JP2006308431A - 地殻変動監視システム - Google Patents

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敬止 片山
Hiroshi Ishibashi
博 石橋
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Abstract

【課題】地殻変動個所をより正確に検出することができるようにすること。
【解決手段】地面の所定の個所には所定の距離をおいて複数のセンサユニット2が配置され、各センサユニット2は地殻の変動に伴って生ずる加速度を検出する加速度センサを有する。センタ装置1は、各センサユニット2から送信されたセンシング信号の振幅の絶対値に基づいて地殻変動個所を特定する。
【選択図】 図1

Description

本発明は、地面の所定の個所に所定の距離をおいて配置された少なくとも2個のセンサユニットを用いて、地殻の変動を監視する地殻変動監視システムに関する。
加速度センサを利用して地殻変動を検知して警告信号を発生する装置が従来より知られている。例えば、特開平11−230790号公報は、例えば地震や土砂崩れのような地殻変動を3軸加速度センサを利用して検知し、FM信号を発信する地殻変動検知装置を開示している。この装置は、地面に打ち込む支持部材と、太陽電池を備え、長時間にわたる監視を可能にしている。
特開平11−230790号公報
上記した特開平11−230790号公報に記載の地殻変動検知装置では、各装置が配置された場所の加速度信号を検出して基準値とを比較し、当該加速度信号が基準値を超えているときに地震や地殻変動が発生したと特定しているのみであり、複数のセンサからの加速度信号を取り入れて地殻変動個所をより正確に検出することを意図したものではなかった。
本発明はこのような課題に着目してなされたものであり、その目的とするところは、少なくとも2つのセンシング信号の振幅の絶対値を用いて地殻変動個所を特定することにより、地殻変動個所をより正確に検出することができる地殻変動監視システムを提供することにある。
上記の目的を達成するために、本発明の第1の態様は、地殻変動監視システムであって、地面の所定の個所に所定の距離をおいて配置された少なくとも2個のセンサユニットと、これらセンサユニットと通信可能に接続され、前記センサユニットからのセンシング信号に基づいて地殻の変動を監視するセンタ装置と、を具備し、前記各センサユニットは、地殻の変動に伴って生ずる加速度を検出する加速度センサと、前記加速度センサにより取得された加速度信号をセンシング信号として送信する送信部と、を具備し、前記センタ装置は、前記各センサユニットから送信されたセンシング信号を受信する受信部と、前記受信部を介して受信した少なくとも2つのセンシング信号の振幅の絶対値に基づいて地殻変動個所を判定する地殻変動個所特定部と、を具備する。
また、本発明の第2の態様は、第1の態様において、地面の所定の個所に所定の距離をおいて第1及び第2の2個のセンサユニットが配置され、前記地殻変動個所特定部は、前記第1のセンサユニットから得られる加速度データの振幅の絶対値と、前記第2のセンサユニットから得られる加速度データの振幅の絶対値と、前記第1のセンサユニットと前記第2のセンサユニット間の距離と、に基づいて前記地殻変動個所を特定する第1の特定手段を具備する。
また、本発明の第3の態様は、第2の態様において、地面の所定の個所に所定の距離をおいて第1乃至第3の3個のセンサユニットまたは第1乃至第4の4個のセンサユニットが配置され、前記地殻変動個所特定部は、前記第1の特定手段によって各2つのセンサユニットについて算出した地殻変動個所を通る垂線を、3個または4個のセンサユニットを直線で結ぶことにより形成される第1の閉領域の内部に向けてそれぞれ延長し、各垂線により形成される第2の閉領域を最終的な地殻変動個所であると特定する第2の特定手段を具備する。
また、本発明の第4の態様は、第2または第3の態様において、地面の所定の個所に所定の距離をおいて5個以上のセンサユニットが配置され、前記地殻変動個所特定部は、各センサユニットからのセンシング信号の振幅の絶対値を互いに比較して最も大きいものから順に2つの絶対値を選択し、選択された絶対値に対応する2個のセンサユニットについて前記第1の特定手段によって最終的な地殻変動個所を特定するかあるいは、各センサユニットからのセンシング信号の振幅の絶対値を互いに比較して最も大きいものから順に3つまたは4つの絶対値を選択し、選択された絶対値に対応する3個または4個のセンサユニットについて前記第2の特定手段によって最終的な地殻変動個所を特定する。
また、本発明の第5の態様は、第1から第4のいずれか1つの態様において、前記地殻変動個所特定部によって特定された地殻変動個所を告知する告知手段をさらに有する。
また、本発明の第6の態様は、第1から第5のいずれか1つの態様において、前記センタ装置は前記センサユニットの動作を制御するための制御信号を送信する送信部をさらに有し、前記センサユニットは当該制御信号を受信するための受信部をさらに有する。
本発明によれば、少なくとも2つのセンシング信号の振幅の絶対値を用いて地殻変動個所を特定するようにしたので、地殻変動個所をより正確に検出することができるようになる。
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
(第1実施形態)
図1は、本発明の第1実施形態にかかる地殻変動監視システムの概略構成を示す図である。本実施形態において「地殻」とは、地表面のみならず地表面から所定の深さまでの最外層を言うものとする。
本実施形態における監視対象としての山岳地帯44の地面4には多数のモジュール化されたセンサユニット2−1〜2−19が配置される。ここではこれらのセンサユニットを代表してセンサユニット2と呼ぶ。各センサユニット2は3軸の加速度センサを備えており、地殻の変動に伴って生ずるX,Y,Z方向の加速度を検出する。
各加速度センサにより取得された加速度データは無線ネットワーク3−1によりセンタ装置1に送信される。ここで、無線ネットワーク3−1としては、例えばBT(BlueTooth)(登録商標)等の近距離データ通信システムや、無線LAN(Local Area Network)、PHS(Personal Handyphone System)(登録商標)、携帯電話システム等が使用される。
なお、センタ装置1とセンサユニット2との間は必ずしも直接接続する必要はなく、図2に示すように中継器3を介して接続するようにしてもよい。この場合、センサユニット2と無線中継器3間は、無線LAN等の微弱又は小電力型の方式による無線ネットワーク3−1が使用され、無線中継器3とセンタ装置1間は、携帯電話システム等の長距離通信が可能な方式による無線ネットワーク3−2がそれぞれ使用される。
センタ装置1は、アンテナ部11と、受信部13と、センサデータ収集処理部15とから構成される。アンテナ部11は、センサユニット2からのセンシング信号を受信する受信アンテナ機能を有する。受信部13は、センサユニット2から無線ネットワーク3、アンテナ部11を介して送信された無線信号を受信したのち復調し、この復調により得られるセンシング信号をセンサデータ収集処理部15へ出力する。
センサデータ収集処理部15は、例えば受信した2つのセンシング信号の振幅の絶対値に基づいて地殻変動個所を特定する。ここで複数のセンサユニットから送信されるセンシング信号は、タイミングをずらされて送信されるため混信などは生じない。また、後述するように、センタ装置1は識別部を有し、この識別部でどのセンサユニットから送信された信号かが識別可能になっている。検出された地殻変動個所は表示部19に表示されるとともに、警報出力部18から地殻変動があったことが警報として出力される。
図3は、図1で説明した各センサユニット2−n(n=1〜19)の概略構成を示しており、センタ本体と、送信部と、アンテナ部とを備えている。
図4はセンサユニット2のより詳細な構成を示しており、アンテナ部21と、センシング信号送信部22と、センサ駆動制御部24と、センサ本体25と、バッテリ26とを備えている。図5は、図4に示すセンサユニット2のセンサ本体25とセンサ駆動制御部24の構成を示し、図6は、図4に示すセンサユニット2のセンシング信号送信部22の構成を示している。
図5に示すように、センサ本体25は地殻の変動に伴って生じる加速度を検出する加速度センサ251から構成される。また、センサ駆動制御部24は、中央処理装置(CPU)243と、記憶部242と、クロック信号発生部245と、AD変換部241と、サーバ・プログラミング・インターフェース(SPI)244とを備えている。
クロック信号発生部245は、CPU243のクロック制御信号に基づいて所定周期のクロック信号を発生する。記憶部242は、CPU243により実行されるプログラムを記憶している。CPU243は、センサ本体25の加速度センサ251を初めとして、図4のセンシング信号送信部22を駆動制御するものである。クロック信号発生部245より発生されるクロック信号により、駆動信号として、センシング開始及びセンシング周期に関する信号を生成する。
AD変換部241は、CPU243からの制御信号により駆動される加速度センサ211からの検出データをデジタル信号に変換するもので、CPU243よりSPI244を介してセンシング信号として出力する。
なお、CPU243から加速度センサ251に供給する駆動信号としてはスタンバイ信号が用いられる。加速度センサ251は、スタンバイ信号が“H”レベルになるとセンシングを行う動作状態となり、”L“レベルになると非動作状態、つまり電力消費量の少ないスタンバイ状態となる。
バッテリ26は、例えばボタン型リチウム電池からなるもので、このバッテリ26から発生するDC電圧を、センサ本体25、センサ駆動制御部24、センシング信号送信部22に駆動電源として供給するようになっている。
また、図6に示すように、センシング信号送信部22は、SPI221と、デジタル信号制御部222と、信号変調部223と、混合部224と、電力増幅部225とを備えている。センシング信号送信部22は、センサ駆動制御部24からのセンシング信号をSPI221を介してデジタル信号制御部222に取り込み、さらに信号変調部223でデジタル変調、例えばQPSK(Quadrature Phase Shift Keying)変調し、混合部224を介して所定のフォーマットに変換してセンシングデータを作成し、この作成されたセンシングデータを電力増幅部225で電力増幅し、アンテナ部21を介して、センタ装置1に向けて送信させる。
図7は、2つのセンサユニットが配置されている場合に対応する、センサデータ収集処理部15の構成を示しており、加速度データ識別部151と、加速度データA記憶部152−1及び加速度データB記憶部152−2と、データ平均化処理部153−1及び153−2と、地殻変動個所特定部154とを具備する。地殻変動個所が特定の2つのセンサユニット間に存在することが予めわかっている場合には当該2つのセンサユニットからの加速度データの振幅の絶対値と、センサユニット間の距離とに基づいて地殻変動個所を特定することができる。
以下に、図7で説明したセンサデータ収集処理部15の動作を図8のフローチャートを参照して説明する。
まず、センサユニット2−1、2−2からの加速度データを順次受信する(ステップS1)。次に、加速度データ識別部151において受信した加速度データがセンサユニット2−1からの加速度データAか、あるいはセンサユニット2−2からの加速度データBかを判断する(ステップS2)。ここでの判断が加速度データAであった場合には当該加速度データAを加速度データA記憶部152−1に記憶する(ステップS3)。データ平均化処理部153−1は適当なタイミングで当該加速度データを読み出して移動平均などの平均化処理を施す(ステップS4)。
一方、受信した加速度データがセンサユニット2−2からの加速度データBであった場合には当該加速度データBを当該加速度データB記憶部152−2に記憶する(ステップS5)。データ平均化処理部153−2は適当なタイミングで当該加速度データを読み出して移動平均などの平均化処理を施す(ステップS6)。
地殻変動個所特定部154は、センサユニット2−1から得られる加速度データの振幅の絶対値と、センサユニット2−2から得られる加速度データの振幅の絶対値と、センサユニット1とセンサユニット2間の距離と、に基づいて地殻変動個所を特定する。より詳細には、図9に示すように、センサユニット2−1の加速度データの振幅の絶対値をα1、センサユニット2−2の加速度データの振幅の絶対値をα2、センサユニット2−1とセンサユニット間の距離をLで表現したときに、センサユニット2−1から地殻変動個所Xまでの距離Laを(α2/(α1+α2))Lで定義される式により算出し、センサユニット2−2から地殻変動個所Xまでの距離Lbを(α1/(α1+α2))Lで定義される式により算出する(ステップS7)。なお、本実施形態では3軸の加速度センサを用いているので、振幅の絶対値α1、α2は、
Figure 2006308431
により算出される。ここで、GxはX方向の加速度の値、GyはY方向の加速度の値、GzはZ方向の加速度の値である。
次に、算出した地殻変動個所Xを表示部19に表示するとともに、警報出力部18から警報を出力する(ステップS8)。図10は、地殻変動個所の表示の一例を示している。
上記した第1実施形態によれば、地殻変動個所が2つのセンサユニット間に存在することが予めわかっている場合に地殻変動個所を正確に特定することができる。
(第2実施形態)
以下に、本発明の第2実施形態について説明する。第2実施形態は、地殻変動個所が3つのセンサユニットを結ぶ閉領域内に存在することが予めわかっている場合において地殻変動個所を特定する方法に関する。第2実施形態におけるセンサデータ収集処理部15は、3つのセンサユニットが配置されている場合に対応するように構成する必要があるので、図12に示すように、図7の構成に加えて一組の加速度データ記憶部152−3、データ平均化処理部153−3が追加され、3つの加速度データが地殻変動個所特定部154に入力される。
以下に、3個のセンサユニット2−1,2−2,2−3に関して地殻変動個所を特定する手順を図11を参照して説明する。まず、地殻変動個所特定部154は、3個のセンサユニット2−1,2−2,2−3のうち、センサユニット2−1と2−2、センサユニット2−1と2−3、センサユニット2−2と2−3のそれぞれの場合について第1実施形態で用いた方法により地殻変動個所を特定する。次に、求めた各地殻変動個所を通る垂線L1,L2,L3を、センサユニット2−1,2−2,2−3を直線で結ぶことにより形成される閉領域LAの内部に向けてそれぞれ延長し、各垂線により形成される閉領域LBを最終的な地殻変動個所であるとする。
センサユニットが4個であった場合についても同様の手順により地殻変動個所を特定することができる。
上記した第2実施形態によれば、地殻変動個所が3つまたは4つのセンサユニットを結ぶ閉領域内に存在することが予めわかっている場合において、地殻変動個所を正確に特定することができる。
(第3実施形態)
以下に、本発明の第3実施形態について説明する。地殻変動個所が所定の範囲に存在することが判断できない場合には、例えば図1に示すように山岳地帯44の全域にわたってセンサユニット2(図1ではセンサユニット2−1〜2−19)を配置する必要がある。第3実施形態はこのような場合の地殻変動個所の特定方法に関しており、以下に述べる特定方法はセンサユニットが5個以上の場合に適用される。
図13は、第3実施形態の第1の方法により地殻変動個所を特定する場合の構成を示している。まず、センサユニット2−1〜2−19からのセンシング信号としての加速度データが受信部13にて受信された後、一時記憶部153に記憶される。なお、センサユニット2−1〜2−19からのセンシング信号は互いにタイミングをずらして送信されるので受信側で混信することはない。
加速度データ選択部154は、一時記憶部153に記憶されているセンサユニット2−1〜2−19の加速度データの振幅の絶対値を互いに比較し、最も大きいものから順に2つの加速度データを選択する。これ以降の処理は、第1実施形態で説明した図7のセンサデータ収集処理部15の処理と同様であり、最終的に地殻変動個所を特定することができる。
図14は、第3実施形態の第2の方法により地殻変動個所を特定する場合の構成を示している。まず、センサユニット2−1〜2−19からのセンシング信号としての加速度データが受信部13にて受信された後、一時記憶部153に記憶される。なお、センサユニット2−1〜2−19からのセンシング信号は互いにタイミングをずらして送信されるので受信側で混信することはない。
加速度データ選択部154は、一時記憶部153に記憶されているセンサユニット2−1〜2−19の加速度データの振幅の絶対値を互いに比較し、最も大きいものから順に3つの加速度データを選択する。これ以降の処理は、第2実施形態におけるセンサデータ収集処理部の処理と同様であり、最終的に地殻変動個所を特定することができる。
上記した第3実施形態によれば、加速度データの振幅の絶対値が最も大きいものから順に2つ、または3つを選択して第1実施形態または第2実施形態の方法を用いて地殻変更箇所を特定するようにしたので、広域に渡って多数のセンサユニットが配置した場合であっても、地殻変動個所を正確に特定することができる。
(第4実施形態)
上記した第1〜第3実施形態では、センサユニット2からの加速度データを受信して地殻変動個所を特定するのみであったが、第4実施形態では、センタ装置1からセンサユニット2に対して制御信号を送信することによりセンシング開始のタイミングやセンシング周期を制御することを可能にしている。
図15は、本発明の第4実施形態を実現するためのセンタ装置1の構成を示しており、図1の構成に加えて、センサ制御部16と、送信部17と、信号分配部12とが追加されている。ここでは追加された部分の機能のみについて説明する。ここでのアンテナ部11は、センサユニット2からのセンシング信号を受信する受信アンテナ機能のみならず、センサ制御部16からの制御信号を送信する送信アンテナ機能をも備えている。この機能の切替はアンテナ部11に接続されたサーキュレータ等の信号分配部12により行われる。送信部17は、センサ制御部16から出力された制御信号を変調したのち無線信号に変換し、この無線信号をアンテナ部11からセンサユニット2に向けて送信する。
センサ制御部16は、例えばCPU(Central Processing Unit)やDSP(Digital Signal Processor)を備えたもので、センサユニット2によるセンシング開始やセンシング周期に関する指令を含む制御信号を出力する。
図16は、本発明の第4実施形態を実現するためのセンサユニット2の構成を示しており、図4の構成に加えてセンサ駆動信号受信部23が追加されている。図17は、図16に示すセンサユニット2のセンシング信号送信部22とセンサ駆動信号受信部23の構成を示している。センシング信号送信部22は図6の構成に加えて送受信信号分配部226を備えている。また、センサ駆動信号受信部23は、水晶発振器232と、位相安定化回路234と、電圧制御形発振器236と、低雑音増幅部238と、混合部237と、信号復調部235と、デジタル信号制御部233と、SPI231とを備えている。
ここでは、ここでは追加された部分の機能のみについて説明する。CPU243は、センサ本体25の加速度センサ251を初めとして、図16のセンシング信号送信部22、センサ駆動信号受信部23を駆動制御するもので、上述したセンタ装置1から送られてくるセンシング開始やセンシング周期等の指令の内容を図示せぬメモリに記憶する。そして、以後この保存された指令と記憶部242に記憶された設定データに基づいてクロック制御信号を生成してクロック信号発生部245に出力する。クロック信号発生部245より発生されるクロック信号により、駆動信号として、センシング開始及びセンシング周期に関する信号を生成する。
センサ駆動信号受信部23は、センタ装置1から送られた無線信号をアンテナ部21で受信すると、送受信信号分配部226、低雑音増幅部238を介して混合部237に取り込む。ここで無線信号を電圧制御形発振器236の出力と混合した所定周波数に変換した後、信号復調部235でデジタル復調し、このデジタル復調により得られた制御信号をデジタル信号制御部233よりSPI231を介してセンサ駆動制御部24に供給する。
なお、第1〜第4実施形態では3軸の加速度センサを用いて地殻変動個所を特定したが、1軸あるいは2軸の加速度センサを用いてもよいことは勿論である。
その他、センタ装置1及びセンサユニット2の構成、センシング対象物の種類等についても、この発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施できる。要するに本発明は、上記各実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。
さらに、上記実施の形態には、種々の段階の発明が含まれており、開示されている複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出できる。例えば、実施の形態に示されている全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題を解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出できる。
本発明の第1実施形態にかかる地殻変動監視システムの概略構成を示す図である。 図1に示す構成の変形例を示す図である。 図1で説明した各センサユニット2−n(n=1〜19)の概略構成を示す図である。 センサユニット2のより詳細な構成を示す図である。 図4に示すセンサユニット2のセンサ本体25とセンサ駆動制御部24の構成を示す図である。 図4に示すセンサユニット2のセンシング信号送信部22の構成を示す図である。 2つのセンサユニットが配置されている場合に対応する、センサデータ収集処理部15の構成を示す図である。 センサデータ収集処理部15の動作を説明するためのフローチャートである。 センサユニットが2個の場合に地殻変動個所を特定する方法を説明するための図である。 地殻変動個所の表示の一例を示す図である。 本発明の第2実施形態において、センサユニットが3個であった場合に地殻変動個所を特定する方法を説明するための図である。 本発明の第2実施形態を実現するためのセンタ装置1の構成を示す図である。 本発明の第3実施形態の第1の方法により地殻変動個所を特定する場合の構成を示す図である。 本発明の第3実施形態の第2の方法により地殻変動個所を特定する場合の構成を示す図である。 本発明の第4実施形態を実現するためのセンタ装置1の構成を示す図である。 本発明の第4実施形態を実現するためのセンサユニット2の構成を示す図である。 図16に示すセンサユニット2のセンシング信号送信部22とセンサ駆動信号受信部23の構成を示す図である。
符号の説明
1 センタ装置
2 センサユニット
3 無線中継器
3−1,3−2 無線ネットワーク
4 地面
11 アンテナ部
13 受信部
15 センサデータ収集処理部
18 警報出力部
19 表示部
151 加速度データ識別部
152−1 加速度データA記憶部
152−2 加速度データB記憶部
153−1 データ平均化処理部
153−2 データ平均化処理部
154 地殻変動個所特定部

Claims (6)

  1. 地面の所定の個所に所定の距離をおいて配置された少なくとも2個のセンサユニットと、これらセンサユニットと通信可能に接続され、前記センサユニットからのセンシング信号に基づいて地殻の変動を監視するセンタ装置と、を具備し、
    前記各センサユニットは、
    地殻の変動に伴って生ずる加速度を検出する加速度センサと、
    前記加速度センサにより取得された加速度信号をセンシング信号として送信する送信部と、を具備し、
    前記センタ装置は、
    前記各センサユニットから送信されたセンシング信号を受信する受信部と、
    前記受信部を介して受信した少なくとも2つのセンシング信号の振幅の絶対値に基づいて地殻変動個所を判定する地殻変動個所特定部と、
    を具備することを特徴とする地殻変動監視システム。
  2. 地面の所定の個所に所定の距離をおいて第1及び第2の2個のセンサユニットが配置され、前記地殻変動個所特定部は、前記第1のセンサユニットから得られる加速度データの振幅の絶対値と、前記第2のセンサユニットから得られる加速度データの振幅の絶対値と、前記第1のセンサユニットと前記第2のセンサユニット間の距離と、に基づいて前記地殻変動個所を特定する第1の特定手段を具備する請求項1記載の地殻変動監視システム。
  3. 地面の所定の個所に所定の距離をおいて第1乃至第3の3個のセンサユニットまたは第1乃至第4の4個のセンサユニットが配置され、前記地殻変動個所特定部は、前記第1の特定手段によって各2つのセンサユニットについて算出した地殻変動個所を通る垂線を、3個または4個のセンサユニットを直線で結ぶことにより形成される第1の閉領域の内部に向けてそれぞれ延長し、各垂線により形成される第2の閉領域を最終的な地殻変動個所であると特定する第2の特定手段を具備する請求項2記載の地殻変動監視システム。
  4. 地面の所定の個所に所定の距離をおいて5個以上のセンサユニットが配置され、前記地殻変動個所特定部は、各センサユニットからのセンシング信号の振幅の絶対値を互いに比較して最も大きいものから順に2つの絶対値を選択し、選択された絶対値に対応する2個のセンサユニットについて前記第1の特定手段によって最終的な地殻変動個所を特定するかあるいは、各センサユニットからのセンシング信号の振幅の絶対値を互いに比較して最も大きいものから順に3つまたは4つの絶対値を選択し、選択された絶対値に対応する3個または4個のセンサユニットについて前記第2の特定手段によって最終的な地殻変動個所を特定することを特徴とする請求項2または3に記載の地殻変動監視システム。
  5. 前記地殻変動個所特定部によって特定された地殻変動個所を告知する告知手段をさらに有することを特徴とする請求項1から4のいずれか1つに記載の地殻変動監視システム。
  6. 前記センタ装置は前記センサユニットの動作を制御するための制御信号を送信する送信部をさらに有し、前記センサユニットは当該制御信号を受信するための受信部をさらに有することを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1つに記載の地殻変動監視システム。
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KR101218175B1 (ko) 2012-07-09 2013-01-03 한국지질자원연구원 지진 감시 시스템 및 이를 이용한 이벤트 유효성 검증 방법
JP2016170757A (ja) * 2015-03-16 2016-09-23 古野電気株式会社 観測データ送信装置、観測システム、および、観測データ送信方法
JP2017151680A (ja) * 2016-02-24 2017-08-31 西日本旅客鉄道株式会社 落石管理システム

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