JP2015175674A - 雪崩検知装置 - Google Patents

Abstract

【課題】時機に応じて簡単且つ低コストに設置が可能な雪崩検知装置の実現。
【解決手段】雪崩検知装置１００は、取付部１０２を有し、既設の雪崩防止構造物６の上端部に着脱自在に装着できる。例年よりも降雪量が多くなることが予想された段階で、時機に応じて、既設の雪崩防止構造物６に必要な場所に必要な数だけ装着して使用する。設置時に基礎工事なども不要で初期費用が低減できる。いつ起きるか分からない多雪年に備えて多数の常設型の雪崩検知装置を設置するよりも、初期コストは勿論、設置後のメンテナンス等の費用と工数を低減できる。また、春から次の冬までは雪崩検知装置１００を取り外して保管できる上、例年通りの積雪が予想される冬では設置を見送ることもできるので、日光や風雪による劣化が抑制され、耐用年数が長く、機材更新のコストも抑制できる。
【選択図】図２

Description

本発明は、雪崩検知装置に関する。

雪崩の危険性の有る斜面には「雪崩防止柵」「雪崩予防柵」などと呼ばれる雪崩防止構造物が設定されるのが一般的である（例えば、特許文献１、特許文献２を参照）。

基本的にはこうした雪崩防止構造物により雪崩は防げるが、希に訪れる例年よりも降雪量が多い多雪年に備えて、特に警戒するべき斜面については雪崩防止構造物の設置に加えて万が一の雪崩を速やかに検知して警報を発する対策が施される。雪崩検知装置の設置もそのひとつである（例えば、特許文献３を参照）。

特開２０１３−１０４２１４号公報 特開平６−２６４４１８号公報 特開平５−１８０９５５号公報

しかしながら、雪崩防止構造物が設置された場所に雪崩検知装置を更に常設するとする判断を簡単に行えない場合があった。常設の設備を設置するとなると長期の使用に耐える設備とする必要があるため、多大な初期設置費用がかり、メンテナンスコストが毎年発生するからである。また、近年の気候によれば、雪崩検知装置を必要としないシーズン（年）があるなど、降雪量の変動が大きい場合があることもその一因であった。

また、斜面における積雪の移動現象には、急速に積雪が斜面を下る危険性の高い「雪崩と、「クリープ」や「グライド」とよばれる極めてゆっくりとしたそれ自体は危険性の低い現象とがあるが、雪崩検知に当たってはこれらを識別することが望まれる。一旦検知されると、安全確保のために斜面の麓を通る鉄道の運行制限や道路の交通制限が行われるためである。

本発明は、こうした背景に鑑みてなされたものであり、時機に応じて簡単且つ低コストに設置が可能な雪崩検知装置を実現することを第１の目的とする。更には、雪崩とクリープやグライドとを明確に識別できる雪崩検知装置を実現することを第２の目的とする。

以上の課題を解決するための第１の発明は、既設の雪崩防止構造物の上端部に着脱自在に装着するための取付部と、前記装着によって前記雪崩防止構造物の上端から上方に突出するように立設される可倒式の柱部と、雪崩によって前記柱部が受ける物理量に応じた電気信号を出力するセンサー部と、前記電気信号に基づいて雪崩の発生を検知する雪崩発生検知部（例えば、図２の制御基板１５０、ＣＰＵ１５１）と、前記雪崩発生検知部の検知結果を外部出力する出力部（例えば、図２の制御基板１５０、通信モジュール１５４、アンテナ１６２）と、を備えた雪崩検知装置である。

第１の発明によれば、雪崩防止構造物の上端部に雪崩検知装置を着脱自在に設けることができる。よって、その年の降雪状況が例年よりも多いと予想された段階で、時機に応じて現地に赴き既設の雪崩検知装置を取り付ければ、万が一の雪崩防止構造物を越えるような雪崩が発生してもこれを検知できる。しかも、基礎工事などの初期費用がかからず簡単、且つ低コストに雪崩対策を強化できる。その翌年が例年通りの積雪が予想されるのであれば、雪崩検知装置を取り付けなければよく、常設する場合に比べて定期的なメンテナンスに係る費用や工数を低減できる。

また、雪崩検知装置を取り外して回収することができるので、雪崩の起きようのない期間に日光や風雨にさらされることもない。よって、環境要因による劣化も抑制できるので耐用年数が伸び、機材更新に係るコストも低減できる。また、可倒式とすることで雪崩の衝撃を逃がし装置の損傷を防ぐことができる点も、耐用年数の向上の一助となる。

第２の発明は、前記センサー部が、前記装着がなされた状態で想定される雪崩の上流方向からの荷重を計測する荷重センサーを有する、第１の発明の雪崩検知装置である。

第２の発明によれば、雪崩による外力を選択的に指向的に計測できるので、選択制や指向性を持たない構成に比べて強風や鳥の接触などに起因する雪崩の誤検知を抑制できる。

第３の発明は、前記雪崩発生検知部が、前記荷重センサーにより計測された衝撃の大きさおよび衝撃継続時間を用いて、雪崩の発生および雪崩の規模を検知する、第２の発明の雪崩検知装置である。

第３の発明によれば、衝撃的な積雪の移動である「雪崩」と、極めてゆっくりとした略静的な積雪の移動である「クリープ」や「グライド」とを確実に識別することができる。

第４の発明は、前記柱部は、防水性の弾性樹脂カバーを有する、第１〜第３の何れかの発明の雪崩検知装置である。

第４の発明によれば、耐候性を向上させることができる。また、弾性を適切に選択することで、可倒式の柱部が元の姿勢に戻る復元力を得ることもできるので、復元力を得るための構成を省略することも可能になる。

第５の発明は、下部に前記取付部が設けられ、上部の上面に前記柱部が設けられた本体部と、前記本体部の上部の下面に設けられたアンテナ部と、を備え、前記出力部は、前記アンテナ部から前記検知結果を通信出力させる、第１〜第４の何れかの発明の雪崩検知装置である。

第５の発明によれば、比較的脆弱なアンテナ部を雪崩から守ることができる。

第１実施形態における雪崩検知装置の設置例を示す図。 第１実施形態における雪崩検知装置の構成例を示す図。 雪崩発生時の状況を示す図。 雪崩を受けて倒れた状態の雪崩検知装置の状態例を示す図。 雪崩検知装置と、警告装置としての特殊信号発光機および発光制御装置とを有する雪崩警報システムにおける雪崩検知から警告までの流れを説明するためのフローチャートである。 雪崩検知装置の構成の変形例を示す図。 雪崩検知装置の構成の変形例を示す図。 雪崩検知装置の構成の変形例を示す図。

〔第１実施形態〕
図１は、本発明を適用した雪崩検知装置１００の設置例を示す図である。図１（１）は、鉄道の軌道２に向けて傾斜する斜面４の断面図であり、図１（２）は雪崩検知装置１００の設置位置周辺の拡大図である。

雪崩検知装置１００は、雪崩の発生を検知して検知信号を外部に出力する装置であって、例えば、雪崩の可能性がある斜面４に設けられた複数の雪崩防止構造物６のうち、最も下流に設置された雪崩防止構造物６の上端部に装着される。

雪崩防止構造物６は、公知の雪崩防止構造体であって、例えば、鋼鉄製の杭の間に強固なネットや梁を張って斜面４を下ろうとする積雪８を受け止める雪崩防止柵（雪崩予防柵、雪崩防止ネットなどとも呼ばれる）や、コンクリート製の雪崩防止壁などで実現される。勿論、その他の構造でも良い。

雪崩検知装置１００は、取付部１０２でもって、雪崩防止構造物６の上端部に、本体部１０４が雪崩防止構造物６の斜面下流側となるようにして、着脱自在に装着され固定される。取付部１０２は、例えばボルトとナットによる締結や、雪崩防止構造物６に設けられた孔部や凹部への差し込み嵌着などによって実現できる。雪崩検知装置１００がその設置位置の関係上、雪崩が発生した場合に強い力を受けるので、取付部１０２は雪崩による外力でも外れない取り付け強度を有することとする。

図２は、本実施形態における雪崩検知装置１００の構成例を示す図である。
本実施形態の雪崩検知装置１００は、本体部１０４の下部に取付部１０２を備え、本体部１０４の上部の上面に可倒式の柱部１１０を備える。

柱部１１０は、略円柱状の外観を有し、極寒期でも防水性と弾性とを維持する耐候性と耐寒性に優れた弾性樹脂カバー１１２の内側に、本体部１０４に固定された基部１１４と、センサー部１１６と、これらを連結する弾性構造部１１８とを内蔵する。弾性構造部１１８は、例えばコイルスプリングや弾性樹脂などにより実現され、弾性樹脂カバー１１２とともに、柱部１１０が雪崩を受けて傾いても元の姿勢に復帰するための復元力を発揮する。

センサー部１１６は、弾性樹脂カバー１１２の内面と密着又は略密着する中実または中空の棒状を成しており、雪崩によって前記柱部が受ける物理量に応じた電気信号を出力する。

本実施形態のセンサー部１１６は、雪崩検知装置１００が雪崩防止構造物６に装着された状態で想定される雪崩の上流方向（図２の左側）からの荷重を計測する荷重センサー１２０を有する。

荷重センサー１２０は、例えば、公知の圧電素子を用いたセンサーや、歪みゲージを用いたセンサーにより実現できる。センサー部１１６には雪崩の上流方向を向いて開口するセンサー収容部１１７が凹設されており、荷重センサー１２０はセンサー収容部１１７の底に当たる縦面に荷重計測方向を雪崩の上流方向に向けて固定されている。そして、荷重センサー１２０の雪崩の上流方向側には、弾性樹脂カバー１１２の内面と密着または略密着する外形を有する受圧部材１２２が装着されている。つまり、雪崩を受けると、弾性樹脂カバー１１２に作用した外力（図中の白矢印）は受圧部材１２２を介して荷重センサー１２０に伝わり（断面拡大図中の黒矢印）、荷重センサー１２０で柱部１１０が受ける物理量に応じた荷重が計測される。

センサー部１１６が出力した電気信号、すなわち荷重センサー１２０の計測信号は、センサー部１１６や基部１１４を通る信号線１２４を介して、本体部１０４に内蔵された制御基板１５０へ入力される。

制御基板１５０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１５１と、ＩＣ（Integrated Circuit）メモリ１５２と、インターフェースＩＣ１５３と、無線もしくは有線にて通信を行うための通信モジュール１５４とを搭載する。なお、図中では通信モジュール１５４は無線通信用のモジュールとして図示しているが、有線通信としてもよいことは勿論である。その他、内蔵バッテリー１６０からの電力供給を制御する電源制御ＩＣなどを適宜搭載することができる。

インターフェースＩＣ１５３は、信号線１２４に接続され荷重センサー１２０から出力された計測信号をＣＰＵ１５１で扱うことができるデジタル信号に変換する。
通信モジュール１５４は、公知の通信器により実現され、本体部１０４の下面に設けられたアンテナ部１６２を用いた通信出力を制御する。本実施形態では、この通信を特殊信号発光機７０の発光制御装置７２のアンテナ部７４で受信する。そして、発光制御装置７２が雪崩を報知する所定のパターンで特殊信号発光機７０を発光制御する。

制御基板１５０は、ＩＣメモリ１５２に記憶されているプログラムを読み出して実行することにより、センサー部１１６が出力した電気信号すなわち荷重センサー１２０の計測信号に基づいて雪崩の発生を検知判定処理する。そして、通信モジュール１５４を介して検知結果を外部へ通信出力する処理をする。
なお、制御基板１５０の一部または全部を、大規模集積回路や、ＳｏＣ（System on a Chip）、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、あるいは市販されているスマートフォンなどの携帯型コンピュータに所定のアプリケーションを実行させることにより構成することができる。

次に、雪崩検知装置１００の動作について説明する。
図３は、雪崩発生時の状況を示す図であって、図３（１）は、鉄道の軌道２に向けて傾斜する斜面４の断面図であり、図３（２）は雪崩検知装置１００の設置位置周辺の拡大図である。

例年通りの積雪量であれば、雪崩防止構造物６により雪崩の発生は防止される。しかし、希に例年を越える多雪の年がある。降雪量の増加が想定される場合には、雪崩検知装置１００を雪崩防止構造物６に装着して備える。

雪崩防止構造物６で止められない程の規模の雪崩９が発生すると雪崩９が雪崩検知装置１００に当たる。雪崩検知装置１００は、流下してきた雪の力を柱部１１０の雪崩上流方向側で受け、弾性構造部１１８が撓んで柱部１１０が雪崩下流方向へ倒れるように傾く。

図４は、雪崩を受けて傾いた状態の雪崩検知装置１００を示す図である。
雪崩は、弾性樹脂カバー１１２越しに受圧部材１２２を押し、更に受圧部材１２２越しに荷重センサー１２０を押す。荷重センサー１２０はその時に計測された荷重に応じた計測信号（電気信号）を制御基板１５０へ出力する。

制御基板１５０は、荷重センサー１２０の計測信号の変化が、所定の雪崩発生判定条件を満たす場合に雪崩が発生したと検知する。荷重センサー１２０として、圧電素子を用いるならば、第１閾値以上に相当する雪圧が出力された場合にのみ、図５のステップＳ６以降の機能を稼働させることにより、平常時は消費電力を大幅に削減でき、内蔵バッテリー１６０の容量を小さくすることができる。雪崩発生検知条件は「計測信号の信号レベルが第１閾値を超えたタイミングから、第１閾値より小さい第２閾値を連続的或いは断続的に上回る状態が継続している継続時間が、所定の基準時間長に達した場合」とすることができる。断続的に第２閾値を上回る状態とは、信号レベルの瞬間的な低下を無視した状態を想定しており、例えば、第２閾値を上回る間隔が数十ｍｓ以内であれば当該状態に有ると判定することができる。最初に第１閾値を超えた信号レベルが雪崩の衝撃に相当し、継続時間が衝撃の継続時間に相当する。

第１閾値は、雪崩の先頭部が当たった時の衝撃に起因する計測値と、それに比べると弱い強風の風圧などに起因する外力を計測したノイズと、を区別する境界値である。第１閾値は、柱部１１０の形状や寸法、倒れ強度などに応じてその値は変わるので、予め試験により適切な値を選択・設定する。また、クリープやグライド現象による外力を区別できるように設定する。

第２閾値も、雪崩の中盤から後半にかけて柱部１１０に作用する圧力と、雪崩以外のノイズとを識別する境界値であるが、第１閾値より小さい値とされる。第２閾値もまた、柱部１１０の形状や寸法、倒れ強度などに応じてその値は変わるので、予め試験により適切な値を選択・設定する。

基準時間長は、クリープやグライド現象に起因する長時間安定的な倒れと、雪崩による短時間で衝撃的な倒れと、を区別するための境界値である。柱部１１０の形状や寸法、倒れ強度、揺れの減衰特性などに応じてその値は変わるので、予め試験により適切な値を選択・設定することとする。継続時間長は、上述した通り、計測信号の信号レベルが第２閾値を瞬間的に下回った場合にはこれを無視して計時される。

また、制御基板１５０は、荷重センサー１２０の計測信号の変化から雪崩の規模を判定することができる。具体的には、第１閾値以上の信号レベル域に複数の範囲を区分けし、計測信号の最大到達レベルが第１閾値を超え、どの範囲に達したかに応じて雪崩の規模を判定する。雪崩の規模が大きいほど雪崩から柱部１１０が受ける力は上がると考えられるので、最大到達レベルが高いほど規模が大きいと判定する。
また、上述した継続時間を、計測信号の最大到達レベルを用いた規模判定に代えてあるいは併用する形で雪崩の規模判定に用いることもできる。すなわち、基準時間長を超える複数の時間的範囲を設定し、継続時間がどの時間的範囲に達したかに応じて雪崩の規模を判定する。雪崩の規模が大きいほど継続時間は長くなると考えられるので、継続時間が長いほど規模が大きいと判定する。

そして、制御基板１５０は、判定した雪崩の規模情報を検知信号に含めて通信出力する。特殊信号発光機７０の発光制御装置７２は、受信した検知信号に応じて特殊信号発光機７０を発光制御する。このとき、検知信号に含まれる規模情報に応じて発光パターンを変更することとしてもよい。

図５は、雪崩検知装置１００と、警告装置としての特殊信号発光機７０および発光制御装置７２と、を有する雪崩警報システムにおける雪崩検知から警報までの流れを説明するためのフローチャートである。

まず、雪崩検知装置１００に、柱部１１０を傾けるような外力が作用すると、荷重センサー１２０から計測信号が出力される（ステップＳ２）。制御基板１５０は、当該計測信号が基準値（第１閾値）以上の計測信号を受信すると（ステップＳ４のＹＥＳ）、計測信号の値をＩＣメモリ１５２に記憶する処理を開始する（ステップＳ６）。

次に、制御基板１５０が、計測信号に基づいて雪崩の検知判定処理を実行する（ステップＳ８）。すなわち、計測信号の最大到達レベルと、信号レベルが第１閾値を超えて第２閾値まで低下するまでの継続時間とを算出して雪崩の有無を判定する。

もし雪崩を検知した場合には（ステップＳ１０のＹＥＳ）、制御基板１５０は、更に雪崩規模判定処理を実行する（ステップＳ１２）。すなわち、計測信号の最大到達レベルや継続時間の大きさ等を、所定の規模判定基準値と比較して雪崩の規模を判定する。そして、判定した雪崩の規模情報を含む検知信号を通信出力する（ステップＳ１４）。

特殊信号発光機７０の発光制御装置７２は、検知信号を受信すると所定の発光パターンで特殊信号発光機７０を発光させる（ステップＳ１６）。

以上、本実施形態によれば、その年々の降雪状況に応じて低コストに雪崩の監視可能で、クリープやグライド現象と雪崩とを区別できる雪崩検知装置１００を実現できる。
雪崩検知装置１００は、既設の雪崩防止構造物６の上部に着脱自在な構成を有している。そのため、雪崩検知装置１００を必ずしも常設する必要はない。例えば、冬期シーズンの始めや途中で、降雪量が例年よりも多いことが予想された段階で、時機に応じて、必要な場所に必要なだけ設置することが可能となる。よって、常設する場合に比べてコストを遙かに少なくすることができ、また耐用年数が長くなる。また、雪崩の力で破損する事がないようにアンテナ部１６２を本体部１０４の下面に設けて、雪崩の進行方向に対して雪崩防止構造物６および本体部１０４の陰になる点も耐久性を向上させる一助となっている。

〔変形例〕
なお、本発明の適用形態は、上記実施形態に限らず適宜構成要素の追加・省略・変更をすることができる。

例えば、上記実施形態では柱部１１０に作用する雪崩上流方向からの荷重のみを計測する構成としているが、その他の方向からの荷重も計測するように構成することができる。
具体的は、図６で示す雪崩検知装置１００Ｂのように、第２の荷重センサー１２０Ｂを雪崩下流方向側に向けて設け、第１の荷重センサー１２０の計測値と第２の荷重センサー１２０Ｂの計測値との差分を上記実施形態における計測値と見なして、雪崩の検知判定や規模判定を行うとしてもよい。もし、荷重センサー１２０，１２０Ｂが可撓性を有する構成、或いは曲面成型できる構成であれば、弾性樹脂カバー１１２の外形に沿った形状として受圧部材１２２（図２参照）を省略してもよい。

また、図７に示す雪崩検知装置１００Ｃのように、荷重センサー１２０を傾斜センサー１７０や、３軸加速度センサー１７２に置き換えることもできる。そして、上記実施形態における荷重計測値の代わりに、傾斜角や加速度の大きさに基づいて雪崩の検知判定や雪崩の規模判定を行うとしてもよい。また、弾性樹脂カバー１１２の弾性力と復元力とが機能的に十分であれば弾性構造部１１８を省略することもできる。

また、図８に示す雪崩検知装置１００Ｄのように、基部１１４とセンサー部１１６とを、ヒンジ１７４で連結した可倒構造とし、荷重センサー１２０と弾性構造部１１８とを基部１１４とセンサー部１１６との間に挟むように設けるとしてもよい。

４…斜面
６…雪崩防止構造物
８…積雪
９…雪崩
７０…特殊信号発光機
７２…発光制御装置
１００…雪崩検知装置
１０２…取付部
１０４…本体部
１１０…柱部
１１２…弾性樹脂カバー
１１４…基部
１１６…センサー部
１１７…センサー収容部
１１８…弾性構造部
１２０…荷重センサー
１２２…受圧部材
１２４…信号線
１５０…制御基板
１５１…ＣＰＵ
１５２…ＩＣメモリ
１５４…通信モジュール
１６０…内蔵バッテリー
１６２…アンテナ部
１７０…傾斜センサー
１７２…３軸加速度センサー
１７４…ヒンジ

Claims (5)

1. 既設の雪崩防止構造物の上端部に着脱自在に装着するための取付部と、
   前記装着によって前記雪崩防止構造物の上端から上方に突出するように立設される可倒式の柱部と、
   雪崩によって前記柱部が受ける物理量に応じた電気信号を出力するセンサー部と、
   前記電気信号に基づいて雪崩の発生を検知する雪崩発生検知部と、
   前記雪崩発生検知部の検知結果を外部出力する出力部と、
   を備えた雪崩検知装置。
2. 前記センサー部は、前記装着がなされた状態で想定される雪崩の上流方向からの荷重を計測する荷重センサーを有する、
   請求項１に記載の雪崩検知装置。
3. 前記雪崩発生検知部は、前記荷重センサーにより計測された衝撃の大きさおよび衝撃継続時間を用いて、雪崩の発生および雪崩の規模を検知する、
   請求項２に記載の雪崩検知装置。
4. 前記柱部は、防水性の弾性樹脂カバーを有する、
   請求項１〜３の何れか一項に記載の雪崩検知装置。
5. 下部に前記取付部が設けられ、上部の上面に前記柱部が設けられた本体部と、
   前記本体部の上部の下面に設けられたアンテナ部と、
   を備え、
   前記出力部は、前記アンテナ部から前記検知結果を通信出力させる、
   請求項１〜４の何れか一項に記載の雪崩検知装置。

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