JP2006242648A - Device for monitoring environment in subsurface layer and system for monitoring environment in subsurface layer using it - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、表層地盤の環境をモニタリングするモニタリング装置及びそれらを複数用いた表層地盤環境モニタリングシステムに関する。 The present invention relates to a monitoring device for monitoring the environment of a surface layer ground and a surface layer environment monitoring system using a plurality of them.
近年、地球環境に対する関心が高まってきており、地球環境についての知見を得るために様々な調査研究が行われている。例えば、地殻表面や大気圏の環境については、合成開口レーダー(SAR)やGEO−NET(GPS)による地殻変動の観測、地球観測衛星ランドサットによる植生分布の観測、気象衛星ひまわりによる気象の観測などが行なわれている。また、地殻深部の環境については、K−NET、HI−NETなどの地震波による観測や、弾性波探査、電気探査などの物理探査が行なわれている。 In recent years, interest in the global environment has increased, and various research studies have been conducted to obtain knowledge about the global environment. For example, for the crust surface and atmospheric environment, observations of crustal movements using synthetic aperture radar (SAR) and GEO-NET (GPS), observation of vegetation distribution using the earth observation satellite Landsat, observation of weather using the meteorological satellite sunflower, etc. It is. As for the environment in the deep crust, physical exploration such as observation by seismic waves such as K-NET and HI-NET, elastic wave exploration, and electric exploration has been performed.
しかしながら、表層地盤の環境については、災害予測システムとして限定された地域の環境を観測するシステムにより観測されているにすぎない(例えば、特許文献1参照)。このような災害予測システムは、有線によるデータ通信を行なうための配線を必要とするため、広域の表層地盤の環境を観測することができないという問題があった。また、無線によるデータ通信を行うとしても、図8に示すように、既存の災害予測システムではデータ通信を行なうために、基地局300がデータを受信できる範囲内(点線で描かれた円の内側)の観測地点310、320に観測装置を配置する必要があるため、通信電波の到達距離により観測可能な地域が制限され、基地局300がデータを受信できる範囲外に存在する観測地点410、420の表層地盤の環境を観測することができないという問題があった。さらに、このような災害予測システムでは、恒常的な電源が必要となり、設置場所が限定されると共に設置コストが高いという問題があった。
However, the environment of the surface ground is only observed by a system that observes the environment of a limited area as a disaster prediction system (see, for example, Patent Document 1). Such a disaster prediction system has a problem that it cannot observe the environment of the surface layer in a wide area because it requires wiring for performing data communication by wire. Even if data communication is performed wirelessly, as shown in FIG. 8, in the existing disaster prediction system, in order to perform data communication, the
本発明は、このような事情に鑑み、設置場所が限定されず、かつ広域の表層地盤の環境をモニタリングすることができる表層地盤環境モニタリング装置及びそれを用いた表層地盤環境モニタリングシステムを提供することを課題とする。 In view of such circumstances, the present invention provides a surface soil environment monitoring device that can monitor the environment of a wide surface soil layer and a surface soil environment monitoring system using the same, where the installation location is not limited. Is an issue.
前記課題を解決する本発明の第1の態様は、表層地盤の状態を検出する少なくとも1つの検出器と、前記検出器に接続され、特定小電力無線を用いて前記検出器によって検出された観測データを送受信する受送信器とを具備することを特徴とする表層地盤環境モニタリング装置にある。 According to a first aspect of the present invention for solving the above-mentioned problem, there is provided at least one detector for detecting a surface ground condition, and an observation connected to the detector and detected by the detector using a specific low power radio. A surface ground environment monitoring device comprising a transmitter / receiver for transmitting and receiving data.
かかる第1の態様では、設置場所を限定することなく広域の表層地盤に表層地盤環境モニタリング装置を設置することができる。 In the first aspect, the surface ground environment monitoring device can be installed on a wide area of the surface ground without limiting the installation location.
本発明の第2の態様は、第1の態様において、前記表層地盤にボーリング孔を設け、当該ボーリング孔の中に前記検出器を設置することを特徴とする表層地盤環境モニタリング装置にある。 According to a second aspect of the present invention, there is provided a surface ground environment monitoring apparatus according to the first aspect, wherein a boring hole is provided in the surface ground and the detector is installed in the boring hole.
かかる第2の態様では、表層地盤の中の環境をモニタリングすることができる。 In the second aspect, the environment in the surface layer ground can be monitored.
本発明の第3の態様は、第2の態様において、前記ボーリング孔内に前記ボーリング孔の内壁面を保護する保護管を設け、当該保護管と前記受送信器とを接続することを特徴とする表層地盤環境モニタリング装置にある。 According to a third aspect of the present invention, in the second aspect, a protective tube for protecting an inner wall surface of the boring hole is provided in the boring hole, and the protective tube and the transmitter / receiver are connected. It is in the surface ground environment monitoring device.
かかる第3の態様では、観測データの送受信の感度を向上させ、通信距離を伸ばすことができると共に安定した観測データの送受信を行うことができる。 In the third aspect, the sensitivity of observation data transmission / reception can be improved, the communication distance can be increased, and stable observation data transmission / reception can be performed.
本発明の第4の態様は、第2又は第3の態様において、前記検出器と前記受送信器とに電気的に接続されるバッテリーをさらに具備し、前記ボーリング孔の中に前記バッテリーを設置することを特徴とする表層地盤環境モニタリング装置にある。 According to a fourth aspect of the present invention, in the second or third aspect, the battery further includes a battery electrically connected to the detector and the transmitter / receiver, and the battery is installed in the boring hole. It is in the surface ground environment monitoring device characterized by doing.
かかる第4の態様では、寒冷地において表層地盤の環境をモニタリングする場合にもバッテリーの凍結を防止するヒーターなどを設ける必要がなく、表層地盤環境モニタリング装置を簡素化及び省電力化することができる。 In the fourth aspect, it is not necessary to provide a heater or the like for preventing the battery from freezing even when monitoring the environment of the surface layer in a cold region, and the surface layer environment monitoring device can be simplified and save power. .
本発明の第5の態様は、第1〜4の何れかの態様において、前記検出器により検出された複数の前記観測データから前記観測データの平均値を算出する平均値算出手段をさらに具備することを特徴とする表層地盤環境モニタリング装置にある。 According to a fifth aspect of the present invention, in any one of the first to fourth aspects, further includes an average value calculating unit that calculates an average value of the observation data from the plurality of observation data detected by the detector. It is in the surface ground environment monitoring device characterized by that.
かかる第5の態様では、送信する観測データの量及び観測データの送信回数を減少させることができ、観測データの送信に必要となる消費電力を減少させることができる。 In the fifth aspect, the amount of observation data to be transmitted and the number of observation data transmissions can be reduced, and the power consumption required for the transmission of observation data can be reduced.
本発明の第6の態様は、第1〜5の何れかの態様において、前記観測データを一時的に保存するデータ保存手段をさらに具備することを特徴とする表層地盤環境モニタリング装置にある。 A sixth aspect of the present invention is the surface ground environment monitoring apparatus according to any one of the first to fifth aspects, further comprising data storage means for temporarily storing the observation data.
かかる第6の態様では、観測データの欠損を防止することができる。 In the sixth aspect, it is possible to prevent the loss of observation data.
本発明の第7の態様は、第1〜6の何れかの態様の表層地盤環境モニタリング装置の前記検出器以外の構成をMEMSで構成したことを特徴とする表層地盤環境モニタリング装置にある。 According to a seventh aspect of the present invention, there is provided a surface ground environment monitoring apparatus in which the structure other than the detector of the surface ground environment monitoring apparatus according to any one of the first to sixth aspects is configured by MEMS.
かかる第7の態様では、表層地盤環境モニタリング装置を小型化、軽量化、及び省電力化することができるので、表層地盤環境モニタリング装置の製造コスト及び設置コストを低減することができる。 In the seventh aspect, since the surface ground environment monitoring device can be reduced in size, weight, and power saving, the manufacturing cost and installation cost of the surface soil environment monitoring device can be reduced.
本発明の第8の態様は、表層地盤に所定の間隔で設置される複数の請求項1〜7の何れかの表層地盤環境モニタリング装置と、当該表層地盤環境モニタリング装置の少なくとも1つと前記特定小電力無線を用いて前記表層地盤環境モニタリング装置により検出された観測データを収集するデータ収集サーバとを具備することを特徴とする表層地盤環境モニタリングシステムにある。
According to an eighth aspect of the present invention, there is provided a surface ground environment monitoring device according to any one of
かかる第8の態様では、設置場所を限定することなく広域の表層地盤の環境をモニタリングすることができる。 In the eighth aspect, it is possible to monitor the environment of the surface soil in a wide area without limiting the installation location.
本発明によると、設置場所を限定することなく広域の表層地盤の環境をモニタリングすることができるので、地震、斜面崩壊、火山活動に対する防災に活用することにより、合理的な避難計画の策定及び効果的な補修工事を行うことができる。 According to the present invention, it is possible to monitor the environment of the surface layer of a wide area without limiting the installation location, so it is possible to formulate a rational evacuation plan and use it for disaster prevention against earthquakes, slope failures, and volcanic activities. Can be repaired.
以下、図面を用いて本発明を実施するための最良の形態について説明する。なお、本実施形態の説明は例示であり、本発明の構成は以下の説明に限定されない。 The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings. The description of the present embodiment is an exemplification, and the configuration of the present invention is not limited to the following description.
(実施形態1)
図1は、本発明に係る表層地盤環境モニタリング装置の概略図である。図1に示すように、本発明に係る表層地盤環境モニタリング装置1は、検出器である間隙水圧(水位)計20、電気伝導度計21、及び傾斜計30と、それらに接続される受送信器である無線通信モジュール50と、無線通信モジュール50に接続されるアンテナ40と、間隙水圧(水位)計20や無線通信モジュール50などに電気的に接続されて電力を供給するバッテリー60とを具備している。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a schematic diagram of a surface ground environment monitoring apparatus according to the present invention. As shown in FIG. 1, the surface ground
間隙水圧(水位)計20及び電気伝導度計21は、図1に示すように、表層地盤に垂直方向に設けられたボーリング穴5の内壁面を保護する保護管10内に溜まった地下水の地下水面3より下方に設置されているが、保護管10内に溜まった地下水に関するデータを得ることができるところであれば設置場所は限定されない。このように間隙水圧(水位)計20及び電気伝導度計21を設置することによって、そのボーリング穴5に溜まった地下水の水圧及び電気伝導度を得ることができる。間隙水圧(水位)計20及び電気伝導度計21としては、保護管10内に設置することができるものであればその種類、形状及び大きさは特に限定されない。なお、保護管10は、ボーリング穴5の内壁面を保護できるものであればその形状、材質及び大きさは特に限定されない。
As shown in FIG. 1, the pore water pressure (water level)
傾斜計30は、図1に示すように保護管10の側面に設置されているが、表層地盤の傾斜度を測定することができるのであればその設置場所は特に限定されず、例えば保護管10の内部に設置されても、無線通信モジュール50の内部に設置されても、さらには、表層地盤上に設置されてもよい。傾斜計30としては、表層地盤の傾斜度を測定することができるのであればその種類、形状及び大きさは特に限定されない。
The
無線通信モジュール50は、図1に示すように保護管10の上部を覆うように設置されているが、特定小電力無線を用いて間隙水圧(水位)計20などによって検出された観測データを送受信することができればその設置場所は限定されず、またその種類、形状大きさ大きさも特に限定されない。特定小電力無線を用いて観測データを送受信するので、観測データを送信するときの消費電力を少なくすることができると共により遠くへ観測データを送信することができる。なお、特定小電力無線とは、電波法第4条第3号に規定されるものである。本実施形態では、2.4GHzの周波数を利用し、ダイレクトスペクトラム拡散方式を用いてデジタル通信を行なう。デジタル通信を行なうことによりノイズ低減を行なうと共に、高い周波数を利用しているので自然界の電波による影響を小さくすることができる。
The
また、本実施形態の無線通信モジュール50は観測データを送受信することができるので、より広範囲の表層地盤の環境をモニタリングすることができる。具体的には、図2に示すように、各観測地点に設置された表層地盤環境モニタリング装置1の無線通信モジュール50は受信した観測データを受信すると共に近接した別の表層地盤環境モニタリング装置1へ送信する、いわゆるマルチホッピングを行なうことができる。ここで、点線で描かれた円は、その中心に存在する表層地盤環境モニタリング装置1が観測データを送信することができる範囲を示す。例えば、データ収集サーバ200は、観測地点110に設置された表層地盤環境モニタリング装置1が観測データを送信することができる範囲内に存在しないので、観測地点110に設置された表層地盤環境モニタリング装置1は観測地点110で観測された観測データを直接データ収集サーバ200に送信することはできない。しかしながら、観測地点110に設置された表層地盤環境モニタリング装置1から観測データを送信することができる範囲内にある観測地点120に設置された表層地盤環境モニタリング装置1へと観測地点110で観測された観測データを送信し、次に観測地点120に設置された表層地盤環境モニタリング装置1から観測データを送信することができる範囲内にある観測地点130に設置された表層地盤環境モニタリング装置1へ観測地点110で観測された観測データを送信し、さらに観測地点130に設置された表層地盤環境モニタリング装置1からデータを送信することができる範囲内にあるデータ収集サーバ200へ観測地点110で観測された観測データを送信する、いわゆるマルチホッピングを行なうことにより、観測地点110で観測された観測データをデータ収集サーバ200に送信することができる。したがって、このようなマルチホッピングによる観測データの送信を行なうことによって、データ収集サーバ200へデータを直接送信することができない観測地点の観測データをデータ収集サーバ200に送信することができるので、データ収集サーバ200に観測データを直接送信することができる範囲を超えて、広域の表層地盤の観測データを送信することができる。
Moreover, since the radio |
アンテナ40は、送信された観測データを受信又は観測データを送信することができるものであればその設置場所は特に限定されず、その種類、形状及び大きさも特に限定されない。
As long as the
バッテリー60は、各検出器や無線通信モジュール50に電気的に接続することができればその設置場所は特に限定されず、さらに各検出器や無線通信モジュール50を駆動させることができるものであればその種類、形状及び大きさも特に限定されないが、より多くの電力を長時間供給することができるものが好ましいことは言うまでもない。
The location of the
このように構成された表層地盤環境モニタリング装置1では、間隙水圧(水位)計20などの各検出器から所定のタイミングで検出された観測データは、無線通信モジュール50に送られ、無線通信モジュール50により特定小電力無線を用いてデータ収集サーバ200や別の表層地盤環境モニタリング装置1に送信されることになる。
In the surface ground
次に、複数の前述した表層地盤環境モニタリング装置1と、その表層地盤環境モニタリング装置1の少なくとも1つと特定小電力無線を用いて表層地盤環境モニタリング装置1により検出された観測データを収集するデータ収集サーバ200とを具備した表層地盤環境モニタリングシステム100を構築し、その動作について説明する。なお、データ収集サーバ200は専用機器である必要はなく、一般的なパーソナルコンピュータなどであってもよい。
Next, data collection for collecting observation data detected by the surface ground
本実施形態では、図3に示すように、縦横4.5kmの範囲の表層地盤の環境を300mおきに設けた表層地盤環境モニタリング装置1を用いて広域の表層地盤の環境をモニタリングする表層地盤環境モニタリングシステム100を構築する。表層地盤環境モニタリングシステム100は、256個の表層地盤環境モニタリング装置1と、この表層地盤環境モニタリング装置1により検出された観測データを収集するデータ収集サーバ200とからなっている。ここで、「P0,0」や「P0,1」などは表層地盤環境モニタリング装置1が設置されている観測地点を示す。
In this embodiment, as shown in FIG. 3, the surface ground environment for monitoring the environment of the surface soil in a wide area using the surface ground
まず、所定のタイミングですべての表層地盤環境モニタリング装置1が間隙水圧(水位)計20などの検出器からの観測データを取得する。すると、それらの観測データは表層地盤環境モニタリング装置1の無線通信モジュール50に送られ、無線通信モジュール50により特定小電力無線を用いて送信される。ここで、観測データは、最終的にデータ収集サーバ200に受信されるように、マルチホッピングにより送信される。具体的には、たとえば「P3,1」の観測地点で検出された観測データは、「P3,0」の観測地点にある表層地盤環境モニタリング装置1に送信され、次に「P3,0」の観測地点にある表層地盤環境モニタリング装置1から「P2,0」の観測地点にある表層地盤環境モニタリング装置1に送信される。このように次々に観測データが送信され、「P3,1」で検出された観測データは、データ収集サーバ200に最も近い「P0,0」の観測地点にある表層地盤環境モニタリング装置1に送信され、最終的にはデータ収集サーバ200に送信されることになる。なお、「P3,1」の観測地点で検出された観測データは、最終的にデータ収集サーバ200に送信されるのであれば、どのような経路を通って送信されてもよい。
First, all surface ground
このようにして、すべての観測地点で観測された観測データがデータ収集サーバ200に収集されることにより、広域の表層地盤の環境のモニタリングを行うことができる。
In this way, the observation data observed at all the observation points is collected by the
(実施形態2)
実施形態1では、バッテリー60を表層地盤上に設置したが、図4に示すように、表層地盤表面2より下方に位置し、地下水面3より上方に位置する保護管10の内部に設置してもよく、さらにはバッテリーに防水加工を施して地下水面3より下方に設置してもよい。このような位置の温度は年間を通して10℃程度で一定であるので、冬季になると地表温度が−10℃以下となるような寒冷地において表層地盤の環境をモニタリングする場合にもバッテリーの凍結を防止するヒーターなどを設ける必要がなく、表層地盤環境モニタリング装置を簡素化及び省電力化することができる。
(Embodiment 2)
In the first embodiment, the
(実施形態3)
実施形態1又は2では、各検出器により検出された観測データはそれぞれ随時送信されるようにしたが、表層地盤環境モニタリング装置1に各検出器により検出された複数の観測データから観測データの平均値を算出する平均値算出手段を設け、その平均値算出手段を用いて複数回検出した観測データから観測データの平均値を算出した後、その平均値を送信するようにしてもよい。観測データが検出されるたびに送信するのではなく、複数回検出した観測データから観測データの平均値を算出し、その平均値のみを送信することになるので、送信する観測データの量及び観測データの送信回数を減少させることができ、観測データの送信に必要となる消費電力を減少させることができる。
(Embodiment 3)
In the first or second embodiment, the observation data detected by each detector is transmitted as needed. However, the average of observation data from a plurality of observation data detected by each detector is transmitted to the surface ground
(実施形態4)
実施形態1〜3では、各検出器より検出された観測データを収集し、無線通信モジュール50により送信されるようにしたが、表層地盤環境モニタリング装置1に、それらの観測データを一時的に保存するデータ保存手段をさらに具備させてもよい。データ保存手段により観測データを一時的に保存することができるので、たとえば雨による電波の散乱や減衰により観測データが正常に送信されなかった場合があったとしても、所定の時間経過後、データ保存手段により保存されていた観測データを再度送信することにより観測データの欠損を防止することができる。
(Embodiment 4)
In the first to third embodiments, the observation data detected from each detector is collected and transmitted by the
(実施形態5)
実施形態1〜4では、無線通信モジュール50の上方に設けられたアンテナ40を用いて観測データの送受信を行なっているが、図5に示すように無線通信モジュール50と保護管10を接続させ、保護管10をアンテナとして用いるようにしてもよい。保護管10をアンテナとして用いることにより、観測データの送受信の感度を向上させ、通信距離を伸ばすことができると共に安定した観測データの送受信を行うことができる。具体的には、保護管10を表層地盤表面2より10〜100cm程度の高さを地上部に残し、その部分と無線通信モジュール50とを接続する。なお、この場合の保護管10としては、鋼管、ステンレス管、塩化ビニル管などが好ましく、特に鋼管が好ましい。
(Embodiment 5)
In the first to fourth embodiments, the observation data is transmitted and received using the
(他の実施形態)
実施形態1〜5では、検出器として間隙水圧(水位)計20、電気伝導度計21及び傾斜計30を用いたが、表層地盤の状態を検出することができるものであれば特に限定されず、例えば温度計、湿度計、雨量計、地震計、照度計、GPSによる位置測定器を検出器として用いてもよい。
(Other embodiments)
In the first to fifth embodiments, the pore water pressure (water level)
また、検出器以外の表層地盤環境モニタリング装置1を、いわゆるMEMS(Micro Electro Mechanical System)で構成してもよい。MEMSで構成することにより、表層地盤環境モニタリング装置1を小型化、軽量化、及び省電力化することができるので、表層地盤環境モニタリング装置の製造コスト及び設置コストを低減することができる。
Further, the surface ground
1 表層地盤環境モニタリング装置
2 表層地盤表面
3 地下水面
5 ボーリング穴
10 保護管
20 間隙水圧(水位)計
21 電気伝導度計
30 傾斜計
40 アンテナ
50 無線通信モジュール
60 バッテリー
100 表層地盤環境モニタリングシステム
110、120、130、310、320、410、420 観測地点
200 データ収集サーバ
300 基地局
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記検出器に接続され、特定小電力無線を用いて前記検出器によって検出された観測データを送受信する受送信器とを具備することを特徴とする表層地盤環境モニタリング装置。 At least one detector for detecting the condition of the surface ground;
A surface ground environment monitoring device comprising: a transmitter / receiver connected to the detector and transmitting / receiving observation data detected by the detector using a specific low power radio.
A plurality of surface ground environment monitoring devices according to any one of claims 1 to 7 installed at a predetermined interval on a surface layer ground, the surface ground environment using at least one of the surface layer environment monitoring devices and the specific low-power radio. A surface ground environment monitoring system comprising: a data collection server for collecting observation data detected by the monitoring device.
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