティック測位からＲＴＫ測位に変更して、予め規定された第１の時間間隔で斜面変位データを求めるとともに、リアルタイム（第２の時間間隔）で斜面の変位を監視する。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、法面等の斜面の状態をＧＰＳ観測値に基づいて監視するための斜面監視システムに関し、特に、斜面の変位量が増加する等の緊急時に的確に対処することのできる斜面監視システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、法面等の斜面、特に、不安定要素がある大規模な斜面では崩落の危険が常に付きまとう関係上、斜面を適切に維持管理する必要があり、斜面の維持管理においては、各種の保護工及び対策工が施されている。しかしながら、斜面を維持管理する際において、地山の風化、植生の遷移、及び保護工や対策工の老朽化等の要因がどのように斜面崩落にかかわっているか未だに不明な点が多い。このため、斜面の状態を常に監視して、事前に斜面崩落を予測することが行われている。
【０００３】
ところで、従来、ＧＰＳを用いて斜面の変位を計測する手法が知られており（以下ＧＰＳ斜面計測と呼ぶ）、このようなＧＰＳ斜面計測では、例えば、斜面上に離間して配置された基準点と観測点との間の相対的変位を計測して、斜面変位を計測するようにしている。例えば、基準点及び観測点の各々にＧＰＳ受信機を配置して、各ＧＰＳ受信機で受信した受信信号（ＧＰＳ信号）を無線回線を介して、斜面から離れた現場事務所に送信し、現場事務所に設けられた解析装置でＧＰＳ信号に基づいて基準点及び観測点の位置座標と相対的位置の変位を算出するようにしている（特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平５−２８０９７８号公報（２ページ〜３ページ、第２図）
【０００５】
上述のように、斜面の状態をＧＰＳ等を用いて、基準点と観測点との相対的位置の変位を計測して、その計測データ（観測データ）から斜面の状態を知ろうとする際には、微小な変位をも検出する必要がある関係上、観測データ自体の評価が極めて難しく、しかも天候等の外的要因によって観測データがばらつくことを考慮すると、専門的な知識を有しなければ、観測データから基準点と観測点との相対的位置の変位を精度よく求めることは難しい。
【０００６】
つまり、観測データのばらつきを考慮して、基準点と観測点との相対的位置の変位を精度よく求める際には、通常の場合、斜面の変位は殆どないから、観測時間間隔を長くして（つまり、予め設定された時間毎（例えば、最短で０．５〜１．０時間程度）として、標準偏差を改善し、相対的位置の変位を求める必要があり、予め設定された毎にスタティック測位（静止測位）を行って、斜面変位を求めるようにしている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前述のようなスタティック測位では、観測点が測位中断中に移動したとしても、その移動量が±λ／４（λ：ＧＰＳ電波搬送波の波長）の範囲内である際には、予め設定した時間経過後に、スタティック測位すれば、スタティック測位した際の位相のバイアスは前回の測位と同一であるため、搬送波位相を観測することによって、正しい位置を求めることが可能である。
【０００８】
ところが、観測点が測位中断中に±λ／４の範囲を越えて移動すると、真のバイアス値は測位中断直前とは異なることになって、正しい位置を知ることができない。
【０００９】
このため、予め定められた時間間隔でスタティック測位を行う際には、測位中断中の観測点の移動量が±λ／４以下となるような時間間隔とする必要がある。
【００１０】
しかしながら、上述のように、時間間隔を設定して、スタティック測位を行うと、観測データのばらつきが抑えられ、斜面の変位傾向を精度よく把握することができるものの、緊急事態となると（例えば、斜面変位が大きくなる恐れがある場合等）、リアルタイムで斜面変位を監視できないという課題がある。
【００１１】
一方、前述の予め設定された時間を短くして、リアルタイムで斜面変位を計測しようとすると、観測データのばらつきが大きく、通常状態（緊急事態以外の場合）では、斜面の変位傾向を精度よく把握することが難しいという課題がある。
【００１２】
本発明の目的は、斜面の状態を精度よく把握できるとともに緊急事態に的確に対処できる斜面監視システムを提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、斜面の状態を監視する際に用いられ、前記斜面外の位置に配置され、ＧＰＳ衛星からの電波を受けて該電波を基準ＧＰＳデータとして出力するＧＰＳ基準局と、前記斜面内の位置に配置され、前記ＧＰＳ衛星からの電波を受けて該電波をＧＰＳデータとして出力する少なくとも一つのＧＰＳ局と、前記基準ＧＰＳデータ及び前記ＧＰＳデータによってそれぞれ求められる前記ＧＰＳ基準局の位置を示す基準点位置情報及び前記ＧＰＳ局の位置を示す位置情報に基づいて前記斜面の変位を求めて、斜面変位データとする監視センターとを有し、前記監視センターは、予め規定された第１の時間間隔毎に第１のＧＰＳ測位手法に応じて前記斜面変位データを生成しており、前記斜面変位データが示す斜面変位が予め設定された変位閾値を越えると、前記第１のＧＰＳ測位手法から、前記第１の時間間隔よりも短い第２の時間間隔による第２のＧＰＳ測位手法に変更して、前記第１の時間間隔で前記斜面変位データを求めるとともに、前記第２の時間間隔で前記斜面の変位を監視するようにしたことを特徴とする斜面監視システムが得られる。例えば、前記第１のＧＰＳ測位手法は、スタティック測位手法であり、前記第２のＧＰＳ測位手法は、ＲＴＫ測位手法であり、前記ＧＰＳ基準局及び前記ＧＰＳ局はネットワークによって前記監視センターに接続されている。
【００１４】
このようにして、ＧＰＳ基準局及びＧＰＳ局で、予め規定された時間間隔でＧＰＳ衛星から電波を受信してスタティック測位に応じてそれぞれ基準点位置情報及び位置情報を生成して、監視センターでは、斜面変位データが示す斜面変位が予め設定された変位閾値を越えると、第１の時間間隔で斜面変位データを求めるとともに第２の時間間隔で斜面の変位を監視するようにすれば、斜面の状態を精度よく把握できるばかりでなく、斜面の変位が大きい場合等の緊急事態に的確に対処することができることになり、通常の場合には、第１の時間間隔で第１のＧＰＳ測位手法（例えば、スタティック測位手法）を行うようにしたから、斜面等の観測地点における消費電力量を低減できる。そして、ＧＰＳ基準局及びＧＰＳ局をネットワークによって監視センターに接続するようにしたから、複数の斜面について一括して監視センターで監視できることになる。
【００１５】
また、本発明では、前記監視センターは、前記斜面又は前記斜面付近の降雨量を示す降雨量データを受けており、該降雨量データが示す降雨量が予め設定された降雨量閾値を越えると、前記監視センターは、前記斜面変位データが示す斜面変位に関係なく、前記第１のＧＰＳ測位手法から前記第２のＧＰＳ測位手法に変更して、前記第１の時間間隔で前記斜面変位データを求めるとともに、前記第２の時間間隔で前記斜面の変位を監視する。そして、前記監視センターでは、自然災害が発生したことを示す自然災害発生情報を受けた際、前記斜面変位データが示す斜面変位に関係なく、前記第１のＧＰＳ測位手法から前記第２のＧＰＳ測位手法に変更して、前記第１の時間間隔で前記斜面変位データを求めるとともに、前記第２の時間間隔で前記斜面の変位を監視するようにしてもよい。
【００１６】
このように、降雨量データが示す降雨量が予め設定された降雨量閾値を越えるか又は自然災害情報を受けると、斜面変位データが示す斜面変位に関係なく、第１の時間間隔で斜面変位データを求めるとともに、第２の時間間隔で斜面の変位を監視するようにすれば、斜面の状態を精度よく把握できるばかりでなく、大雨等の緊急事態に的確に対処することができることになる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下本発明について図面を参照して説明する。なお、以下の説明において、その形状及び寸法等は特に限定的な記載がない限りは、これに限定するものではない。
【００１８】
図１を参照して、まず、図示の斜面監視システムは、複数の斜面監視装置１１−１〜１１−Ｎ（Ｎは２以上の整数）を備えており、これら斜面監視装置１１−１〜１１−Ｎは、例えば、監視センター１２に、光ケーブル通信回線等の有線通信回線１３を介して接続されている。斜面監視装置１１−１〜１１−Ｎは互いに異なる斜面に配置され、それぞれ斜面の状態を監視計測して観測データ（計測データ）として監視センター１２に送る。ここでは、斜面監視装置１１−１〜１１−Ｎが送出する観測データを、それぞれ第１〜第Ｎの観測データと呼ぶことにする。
【００１９】
監視センター１２にはコンピュータシステム１２ａ、表示装置等の出力装置（モニター）１２ｂ、入力装置１２ｃ、及びデータベース１２ｄが備えられており、後述するようにして、監視センター１２では、コンピュータシステム１２ａによって、各斜面監視装置１１−１〜１１−Ｎから得られた第１〜第Ｎの観測データに応じて斜面毎に後述するようにして斜面変位データを生成する。なお、監視センター１２は、斜面監視装置１１−１〜１１−Ｎから離れた地点に配置されており、遠隔的にこれら観測データを収集する。
【００２０】
斜面監視装置（ＧＰＳ計測装置）１１−ｎ（ｎは１からＮまでのいずれかの数）は、少なくとも２つのＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）受信機（計測装置）を有しており、図示の例では、３つのＧＰＳ受信機１１ａ〜１１ｃを有している。この内の一つ、例えば、ＧＰＳ受信機１１ａは基準点受信機（ＧＰＳ基準局）として、斜面以外の地点に配置されている。つまり、基準点受信機１１ａは斜面から離れて安定した地面に配置されている。
【００２１】
一方、他のＧＰＳ受信機１１ｂ及び１１ｃは斜面上に配置されている（なお、斜面上には少なくとも一つのＧＰＳ受信機を配置すればよい）。そして、ＧＰＳ受信機１１ａ〜１１ｃは、予め設定された時間間隔（第１の時間間隔）で少なくとも４つのＧＰＳ衛星からの電波（ＧＰＳ電波）を受信して、上記の時間間隔毎にＧＰＳデータを観測データとして出力する。なお、上記の時間間隔は、例えば、コンピュータシステム１２ａからの観測時間設定コマンドによって設定される。
【００２２】
これらＧＰＳ受信機１１ａ〜１１ｃは、通信装置として用いられる通信集約機１１ｄ又は無線集約機１１ｅに接続されており、通信集約機１１ｄは有線通信回線１３に接続されている。そして、通信集約機１１ｄは各観測データを、有線通信回線１３を介して監視センター１２に送る。
【００２３】
また、無線集約機１１ｅは各観測データを、無線回線を介して無線中継機１６に送る。図１には無線中継機１６が一つ示されているが、実際には複数の無線中継機１６が配置されており、無線中継機１６毎に通信エリアが規定され、無線中継機１６は自己の通信エリア内に位置する無線集約機１１ｅから観測データを受けることになる。無線中継機１６は前述の有線通信回線１３に接続されており、無線中継機１６から監視センター１２に斜面毎の観測データが送られることになる。なお、各観測データにはＧＰＳ受信機を識別するための情報（ＧＰＳ受信機識別情報）が付加されている。
【００２４】
さらに、図示のように、各斜面には、例えば、雨量計２１が設置されており、雨量計２１で計測された降雨量は、雨量データとして、通信集約機１１ｄ又は無線集約機１１ｅを介して監視センター１２に送信される（なお、各斜面毎に雨量計を設置しなくても、気象データの配信を受けるようにしてもよい。つまり、斜面又は斜面付近の降雨量を示す気象データ（降雨量データ）の配信を受けるようにしてもよい）。
【００２５】
前述のようにして得られた観測データ（ＧＰＳデータ）は、各ＧＰＳ受信機の位置情報を、時間を追って３次元的に表しており、いま、基準点受信機（ＧＰＳ基準局）１１ａの位置情報を基準点位置情報とすると、この基準点位置情報と他のＧＰＳ受信機から得られた位置情報（以下他の位置情報と呼ぶ）とに基づいて斜面の変位を時系列的にしかも３次元的に得ることができる。
【００２６】
図２も参照して、監視センター１２（つまり、コンピュータシステム１２ａ）では、前述のようにして得られた基準点位置情報及び他の位置情報に基づいて、以下のようにして、斜面の変位データ（斜面変位データ）を得る。前述のように、各ＧＰＳ受信機１１ａ〜１１ｃからは、それぞれ基準点位置情報及び他の位置情報が、コンピュータシステム１１ａに与えられる（ステップＳ１）。コンピュータシステム１２ａでは、基準点位置情報と他の位置情報とを用いて、予め定められた時間間隔毎に斜面変位データを求める（ステップＳ２）。この斜面変位データは横軸を時間、縦軸を変位として示され、モニター１２ｂ上に表示されるとともに、データベース１２ｄに斜面毎に格納される。斜面変位データは、例えば、図３（ａ）〜（ｃ）に示すように、南北方向、東西方向、及び鉛直方向の変位点列として表される（図３（ａ）は、南北方向、図３（ｂ）は東西方向、図３（ｃ）は鉛直方向の変位点列を示す）。
【００２７】
ところで、上述の斜面変位データは、各種外的要因（例えば、ＧＰＳ衛星の状態、電離層及び対流圏の影響、マルチパス、及び基線長さ）によってバラツキ（帯状にばらつく）を含んでおり、このような斜面変位データから斜面の状態を正確に把握・評価することは難しい。そこで、監視センター１２（つまり、コンピュータシステム１２ａ）では、斜面変位データに対してフィルタ処理及び平滑化処理を行って、処理済み変位データ（フィルタデータ）を生成する（ステップＳ３）。
【００２８】
ここで、フィルタ処理及び平滑化処理について説明すると、ここでは、カルマンフィルタのアルゴリズムによって、状態ベクトルｘｎを推定する方法で、システムノイズの分散τ２及び観測ノイズの分散σ２、そして、次数ｋを推定して、ｘｎを離散的に求めて、対数尤度及びＡＩＣを用いて最適なｘｎを推定する。
【００２９】
つまり、状態空間モデルを、ｘｎ＝Ｆｎｘｎ−１＋Ｇｎνｎ，ｙｎ＝Ｈｎｘｎ＋ｗｎとする。ここで、ｘｎ：直接観測できない状態ベクトル（確率システムモデル）、νｎ：システムノイズ（平均０，分散共分散行列Ｑｎ）、ｙｎ：観測データ（観測モデル）、ｗｎ：観測ノイズ（平均０，分散共分散行列Ｒｎ）であり、Ｆｎ，Ｇｎ，Ｈｎはそれぞれガウス・マルコフ過程で定義された推移行列である。そして、この状態空間モデルを、確率差分方程式とする。Ｈｎｘｎ＝ｔｎとすると、ｙｎ＝ｔｎ＋ｗｎ（観測モデル），Δｋｔｎ＝νｎ（ｋ＝１の場合、Δｔｎ＝ｔｎ−ｔｎ−１＝νｎ，Δｋｔｎはｋ階の差分方程式）となる。
【００３０】
そして、カルマンフィルタによって、一期先予測（第１のステップ）、フィルタ（第２のステップ）、平滑化（第３のステップ）を一連の流れとして計算して、観測値ｙｎ＝｛ｙ１，ｙ２，…，ｙｎ｝が与えられた下の状態ｘｎ＝｛ｘ１，ｘ２，…，ｘｎ｝を求める。
【００３１】
このようにして、フィルタ処理及び平滑化処理を行った後、この処理済み変位データは前述の変位データとともにデータベース１２ｄに格納されるとともに、モニター１２ｂ上に表示される。この処理済み変位データは、図３（ａ）〜（ｃ）において、実線で示す線分として表されることになる。
【００３２】
そして、処理済み変位データを得た後、処理済み変位データが、例えば、予め設定された変位閾値を越えていると、処理済み変位データで示される斜面変位（スタティック斜面変位と呼ぶ）が変位閾値を越えていると（ステップＳ４）、コンピュータシステム１２ａでは、リアルタイムキネマティック（ＲＴＫ）測位指令を当該変位が計測された斜面監視装置に対して行う（ステップＳ５）。
【００３３】
ＲＴＫ測位指令を受けた斜面監視装置では、内蔵するＣＰＵがＲＴＫ測位指令に応答して、前述の予め定められた時間間隔に関係なく、リアルタイム（第２の時間間隔）でＧＰＳ電波を受信して、観測データを監視センター１２に送ることになる（ステップＳ６）。以下、この観測データをＲＴＫ観測データと呼ぶことにする。
【００３４】
監視センター１２では、コンピュータシステム１２ａがＲＴＫ観測データを予め定められた時間間隔（第１の時間間隔）毎に抽出して、前述したようにして、フィルタ処理及び平滑化処理し、処理済み変位データとするとともに、ＲＴＫ観測データに応じて、リアルタイムで時々刻々、南北方向、東西方向、及び鉛直方向の変位を検出する（ステップＳ７：以下この変位をＲＴＫ変位と呼ぶことにする）。そして、コンピュータシステム１２ａでは、このＲＴＫ変位が予め斜面毎に規定された変化量（ＲＴＫ変化量）を越えると（ステップＳ８）、警報を発して緊急事態を報知する（ステップＳ９）。
【００３５】
一方、前述のステップＳ４で、スタティック斜面変位が変位閾値以下であると、コンピュータシステム１２ａでは、雨量データが示す降雨量（例えば、一時間当たりの降雨量）が予め設定された降雨量閾値（この降雨量閾値は斜面毎に斜面の状況に応じて設定される）を越えたか否かを判定する（ステップＳ１０）。そして、雨量データが示す降雨量が降雨閾値を越えると、コンピュータシステム１２ａは前述のステップＳ５を行うことになる。
【００３６】
雨量データが示す降雨量が降雨閾値以下であると、前述のようにして、予め設定された時間間隔でスタティック測位が行われることになる。
【００３７】
このようにして、スタティック斜面変位が変位閾値を越えるか又は降雨量が降雨量閾値を越えると、実質的にスタティック測位（第１の測位手法）及びＲＴＫ測位（第２の測位手法）を併用して斜面の状態を監視して、緊急事態に備えることになる。
【００３８】
そして、スタティック斜面変位及びＲＴＫ斜面変位がともに納まると（つまり、スタティック斜面変位が斜面閾値以下で、ＲＴＫ斜面変位がＲＴＫ変化量以下で、かつ、降雨量が降雨量閾値以下となると（ステップＳ１１））、コンピュータシステム１２ａは、スタティック測位指令を前述の斜面監視装置に対して送出する（ステップＳ１２）。これによって、斜面監視装置では、予め設定された時間間隔で、スタティック測位を実施することになる（つまり、ステップＳ１に戻ることになる）。なお、図示はしないが、斜面付近において、地震等の自然災害が発生したとの情報（自然災害発生情報）を受けると、コンピュータシステム１２ａでは、前述のようにして、スタティック測位からＲＴＫ測位に変更して、斜面の状態を監視するようにしてもよい。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明において、監視センターでは、第１のＧＰＳ測位手法（例えば、スタティック測位手法）に応じて観測した斜面変位データが示す斜面変位が予め設定された変位閾値を越えると、第１のＧＰＳ測位手法から第２のＧＰＳ測位手法（例えば、ＲＴＫ測位手法）に変更して、予め規定された第１の時間間隔で斜面変位データを求めるとともに、第１の時間間隔よりも短い第２の時間間隔で斜面の変位を監視するようにしたから、斜面の状態を精度よく把握できるばかりでなく、斜面の変位が大きい場合等の緊急事態に的確に対処することができるという効果がある。
【００４０】
さらに、通常の場合には、予め設定された第１の時間間隔で測位（例えば、スタティック測位）を行うようにしたから、監視センターにおける負荷が低減できるばかりでなく、斜面等の観測地点における消費電力量を低減できるという効果もある。
【００４１】
また、ＧＰＳ基準局及びＧＰＳ局をネットワークによって監視センターに接続するようにしたから、複数の斜面について一括して監視センターで監視できるという効果がある。
【００４２】
本発明では、降雨量データが示す降雨量が予め設定された降雨量閾値を越えるか又は自然災害が発生すると、斜面変位データが示す斜面変位に関係なく、第１のＧＰＳ測位手法（スタティック測位）から第２の測位手法（ＲＴＫ測位）に変更して、予め規定された第１の時間間隔で斜面変位データを求めるとともに、第２の時間間隔（リアルタイム）で斜面の変位を監視するようにしたから、斜面の状態を精度よく把握できるばかりでなく、大雨等の緊急事態に的確に対処することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による斜面監視システムの一例を示すブロック図である。
【図２】図１に示す斜面監視システムにおける処理を説明するためのフロー図である。
【図３】図１に示す斜面監視システムで得られる観測データ及び処理済み変位データを示す図であり、（ａ）は南北方向を示す図、（ｂ）は東西方向を示す図、（ｃ）は鉛直方向を示す図である。
【符号の説明】
１１−１〜１１−Ｎ 斜面監視装置
１１ａ〜１１ｃ ＧＰＳ受信機
１１ｄ 通信集約機
１１ｅ 無線集約機
１２ 監視センター
１２ａ コンピュータシステム
１３ 有線通信回線
１６ 無線中継機
２１ 雨量計
【発明の属する技術分野】
本発明は、法面等の斜面の状態をＧＰＳ観測値に基づいて監視するための斜面監視システムに関し、特に、斜面の変位量が増加する等の緊急時に的確に対処することのできる斜面監視システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、法面等の斜面、特に、不安定要素がある大規模な斜面では崩落の危険が常に付きまとう関係上、斜面を適切に維持管理する必要があり、斜面の維持管理においては、各種の保護工及び対策工が施されている。しかしながら、斜面を維持管理する際において、地山の風化、植生の遷移、及び保護工や対策工の老朽化等の要因がどのように斜面崩落にかかわっているか未だに不明な点が多い。このため、斜面の状態を常に監視して、事前に斜面崩落を予測することが行われている。
【０００３】
ところで、従来、ＧＰＳを用いて斜面の変位を計測する手法が知られており（以下ＧＰＳ斜面計測と呼ぶ）、このようなＧＰＳ斜面計測では、例えば、斜面上に離間して配置された基準点と観測点との間の相対的変位を計測して、斜面変位を計測するようにしている。例えば、基準点及び観測点の各々にＧＰＳ受信機を配置して、各ＧＰＳ受信機で受信した受信信号（ＧＰＳ信号）を無線回線を介して、斜面から離れた現場事務所に送信し、現場事務所に設けられた解析装置でＧＰＳ信号に基づいて基準点及び観測点の位置座標と相対的位置の変位を算出するようにしている（特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平５−２８０９７８号公報（２ページ〜３ページ、第２図）
【０００５】
上述のように、斜面の状態をＧＰＳ等を用いて、基準点と観測点との相対的位置の変位を計測して、その計測データ（観測データ）から斜面の状態を知ろうとする際には、微小な変位をも検出する必要がある関係上、観測データ自体の評価が極めて難しく、しかも天候等の外的要因によって観測データがばらつくことを考慮すると、専門的な知識を有しなければ、観測データから基準点と観測点との相対的位置の変位を精度よく求めることは難しい。
【０００６】
つまり、観測データのばらつきを考慮して、基準点と観測点との相対的位置の変位を精度よく求める際には、通常の場合、斜面の変位は殆どないから、観測時間間隔を長くして（つまり、予め設定された時間毎（例えば、最短で０．５〜１．０時間程度）として、標準偏差を改善し、相対的位置の変位を求める必要があり、予め設定された毎にスタティック測位（静止測位）を行って、斜面変位を求めるようにしている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前述のようなスタティック測位では、観測点が測位中断中に移動したとしても、その移動量が±λ／４（λ：ＧＰＳ電波搬送波の波長）の範囲内である際には、予め設定した時間経過後に、スタティック測位すれば、スタティック測位した際の位相のバイアスは前回の測位と同一であるため、搬送波位相を観測することによって、正しい位置を求めることが可能である。
【０００８】
ところが、観測点が測位中断中に±λ／４の範囲を越えて移動すると、真のバイアス値は測位中断直前とは異なることになって、正しい位置を知ることができない。
【０００９】
このため、予め定められた時間間隔でスタティック測位を行う際には、測位中断中の観測点の移動量が±λ／４以下となるような時間間隔とする必要がある。
【００１０】
しかしながら、上述のように、時間間隔を設定して、スタティック測位を行うと、観測データのばらつきが抑えられ、斜面の変位傾向を精度よく把握することができるものの、緊急事態となると（例えば、斜面変位が大きくなる恐れがある場合等）、リアルタイムで斜面変位を監視できないという課題がある。
【００１１】
一方、前述の予め設定された時間を短くして、リアルタイムで斜面変位を計測しようとすると、観測データのばらつきが大きく、通常状態（緊急事態以外の場合）では、斜面の変位傾向を精度よく把握することが難しいという課題がある。
【００１２】
本発明の目的は、斜面の状態を精度よく把握できるとともに緊急事態に的確に対処できる斜面監視システムを提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、斜面の状態を監視する際に用いられ、前記斜面外の位置に配置され、ＧＰＳ衛星からの電波を受けて該電波を基準ＧＰＳデータとして出力するＧＰＳ基準局と、前記斜面内の位置に配置され、前記ＧＰＳ衛星からの電波を受けて該電波をＧＰＳデータとして出力する少なくとも一つのＧＰＳ局と、前記基準ＧＰＳデータ及び前記ＧＰＳデータによってそれぞれ求められる前記ＧＰＳ基準局の位置を示す基準点位置情報及び前記ＧＰＳ局の位置を示す位置情報に基づいて前記斜面の変位を求めて、斜面変位データとする監視センターとを有し、前記監視センターは、予め規定された第１の時間間隔毎に第１のＧＰＳ測位手法に応じて前記斜面変位データを生成しており、前記斜面変位データが示す斜面変位が予め設定された変位閾値を越えると、前記第１のＧＰＳ測位手法から、前記第１の時間間隔よりも短い第２の時間間隔による第２のＧＰＳ測位手法に変更して、前記第１の時間間隔で前記斜面変位データを求めるとともに、前記第２の時間間隔で前記斜面の変位を監視するようにしたことを特徴とする斜面監視システムが得られる。例えば、前記第１のＧＰＳ測位手法は、スタティック測位手法であり、前記第２のＧＰＳ測位手法は、ＲＴＫ測位手法であり、前記ＧＰＳ基準局及び前記ＧＰＳ局はネットワークによって前記監視センターに接続されている。
【００１４】
このようにして、ＧＰＳ基準局及びＧＰＳ局で、予め規定された時間間隔でＧＰＳ衛星から電波を受信してスタティック測位に応じてそれぞれ基準点位置情報及び位置情報を生成して、監視センターでは、斜面変位データが示す斜面変位が予め設定された変位閾値を越えると、第１の時間間隔で斜面変位データを求めるとともに第２の時間間隔で斜面の変位を監視するようにすれば、斜面の状態を精度よく把握できるばかりでなく、斜面の変位が大きい場合等の緊急事態に的確に対処することができることになり、通常の場合には、第１の時間間隔で第１のＧＰＳ測位手法（例えば、スタティック測位手法）を行うようにしたから、斜面等の観測地点における消費電力量を低減できる。そして、ＧＰＳ基準局及びＧＰＳ局をネットワークによって監視センターに接続するようにしたから、複数の斜面について一括して監視センターで監視できることになる。
【００１５】
また、本発明では、前記監視センターは、前記斜面又は前記斜面付近の降雨量を示す降雨量データを受けており、該降雨量データが示す降雨量が予め設定された降雨量閾値を越えると、前記監視センターは、前記斜面変位データが示す斜面変位に関係なく、前記第１のＧＰＳ測位手法から前記第２のＧＰＳ測位手法に変更して、前記第１の時間間隔で前記斜面変位データを求めるとともに、前記第２の時間間隔で前記斜面の変位を監視する。そして、前記監視センターでは、自然災害が発生したことを示す自然災害発生情報を受けた際、前記斜面変位データが示す斜面変位に関係なく、前記第１のＧＰＳ測位手法から前記第２のＧＰＳ測位手法に変更して、前記第１の時間間隔で前記斜面変位データを求めるとともに、前記第２の時間間隔で前記斜面の変位を監視するようにしてもよい。
【００１６】
このように、降雨量データが示す降雨量が予め設定された降雨量閾値を越えるか又は自然災害情報を受けると、斜面変位データが示す斜面変位に関係なく、第１の時間間隔で斜面変位データを求めるとともに、第２の時間間隔で斜面の変位を監視するようにすれば、斜面の状態を精度よく把握できるばかりでなく、大雨等の緊急事態に的確に対処することができることになる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下本発明について図面を参照して説明する。なお、以下の説明において、その形状及び寸法等は特に限定的な記載がない限りは、これに限定するものではない。
【００１８】
図１を参照して、まず、図示の斜面監視システムは、複数の斜面監視装置１１−１〜１１−Ｎ（Ｎは２以上の整数）を備えており、これら斜面監視装置１１−１〜１１−Ｎは、例えば、監視センター１２に、光ケーブル通信回線等の有線通信回線１３を介して接続されている。斜面監視装置１１−１〜１１−Ｎは互いに異なる斜面に配置され、それぞれ斜面の状態を監視計測して観測データ（計測データ）として監視センター１２に送る。ここでは、斜面監視装置１１−１〜１１−Ｎが送出する観測データを、それぞれ第１〜第Ｎの観測データと呼ぶことにする。
【００１９】
監視センター１２にはコンピュータシステム１２ａ、表示装置等の出力装置（モニター）１２ｂ、入力装置１２ｃ、及びデータベース１２ｄが備えられており、後述するようにして、監視センター１２では、コンピュータシステム１２ａによって、各斜面監視装置１１−１〜１１−Ｎから得られた第１〜第Ｎの観測データに応じて斜面毎に後述するようにして斜面変位データを生成する。なお、監視センター１２は、斜面監視装置１１−１〜１１−Ｎから離れた地点に配置されており、遠隔的にこれら観測データを収集する。
【００２０】
斜面監視装置（ＧＰＳ計測装置）１１−ｎ（ｎは１からＮまでのいずれかの数）は、少なくとも２つのＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）受信機（計測装置）を有しており、図示の例では、３つのＧＰＳ受信機１１ａ〜１１ｃを有している。この内の一つ、例えば、ＧＰＳ受信機１１ａは基準点受信機（ＧＰＳ基準局）として、斜面以外の地点に配置されている。つまり、基準点受信機１１ａは斜面から離れて安定した地面に配置されている。
【００２１】
一方、他のＧＰＳ受信機１１ｂ及び１１ｃは斜面上に配置されている（なお、斜面上には少なくとも一つのＧＰＳ受信機を配置すればよい）。そして、ＧＰＳ受信機１１ａ〜１１ｃは、予め設定された時間間隔（第１の時間間隔）で少なくとも４つのＧＰＳ衛星からの電波（ＧＰＳ電波）を受信して、上記の時間間隔毎にＧＰＳデータを観測データとして出力する。なお、上記の時間間隔は、例えば、コンピュータシステム１２ａからの観測時間設定コマンドによって設定される。
【００２２】
これらＧＰＳ受信機１１ａ〜１１ｃは、通信装置として用いられる通信集約機１１ｄ又は無線集約機１１ｅに接続されており、通信集約機１１ｄは有線通信回線１３に接続されている。そして、通信集約機１１ｄは各観測データを、有線通信回線１３を介して監視センター１２に送る。
【００２３】
また、無線集約機１１ｅは各観測データを、無線回線を介して無線中継機１６に送る。図１には無線中継機１６が一つ示されているが、実際には複数の無線中継機１６が配置されており、無線中継機１６毎に通信エリアが規定され、無線中継機１６は自己の通信エリア内に位置する無線集約機１１ｅから観測データを受けることになる。無線中継機１６は前述の有線通信回線１３に接続されており、無線中継機１６から監視センター１２に斜面毎の観測データが送られることになる。なお、各観測データにはＧＰＳ受信機を識別するための情報（ＧＰＳ受信機識別情報）が付加されている。
【００２４】
さらに、図示のように、各斜面には、例えば、雨量計２１が設置されており、雨量計２１で計測された降雨量は、雨量データとして、通信集約機１１ｄ又は無線集約機１１ｅを介して監視センター１２に送信される（なお、各斜面毎に雨量計を設置しなくても、気象データの配信を受けるようにしてもよい。つまり、斜面又は斜面付近の降雨量を示す気象データ（降雨量データ）の配信を受けるようにしてもよい）。
【００２５】
前述のようにして得られた観測データ（ＧＰＳデータ）は、各ＧＰＳ受信機の位置情報を、時間を追って３次元的に表しており、いま、基準点受信機（ＧＰＳ基準局）１１ａの位置情報を基準点位置情報とすると、この基準点位置情報と他のＧＰＳ受信機から得られた位置情報（以下他の位置情報と呼ぶ）とに基づいて斜面の変位を時系列的にしかも３次元的に得ることができる。
【００２６】
図２も参照して、監視センター１２（つまり、コンピュータシステム１２ａ）では、前述のようにして得られた基準点位置情報及び他の位置情報に基づいて、以下のようにして、斜面の変位データ（斜面変位データ）を得る。前述のように、各ＧＰＳ受信機１１ａ〜１１ｃからは、それぞれ基準点位置情報及び他の位置情報が、コンピュータシステム１１ａに与えられる（ステップＳ１）。コンピュータシステム１２ａでは、基準点位置情報と他の位置情報とを用いて、予め定められた時間間隔毎に斜面変位データを求める（ステップＳ２）。この斜面変位データは横軸を時間、縦軸を変位として示され、モニター１２ｂ上に表示されるとともに、データベース１２ｄに斜面毎に格納される。斜面変位データは、例えば、図３（ａ）〜（ｃ）に示すように、南北方向、東西方向、及び鉛直方向の変位点列として表される（図３（ａ）は、南北方向、図３（ｂ）は東西方向、図３（ｃ）は鉛直方向の変位点列を示す）。
【００２７】
ところで、上述の斜面変位データは、各種外的要因（例えば、ＧＰＳ衛星の状態、電離層及び対流圏の影響、マルチパス、及び基線長さ）によってバラツキ（帯状にばらつく）を含んでおり、このような斜面変位データから斜面の状態を正確に把握・評価することは難しい。そこで、監視センター１２（つまり、コンピュータシステム１２ａ）では、斜面変位データに対してフィルタ処理及び平滑化処理を行って、処理済み変位データ（フィルタデータ）を生成する（ステップＳ３）。
【００２８】
ここで、フィルタ処理及び平滑化処理について説明すると、ここでは、カルマンフィルタのアルゴリズムによって、状態ベクトルｘｎを推定する方法で、システムノイズの分散τ２及び観測ノイズの分散σ２、そして、次数ｋを推定して、ｘｎを離散的に求めて、対数尤度及びＡＩＣを用いて最適なｘｎを推定する。
【００２９】
つまり、状態空間モデルを、ｘｎ＝Ｆｎｘｎ−１＋Ｇｎνｎ，ｙｎ＝Ｈｎｘｎ＋ｗｎとする。ここで、ｘｎ：直接観測できない状態ベクトル（確率システムモデル）、νｎ：システムノイズ（平均０，分散共分散行列Ｑｎ）、ｙｎ：観測データ（観測モデル）、ｗｎ：観測ノイズ（平均０，分散共分散行列Ｒｎ）であり、Ｆｎ，Ｇｎ，Ｈｎはそれぞれガウス・マルコフ過程で定義された推移行列である。そして、この状態空間モデルを、確率差分方程式とする。Ｈｎｘｎ＝ｔｎとすると、ｙｎ＝ｔｎ＋ｗｎ（観測モデル），Δｋｔｎ＝νｎ（ｋ＝１の場合、Δｔｎ＝ｔｎ−ｔｎ−１＝νｎ，Δｋｔｎはｋ階の差分方程式）となる。
【００３０】
そして、カルマンフィルタによって、一期先予測（第１のステップ）、フィルタ（第２のステップ）、平滑化（第３のステップ）を一連の流れとして計算して、観測値ｙｎ＝｛ｙ１，ｙ２，…，ｙｎ｝が与えられた下の状態ｘｎ＝｛ｘ１，ｘ２，…，ｘｎ｝を求める。
【００３１】
このようにして、フィルタ処理及び平滑化処理を行った後、この処理済み変位データは前述の変位データとともにデータベース１２ｄに格納されるとともに、モニター１２ｂ上に表示される。この処理済み変位データは、図３（ａ）〜（ｃ）において、実線で示す線分として表されることになる。
【００３２】
そして、処理済み変位データを得た後、処理済み変位データが、例えば、予め設定された変位閾値を越えていると、処理済み変位データで示される斜面変位（スタティック斜面変位と呼ぶ）が変位閾値を越えていると（ステップＳ４）、コンピュータシステム１２ａでは、リアルタイムキネマティック（ＲＴＫ）測位指令を当該変位が計測された斜面監視装置に対して行う（ステップＳ５）。
【００３３】
ＲＴＫ測位指令を受けた斜面監視装置では、内蔵するＣＰＵがＲＴＫ測位指令に応答して、前述の予め定められた時間間隔に関係なく、リアルタイム（第２の時間間隔）でＧＰＳ電波を受信して、観測データを監視センター１２に送ることになる（ステップＳ６）。以下、この観測データをＲＴＫ観測データと呼ぶことにする。
【００３４】
監視センター１２では、コンピュータシステム１２ａがＲＴＫ観測データを予め定められた時間間隔（第１の時間間隔）毎に抽出して、前述したようにして、フィルタ処理及び平滑化処理し、処理済み変位データとするとともに、ＲＴＫ観測データに応じて、リアルタイムで時々刻々、南北方向、東西方向、及び鉛直方向の変位を検出する（ステップＳ７：以下この変位をＲＴＫ変位と呼ぶことにする）。そして、コンピュータシステム１２ａでは、このＲＴＫ変位が予め斜面毎に規定された変化量（ＲＴＫ変化量）を越えると（ステップＳ８）、警報を発して緊急事態を報知する（ステップＳ９）。
【００３５】
一方、前述のステップＳ４で、スタティック斜面変位が変位閾値以下であると、コンピュータシステム１２ａでは、雨量データが示す降雨量（例えば、一時間当たりの降雨量）が予め設定された降雨量閾値（この降雨量閾値は斜面毎に斜面の状況に応じて設定される）を越えたか否かを判定する（ステップＳ１０）。そして、雨量データが示す降雨量が降雨閾値を越えると、コンピュータシステム１２ａは前述のステップＳ５を行うことになる。
【００３６】
雨量データが示す降雨量が降雨閾値以下であると、前述のようにして、予め設定された時間間隔でスタティック測位が行われることになる。
【００３７】
このようにして、スタティック斜面変位が変位閾値を越えるか又は降雨量が降雨量閾値を越えると、実質的にスタティック測位（第１の測位手法）及びＲＴＫ測位（第２の測位手法）を併用して斜面の状態を監視して、緊急事態に備えることになる。
【００３８】
そして、スタティック斜面変位及びＲＴＫ斜面変位がともに納まると（つまり、スタティック斜面変位が斜面閾値以下で、ＲＴＫ斜面変位がＲＴＫ変化量以下で、かつ、降雨量が降雨量閾値以下となると（ステップＳ１１））、コンピュータシステム１２ａは、スタティック測位指令を前述の斜面監視装置に対して送出する（ステップＳ１２）。これによって、斜面監視装置では、予め設定された時間間隔で、スタティック測位を実施することになる（つまり、ステップＳ１に戻ることになる）。なお、図示はしないが、斜面付近において、地震等の自然災害が発生したとの情報（自然災害発生情報）を受けると、コンピュータシステム１２ａでは、前述のようにして、スタティック測位からＲＴＫ測位に変更して、斜面の状態を監視するようにしてもよい。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明において、監視センターでは、第１のＧＰＳ測位手法（例えば、スタティック測位手法）に応じて観測した斜面変位データが示す斜面変位が予め設定された変位閾値を越えると、第１のＧＰＳ測位手法から第２のＧＰＳ測位手法（例えば、ＲＴＫ測位手法）に変更して、予め規定された第１の時間間隔で斜面変位データを求めるとともに、第１の時間間隔よりも短い第２の時間間隔で斜面の変位を監視するようにしたから、斜面の状態を精度よく把握できるばかりでなく、斜面の変位が大きい場合等の緊急事態に的確に対処することができるという効果がある。
【００４０】
さらに、通常の場合には、予め設定された第１の時間間隔で測位（例えば、スタティック測位）を行うようにしたから、監視センターにおける負荷が低減できるばかりでなく、斜面等の観測地点における消費電力量を低減できるという効果もある。
【００４１】
また、ＧＰＳ基準局及びＧＰＳ局をネットワークによって監視センターに接続するようにしたから、複数の斜面について一括して監視センターで監視できるという効果がある。
【００４２】
本発明では、降雨量データが示す降雨量が予め設定された降雨量閾値を越えるか又は自然災害が発生すると、斜面変位データが示す斜面変位に関係なく、第１のＧＰＳ測位手法（スタティック測位）から第２の測位手法（ＲＴＫ測位）に変更して、予め規定された第１の時間間隔で斜面変位データを求めるとともに、第２の時間間隔（リアルタイム）で斜面の変位を監視するようにしたから、斜面の状態を精度よく把握できるばかりでなく、大雨等の緊急事態に的確に対処することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による斜面監視システムの一例を示すブロック図である。
【図２】図１に示す斜面監視システムにおける処理を説明するためのフロー図である。
【図３】図１に示す斜面監視システムで得られる観測データ及び処理済み変位データを示す図であり、（ａ）は南北方向を示す図、（ｂ）は東西方向を示す図、（ｃ）は鉛直方向を示す図である。
【符号の説明】
１１−１〜１１−Ｎ 斜面監視装置
１１ａ〜１１ｃ ＧＰＳ受信機
１１ｄ 通信集約機
１１ｅ 無線集約機
１２ 監視センター
１２ａ コンピュータシステム
１３ 有線通信回線
１６ 無線中継機
２１ 雨量計
Claims (5)
- 斜面の状態を監視する際に用いられ、
前記斜面外の位置に配置され、ＧＰＳ衛星からの電波を受けて該電波を基準ＧＰＳデータとして出力するＧＰＳ基準局と、
前記斜面内の位置に配置され、前記ＧＰＳ衛星からの電波を受けて該電波をＧＰＳデータとして出力する少なくとも一つのＧＰＳ局と、
前記基準ＧＰＳデータ及び前記ＧＰＳデータによってそれぞれ求められる前記ＧＰＳ基準局の位置を示す基準点位置情報及び前記ＧＰＳ局の位置を示す位置情報に基づいて前記斜面の変位を求めて、斜面変位データとする監視センターとを有し、
前記監視センターは、予め規定された第１の時間間隔毎に第１のＧＰＳ測位手法に応じて前記斜面変位データを生成しており、前記斜面変位データが示す斜面変位が予め設定された変位閾値を越えると、前記第１のＧＰＳ測位手法から、前記第１の時間間隔よりも短い第２の時間間隔による第２のＧＰＳ測位手法に変更して、前記第１の時間間隔で前記斜面変位データを求めるとともに、前記第２の時間間隔で前記斜面の変位を監視するようにしたことを特徴とする斜面監視システム。 - 前記第１のＧＰＳ測位手法は、スタティック測位手法であり、前記第２のＧＰＳ測位手法は、ＲＴＫ測位手法であることを特徴とする請求項１に記載の斜面監視システム。
- 前記ＧＰＳ基準局及び前記ＧＰＳ局はネットワークによって、前記監視センターに接続されていることを特徴とする請求項１又は２記載の斜面監視システム。
- 前記監視センターは、前記斜面又は前記斜面付近の降雨量を示す降雨量データを受けており、
該降雨量データが示す降雨量が予め設定された降雨量閾値を越えると、前記監視センターは、前記斜面変位データが示す斜面変位に関係なく、前記第１のＧＰＳ測位手法から前記第２のＧＰＳ測位手法に変更して、前記第１の時間間隔で前記斜面変位データを求めるとともに、前記第２の時間間隔で前記斜面の変位を監視するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の斜面監視システム。 - 前記監視センターには、自然災害が発生したことを示す自然災害発生情報が与えられており、
前記自然災害発生情報を受けると、前記監視センターは、前記斜面変位データが示す斜面変位に関係なく、前記第１のＧＰＳ測位手法から前記第２のＧＰＳ測位手法に変更して、前記第１の時間間隔で前記斜面変位データを求めるとともに、前記第２の時間間隔で前記斜面の変位を監視するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の斜面監視システム。
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