JP2005315735A - 地盤変動監視装置、地盤変動監視システム及び土石流監視システム - Google Patents

Abstract

【課題】地盤の絶対的変動に対する３次元測位に、地盤の相対的変動に対する１次元又は２次元測位を組み合わせることにより、高精度に且つリアルタイムで地盤変動を監視できるようにする。
【解決手段】監視点に打ち込まれるコンクリートパイル１に、１つのＧＰＳ測位装置２、４つのレーザ測位装置３（３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ）、センター及びＧＰＳ基準観測装置との通信用の無線アンテナ４、通信部５、ソーラパネル６、バッテリ収納ボックス７が取りつけられる。ＧＰＳ測位装置２は、離れた位置に設置されているＧＰＳ基準観測装置との連携により干渉測位法により監視点の３次元測位を一定時間毎に行う。レーザ測位装置３は、監視点の周囲に設置されているレーザ光反射板の１次元又は２次元測位をリアルタイムで行う。
【選択図】図１

Description

この発明は、傾斜地等に設置される地盤変動監視装置、及びこの装置を用いた地盤変動監視システムと土石流監視システムに関する。

傾斜地等に設置される地盤変動監視装置には、土地面にワイヤーを張架しておき、その断線や張力変化を検出することで表土の変動を検出するようにしたものがある。しかし、ワイヤーの断線を検出する装置では実際に地盤が変動して土石流が発生してからでないとその状態を検出できない欠点があり、ワイヤーの張力変化（伸縮度）を検出する装置では、機械的な限界があるために、変動検出距離が１０ｍ〜２０ｍ程度と短い欠点がある。また、いずれも、メンテナンス性が良くない、動物などの接触による誤動作が多い、広い範囲での検出が容易でない等の欠点がある。そこで、ＧＰＳを利用して、地盤変動監視を行う装置が提案されている（例えば、特許文献１）。この装置では、複数の監視点にＧＰＳ測位を行う装置を設置し、ＧＰＳ基準点に設置されるＧＰＳ基準観測装置と連携して、干渉測位法により各監視点の絶対的な３次元測位を行うようにしている。
特開平６−１６０５０９号

しかしながら、上記の装置は、監視点の絶対的変動に対する３次元位置の測位は可能であるが、外乱要因が多いために、一定の精度を得るのに測位データを平均化する処理が必要であり、そのために測位データ取得のインターバルが数１０分〜１時間程度と長時間になる不都合があった。このため、地盤変動の検出をリアルタイムで行うことができず、地盤変動のリアルタイム監視が必要であるとき、例えば土石流の発生前後において、その変動のリアルタイム監視を行うことができない問題があった。

この発明の目的は、地盤の絶対的変動に対する３次元測位に、地盤の相対的変動に対する１次元又は２次元測位を組み合わせることにより、高精度に且つリアルタイムで地盤変動を監視できる地盤変動監視装置を提供することにある。

この発明は、監視点の３次元測位を行うＧＰＳ測位装置と、前記監視点を起点として周囲に設置されたレーザ光反射板の１次元又は２次元測位を行うレーザ測位装置とを備えるものである。

ＧＰＳ測位装置は、別に設けられたＧＰＳ基準観測装置と連携して干渉測位法により該ＧＰＳ測位装置が設置される監視点の３次元測位を行う。この測位では、広域における監視点の絶対的変動に対する３次元測位を行うことができる。測位データはバラツキがあるために、高精度を保証する見地から、数１０分〜１時間程度の平均化処理を行ってから測位を行う。このＧＰＳ測位装置では、３次元測位が可能であるとともに、干渉測位法により、非常に長い基線ベクトルでの高精度な測位が可能である。

レーザ測位装置は、監視点の周囲に設置されたレーザ光反射板に対して連続して、若しくは間歇的にレーザ光を照射し、そのレーザ光が同反射板で反射して帰来するまでの時間を測定することによりレーザ反射板の１次元又は２次元測位を行う。１つのレーザ測位装置と１つのレーザ光反射板との組み合わせでそのレーザ光反射板の設置位置の１次元測位が可能であり、ｎ個の組み合わせで各レーザ光反射板の設置位置の２次元測位が可能である。レーザには、例えば、拡散ビームレーザを使用することが可能である。この拡散ビームレーザを使用することにより、人の眼に害を及ぼすことがない。

レーザ測位装置は、ＧＰＳ装置のように測位データに本来的にバラツキを持つものではないために１度の測位結果が高精度なものとなる。そこで、レーザ測位装置では、リアルタイム監視ができる。

このように、一定時間毎に高精度な３次元測位を行いつつ、リアルタイムで周囲の高精度な１次元又は２次元測位を行うことができる。これにより、地盤変位の高精度な３次元測位と地盤変位の高精度なリアルタイム監視が可能となる。

本発明によれば、ＧＰＳ測位装置により監視点の絶対的変動を３次元測位で高精度に検出し、レーザ測位装置により監視点周囲の相対的変動を１次元又は２次元測位で高精度に且つリアルタイムに検出することができる。このため、地面の３次元の動きを一定時間毎に高精度で把握できるとともに、表土の細かい１次元又は２次元の動きをリアルタイムで高精度で把握できることになり、地盤の監視性能を著しく向上させることができる。

図１は、本発明の実施形態の地盤変動監視装置Ｘの外観図を示している。

この実施形態では、地盤変動監視装置Ｘは土石流を監視する土石流監視システムに組み込まれる。

図１において、この発明の保持手段に対応しているコンクリートパイル１は、監視点の堆積土、表層土に打ち込まれる。

このコンクリートパイル１に、１つのＧＰＳ測位装置２、４つのレーザ測位装置３（３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ）、センター及びＧＰＳ基準観測装置との通信用の無線アンテナ４、通信部５、ソーラパネル６、バッテリ収納ボックス７が取りつけられている。

上記地盤変動監視装置Ｘは、電力をソーラパネル６から得る自立型に設計され、夜間では、昼間に充電されたバッテリにより全体の駆動電源が確保される。

図２は、上記地盤変動監視装置Ｘを用いる地盤変動監視方法について説明する図である。

ＧＰＳ基準点にはＧＰＳ基準観測装置Ｙが設置され、このＧＰＳ基準観測装置ＹとＧＰＳ測位装置Ｘとが連携し、干渉測位法により地盤変動監視装置Ｘが設置される監視点の３次元測位が行われる。ＧＰＳ基準観測装置ＹとＧＰＳ測位装置Ｘとの連携は、無線アンテナ４を用いて行う。なお、干渉測位法については周知であるため、説明を省略する。

前記地盤変動監視装置Ｘの周囲には、該地盤変動監視装置Ｘが設置される監視点を起点としてレーザ測位装置３から概ね数１０ｍ〜数１００メートル離れた位置に、４つのレーザ光反射板１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄが略等間隔で配置され、その反射面は対応するレーザ測位装置３に向けられている。また、各レーザ光反射板１０と各レーザ測位装置３との間の空間位置には障害物がなく、各レーザ測位装置３から出射したレーザ光はダイレクトに各レーザ光反射板１０に到達して反射し、ダイレクトに各レーザ測位装置３に帰来するように、各レーザ光反射板１０の設置位置が定められる。一つのレーザ光反射板１０と一つのレーザ測位装置３との組み合わせで、そのレーザ光反射板１０の設置位置の１次元の測位ができ、この組み合わせが複数個（図では４つ）あることで、三角法により各レーザ光反射板１０の設置位置の２次元の測位ができる。図示のように、αで示されるエリアがレーザ測位装置３による測位領域となる。

レーザ測位装置３は、拡散ビームレーザ光を出射するものが用いられる。拡散ビームレーザ光であると、このビームが人の眼に長時間照射されても、無害である利点がある。

図３は、上記地盤変動監視装置Ｘを土石流の生じやすい渓流地域に複数個設置した例を示している。

上記地盤変動監視装置Ｘは、図示の例では４つ設置され、それぞれの設置位置をＧＰＳ測位装置２による３次元測位の監視点とし、各監視点の周囲４カ所に設置されているレーザ光反射板１０の設置位置に対し、レーザ測位装置３による１次元又は２次元測位が行われる。

各地盤変動監視装置Ｘで観測された測位データは多重化されて、４００ＭＨｚの周波数で無線アンテナ４により中継装置２０に送信され、さらに、この中継装置２０で収集された測位データはインターネットを介してセンター２１に送られる。多重化には、ＧＰＳ時刻を基準として各地盤変動監視装置Ｘに送受信のためのタイムスロットを割り当てる時分割手法を採用するのが、１周波数でよいため簡単である。ＧＰＳ時刻は、各地盤変動監視装置ＸのＧＰＳ測位装置で簡単に得ることができる。タイムスロットの割り当て例を図４に示す。図において、「無線局」とは各地盤変動監視装置Ｘを意味する。図示のように、各無線局の送受信スロットがＧＰＳ時刻を基準として割り当てられるため、混信がなく、１つの周波数を極めて効率的に利用することができる。

図５は、地盤変動監視装置Ｘの構成図である。

ＧＰＳ測位装置２は、通信部５を介してＧＰＳ基準観測装置Ｙから送信されてくる測位データ（搬送波位相データ等）と自身の測位データに基づいて、地盤変動監視装置Ｘが設置されている監視点の３次元測位を行う。また、制御部８に対して上記３次元測位の測位結果をＧＰＳ時刻（ＧＰＳ基準時刻）とともに送る。

ＧＰＳ測位装置２での３次元測位は、測位データの平均化処理を数十分〜１時間の長さで行うため、制御部８に対して平均化処理後の測位データを送るインターバルは、数十分〜１時間となる。

レーザ測位装置３は、連続的に、又は、間歇的にレーザ光を出射し、レーザ測位を行う。測位データは制御部８に送られる。レーザ測位の測位データはＧＰＳ測位のように長時間の平均化処理を必要としないため、測位データはリアルタイムで得られる。

制御部８は、ＧＰＳ時刻を得ると、この時刻を基準として測位データを中継装置２０に送信するタイムスロットを設定し、そのときまで収集した測位データを送信用に編集して上記タイムスロットとともに通信部５に送る。

通信部５は、上記データ類を受けると、上記タイムスロットのときに、上記編集された測位データを中継装置２０に対して送信する。タイムスロットを数分間程度にすることにより、中継装置２０では、レーザ測位装置３で得られた測位データを実質的にリアルタイムで取得することができる。中継装置２０で中継した測位データは、適当なタイミングでインターネットを介してセンター２１に送られる。

図６は、センター２１に設けられる監視台の監視画面例である。

同図において、矩形で示すマークは、レーザ光反射板が配置されている各レーザ監視点において、「警戒値外」（異常を示していない）、「警戒値１を超えたレーザ監視点」（やや警戒すべき状況にある）、「警戒値２を超えたレーザ監視点」（警戒値１よりも警戒すべき状況にある）、「警戒値１を超え、かつ異常な動きをしたレーザ監視点」（異常が認められる）の４段階を示す。これらのマークの決定は、レーザ測位装置３で得られたリアルタイムで取得することのできる測位データに基づいて行われる。通常は、測位データと比較するしきい値を複数設け、どのしきい値を超えたかでマーク種別を決める。測位データを平均化してから、これらのしきい値と比較することも可能である。

また、矢印で示すマークは、地盤変動監視装置Ｘが設置されている監視点、すなわち、ＧＰＳ測位装置２での３次元測位による監視点の動態を示している。この測位は３次元で行われるため、矢印の表示は、３次元ベクトル表示にすることが望ましい。３次元ベクトル表示は、例えば、矢印をカラーグラデーション表示とし、紙面に対して下向きか上向きかをグラデーションの方向で示すようにしても良いし、または、３次元表示するようにしても良い。

図７は、レーザ監視点の動態グラフ（監視点Ａ）を示している。この動態グラフは、上記レーザ測位装置３で得られた測位データを時系列に表示することで得られる。図では縦軸を１次元での相対位置変化量（中心位置から遠ざかる方向への変位はプラス、近づく方向への変位はマイナス）とし、横軸を時間としている。測位データは２次元で得ることができるから、２次元グラフにすれば、動態がより詳しく観察できる。

上記図６、図７に示す画面は、センター２１の分析手段（ソフトウエア）により得られるが、この分析手段は、センター２１だけではなく、無線により接続される監視専用車やインターネット接続される端末装置など、その他、任意の装置に組み込むことが可能である。

上記のシステムでは、各地盤変動監視装置Ｘの設置位置である監視点の広域における３次元測位結果が数十分〜１時間のインターバルで得られ、上記監視点の周囲の（レーザ光反射板が設置されている）近接領域における１次元又は２次元測位結果が実質的にリアルタイムで得られる。また、これらの測位結果はいずれも高精度である。

このように、ＧＰＳ測位により広域において監視点の絶対変位が３次元で高精度に取得でき、レーザ測位により監視点近接領域の相対変位が１次元又は２次元で高精度に取得できる。また、後者のレーザ測位による監視は実質的にリアルタイムで行うことができる。

本発明の実施形態の地盤変動監視装置Ｘの外観図 地盤変動監視装置Ｘを用いる地盤変動監視方法について説明する図 地盤変動監視システムを示す図 送受信タイムスロットを示す図 地盤変動監視装置Ｘの構成図 監視画面例 レーザ監視点の動態グラフ（監視点Ａ）

符号の説明

Ｘ−地盤変動監視装置
Ｙ−ＧＰＳ基準観測装置
２−ＧＰＳ測位装置
３−レーザ測位装置

Claims (6)

1. 監視点の３次元測位を行うＧＰＳ測位装置と、前記監視点を起点として周囲に設置されたレーザ光反射板の１次元又は２次元測位を行うレーザ測位装置と、これらの測位装置で取得した測位データを多重化してセンターに送信する通信装置と、を備える地盤変動監視装置。
2. 監視点に設置される請求項１記載の複数の地盤変動監視装置と、各地盤変動監視装置の周囲の複数の位置に設置されたレーザ光反射板と、前記ＧＰＳ測位装置と連携して各監視点の３次元測位を干渉測位法により行うためのＧＰＳ基準観測装置と、前記各地盤変動監視装置の測位データを受信して分析するセンターと、を備える地盤変動監視システム。
3. 監視点の３次元測位を行うＧＰＳ測位装置と、前記監視点を起点として周囲に設置されたレーザ光反射板の２次元測位を行うレーザ測位装置と、これらの測位装置で取得した測位データを多重化してセンターに送信する通信装置と、前記ＧＰＳ測位装置と前記レーダ測位装置と前記通信装置とを保持する保持手段とを備える地盤変動監視装置と、
   各地盤変動監視装置の周囲の複数の位置に設置されたレーザ光反射板と、
   前記ＧＰＳ測位装置と連携して各監視点の３次元測位を干渉測位法により行うためのＧＰＳ基準観測装置と、
   前記各地盤変動監視装置の測位データを受信して分析するセンターと、を備える土石流監視システム。
4. 複数の地盤変動監視装置及び各地盤変動監視装置の周囲に設置される複数のレーザ光反射板を、複数の互いに異なる地点に設けることを特徴とする請求項３記載の土石流監視システム。
5. 監視点の３次元測位を行うＧＰＳ測位装置と、前記監視点を起点として周囲に設置されたレーザ光反射板の１次元又は２次元測位を行うレーザ測位装置と、これらの測位装置で取得した測位データを多重化してセンターに送信する通信装置と、前記ＧＰＳ測位装置と前記レーザ測位装置と前記通信装置とを保持し地面に設置される保持手段とを備える地盤変動監視装置。
6. 監視点に設置される請求項４記載の複数の地盤変動監視装置と、
   各地盤変動監視装置の周囲の複数の位置に設置されたレーザ光反射板と、
   前記ＧＰＳ測位装置と連携して各監視点の３次元測位を干渉測位法により行うためのＧＰＳ基準観測装置と、
   前記各地盤変動監視装置の測位データを分析する分析手段と、を備える地盤変動監視システム。

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