JP2013160534A

JP2013160534A - 傾斜計測装置およびこれを備えた傾斜計測システム

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Publication number: JP2013160534A
Application number: JP2012020215A
Authority: JP
Inventors: 幸大 ▲高▼; Yukihiro Taka; Michio Neriki; 道夫練木
Original assignee: Meisei Electric Co Ltd
Current assignee: Meisei Electric Co Ltd
Priority date: 2012-02-01
Filing date: 2012-02-01
Publication date: 2013-08-19
Anticipated expiration: 2032-02-01
Also published as: JP5912592B2

Abstract

【課題】環境の変化による計測値の信頼性の低下が生じ易い特性を有する加速度センサを用いる場合でも、高精度な傾斜計測を実現することのできる技術を提供する。
【解決手段】３軸の加速度センサにおける計測データを定期的に取得する計測データ取得部と、計測データを記憶装置に格納する記憶制御部と、格納される計測データに基づいて、地震発生の有無を判定する地震発生判定部と、記憶装置に格納される計測データに基づいて、発生した地震が収束したか否かを判定する地震収束判定部と、地震発生判定部にて地震が発生したと判定される場合に、地震発生判定部にて地震が発生したと判定された地震発生時よりも前の第１のタイミングで取得された計測データと、地震発生判定部にて地震が収まったと判定された地震収束時よりも後の第２のタイミングで取得された計測データと、に基づいて第１のタイミングから第２のタイミングまでの間での相対的な傾斜角変化量を算出する傾斜角算出部と、を備える。
【選択図】図８

Description

本発明は、地震に起因して発生する傾斜を計測する技術に関する。

従来、加速度センサから出力される加速度信号を用いて、地震発生時の震度等を計測する技術が知られる（例えば、特許文献１を参照。）。

このような地震計測に利用可能な加速度センサとしては、例えばサーボ型加速度センサやＭＥＭＳ加速度センサ等が知られる。また、特に、ＭＥＭＳ加速度センサは他の方式の加速度センサに比べて安価であることが知られている。

しかしながら、例えば安価なＭＥＭＳ加速度センサは、温度変化等の環境の変化の影響を受け易く、環境変化のある場所では計測値の信頼性が低下する場合があるという問題がある。

本発明は上述した問題点を解決するためになされたものであり、環境の変化による計測値の信頼性の低下が生じ易い特性を有する加速度センサを用いる場合でも、高精度な傾斜計測を実現することのできる技術を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明は、第１の方向における加速度を計測する第１の加速度センサと、前記第１の方向と直交する第２の方向における加速度を計測する第２の加速度センサと、前記第１および第２の方向と直交する第３の方向における加速度を計測する第３の加速度センサと、前記第１〜第３の加速度センサそれぞれにおける計測データを定期的に取得する計測データ取得部と、前記計測データ取得部にて取得される計測データを所定の記憶装置に格納する記憶制御部と、前記記憶装置に格納される計測データに基づいて、地震発生の有無を判定する地震発生判定部と、前記記憶装置に格納される計測データに基づいて、発生した地震が収束したか否かを判定する地震収束判定部と、前記地震発生判定部にて地震が発生したと判定される場合に、前記地震発生判定部にて地震が発生したと判定された地震発生時よりも前の第１のタイミングで取得された計測データと、前記地震発生判定部にて地震が収まったと判定された地震収束時よりも後の第２のタイミングで取得された計測データと、に基づいて前記第１のタイミングから第２のタイミングまでの間での相対的な傾斜角変化量を算出する傾斜角算出部と、を備える傾斜計測装置に関する。

上述のような構成によれば、前記傾斜角算出部は、前記第１のタイミングで取得された計測データと、第２のタイミング以降に取得された複数の計測データそれぞれとの間での相対的な傾斜角変化量を、それぞれ算出することを特徴とすることができる。

上述のような構成によれば、前記地震発生判定部は、前記記憶装置に格納される計測データが示す加速度が、地震発生を示す所定の閾値を越えた場合に地震が発生したと判定することを特徴とすることができる。

上述のような構成によれば、前記地震発生判定部は、前記記憶装置に格納される前記第１〜第３の加速度センサでの計測データが示す加速度の３成分合計加速度が、地震発生を示す所定の閾値を越えた場合に地震が発生したと判定することを特徴とすることができる。

上述のような構成によれば、第１のタイミングは、前記地震発生判定部にて地震が発生したと判定された地震発生時の直前のタイミングであり、前記第２のタイミングは、前記地震発生判定部にて地震が収まったと判定された地震収束時の直後のタイミングであることを特徴とすることができる。

上述のような構成によれば、前記傾斜角算出部は、前記地震発生判定部にて地震が発生したと判定される場合に、前記地震発生判定部にて地震が発生したと判定された地震発生時よりも前の第１のタイミングで取得される複数の計測データの平均値と、前記地震発生判定部にて地震が収まったと判定された地震収束時よりも後の第２のタイミングで取得される複数の計測データの平均値と、に基づいて前記第１のタイミングから第２のタイミングまでの間での相対的な傾斜角変化量を算出することを特徴とすることができる。

上述のような構成によれば、前記地震発生判定部は、ハイパスフィルタによるフィルタリングを施した前記計測データに基づいて地震発生の有無の判定を行い、
前記傾斜角算出部は、ハイパスフィルタによるフィルタリングを施していない前記計測データに基づいて傾斜角の算出を行うことを特徴とすることができる。

上述のような構成によれば、前記第１〜第３の加速度センサは、直交３軸のＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）の加速度センサを構成することを特徴とすることができる。

以上に詳述したように、本発明によれば、環境の変化による計測値の信頼性の低下が生じ易い特性を有する加速度センサを用いる場合でも、高精度な傾斜計測を実現することのできる技術を提供することができる。

第１の実施の形態における傾斜計測システムの一例を示すシステム構成図である。第１の実施の形態における傾斜計測装置１の概観を示す図である。傾斜計測システムについて説明するための機能ブロック図である。本実施の形態による傾斜計測システムにおける傾斜計測装置１に備わる加速度センサの実現回路構成の一例である。３軸ＭＥＭＳ加速度センサ１１０にて計測されたそれぞれの軸の計測データ（図４に示す信号（１））の一例を示す図である。１次ＣＲ型ＨＰＦ１２２ａにてハイパスフィルタ処理を施されたそれぞれの軸の計測データ（図４に示す信号（２））の一例を示す図である。３次チェビシェフ型ＬＰＦ１２３ａによるフィルタ特性（点線）と、ブロック１２５におけるデジタルフィルタ処理によるフィルタ特性（一点鎖線）と、両フィルタを合成した総合特性を示すグラフである。第１の実施の形態による傾斜計測システムにおける計測データ格納処理の流れを示すフローチャートである。第１の実施の形態による傾斜計測システムにおける傾斜演算処理等の流れを示すフローチャートである。地震演算および傾斜演算に用いられる計測データの一例を示す図である。地震演算および傾斜演算に用いられる計測データの一例を示す図である。本発明の第２の実施の形態による傾斜計測システムの一例を示すシステム構成図である。第２の実施の形態による傾斜計測システムにおけるエリア毎の傾斜判定の概念について説明するためのデータテーブルの一例である。

以下、実施の形態について図面を参照しつつ説明する。

（第１の実施の形態）
まず、本発明の第１の実施の形態について説明する。
図１は、第１の実施の形態における傾斜計測システムの一例を示すシステム構成図である。図２は、第１の実施の形態における傾斜計測装置１の概観を示す図である。

図１に示すように、第１の実施の形態における傾斜計測システムは、例えば、傾斜計測装置１、コンピュータ２、管理サーバ３および携帯端末４等を備えている。以下、本実施の形態では、一例として、傾斜計測装置１は、ユーザの自宅内に設置されており、地震により生じた自宅の床の傾斜角度を計測するものとする。もちろん、傾斜計測装置１は、直接地面に設置してもよいし、建物の壁面、天井、家具、机などに設置することもできる。すなわち、傾斜計測の対象となる対象物が傾斜するときに、一体的に傾斜するように設置されていればよい。

傾斜計測装置１は、図２に示すように、内部に加速度センサを収容している。本実施の形態では、一例としてＵＳＢ（Universal Serial Bus）接続により通信を行なうタイプの加速度センサを採用している。また、傾斜計測装置１は、ケーシングに「Ｎ」と「Ｓ」が表記されており、ユーザは、この「Ｎ」と「Ｓ」の向きを、その設置場所における南北方向に合わせるようにして傾斜計測装置１を設置する。

もちろん、加速度の検出を行なう加速度センサは、必ずしもＵＳＢ接続タイプである必要はない。すなわち、加速度センサにて計測される加速度値が結果として傾斜計測装置１と通信する外部機器に対して出力できればよい。例えば、ＬＡＮ（Local Area Network）等の電気通信回線を介して計測データを出力する構成であってもよいし、他の通信規格による電気通信回線を利用するタイプの加速度センサであってもよい。

傾斜端末装置１は、ルータ５を介してインターネットに接続されている。

コンピュータ２は、ＬＡＮにより傾斜端末装置１と通信可能に接続されている。コンピュータ２は、例えばＰＣ（Personal Computer）等であり、ディスプレイ２０１、スピーカ２０２、プロセッサ２０３、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）２０４、メモリ２０５およびＨＤＤ（Hard Disk Drive）等の記憶装置２０６等を備えている。

管理サーバ３は、傾斜計測装置１にて計測される加速度値を、インターネットやＷＡＮ（Wide Area Network）等の電気通信回線を介して収集し、当該収集される加速度値に基づく震度算出や傾斜角算出等の各種処理を行なう。また、管理サーバ３は、必要に応じて、インターネット等の通信回線を介して、携帯端末４に対してE-mail送信やボイスメッセージ等の通知処理を実行することができる。

管理サーバ３は、プロセッサ３０１、ＡＳＩＣ３０２、メモリ３０３およびＨＤＤ等の記憶装置３０４等を備えている。

携帯端末４は、E-mailや音声通話等の通知を受信可能な携帯電話等の端末である。もちろん、ユーザが携帯して移動可能なものであれば、電話に限らずＰＤＡ、ノートＰＣ等端末の種別は問わない。

ここでは、傾斜計測装置１、コンピュータ２およびルータ５が、ユーザ自宅内（図１の破線を参照）に配置されている場合を一例として挙げる。

本実施の形態による傾斜計測システムにおいて、プロセッサ２０３およびプロセッサ３０１は、傾斜計測システムにおける各種処理を行う役割を有しており、またメモリ２０５、メモリ３０３、ＨＤＤ２０６、ＨＤＤ３０４等に格納されているプログラムを実行することにより種々の機能を実現する役割も有している。なお、プロセッサ２０３およびプロセッサ３０１は、同等の演算処理を実行可能なＭＰＵ（Micro Processing Unit）により代替することも可能であることは言うまでもない。また、ＨＤＤ２０６およびＨＤＤ３０４についても同様に、例えばフラッシュメモリ等の記憶装置により代替可能である。

メモリ２０５およびメモリ３０３は、例えば、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）、ＳＲＡＭ（Static Random Access Memory）、ＶＲＡＭ（Video RAM）、フラッシュメモリ等から構成されることができ、傾斜計測システムにおいて利用される種々の情報やプログラムを格納する役割を有している。

続いて、本実施の形態による傾斜計測システムが備える各種機能について説明する。図３は、傾斜計測システムについて説明するための機能ブロック図である。

本実施の形態による傾斜システムでは、傾斜計測装置１とサーバ３とが協働して、地震発生時における傾斜角度の演算や震度の演算等を行なう。なお、ここでは、一例としてサーバ３において地震発生の有無、地震収束、傾斜角度等についての演算を行なう場合を例示するが、これに限られるものではなく、コンピュータ２において同様の演算を実現することも可能である。また、サーバ３とコンピュータ２とが演算処理を協働して行ない、システム全体として所望の演算を実現する構成とすることもできる（分散処理）。

傾斜計測装置１は、例えば、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸の直交３軸の加速度センサ１１０と、アナログ−デジタル変換、信号増幅、フィルタリング等を行なうＡＤＣ・ＡＭＰ・フィルタリング１２０を備えている。

サーバ３は、例えば、傾斜計測装置１に備わる加速度センサからの出力信号に基づいて、地震演算を行なう地震演算部３０１と、加速度センサからの出力信号に基づいて、傾斜演算を行なう傾斜演算部３０２と、ユーザの携帯端末４等への通知処理や警報処理を行なう通知処理部３０３と、を備えている。

地震演算部３０１および傾斜演算部３０２における各種演算に用いられる計測データは、例えば記憶装置３０４に格納されているデータベースから取得される。

図４は、本実施の形態による傾斜計測システムにおける傾斜計測装置１に備わる加速度センサの実現回路構成の一例である。

３軸ＭＥＭＳ加速度センサ１１０は、Ｘ軸（第１の方向）、Ｙ軸（第２の方向）およびＺ軸（第３の方向）の直交３軸の軸方向の加速度を検出可能な静電容量型のＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）加速度センサである。図５は、３軸ＭＥＭＳ加速度センサ１１０にて計測されたそれぞれの軸の計測データ（図４に示す信号（１））の一例を示す図である。ここでの３軸ＭＥＭＳ加速度センサ１１０のサンプリング周期は、例えば１００Ｈｚとすることができる。

バッファアンプ１２１ａは、緩衝増幅器（Buffer Amplifier）であり、３軸ＭＥＭＳ加速度センサ１１０からの入力信号の出力インピーダンスを下げる役割を有している。

１次ＣＲ型ＨＰＦ１２２ａは、バッファアンプ１２１ａを経た信号のオフセット（低周波成分）をキャンセルする役割を有するハイパスフィルタである。図６は、１次ＣＲ型ＨＰＦ１２２ａにてハイパスフィルタ処理を施されたそれぞれの軸の計測データ（図４に示す信号（２））の一例を示す図である。

３次チェビシェフ型ＬＰＦ１２３ａは、ＡＤＣ（analog to digital converter）の帯域補正や、アンチエイリアス（ＡＤＣにおける繰り返し雑音の発生防止）のためのローパスフィルタである。なお、３次チェビシェフ型ＬＰＦ１２３ａは、１２ｂｉｔＡＤＣ１２４の入力範囲に適合するようにゲインが２．５に設定されている。

１２ｂｉｔＡＤＣ１２４は、サンプリングレートが１ｋｓｐｓのＡ／Ｄコンバータである。１２ｂｉｔＡＤＣ１２４は、分解能は１２ｂｉｔである。

１２５は、デジタルフィルタ処理、デシメーション処理、ビット拡張処理を行なう機能ブロックである。具体的に、デジタルフィルタ処理は、ＳＩＮＣ関数を用いたフィルタリングを行う。デシメーション処理は、１２ｂｉｔＡＤＣ１２４にてデジタル化された信号を平均化処理し、高速1ビットの信号を低速多ビットの信号に変換する。ビット拡張処理は、１２ｂｉｔＡＤＣ１２４を経た１２ｂｉｔの信号を１３ｂｉｔの信号に拡張する。ビット拡張処理を行なうことで、オーバーサンプリング手法により、１２ｂｉｔＡＤＣ１２４が提供するビット数よりも. 高い分解能を実現する。図７は、３次チェビシェフ型ＬＰＦ１２３ａによるフィルタ特性（点線）と、ブロック１２５におけるデジタルフィルタ処理によるフィルタ特性（一点鎖線）と、両フィルタを合成した総合特性を示すグラフである。

１２６は、制御処理およびＳＩＯ（Serial Input Output）の機能ブロックである。制御処理およびＳＩＯのブロック１２６にて、後段の回路へ伝送するための信号のフォーマッティングと通信処理が行なわれる。

また、ＵＳＢｔｏＵＡＲＴＢｒｉｄｇｅ１２７は、制御処理およびＳＩＯのブロック１２６から出力される信号を、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）の通信プロトコルに従ったパケットに変換する。

Ｌｘ信号、Ｌｙ信号およびＬｚ信号は、バッファアンプ１２１ａを通過後に、直接１２ｂｉｔＡＤＣ１２４に接続される。Ｌｘ信号、Ｌｙ信号およびＬｚ信号は、ＤＣスルー（直流通過）となっており、傾斜測定およびセンサーテスト測定用の信号として用いられる。

Ｌt信号は、３軸ＭＥＭＳ加速度センサ１１０が正しく機能するかどうかをテストするための制御信号である。Ｌt信号の信号線に電圧が加えられると、３軸ＭＥＭＳ加速度センサ１１０の内部で静電引力が加えられ、３軸ＭＥＭＳ加速度センサ１１０が加速度を検知したときと同様な状態になる。したがって、その応答出力値を観察することにより、３軸ＭＥＭＳ加速度センサ１１０が正しく機能するかどうかをテストすることができる。

ＦＥＴ１２７ｆは、ＵＳＢサスペンド機能を実現するための電源遮断用素子（電界効果トランジスタ）である。

エミフィル１２８は、ＵＳＢ電源（５Ｖ）ノイズカット用のフィルタである。

ポリスイッチ１２９は、ＵＳＢ電源の過電流遮断用の保護素子である。

上記のような３軸ＭＥＭＳ加速度センサ１１０にて計測された加速度信号は、ＵＳＢコネクタ、ルータ５、インターネットを介してサーバ３の記憶装置３０４のデータベースに格納される。具体的に、記憶装置３０４のデータベースには、例えば、「計測日時（日，時，分，秒）」、「Ｘ軸計測データ[gal]」、「Ｙ軸計測データ[gal]」、「Ｚ軸計測データ[gal]」といったように、計測タイミングと各軸の計測データとが対応付けられたかたちで例えば時系列に並べて格納されている。管理サーバ３におけるプロセッサ３０１にて所定の周期で取得される計測データの記憶装置３０４への格納は、例えばプロセッサ３０１によって実現される。したがって、ここでのプロセッサ３０１は、計測データ取得部および記憶制御部としての役割を有している。

図３および図４に示すように、地震演算部３０１（地震発生判定部）は、後述の図１０にも示すように、１次ＣＲ型ＨＰＦ１２２ａおよび３次チェビシェフ型ＬＰＦ１２３ａによるフィルタリングを施した信号に基づいて、地震発生の有無、地震収束、震度の演算等の地震演算を行なう。具体的には、地震演算部３０１は、計測震度、ＳＩ値、５ＨｚＰＧＡ（Peek Grand Acceleration）、計測震度相当値、卓越周期などの演算も行なう。

また、傾斜演算部３０２（傾斜角算出部）は、１次ＣＲ型ＨＰＦ１２２ａや３次チェビシェフ型ＬＰＦ１２３ａによるフィルタリングが施されていない計測データに基づいて傾斜角等の算出を行う。

このように、傾斜角度の算出においては、加速度センサによる計測データを、地震発生の有無の判定に用いるデータよりも加工しないことにより、より元データに忠実な傾斜演算を高精度に行なうことができる。

続いて、本発明の第１の実施の形態による傾斜計測システムにおける処理の流れについて説明する。図８は、第１の実施の形態による傾斜計測システムにおける計測データ格納処理の流れを示すフローチャートである。

プロセッサ３０１は、傾斜計測装置１から電気通信回線を介して管理サーバ３に送信されてくる３軸それぞれに対応するハイパスフィルタが施された計測データと、３軸それぞれに対応するハイパスフィルタが施されていない計測データとを、所定のサンプリングレートで取得する（Ｓ１０１）。

プロセッサ３０１は、上述のステップにおいて取得された当該計測データを、例えば管理サーバ３に備わる記憶装置３０４のデータベースに格納させる（Ｓ１０２）。

このＳ１０１およびＳ１０２の処理は、基本ルーチンとして、常時実行される。

図９は、第１の実施の形態による傾斜計測システムにおける傾斜演算処理等の流れを示すフローチャートである。

プロセッサ３０１（地震発生判定部）は、記憶装置３０４に格納される上記計測データ（例えば、図１０に示すデータ群を参照）に基づいて、地震発生の有無を判定する（Ｓ２０１）。

具体的に、プロセッサ３０１は、例えば、記憶装置３０４に格納される計測データが示す加速度値が、地震発生を示す所定の閾値を越えた場合に地震が発生したと判定する。ここでは、所定の閾値を、例えば5[gal]に設定している。

なお、本実施の形態では、地震発生の判定手法として、いわゆる「レベルトリガ法」を採用しているが、必ずしもこれに限られるものではない。例えば、地震発生の判定手法として、「遡り法」、「仮P法」、「STA/LTA法」等の公知の他の判定手法を採用することも可能であることは言うまでもない。「STA/LTA法」では、波形信号の振幅の短時間平均値(STA)と長時間平均値 (LTA)の比(STA/LTA) をパラメータとして用いる。本実施の形態で一例として示すように「レベルトリガ法」を採用する場合、他の地震発生判定手法に比べて演算負荷が少ないため、プロセッサ３０１にかかる負荷を抑えることができるという効果がある。

また、プロセッサ３０１は、図１０に示すように、記憶装置３０４に格納される加速度センサでの計測データが示す加速度の３成分合成加速度値が、地震発生を示す所定の閾値を越えた場合に地震が発生したと判定する。図１０に示す例では、地震発生と判定されたときの３成分合成加速度は５．５galとなっている（図１０における太枠を参照）。

具体的に、３成分合成加速度値Ａは、Ｘ軸方向の加速度値を「ａ_ｘ」、Ｙ軸方向の加速度値を「ａ_ｙ」、Ｚ軸方向の加速度値を「ａ_ｚ」とするとき、以下の式によって算出される。

Ａ＝ √（ａ_ｘ ^２＋ａ_ｙ ^２＋ａ_ｚ ^２）・・・（１）

続いて、プロセッサ３０１（傾斜角算出部）は、上記所定の閾値を越える地震の発生タイミングの「直前」（第１のタイミング）に取得された３軸それぞれについての加速度の計測データを取得する（Ｓ２０３）。

プロセッサ３０１（地震収束判定部）は、記憶装置３０４に格納されている計測データに基づいて、発生した地震が収束したか否かを判定する（Ｓ２０４）。具体的には、プロセッサ３０１は、３成分合成加速度値が例えば５galを下回る状態が２０秒間以上継続された場合に、地震が収束したと判定する。

プロセッサ３０１（傾斜角算出部）は、Ｓ２０４にて地震が発生したと判定される場合に、地震が発生したと判定された地震発生時の直前（第１のタイミング）に取得された計測データ（図１１に示す太枠を参照）と、地震が収まったと判定された地震収束時の直後（第２のタイミング）に取得された計測データ（図１１に示す太枠を参照）と、に基づいて地震発生直後から地震収束直後までの間での相対的な傾斜角変化量を算出する（Ｓ２０５）。

ここでの傾斜角度の演算は、例えば以下の式によって算出される。ここで、地震発生直前のＵＰ／ＤＯＷＮ、ＥＡＳＴ／ＷＥＳＴ、ＮＯＲＴＨ／ＳＯＵＴＨの各成分の加速度値をｆ_ｘ、ｆ_ｙ、ｆ_ｚとし、地震発生直後のＵＰ／ＤＯＷＮ、ＥＡＳＴ／ＷＥＳＴ、ＮＯＲＴＨ／ＳＯＵＴＨの各成分の加速度値をｑ_ｘ、ｑ_ｙ、ｑ_ｚとすると、

地震発生前の３成分合成加速度値Ｆは、

Ｆ＝ √（ｆ_ｘ ^２＋ｆ_ｙ ^２＋ｆ_ｚ ^２）・・・（２）

となり、地震発生後の３成分合成加速度値Ｑは、

Ｑ＝ √（ｑ_ｘ ^２＋ｑ_ｙ ^２＋ｑ_ｚ ^２）・・・（３）

となる。

したがって、地震発生直前と地震発生直後との間での相対的な傾斜角度θは、

ｃｏｓθ＝（Ｆ・Ｑ）÷（｜Ｆ｜×｜Ｑ｜）・・・（４）

となる。なお、ここで、

Ｆ・Ｑ＝ｆ_ｘ×ｑ_ｘ＋ｆ_ｙ×ｑ_ｙ＋ｆ_ｚ×ｑ_ｚ・・・（５）

である。

このように、地震発生前後の加速度変化に基づいて、地震発生前と地震収束後の相対的な角度変化を求めることにより、例え温度や湿度等の環境変化の影響を受け易い安価な加速度センサを用いた場合でも、高精度な傾斜角度検出を行なうことができる。

また、プロセッサ３０１（傾斜角算出部）は、地震発生直前（第１のタイミング）に取得された計測データと、地震発生直後（第２のタイミング）以降に取得された複数の計測データそれぞれとの間での相対的な傾斜角変化量を、それぞれ算出する（Ｓ２０６）。

このように、地震発生前の計測データと、地震発生後の複数のタイミングでの計測データそれぞれとの相対角度変化量を時間間隔をあけて何度か算出することにより、地震収束後の傾斜発生や傾斜角度の増加等（液状化の進行具合）の推移を把握することが可能となる。

そして、プロセッサ３０１は、上述のようにして所定回数分算出された傾斜角度値に基づいて、最終的な傾斜角度を確定し、記憶装置３０４に格納する。ここでは、一例として、最後（図９のフローチャートにしめすＮ回目）に算出された傾斜角度を最終的な傾斜角度とするものとする（Ｓ２０７）。

地震発生時には窓ガラスの破損等によって、例えば外の冷気が温暖な室内に流れ込んで来るなど、室温に急激な変化が生ずる可能性がある。したがって、加速度センサが受ける温度変化の影響を極力少なくするために、相対角度の変化は、できるだけ短い時間間隔で観察することが好ましい。そこで、本実施の形態では、この時間間隔を短くするために、地震発生直前と地震収束直後の計測データに基づいて相対角度を算出している。もちろん、加速度センサとしての検出精度を要求レベルに維持することができるのであれば、必ずしも地震発生直前と地震収束直後に限るものではなく、「地震発生直前よりも前（例えば、１つ前のタイミング等）のタイミングで取得される計測データ」や「地震収束直後よりも後のタイミング（例えば、１つ後のタイミング等）で取得される計測データ」等を採用することも可能である。

また、本実施の形態では、プロセッサ３０１（傾斜角算出部）は、地震が発生したと判定される場合に、地震発生時直前に取得される複数の計測データの平均値と、地震収束時直後に取得される複数の計測データの平均値と、に基づいて地震発生直前から地震発生直後までの間での相対的な傾斜角変化量を算出している。図１０に示す例では、データ群を図示する上での便宜上、２０秒間で取得される計測データの平均値を用いる構成を例示しているが、当該時間間隔は仕様に応じて任意に変更可能である。例えば、１０秒間で取得される計測データの平均値を用いる構成とすることができる。

このような構成によれば、センサの検知誤差や温度等の環境の変化の影響を低減させることができ、より高精度な傾斜角度演算を行なうことが可能となる。

具体的には、１０秒間隔（可変）の平均値を使用することにより、オーバーサンプリング手法によりアナログ−デジタル変換回路が提供する分解能よりさらに高い分解能を実現することができ（12bitADCで16bit分解能を実現する等）、高精度且つ高分解能な傾斜角計測を行うことができる。

また、プロセッサ３０１は、上記のように算出される３成分合成加速度が所定の閾値を越える場合に、E-mail等によってユーザの携帯端末に対して通知を行なうこともできる。これにより、ユーザは外出時でも自宅がある地域で地震が発生した場合の自宅の傾斜状況を遠隔で把握することができる。また、この通知は、管理サーバ３やコンピュータ２に備わるスピーカによって警報を発することにより実現することもできる。

本実施の形態では、一例として、静電容量型のＭＥＭＳ加速度センサを採用している。ＭＥＭＳ加速度センサは一般的に気温等の環境変化の影響を受け易い。しかしながら、上記気温等の環境変化がある場合でも、短時間の期間内での相対的な角度の変動は比較的高精度に検出することができる。したがって、本発明によれば、このように温度変化等の影響を受け易いＭＥＭＳ加速度センサでも、高精度な傾斜角検出を行なうことができる。

なお、上述の実施の形態では、地震発生直前の計測データを基準として、当該基準となる計測データと、地震発生後の複数の計測データとをそれぞれ比較して、液状化現状や地盤沈下による傾きの推移を把握可能とする構成を例示したが、必ずしもこれに限られるものではない。

例えば、まず、地震発生直前の計測データと、地震発生直後の最初の計測データとの間での傾斜演算を行い、これを１回目の傾斜角とし、地震発生直後の最初の計測データと地震発生後の２回目の計測データとの間での傾斜演算の結果を１回目の傾斜角に加算することによって、２回目の傾斜角としてもよい。これによれば、傾斜角を算出するための比較演算の対象となる２つの計測データの計測時刻の間隔をより短くすることができるため、温度変化等の影響をよく受けにくくすることができる。

上述の傾斜計測システムでの処理における各動作は、メモリ２０５やメモリ３０３に格納されている傾斜計測プログラムをプロセッサ２０３やプロセッサ３０１にて実行させることにより実現されるものである。

（第２の実施の形態）
続いて、本発明の第２の実施の形態について説明する。
第２の実施の形態は、上述の第１の実施の形態の変形例である。

図１２は、本発明の第２の実施の形態による傾斜計測システムの全体構成を示す図である。

第２の実施の形態は、上述した第１の実施の形態の応用例である。したがって、すでに第１の実施の形態にて説明した部分と同一の部分については同様な構成を有するものとする。

図１２に示すように、第２の実施の形態による傾斜計測システムでは、傾斜計測の対象となる測定対象物をひとつの家屋の床等に限定していない。

すなわち、例えば、ある地域をいくつかのエリアにメッシュ状に分割して捉え、それぞれのエリア内に複数の傾斜計測装置１（第１の実施の形態にて説明したものと同様なもの）を設置する。

そして、各エリアに複数配置されている傾斜計測装置にて計測される加速度値を、管理サーバにて収集する。

管理サーバでは、収集された計測データをエリア毎に管理する。

具体的には、図１３に示すように、各エリアについて、

（１）そのエリア内での傾斜計測装置の設置台数
（２）そのエリア内に設置された傾斜計測装置からの計測データに基づいて算出される傾斜角度の平均値
（３）傾斜している方角の平均
（４）そのエリアに存在する建物全体に対する、ビルや塔などの高層建築物の存在割合
（５）各エリア周辺に存在する病院や学校など、地震による被害に注意すべき施設の有無

といった情報が、管理サーバにて管理される。

このようにすることで、例えば、任意のエリア内に設置されている複数の傾斜計測装置による計測結果に基づいて、それら複数の傾斜計測装置が設定されているエリアの液状化現状や地盤沈下による傾斜方向を推測することができる。

また、あるエリアの傾斜方向が大まかに把握できるため、これによってそのエリアの高層建築物の傾斜方向に病院や学校などの施設がある場合に、警報等を行なうことができる。

更に、傾斜計測装置を構成するコンピュータにおいて上述した各動作を実行させるプログラムを、傾斜計測プログラムとして提供することができる。本実施の形態では、発明を実施する機能を実現するための当該プログラムが、装置内部に設けられた記憶領域に予め記録されている場合を例示したが、これに限らず同様のプログラムをネットワークから装置にダウンロードしても良いし、同様のプログラムをコンピュータ読取可能な記録媒体に記憶させたものを装置にインストールしてもよい。記録媒体としては、プログラムを記憶でき、かつコンピュータが読み取り可能な記録媒体であれば、その形態は何れの形態であっても良い。具体的に、記録媒体としては、例えば、ＲＯＭやＲＡＭ等のコンピュータに内部実装される内部記憶装置、ＣＤ−ＲＯＭやフレキシブルディスク、ＤＶＤディスク、光磁気ディスク、ＩＣカード等の可搬型記憶媒体、コンピュータプログラムを保持するデータベース、或いは、他のコンピュータ並びにそのデータベースや、回線上の伝送媒体などが挙げられる。またこのように予めインストールやダウンロードにより得る機能は装置内部のＯＳ（オペレーティング・システム）等と共働してその機能を実現させるものであってもよい。

なお、プログラムは、その一部または全部が、動的に生成される実行モジュールであってもよい。

また、上述の各実施の形態にてプログラムをプロセッサ２０１やプロセッサ８０１に実行させることにより実現される各種処理は、その一部または全部を、ＡＳＩＣ３０２やＡＳＩＣ２０２にて回路的に実行させることも可能であることは言うまでもない。

本発明は、その精神または主要な特徴から逸脱することなく、他の様々な形で実施することができる。そのため、前述の実施の形態はあらゆる点で単なる例示に過ぎず、限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は、特許請求の範囲によって示すものであって、明細書本文には、なんら拘束されない。さらに、特許請求の範囲の均等範囲に属する全ての変形、様々な改良、代替および改質は、すべて本発明の範囲内のものである。

１傾斜計測装置、２コンピュータ、３管理サーバ、４携帯端末、２０１ディスプレイ、２０２スピーカ、２０３プロセッサ、２０４ＡＳＩＣ、２０５メモリ、２０６記憶装置、３０１プロセッサ、３０２ＡＳＩＣ、３０３メモリ、３０４記憶装置、３０１地震演算部、３０２傾斜演算部、１１０３軸ＭＥＭＳ加速度センサ、１２１ａバッファアンプ、１２２ａ１次ＣＲ型ＨＰＦ、１２３ａ３次チェビシェフ型ＬＰＦ、１２４１２ｂｉｔＡＤＣ、１２５デジタルフィルタ処理、デシメーション処理、ビット拡張処理を行なう機能ブロック、１２６制御処理およびＳＩＯ（Serial Input Output）の機能ブロック、１２７ＵＳＢｔｏＵＡＲＴＢｒｉｄｇｅ、１２７ｆＦＥＴ、１２８エミフィル、１２９ポリスイッチ。

特開平１０−２６６６９号公報

Claims

第１の方向における加速度を計測する第１の加速度センサと、
前記第１の方向と直交する第２の方向における加速度を計測する第２の加速度センサと、
前記第１および第２の方向と直交する第３の方向における加速度を計測する第３の加速度センサと、
前記第１〜第３の加速度センサそれぞれにおける計測データを定期的に取得する計測データ取得部と、
前記計測データ取得部にて取得される計測データを所定の記憶装置に格納する記憶制御部と、
前記記憶装置に格納される計測データに基づいて、地震発生の有無を判定する地震発生判定部と、
前記記憶装置に格納される計測データに基づいて、発生した地震が収束したか否かを判定する地震収束判定部と、
前記地震発生判定部にて地震が発生したと判定される場合に、前記地震発生判定部にて地震が発生したと判定された地震発生時よりも前の第１のタイミングで取得された計測データと、前記地震発生判定部にて地震が収まったと判定された地震収束時よりも後の第２のタイミングで取得された計測データと、に基づいて前記第１のタイミングから第２のタイミングまでの間での相対的な傾斜角変化量を算出する傾斜角算出部と、
を備える傾斜計測装置。
請求項１に記載の傾斜計測装置において、
前記傾斜角算出部は、前記第１のタイミングで取得された計測データと、第２のタイミング以降に取得された複数の計測データそれぞれとの間での相対的な傾斜角変化量を、それぞれ算出する傾斜計測装置。
請求項１または2に記載の傾斜計測装置において、
前記地震発生判定部は、前記記憶装置に格納される計測データが示す加速度が、地震発生を示す所定の閾値を越えた場合に地震が発生したと判定する傾斜計測装置。
請求項１乃至３のいずれかに記載の傾斜計測装置において、
前記地震発生判定部は、前記記憶装置に格納される前記第１〜第３の加速度センサでの計測データが示す加速度の３成分合計加速度が、地震発生を示す所定の閾値を越えた場合に地震が発生したと判定する傾斜計測装置。
請求項１乃至４のいずれかに記載の傾斜計測装置において、
第１のタイミングは、前記地震発生判定部にて地震が発生したと判定された地震発生時の直前のタイミングであり、前記第２のタイミングは、前記地震発生判定部にて地震が収まったと判定された地震収束時の直後のタイミングである傾斜計測装置。
請求項１乃至５のいずれかに記載の傾斜計測装置において、
前記傾斜角算出部は、前記地震発生判定部にて地震が発生したと判定される場合に、前記地震発生判定部にて地震が発生したと判定された地震発生時よりも前の第１のタイミングで取得される複数の計測データの平均値と、前記地震発生判定部にて地震が収まったと判定された地震収束時よりも後の第２のタイミングで取得される複数の計測データの平均値と、に基づいて前記第１のタイミングから第２のタイミングまでの間での相対的な傾斜角変化量を算出する傾斜計測装置。
請求項１乃至６のいずれかに記載の傾斜計測装置において、
前記地震発生判定部は、ハイパスフィルタによるフィルタリングを施した前記計測データに基づいて地震発生の有無の判定を行い、
前記傾斜角算出部は、ハイパスフィルタによるフィルタリングを施していない前記計測データに基づいて傾斜角の算出を行う傾斜計測装置。
請求項１乃至７のいずれかに記載の傾斜計測装置において、
前記第１〜第３の加速度センサは、直交３軸のＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）の加速度センサを構成することを特徴とする傾斜計測装置。