JP2013023857A - 計測装置及び安全監視システム - Google Patents

Abstract

【課題】装置の小型化及び独立動作可能に構成することにより、設置箇所を任意に選択することが可能な計測装置を提供すること。
【解決手段】本発明の計測装置は、地上又は地中に設置した構造物の近傍に設置する、本体部と、前記本体部と接続し、前記計測対象に設置する傾斜計を少なくとも含む、センサ群と、から少なくとも構成する。前記本体部は、前記センサ群の測定値を記録する、記録手段と、前記記録手段及びセンサ群に電力を供給可能な、蓄電手段と、を少なくとも含んで、自己給電により独立動作可能に構成する。前記傾斜計には、直流電圧が０〜５Ｖ、又は直流電流が４〜２０ｍＡの入力信号を用いた流体式の傾斜計を用いる。
【選択図】図１

Description

本発明は、土留壁、コンクリート壁などの地上又は地中に設置した構造物（以下、単に「構造物」という。）に作用する外力を算出するための測定値を計測する計測装置、及び、該計測装置を用いた安全監視システムに関する。

前記構造物の一例である土留壁の健全性を評価するための監視装置として、特許文献１に記載の土留壁監視装置が知られている。
特許文献１に記載の監視装置は、土留壁の状態を検知するための各種センサ（軸力計、変位計、傾斜計、沈下計）を設け、各種センサから得られる計測値を現場事務所に設置した解析装置でもって解析し、緊急状態時に警報するものである。

また、前記監視装置に用いる傾斜計には、特許文献２に記載の差動トランス式の傾斜計を用いることが一般的である。

特開２０００−１６０５５８号公報 特開２００８−２１６２２７号公報

しかし、前記した従来技術では、下記した問題のうち、少なくとも何れか１つの問題が生じうる。
（１）装置小型化の限界
差動トランス式の傾斜計は、瞬間的な変位を検出できる高精度の測定用途に用いられることが一般的なため、微少電流を使用している。したがって、前記傾斜計に加えて増幅器等を要するため、部材点数の増加が避けられず、装置全体の小型化にも限界がある。
（２）外部電源の必要性
計測装置に必要な電力を供給する際、現場に電力線を配線する必要が生じる。
現場に電力線を配線する際には、事前に現場事務所との折衝が必要となってしまうため、当該配線をできる限り回避したいニーズがある。また、配線後には、重機の通行等による断線などの不具合が生じる可能性がある。
（３）緊急時の対策遅延
現場事務所に設置した解析装置により、現場事務所の担当者が土留壁への対応の必要性を把握したとしても、その後、担当者から改めて土留壁の管理会社に連絡して指示を出す必要が生じるため、迅速な対応が図れない場合がある。

したがって、本発明は、装置の小型化及び独立動作可能に構成することにより、設置箇所を任意に選択することが可能な計測装置の提供、ならびに、構造物の挙動を監視するにあたり優位性の高い安全監視システムを提供することを目的の一つとするものである。

上記課題の何れか一つを解決すべくなされた本願の第１発明は、地上又は地中に設置した構造物に作用する外力を算出するための測定値を計測する、計測装置であって、前記構造物の近傍に設置する、本体部と、前記本体部と接続し、前記計測対象に設置する傾斜計を少なくとも含む、センサ群と、から少なくとも構成し、前記本体部は、前記センサ群の測定値を記録する、記録手段と、前記記録手段及びセンサ群に電力を供給可能な、蓄電手段と、を少なくとも含んで、自己給電により独立動作可能に構成し、前記傾斜計は、直流電圧が０〜５Ｖ、又は直流電流が４〜２０ｍＡの入力信号を用いた流体式の傾斜計である、計測装置を提供するものである。
また、本願の第２発明は、前記発明において、前記本体部がさらに箱体を有し、前記記録手段及び蓄電手段を前記箱体の内部に収納して、前記本体部を運搬自在に構成したことを特徴とするものである。
また、本願の第３発明は、前記発明において、自然エネルギーを用いて前記蓄電手段に蓄電可能な、発電手段を更に含むものである。
また、本願の第４発明は、前記発明において、前記発電手段が太陽光によって発電することを特徴とするものである。
また、本願の第５発明は、前記発明において、前記センサ群が、地中に設置した土留材に設ける傾斜計と、前記土留材間に架設した切梁に設ける圧力計と、を少なくとも含み、前記センサ群でもって前記土留材に作用する外力を算出するための測定値を計測することを特徴とするものである。
また、本願の第６発明は、地上又は地中、若しくはそれらに設置した構造物の挙動を監視するための安全監視システムであって、前記発明に記載した計測装置と、前記計測対象の管理会社に設置し、前記計測装置と情報の送受信が可能な、管理者側端末と、を少なくとも含み、前記管理者側端末は、前記測定値から構造物に作用する外力を算出する演算手段と、前記算出した外力が設計値以上である場合に、警報を通知する警報手段と、を少なくとも含む、安全監視システムを提供するものである。

本発明によれば、以下に記載する効果のうち、少なくとも何れか一つを得ることができる。
（１）装置全体の小型化
国際電気標準会議に準拠した仕様（ＩＥＣ ６０３８１−２／直流電圧：０〜５Ｖ、又は直流電流：４〜２０ｍＡ）の傾斜計を用い、微少電流を用いないため、測定値の取得に際し増幅器等を設ける必要が無い為、部材点数を低減することができる。その他、各構成部品も前記規格に準拠した仕様の部品を使用できるため、数多くの種類の中から適切な部品を選択でき、装置全体として、小型化に寄与することができる。また、装置全体のコストも抑えることができる。
（２）取扱性の向上
蓄電手段によって自己給電することにより独立動作が可能であるため、外部電源を必要とせず、現場に給電線を配線する必要が無い。したがって現場事務所との折衝も不要であり利便性が高い。また、前記（１）の小型化に伴い、軽量化にも寄与するため、運搬性にも優れる。
したがって、装置の移動が容易であるため、測定場所の変更にも柔軟に対応できる。
（３）緊急時における迅速対応の実現
構造物への対応が必要な場合が生じたときには、構造物の管理会社に対して直接通報がなされるため、現場事務所の担当者の作業を省略でき、迅速な対応が可能となる。

本発明の計測装置の第一実施例を示す概略ブロック図。 本発明の計測装置に用いる傾斜計の一例を示す概略図。 本発明の計測装置の配置例を示す参考正面図。 本発明の計測装置の配置例を示す参考平面図。 本発明の計測装置の第二実施例を示す概略ブロック図。 本発明の計測装置の第二実施例を示す斜視図。 本発明の安全監視システムの第一実施例を示す概略ブロック図。

以下、各図面を参照しながら、本発明の計測装置及び安全監視システムの実施例について説明する。

始めに、本発明の計測装置の実施例について説明する。

＜１＞全体構成
図１は、本発明の計測装置の第一実施例を示す概略ブロック図である。
計測装置は、前記構造物の挙動を計測するための装置である。
計測装置Ａは、本体部１と、本体部に電気的に接続されたセンサ群２とを少なくとも含んで構成する。

＜２＞本体部
本体部１は、前記センサ群からの測定データを記録する機能を少なくとも備える装置である。
本体部１は、地上に据え置いたり、現場に設けた柱などに固定するなど、周知の方法によって設置される。
本体部１は、前記センサ群２の測定値を記録する、記録手段１１と、前記記録手段１１及びセンサ群２に電力を供給可能な、蓄電手段１２と、を少なくとも含む。
前記蓄電手段１２は前記記録手段１１や前記センサ群２に給電することができる。すなわち、本体部１は自己給電によって独立動作が可能であり、外部電源を要しない構成である。

（２．１）記録手段
記録手段１１は、前記センサ群が測定したデータを記録する装置である。
記録手段１１には、一般的なデータロガーを用いることができる。
記録手段１１は、入力電圧を−１０Ｖ〜１０Ｖの範囲に限定することで省電力化を図ることができる。
記録手段１１には、センサ群２が取得した測定値を外部メモリに記録する為の外部メモリ用のインターフェースや、前記測定値を無線或いは有線通信を用いてＰＣなどの情報処理装置へと送信するための通信インターフェースなどを備えておくこともできる。

（２．２）蓄電手段
蓄電手段１２は、計測装置Ａを構成する各手段へと給電するための装置である。
蓄電手段１２には、一般的なバッテリーを用いればよいため、詳細な説明は省略する。

＜３＞センサ群
センサ群２は、前記構造物から、該構造物の挙動を把握するための各種測定値を取得するための装置である。
センサ群２は、少なくとも傾斜計２１を有する。
センサ群２によって計測された各種測定値は、前記本体部１へと送られ、本体部１内の記録手段１１で記録される。

（３．１）傾斜計
本発明の傾斜計２１は、流体式傾斜計を用いる。
図２は、本発明の計測装置に用いる傾斜計の一例を示す概略図である。
傾斜計２１の内部には、半円形の電極２１１ａ、２１１ｂが２枚左右に対向するように配置してあり、該電極２１１ａ、２１１ｂの周囲を囲むように配した基準電極２１２と、当該電極２１１ａ、２１１ｂの一部が浸かるようにシリコンオイル２１３が封入してある。
傾斜計２１が傾斜する際、前記各電極２１１ａ、２１１ｂに対するシリコンオイル２１３の浸漬面積の差異を電気的に測定することで、傾斜量を検知することができる。
当該傾斜計２１は、従来の差動トランス型の傾斜計のように微少電流を使用せずとも、高精度に傾斜角度を検知できるため、国際標準規格に準拠した仕様（直流電圧：０〜５Ｖ、直流電流：４〜２０ｍＡ）を採用することができ、増幅器等の部品を用いる必要が無い。

（３．２）その他のセンサ
センサ群２を構成するその他のセンサとしては、圧力センサや、水位センサなどが挙げられるが、これらのセンサに限らない。
圧力センサは、例えば土留壁間に配置する切梁に設けることで、前記土留壁に作用する外力を算出すべく、前記切梁の軸力を計測することができる。
水位センサは、例えば開削地盤内などに配置することで、地下水の流出等を検知することができる。

＜４＞全体サイズ
前記した各手段の外形寸法、並びに仕様は以下の通りである。
・記録手段１１：幅２４０ｍｍ×長さ１７０ｍｍ×深さ３０ｍｍ
・蓄電手段１２：幅６５ｍｍ×長さ１５０ｍｍ×深さ９５ｍｍ、容量７．２Ａｈ、出力１２Ｖ、重量２．６ｋｇ、
上記各手段を箱体に収納した本体部１の外形寸法並びに重量は以下の通りである。
・本体部１：幅４２０ｍｍ×長さ５００ｍｍ×深さ２６０ｍｍ、重量１０ｋｇ、
以上の通り、本発明の計測装置Ａは、小型且つ軽量で運搬性に優れるため、移動が容易で測定場所の変更にも柔軟に対応できる。

＜５＞使用方法
次に、本発明の計測装置の使用例について説明する。

図３は、本発明の計測装置の配置例を示す参考正面図である。
本図では、前記構造物として、土留壁Ｂを想定するものである。
本発明の計測装置Ａは、なるべく土留壁Ｂの近傍に配置する。当該配置とすることにより、本体部１とセンサ群２とを接続する信号ケーブルの配線長を短縮したり、配線の手間を軽減したり、重機の往来による前記信号ケーブルの損傷機会を低減したりすることができる。
本実施例でのセンサ群２は、前記傾斜計２１と、圧力センサ２２と、から構成する。
傾斜計２１は、土留壁Ｂを構成する芯材Ｂ１（Ｈ鋼やＣ鋼、鋼矢板等の形鋼）の長手方向へ別途設けた保護管Ｂ２の内部に、所定間隔を設けながら複数配置して、土留壁Ｂの傾斜を測定する。
圧力センサ２２は、土留壁Ｂ間に設けた縦横方向の切梁Ｃにそれぞれ設けて、切梁Ｃの軸力を測定する。

図４は、本発明の計測装置の配置例を示す参考平面図である。
本発明の計測装置Ａは前記の通り蓄電手段２１を内蔵しており、独立動作可能であるため、設置場所を任意に設定できる。従って、１００Ｖの外部電源等を現場の地表面に引き回す必要はなく、当該配線に起因する現場事務所との折衝も不要である。

本発明の計測装置Ａを起動した後、各センサ群２の測定値は、記録手段１１に差し込まれた外部メモリに記録されたり、前記通信インターフェースを介して、その他の情報処理装置へと送信される。当該測定値を前記情報処理装置上で加工し、土留壁Ｂに作用する外力を一覧表示したり、リアルタイム表示するなどの情報処理が可能である。

次に、本発明の計測装置の第二実施例について説明する。

図５は、本発明の計測装置の第二実施例を示す概略ブロック図である。
本発明は、前記蓄電手段１２に蓄電可能な発電手段３を設けることもできる。
発電手段３は、太陽光、風力、水力、波力その他の自然エネルギーによって発電可能な装置である。特に、本発明の技術分野においては、設置場所が比較的採光性の高い場所であるため、太陽光発電による発電手段であることが望ましい。

図６は、本発明の計測装置の第二実施例を示す斜視図である。
本体部１は、更に箱体を有し、前記記録手段１１及び蓄電手段１２を、前記箱体などに収納することで、本体部１を運搬自在に構成している。
本体部１は、現場に立設してある柱に取付け、太陽光パネルである発電手段３を、本体部１に別途取り付け、本体部１内部の蓄電手段１２に接続してある。
各種センサ群２が接続された信号ケーブルは、前記柱に沿わせるなどして、重機の往来の邪魔にならないように取り回す。

本実施例によれば、発電手段３によって、適宜蓄電手段１２へと蓄電が行われるため、外部電源によらずとも、計測装置Ａの永続的な動作が期待できる。

次に、本発明の安全監視システムの実施例について説明する。
図７は、本発明の安全監視システムの第一実施例を示す概略ブロック図である。
本発明の安全監視システムＤは、前記した計測装置Ａと、前記計測装置Ａと情報の送受信が可能な、管理者側端末４と、を少なくとも含んで構成する。

なお、本実施例での計測装置は、無線通信での通信インターフェースを必須とする。

また、前記管理者側端末４は、前記計測対象の管理会社に設置する。
前記管理者側端末４は、前記センサ群２から受信した測定値から構造物に作用する外力を算出する演算手段４１と、前記算出した外力が設計値以上である場合に、警報を通知する警報手段４２と、を少なくとも含んで構成する。
各手段は、ＣＰＵ、メモリ、記憶装置、ブザーなどのハードウェアに、ソフトウェアを組み合わせた公知の手段によって実現可能であり、詳細な説明は省略する。

本実施例の安全監視システムによれば、構造物への対応が必要な場合が生じたときには、構造物の管理会社に対して直接通報がなされるため、従来のように、現場事務所の担当者が使用する情報処理装置に通報する場合と比べて、迅速な対応が可能となる。

Ａ 計測装置
１ 本体部
１１ 記録手段
１２ 蓄電手段
２ センサ群
２１ 傾斜計
２２ 圧力センサ
３ 発電手段
Ｄ 安全監視システム
４ 管理者側端末
４１ 演算手段
４２ 警報手段
Ｂ 土留壁
Ｃ 切梁

Claims (6)

1. 地上又は地中に設置した構造物に作用する外力を算出するための測定値を計測する、計測装置であって、
   前記構造物の近傍に設置する、本体部と、
   前記本体部と接続し、前記計測対象に設置する傾斜計を少なくとも含む、センサ群と、から少なくとも構成し、
   前記本体部は、
   前記センサ群の測定値を記録する、記録手段と、
   前記記録手段及びセンサ群に電力を供給可能な、蓄電手段と、を少なくとも含んで、自己給電により独立動作可能に構成し、
   前記傾斜計は、直流電圧が０〜５Ｖ、又は直流電流が４〜２０ｍＡの入力信号を用いた流体式の傾斜計である、
   計測装置。
2. 前記本体部がさらに箱体を有し、前記記録手段及び蓄電手段を前記箱体の内部に収納して、前記本体部を運搬自在に構成したことを特徴とする、請求項１に記載の計測装置。
3. 自然エネルギーを用いて前記蓄電手段に蓄電可能な、発電手段を更に含む、請求項１又は２に記載の計測装置。
4. 前記発電手段が太陽光によって発電することを特徴とする、請求項３に記載の計測装置。
5. 前記センサ群が、地中に設置した土留材に設ける傾斜計と、前記土留材間に架設した切梁に設ける圧力計と、を少なくとも含み、前記センサ群でもって前記土留材に作用する外力を算出するための測定値を計測することを特徴とする、請求項１乃至４の何れか１項に記載の計測装置。
6. 地上又は地中、若しくはそれらに設置した構造物の挙動を監視するための安全監視システムであって、
   請求項１乃至５のうち何れか１項に記載の計測装置と、
   前記計測対象の管理会社に設置し、前記計測装置と情報の送受信が可能な、管理者側端末と、を少なくとも含み、
   前記管理者側端末は、
   前記測定値から構造物に作用する外力を算出する演算手段と、
   前記算出した外力が設計値以上である場合に、警報を通知する警報手段と、
   を少なくとも含む、安全監視システム。

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