JP2017151680A - 落石管理システム - Google Patents

Abstract

【課題】落下した岩だけでなく、不安定になっている岩を容易に把握できるようにする。【解決手段】落石管理システム１は、センサ部２と、ロガー部３とを備える。センサ部２は、管理対象の岩に取り付けられる。センサ部２は、３次元の加速度を計測する加速度センサ２１と、無線送信部２２と、制御部２３とを有する。ロガー部３は、無線受信部３１と、表示部３２と、制御処理部３３とを有する。制御部２３は、間欠的に、加速度センサ２１によって計測された計測値を無線送信部２２にデータとして送信させる。制御処理部３３は、無線受信部３１にデータを受信させ、受信した計測値が判定基準値を超えているとき、表示部３２に警報を表示させる。これにより、岩が動いて重力加速度の向きが変化したことが検知される。【選択図】図１

Description

本発明は、落石による被害を未然に防ぐための落石管理システムに関する。

線路や道路等の近くに自然斜面がある場合、落石による被害を未然に防ぐための適切な管理が求められる。例えば、鉄道において、地震や風水害等の自然災害の発生時には、その規模によって速度規制・運転中止等の運転規制がかけられる。その後、保線区（線路を保守している現業機関）が線路の巡回点検を行って異常の有無を確認し、異常が無ければ列車の運転が再開される。その確認は、主に線路上から目視により行われている。このため、巡回点検で、線路まで落下した岩は容易に把握されるが、落下していないが不安定になっている岩を把握することは容易ではない。

従来から、落石が発生したことをリアルタイムに検知する落石検知システムが知られている（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）。このような落石検知システムを用いて線路を常時監視し、落石が発生したことを通信手段によって指令や列車に通報することが考えられる。しかしながら、落石検知システムは、設置機材が大掛かりになり、設置費用や通信費を含む運用費が大きくなるため、設置対象箇所が限られる。また、落石検知システムは、岩が落下してセンサが衝撃を受けることによって落石を検知しているので、落下していないが不安定になっている岩を検知することはできない。

特開２０００−１８０２１９号公報 特開２００３−２３２０１３号公報

本発明は、上記問題を解決するものであり、落下した岩だけでなく、不安定になっている岩を容易に把握できるようにすることを目的とする。

本発明の落石管理システムは、落石による被害を未然に防ぐためのシステムであって、管理対象の岩に取り付けられるセンサ部と、前記センサ部から離れて設けられるロガー部とを備え、前記センサ部は、３次元の加速度を計測する加速度センサと、データを無線送信する無線送信部と、前記加速度センサ及び無線送信部を制御する制御部とを有し、前記ロガー部は、前記無線送信部からデータを受信する無線受信部と、警報を表示するための表示部と、前記無線受信部及び表示部を制御するとともにデータを処理する制御処理部とを有し、前記制御部は、間欠的に、前記加速度センサによって計測された計測値を前記無線送信部にデータとして送信させ、前記制御処理部は、前記無線受信部にデータを受信させ、受信した前記計測値と判定基準値との差が閾値を超過している場合、前記表示部に警報を表示させることを特徴とする。

この落石管理システムにおいて、前記センサ部は、前記加速度センサが計測した計測値が記憶される記憶部をさらに有し、前記制御部は、所定期間に計測されて前記記憶部に記憶された複数の計測値から計算される代表値として前記判定基準値を計算し、最新の計測値とともにデータとして送信させることが好ましい。

この落石管理システムにおいて、携帯端末をさらに備え、前記センサ部は複数あり、前記各々のセンサ部は、センサＩＤによって互いに識別され、前記センサＩＤをデータに含めて送信し、前記携帯端末は、前記無線送信部からデータを受信する無線受信部と、受信した前記データを処理する処理部と、表示装置とを有し、前記処理部は、各々の前記センサ部毎に、前記データ中の計測値が判定基準値を超えているか否かを判定し、その判定結果を前記センサＩＤとともに前記表示装置に表示させることが好ましい。

この落石管理システムにおいて、前記制御部は、一定の周期で発生する所定の送信可能時間帯の中で送信する時点を変動させて前記無線送信部にデータを送信させることが好ましい。

この落石管理システムにおいて、前記ロガー部の制御処理部は、所定の周期で、前記無線受信部にデータを受信させることが好ましい。

本発明の落石管理システムによれば、岩における加速度の計測値と判定基準値との差が閾値を超過している場合、警報を表示するので、落下した岩だけでなく、不安定になっている岩を容易に把握することができる。

本発明の一実施形態に係る落石管理システムのブロック構成図。 同システムにおけるセンサ部の動作を示すフローチャート。 同システムにおけるロガー部の動作を示すフローチャート。 同システムのセンサ部がデータを送信するタイミングを説明する図。 同システムのロガー部がデータを受信するタイミングを説明する図。

本発明の一実施形態に係る落石管理システムを図１乃至図５を参照して説明する。落石管理システムは、落石による被害を未然に防ぐためのシステムである。図１に示すように、落石管理システム１は、センサ部２と、ロガー部３と、携帯端末４とを備える。センサ部２は、管理対象の岩に取り付けられる。ロガー部３は、センサ部２から離れて設けられる。センサ部２は、加速度センサ２１と、無線送信部２２と、制御部２３とを有する。加速度センサ２１は、３次元の加速度を計測する。無線送信部２２は、データを無線送信する。制御部２３は、加速度センサ２１及び無線送信部２２を制御する。ロガー部３は、無線受信部３１と、表示部３２と、制御処理部３３とを有する。無線受信部３１は、無線送信部２２からデータを受信する。表示部３２は、警報を表示するためのものである。制御処理部３３は、無線受信部３１及び表示部３２を制御するとともにデータを処理する。

制御部２３は、間欠的に、加速度センサ２１によって計測された計測値を無線送信部２２にデータとして送信させる。制御処理部３３は、無線受信部３１にデータを受信させ、受信した計測値が判定基準値を超えているとき、表示部３２に警報を表示させる。

センサ部２は、記憶部２４をさらに有する。記憶部２４は、加速度センサ２１が計測した計測値が記憶される。制御部２３は、所定期間に計測されて記憶部２４に記憶された複数の計測値から計算される代表値として判定基準値を計算し、最新の計測値とともにデータとして送信させる。

落石管理システム１の構成例をさらに詳述する。センサ部２は、筐体を有し、前述した加速度センサ２１、無線送信部２２、制御部２３、記憶部２４、それ以外に電源としての電池２５が筐体に収容されている。その筐体を接着剤で岩に接着することによって、センサ部２が管理対象の岩に取り付けられる。

管理対象の岩は、異常の有無を巡回点検時に把握することになっている岩であり、具体的には、斜面上にあり、直径が約５０ｃｍを超える岩である。斜面上の岩は、正常な状態では、安定していて動いていない。異常な状態は、例えば自然災害等によって生じ、岩が動いたのであれば、その岩は、落下していなくても、不安定になっていると考えられる。

本実施形態では、加速度センサ２１は、３軸加速度センサ（３Ｄ加速度センサ）であり、互いに直交する３軸方向の加速度、すなわち、３次元（３Ｄ）の加速度を計測する。この加速度センサ２１は、重力加速度を検知可能な感度を有する。

無線送信部２２は、特定小電力無線モジュールであり、通信可能な距離は１００ｍ程度である。無線通信規格における電気的な仕様は、ＩＥＥＥ ８０２．１５．４である。

制御部２３は、ハードウェアとしてＣＰＵ等を有し、ソフトウェアを実行することによって機能する。

記憶部２４は、読み書き可能な半導体メモリであり、制御部２３のＣＰＵの内蔵メモリであっても外付けメモリであってもよい。

ロガー部３は、筐体を有し、前述した無線受信部３１、表示部３２、制御処理部３３、それ以外に電源としての電池３４が筐体に収容されている。筐体の一部は透明であり、その透明部分を透過して、表示部３２による警報の表示が視認可能となっている。ロガー部３は、地面から約１ｍ程度の高さに支持することが好ましい。ロガー部３を低い位置に設置すると、降水時に、地面近くの草木に付着した水によって電波が反射され、通信不良が発生することがある。例えば、ロガー部３の設置箇所に支持柱としての単管等が打ち込まれ、その単管にロガー部３の筐体が取り付けられる。

無線受信部３１は、特定小電力無線モジュールである。無線通信規格における電気的な仕様は、ＩＥＥＥ ８０２．１５．４である。

表示部３２は、ＬＥＤのランプを有し、そのランプが点灯することにより、警報を表示する。詳しくは、表示部３２は、複数のランプを有し、それらのランプの点灯・滅灯・点滅の組み合わせによって、複数種類の警報や状態を表示する。表示部３２のランプの点灯等は、巡回点検時に目視により確認される。なお、表示部３２は、離れた位置から表示内容が視認できればよく、ＬＥＤのランプに限定されず、例えば、ＬＥＤ数字表示器等であってもよい。

制御処理部３３は、ハードウェアとしてＣＰＵ等を有し、ソフトウェアを実行することによって機能する。

携帯端末４は、無線受信部４１と、処理部４２と、表示装置４３とを有する。無線受信部４１は、センサ部２の無線送信部２２からデータを受信する。処理部４２は、受信したデータを処理する。

携帯端末４は、小型軽量の携帯できる端末であり、例えば、タブレット端末やスマートフォンである。無線受信部４１は、特定小電力無線モジュールであり、タブレット端末等に取り付けられる。処理部４２は、携帯端末４に内蔵されたＣＰＵ等である。表示装置４３は、タブレット端末等のディスプレイであり、文字や図形の表示が可能である。

上記のように構成された落石管理システム１の動作をさらに詳述する。図２に示すように、センサ部２の動作は、タイマで起動される（ステップＳ２０１）。タイマは、制御部２３のＣＰＵに内蔵されている。なお、タイマをＣＰＵとは別に設けてもよい。タイマによる起動は、間欠的で、例えば、１分毎である。

制御部２３は、加速度センサ２１の計測値を取得する（ステップＳ２０２）。計測値は、３次元の加速度であるので、３次元ベクトルを成す。

本実施形態では、加速度センサ２１が計測した生データとしての計測値に対して、ノイズを低減するための処理を行い、判定用の計測値としている。詳しくは、加速度センサ２１は、所定のサンプリングレートで生データを複数回取得する。サンプリングレートは、例えば１００Ｈｚである。制御部２３は、この生データから、次のように判定用の計測値を計算する（ステップＳ２０３）。制御部２３は、複数個の生データ（３次元ベクトル）のうち、ベクトルの大きさが最大のものから２個、最小のものから２個をそれぞれ省き、残りの生データの平均値を計算し、判定用の計測値とする。なお、ノイズが問題とならない使用環境においては、このようなノイズを低減する計算を省略しても構わない。

制御部２３は、計算した判定用の計測値を記憶部２４に記憶する（ステップＳ２０４）。

制御部２３は、所定期間に計測されて記憶部２４に記憶された複数の計測値から計算される代表値として判定基準値を計算する。詳しくは、例えば、その所定期間は、計測開始後２４時間以内の場合、計測開始から最新の計測時点までであり（ステップＳ２０５）、計測開始後２４時間を超えて４８時間以内の場合、最新の計測時点の２４時間前から最新の計測時点までであり（ステップＳ２０６）、計測開始後４８時間を超えている場合、最新の計測時点の４８時間前から最新の計測時点の２４時間前までである（ステップＳ２０７）。代表値は、例えば、所定期間の計測値の分布における中央の８０％の値の平均値である。このように判定基準値を計算するのは、地震動を判定基準値から除外するためである。なお、代表値は、単純な平均値、中央値であってもよい。

なお、制御部２３は、計測開始後４８時間を超えている場合、定期的、例えば、１日に１回、午前０時に（ステップＳ２０８でＹｅｓ）、電池２５の電圧値を取得する（ステップＳ２０９）。

制御部２３は、最新の計測値を無線送信部２２にデータとして送信させる（ステップＳ２１０）。このとき、制御部２３は、計算した判定基準値を最新の計測値とともにデータとして送信させる。

なお、制御部２３が電池２５の電圧値を取得した場合、その電圧値もデータとして送信させる（ステップＳ２１０）。

また、計測値の大きさが著大な値である場合、制御部２３は、衝撃が検知されたことを示す衝撃検知フラグもデータとして送信させる（ステップＳ２１０）。この著大な値とは、例えば２０００ガル（２０ｍ／ｓ^２）以上である。

データの送信が終了した後、タイマの完了により、センサ部２は、動作を停止する（ステップＳ２１１）。

図３に示すように、ロガー部３の動作は、タイマで起動される（ステップＳ３０１）。タイマは、制御処理部３３のＣＰＵに内蔵されている。なお、タイマをＣＰＵとは別に設けてもよい。タイマによる起動は、間欠的で、例えば、３０分毎である。

制御処理部３３は、受信機能を起動し（ステップＳ３０２）、無線受信部３１にデータを受信させる（ステップＳ３０３）。データを受信できない場合（ステップＳ３０４でＮｏ)、規定時間内であれば（ステップＳ３０５でＮｏ)、無線受信部３１に受信を続けさせ（ステップＳ３０３）、規定時間を経過すれば（ステップＳ３０５でＹｅｓ)、受信失敗として、表示部３２に警報を表示させる（ステップＳ３０６）。

データを受信できれば（ステップＳ３０４でＹｅｓ)、制御処理部３３は、受信したデータが監視対象のセンサ部２、すなわち、管理対象の岩に取り付けられらセンサ部２からのデータであるか否かを判定する（ステップＳ３０７）。その判定は、例えば、後述するセンサ部２のセンサＩＤを用いて行われる。制御処理部３３は、受信したデータが監視対象のセンサ部２からのデータでないと判定すれば（ステップＳ３０７でＮｏ）、受信を続けさせる（ステップＳ３０３）。

制御処理部３３は、受信したデータが監視対象のセンサ部２からのデータであると判定すれば（ステップＳ３０７でＹｅｓ）、異常を検知したか否かを判定する（ステップＳ３０８）。詳しくは、計測値と判定基準値との差が閾値を超過している場合、異常が検知されたと判定される。この閾値は、計測誤差による誤判定を防ぐために設定される。

制御処理部３３は、計測値と判定基準値との差が閾値を超過している場合、表示部３２に警報を表示させる（ステップＳ３０９）。表示部３２は、ランプの点灯によって警報を表示する。表示部３２による警報の表示は、例えば、巡回点検を行う係員により視認される。

斜面上の岩が静止状態から動いて、再び静止状態となったとき、動く前後で岩の向きが変化すると、岩に取り付けられたセンサ部２の向きも変化する。このため、センサ部２の加速度センサ２１が受ける重力加速度の向きが変化し、加速度の計測値（３次元）が変化する。岩が動く前に計測された重力加速度（３次元）を判定基準値とすれば、最新の計測値と判定基準値とを比較することによって岩が動いたか否かが分かる。本実施形態では、所定期間に計測された複数の計測値から判定基準値を計算している。加速度の計測値と判定基準値との差が閾値を超過している場合、加速度センサ２１が受ける重力加速度の向きが変化しいるので、岩が動いことになり、岩が落下したか、落下していなくても不安定になっていることを意味する。

また、制御処理部３３は、衝撃が検知されたことを示す衝撃検知フラグがデータに含まれる場合にも、表示部３２に警報を表示させる（ステップＳ３０９）。このとき、衝撃検知フラグは、リセットされるまで保持されることが望ましい。衝撃検知フラグがデータに含まれる場合、センサ部２が取り付けられた岩が衝撃を受けたことになり、落下した可能性が高い。

また、制御処理部３３は、受信したデータにセンサ部２の電池２５の電圧値が含まれる場合、その電圧値が正常値か否かを判定し、異常値である場合、表示部３２に警報を表示させる（ステップＳ３０９）。このため、電池２５の放電に伴って出力電圧が所定値以下に低下すると、警報が表示される。

制御処理部３３は、受信したデータと判定結果を記録する（Ｓ３１０）。その記録は、例えば、ＳＤカードのような不揮発性メモリに行われる。

監視対象のセンサ部２が複数ある場合、各センサ部２について上記の処理を行い、その処理が完了した後（Ｓ３１１でＹｅｓ）、タイマの完了により、ロガー部３は、動作を停止する（ステップＳ３１２）。

このように、落石管理システム１は、岩における加速度の計測値と判定基準値との差が閾値を超過している場合、警報を表示するので、落下した岩だけでなく、不安定になっている岩を容易に把握することができる。

このため、例えば、鉄道においてこの落石管理システム１を用いることにより、巡回点検で行う異常の有無を確認を、より確実に、かつ、より迅速に行うことができ、列車の運転の安全性が向上するとともに、自然災害発生後の運転の再開を早めることができる。

また、落石管理システム１は、所定期間に計測された複数の計測値から判定基準値を計算するので、予め岩ごとに判定基準値を決める必要がない。

センサ部２が複数ある場合、ロガー部３は、いずれかのセンサ部２の異常を検知すると、表示部３２に警報を表示する（図１参照）。どのセンサ部２の異常が検知されたかは、携帯端末４の表示装置４３に表示される。

各々のセンサ部２は、センサＩＤによって互いに識別され、センサＩＤをデータに含めて送信する。携帯端末４の処理部４２は、各々のセンサ部２毎に、データ中の計測値が判定基準値を超えているか否かを判定する。そして、処理部４２は、その判定結果をセンサＩＤとともに表示装置４３に表示させる。また、処理部４２は、電池２５の電圧値の異常も表示装置４３に表示させる。

巡回点検を行う係員は、携帯端末４を携行し、ロガー部３の警報を視認すると、携帯端末４によってさらに詳しい情報を把握する。

センサ部２は、斜面上の岩に取り付けられるので、電池２５の交換は容易ではない。このため、センサ部２は、消費電力を抑える工夫がされている。センサ部２は、データを間欠的に送信するので、データを休みなく送信するよりも電力消費が抑えられる。このような間欠的なデータの送信についてさらに詳述する。

図４は、横軸が時間軸であり、センサ部２ａ〜２ｅの５つのセンサ部２がデータを送信するタイミングを縦線で示す。これらセンサ部２ａ〜２ｅが送信するデータは、同じロガー部３によって受信される。センサ部２（２ａ〜２ｅ）の制御部２３は、一定の周期Ｔで発生する所定の送信可能時間帯Ｔ±ΔＴの中で送信する時点（タイミング）を変動させて無線送信部２２にデータを送信させる。例えば、周期Ｔは６０秒であり、変動幅ΔＴは５秒であり、送信可能時間帯は、６０±５秒である。図４に示す例では、センサ部２ａにおけるある送信間隔Ｔａは、５９．７秒であり、送信時間は０．３秒であり、送信可能時間帯の中でデータが送信される。センサ部２ａ〜２ｅの送信タイミングが完全同期しないように、このような送信間隔を送信可能時間帯の中で変動させている。その変動は、ランダムに行われる。

ロガー部３も、電池３４の交換周期を長くするため、消費電力を抑える工夫がされている。この工夫について説明する。

図５は、横軸が時間軸であり、ロガー部３がデータを受信するタイミングを縦線で示す。ロガー部３の制御処理部３３は、所定の周期τで、無線受信部３１にデータを受信させる。所定の周期τは、例えば、３０分である。センサ部２が約６０秒の周期でデータを送信している場合、受信時間は、通常２分以内である。制御処理部３３は、無線受信部３１が２分以内に監視対象の全てのセンサ部２からのデータを受信できなければ、最大６分待ち、それでも受信できなければ、異常と判定する。その異常は、表示部３２によって表示される。

なお、本発明は、上記の実施形態の構成に限られず、発明の要旨を変更しない範囲で種々の変形が可能である。例えば、各センサ部２ごとに予め判定基準値を設定することによって、判定基準値を計算してデータとして送信する機能を落石管理システム１から省略してもよい。

１ 落石管理システム
２ センサ部
２１ 加速度センサ
２２ 無線送信部
２３ 制御部
３ ロガー部
３１ 無線受信部
３２ 表示部
３３ 制御処理部
４ 携帯端末
４１ 無線受信部
４２ 処理部
４３ 表示装置

Claims (5)

1. 落石による被害を未然に防ぐための落石管理システムであって、
   管理対象の岩に取り付けられるセンサ部と、
   前記センサ部から離れて設けられるロガー部とを備え、
   前記センサ部は、３次元の加速度を計測する加速度センサと、データを無線送信する無線送信部と、前記加速度センサ及び無線送信部を制御する制御部とを有し、
   前記ロガー部は、前記無線送信部からデータを受信する無線受信部と、警報を表示するための表示部と、前記無線受信部及び表示部を制御するとともにデータを処理する制御処理部とを有し、
   前記制御部は、間欠的に、前記加速度センサによって計測された計測値を前記無線送信部にデータとして送信させ、
   前記制御処理部は、前記無線受信部にデータを受信させ、受信した前記計測値と判定基準値との差が閾値を超過している場合、前記表示部に警報を表示させることを特徴とする落石管理システム。
2. 前記センサ部は、前記加速度センサが計測した計測値が記憶される記憶部をさらに有し、
   前記制御部は、所定期間に計測されて前記記憶部に記憶された複数の計測値から計算される代表値として前記判定基準値を計算し、最新の計測値とともにデータとして送信させることを特徴とする請求項１に記載の落石管理システム。
3. 携帯端末をさらに備え、
   前記センサ部は複数あり、
   前記各々のセンサ部は、センサＩＤによって互いに識別され、前記センサＩＤをデータに含めて送信し、
   前記携帯端末は、前記無線送信部からデータを受信する無線受信部と、受信した前記データを処理する処理部と、表示装置とを有し、
   前記処理部は、各々の前記センサ部毎に、前記データ中の計測値が判定基準値を超えているか否かを判定し、その判定結果を前記センサＩＤとともに前記表示装置に表示させることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の落石管理システム。
4. 前記制御部は、一定の周期で発生する所定の送信可能時間帯の中で送信する時点を変動させて前記無線送信部にデータを送信させることを特徴とする請求項３に記載の落石管理システム。
5. 前記ロガー部の制御処理部は、所定の周期で、前記無線受信部にデータを受信させることを特徴とする請求項４に記載の落石管理システム。
   
   

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