JP2019215308A - 地すべり検知遠隔監視システム - Google Patents

Abstract

【課題】３軸重力加速度センサーを利用して傾斜速度の変化を観測し、地すべりの可能性が高い変化を検知したときに、防災情報を発出するシステムを提供する。【解決手段】本発明の地すべり検知遠隔監視システム１は、３軸重力加速度センサーによって各軸の重力分量を検知する検知手段と、前回および今回の重力分量および時刻から傾斜速度を算出する算出手段と、所定の間隔で、または、算出した傾斜速度があらかじめ設定された１もしくは複数の閾値を超えたときに、傾斜速度を送信する端末送信手段と、を備える傾斜検出装置１００と、受信した傾斜速度があらかじめ設定された１または複数の閾値を超えたときに、傾斜速度に応じた防災情報を発出する中央送信手段を備える中央監視装置２００と、を備える。【選択図】図２

Description

本発明は、３軸重力加速度センサーを用いた地すべりの遠隔監視および警報システムに関するものである。

地すべりが生じやすい地域であっても、年間数ミリメートル程度の緩やかな地すべりであれば居住に差し支えはない。しかし、そのような地域では融雪、豪雨等の増水や、地震の震動によって、急激な地すべりが生じることがある。急激な地すべりは人命を脅かす災害であり、対策が求められる。

土砂崩れをはじめとする地すべりの前兆現象として、小規模な落石が発生することが知られている。そこで、ワイヤー、ネット等を利用して小規模な落石を検知することで、その後に発生する可能性が高い地盤崩壊から身を守り、災害による被害を最小限にとどめるシステムが開発されている（特許文献１）。

特開平１１−１０７２２３号公報

しかし、ワイヤー、ネット等を用いる落石検知手段では、小石の自然落下、小動物および荒天にも反応するため、誤検知が多くなる。また、複数の装置を広範囲に設置するとなると、作業の負担が大きい。

地すべりの前兆現象に関しては、急激な地すべりに至る前に、地すべりの速度が徐々に大きくなることも知られている。そこで、地すべりの速度を監視し、平時とは異なる地すべりの速度を検知した段階で、その地域の居住者を避難させるという対策が有効である。

そこで、本発明は、３軸重力加速度センサーを利用して傾斜速度の変化を観測し、地すべりの可能性が高い変化を検知したときに、防災情報を発出するシステムを提供することを目的とする。

すなわち、本発明は前記した目的を達成せんとするもので、請求項１の手段の傾斜検出方法は、３軸重力加速度センサーによって各軸の重力分量を検知するステップと、前回および今回の前記重力分量および時刻から傾斜速度を算出するステップと、所定の間隔で、または、算出した前記傾斜速度があらかじめ設定された１もしくは複数の閾値を超えたときに、前記傾斜速度を送信するステップと、を備える。

また、請求項２の手段の中央監視方法は、受信した傾斜速度があらかじめ設定された１または複数の閾値を超えたときに、前記傾斜速度に応じた防災情報を発出するステップを備える。

また、請求項３の手段の地すべり検知遠隔監視方法は、３軸重力加速度センサーによって各軸の重力分量を検知するステップと、前回および今回の前記重力分量および時刻から傾斜速度を算出するステップと、所定の間隔で、または、算出した前記傾斜速度があらかじめ設定された１もしくは複数の閾値を超えたときに、前記傾斜速度を送信するステップと、を備える傾斜検出方法と、受信した前記傾斜速度があらかじめ設定された１または複数の閾値を超えたときに、前記傾斜速度に応じた防災情報を発出するステップを備える中央監視方法と、を備える。

また、請求項４の手段の傾斜検出装置は、３軸重力加速度センサーによって各軸の重力分量を検知する検知手段と、前回および今回の前記重力分量および時刻から傾斜速度を算出する算出手段と、所定の間隔で、または、算出した前記傾斜速度があらかじめ設定された１もしくは複数の閾値を超えたときに、前記傾斜速度を送信する端末送信手段と、を備える。

また、請求項５の手段の中央監視装置は、受信した傾斜速度があらかじめ設定された１または複数の閾値を超えたときに、前記傾斜速度に応じた防災情報を発出する中央送信手段を備える。

また、請求項６の手段の地すべり検知遠隔監視システムは、３軸重力加速度センサーによって各軸の重力分量を検知する検知手段と、前回および今回の前記重力分量および時刻から傾斜速度を算出する算出手段と、所定の間隔で、または、算出した前記傾斜速度があらかじめ設定された１もしくは複数の閾値を超えたときに、前記傾斜速度を送信する端末送信手段と、を備える傾斜検出装置と、受信した前記傾斜速度があらかじめ設定された１または複数の閾値を超えたときに、前記傾斜速度に応じた防災情報を発出する中央送信手段を備える中央監視装置と、を備える。

本発明の傾斜検出方法または傾斜検出装置は、請求項１または４の構成によって、端末が１台で１つの地点の傾斜速度の監視が可能であり、１台の筐体とすることができる端末は、小石の自然落下、小動物および荒天といった環境の影響による誤検知の回避が容易である。

また、本発明の中央監視方法または中央監視装置は、請求項２または５の構成によって、危険度の把握および、状況に応じた防災のための対応を可能にする。

また、本発明の地すべり検知遠隔監視方法または地すべり検知遠隔監視システムは、請求項３または６の構成によって、全国に多数設置された端末を一括で管理でき、蓄積されるデータは、地すべりの発生の予知および傾向の解析といった研究に資する。

本発明の傾斜検出装置のブロック図である。 本発明の地すべり検知遠隔監視システムの全体図である。 本発明の中央監視装置の簡略ブロック図である。 本発明の地すべり検知遠隔監視システムの処理のフロー図である。 本発明の地すべり検知遠隔監視システムの処理のフロー図である。 本発明の地すべり検知遠隔監視システムの処理のフロー図である。 本発明の地すべり検知遠隔監視システムの処理のフロー図である。

以下、本発明について、実施するための形態を図面にしたがって説明する。

図１は、本実施例の傾斜検出装置１００のブロック図である。傾斜検出装置１００は、地すべりの監視をする場所に設置する端末としての機能を求められる。そこで、傾斜検出装置１００は、検知手段および端末送信手段を備える。本実施例の検知手段は、３軸重力加速度センサー１１０を用いることである。３軸重力加速度センサー１１０は、３次元空間上に直交する３軸それぞれ個別の重力加速度を、各軸の重力分量として検知する。傾斜検出装置１００は、検知した各軸の重力分量および時刻、ならびに算出した傾斜速度をデータとして送信することができる端末送信手段を備える。端末送信手段は、端末通信機器１２０を用いる。端末通信機器１２０は、周知の通信規格である３Ｇ（第３世代移動通信方式）、４Ｇ（第４世代移動通信方式）、ＬＴＥ（Long Term Evolution）、ＷｉＭＡＸ（Worldwide Interoperability for Microwave Access）などの規格を採用した機器であることが好ましいが、これに限られるものではない。

図２は、本実施例の地すべり検知遠隔監視システム１の全体図である。地すべり検知遠隔監視システム１は、傾斜検出装置１００および中央監視装置２００からなる。中央監視装置２００は、複数の傾斜検出装置１００を管理することができる。傾斜検出装置１００および中央監視装置２００は、サーバー３００を介した通信を行う。本発明の通信は、周知の通信規格である３Ｇ、４Ｇ、ＬＴＥ、ＷｉＭＡＸなどの規格によって行われ、既存のインフラおよびサーバー３００を通信の中継に利用する。

傾斜検出装置１００は、データの中央監視装置２００への送信を、定期的に実行する機能を求められる。そこで、傾斜検出装置１００は、端末制御手段を備える。本実施例の端末制御手段は、例えばプロセッサ１３０を用いることである。本実施例のプロセッサ１３０は、演算処理装置のみならず、内部時計および記憶装置を含むものとして説明する。内部時計は、各軸の重力分量を検知した時刻の取得に用いられる。記憶装置は、例えばフラッシュＲＡＭであり、検知した各軸の重力分量、時刻、算出した傾斜速度および設定情報などを一時的に記憶することができる。プロセッサ１３０は、あらかじめ設定された所定の間隔で３軸重力加速度センサー１１０の各軸の重力分量を取得し、前回および今回の各軸の重力分量および時刻から、それぞれの傾斜検出装置１００の傾斜角度および傾斜速度を算出する算出手段を備える。傾斜速度があらかじめ設定された閾値を超えている場合は、プロセッサ１３０は、次回の検知までの間隔を短縮することができる。また、プロセッサ１３０は、端末通信機器１２０を起動し、起動された端末通信機器１２０が、データを送信するよう制御する。

傾斜検出装置１００は、外部からの電源の供給が困難な場所での設置が想定される。そこで、傾斜検出装置１００は、発電手段および蓄電手段を備える。本実施例の発電手段は、電源装置１４０に接続され、電源装置１４０はプロセッサ１３０の制御を受ける。発電手段は、例えば太陽電池１４１を用いることであり、蓄電手段は、例えば着脱可能な充電池１４２を用いることである。太陽電池１４１および充電池１４２は、主に端末通信機器１２０およびプロセッサ１３０に電力を供給する。電力は、日中の晴天時は太陽電池１４１から、夜間や曇天時は充電池１４２から供給される。また、日中の晴天時は、太陽電池１４１から充電池１４２に対しての充電も行われる。

傾斜検出装置１００は、操作手段を備える。本実施例の操作手段は、例えばスイッチ１５０を用いることである。スイッチ１５０は、傾斜検出装置１００を起動するために操作される。スイッチ１５０がオンになると、プロセッサ１３０への電力の供給が開始する。また、傾斜検出装置１００は、操作手段の構成を省略し、プロセッサ１３０には常時通電する状態としてもよい。

傾斜検出装置１００は、表示手段を備える。本実施例の表示手段は、例えば、液晶画面や表示灯などを用いた表示器１６０を用いることである。表示器１６０には、通電状態、動作状態、通信状態等の区別を表示する。使用者は、表示器１６０によって、傾斜検出装置１００の状態を確認する。表示器１６０は、太陽電池１４１および充電池１４２から電力の供給を受け、プロセッサ１３０によって制御される。また、傾斜検出装置１００は、表示手段の構成を省略し、傾斜検出装置１００の状態を中央監視装置２００で把握するものとしてもよい。

図３は、本実施例の中央監視装置２００の簡略化したブロック図である。中央監視装置２００は、複数の傾斜検出装置１００から送信されるデータを受信する機能を求められる。そこで、中央監視装置２００は、中央送信手段を備える。本実施例の中央送信手段は、例えばインターネットを介した通信機能を備える中央通信機器２１０を用いることである。本実施例の中央監視装置２００とサーバー３００の有線接続による通信は一例である。

中央監視装置２００は、記憶手段を備える。記憶手段は、例えば記憶装置２２０を用いることである。中央監視装置２００は、複数の傾斜検出装置１００から送信されるデータを記憶装置２２０に蓄積する。蓄積されたデータは、後日解析して、統計情報として活用することができる。図３に示す記憶装置２２０は、外部記憶装置であるが、内部記憶装置であってもよい。

また、中央監視装置２００は、中央制御手段を備える。中央制御手段は、例えばプロセッサ２３０を用いることである。中央監視装置２００は、複数の傾斜検出装置１００から送信される傾斜速度に関して、傾斜速度があらかじめ設定された閾値を超えている場合は、中央通信機器２１０を通じて防災情報を発出することができる。

図４は、本実施例の地すべり検知遠隔監視システム１の処理のフロー図であり、傾斜検出装置１００の初期動作のフローを表す。図４におけるＳＴは傾斜検出装置１００による傾斜検出方法のステップを表す。図５以下、ＳＣは中央監視装置２００による中央監視方法のステップを表す。本発明の地すべり検知遠隔監視方法は、傾斜検出方法と中央監視方法の協働による。

図４におけるＳＴ１は、傾斜検出装置１００の設置者によって、傾斜検出装置１００のスイッチ１５０がオンとされるステップである。この処理の後は、プロセッサ１３０は、太陽電池１４１および充電池１４２からの通電によって、常時稼働の状態となる。なお、スイッチ１５０の構成を省略し、プロセッサ１３０には常時通電する状態であってもよい。

ＳＴ２は、端末通信機器１２０を起動するステップである。続いて、ＳＴ３は、３軸重力加速度センサー１１０の各軸の重力分量を検出するステップである。さらに続いて、ＳＴ４は、傾斜検出装置１００の傾斜角度を算出するステップである。これらの処理は、プロセッサ１３０に通電されたときに、プロセッサ１３０の制御により、初期動作として行われる。

ここで、本実施例における各軸の水平面からの傾斜角度の算出方法を説明する。３軸重力加速度センサー１１０の互いに直交する３軸をＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸とし、ＸＹ平面が水平面であるときを基準状態とする。このとき、重力の方向と直交するＸ軸およびＹ軸の重力分量は０であり、重力の方向と一致するＺ軸の重力分量は重力加速度ｇである。

３軸重力加速度センサー１１０が基準状態から傾いたときのＸ軸と重力加速度との夾角をαとし、同様にＸ軸と水平面の仰角をα_１、Ｙ軸と重力加速度との夾角をβ、Ｙ軸と水平面の仰角をβ_１、Ｚ軸と重力加速度との夾角をγ、Ｚ軸と水平面の仰角をγ_１とする。このとき、αとα_１、βとβ_１およびγとγ_１の関係は下記の数式１で表される。

傾いた各軸の重力分量Ａｘ、ＡｙおよびＡｚは下記の数式２で表される。

数式１および数式２から、各仰角の正弦の値を算出する下記の数式３が導かれる。

ピタゴラスの定理とデルタ関数から、重力に関して下記の数式４の関係が成り立ち、各仰角の余弦の値を算出する式が下記の数式５で表される。

数式３および数式５から、各仰角の逆正接の値を算出する下記の数式６が導かれる。

数式６から、各仰角の度数法による角度を算出する下記の数式７が導かれる。

図４のフロー図に示すＳＴ５は、中央監視装置２００に初期情報を送信するステップである。このとき、傾斜検出装置１００は、中央監視装置２００からの返信を受信する。ＳＴ６は、中央監視装置２００からの返信があるまで待機するステップである。ＳＴ７は、設定情報を反映するステップである。

ＳＴ８は、端末通信機器１２０を停止するステップである。端末通信機器１２０は、中央監視装置２００に情報を送信する時期以外は停止する。停止することによって、電力を節約するのみならず、異常なデータの受信、外部からの不正アクセス防止などを防止することができる。

本実施例は、初期動作においては、必ず設定情報を受信するステップとしているが、設定情報の反映は、傾斜検出装置１００の初期設定から変更の必要がない場合は、省略することもできる。例えば、ＳＴ８による端末通信機器１２０の停止に所定の猶予時間を設け、停止直前に中央監視装置２００からの受信を確認するステップとしてもよい。

傾斜検出装置１００の時刻設定は、中央監視装置２００からの受信データまたは、端末通信機器１２０が自己宛てに送信した空情報の受信データによって行われる。傾斜検出装置１００のプロセッサ１３０は、受信データのヘッダーに含まれる時刻情報から、内部時計の時刻合わせを行う。

図５は、本実施例の地すべり検知遠隔監視システム１の処理のフロー図であり、傾斜検出装置１００から受信した初期情報を割り込み処理するフローを表す。ＳＣは中央監視装置２００のステップを表す。

図５におけるＳＣ１は、傾斜検出装置１００から初期情報を受信するステップであり、ＳＣ２は、初期情報を記憶するステップである。これらの処理によって送受信される初期情報は、初期動作で算出した傾斜角度および時刻を含む。初期動作で算出した傾斜角度および時刻は、傾斜検出装置１００において、次回に検知する各軸の重力分量および時刻から傾斜速度を算出するための基礎とするのみならず、中央監視装置２００の記憶装置２２０にも初期情報として記憶する。

ＳＣ３は、中央監視装置２００が傾斜検出装置１００に設定情報を送信するステップである。設定情報は、傾斜速度の閾値および次回の検知を行う時期を含む。時期は、相対的な時間で指定しても良く、絶対的な時刻で指定しても良い。

図６は、本実施例の地すべり検知遠隔監視システム１の処理のフロー図であり、傾斜検出装置１００の定期動作を表す。

図６におけるＳＴ９は、３軸重力加速度センサー１１０の各軸の重力分量を検出するステップである。続いて、ＳＴ１０は、傾斜検出装置１００の傾斜角度および傾斜速度を算出するステップである。重力分量の検出は、初期動作と同様である。傾斜速度は、以下のとおり算出する。数式７から算出される傾斜検出装置１００の各仰角を傾斜角度とすると、傾斜速度は、前回および今回算出された傾斜角度の差と、前回および今回の時刻から算出される時間との除算によって求められるから、今回の傾斜角度をθ、今回の傾斜角度をθ０、時間をｈとすると、傾斜速度Ｓが下記の数式８で表される。

ＳＴ１１は、傾斜速度と閾値との比較判断をするステップである。また、ＳＴ１２は、傾斜検出装置１００からデータが送信されるべき時期の経過を判断するステップである。時期は、設定情報と内部時計との比較によって行われる。未経過の場合は、各軸の重力分量の検出処理に戻る。傾斜速度が閾値を超えている場合は、時期の経過を待たずに直ちに変位情報を送信する処理に進む。データが送信されるべき時期を経過した場合も、変位情報を送信する処理に進む。

ＳＴ１３は、端末通信機器１２０を起動するステップである。ＳＴ１４は、中央監視装置２００に変位情報を送信するステップである。変位情報は、検知した各軸の重力分量および時刻ならびに算出した傾斜角度および傾斜速度を含む。

ＳＴ１５は、中央監視装置２００からの返信があるまで待機するステップである。ＳＴ１６は、設定情報を反映するステップである。また、ＳＴ１７は、端末通信機器１２０を停止するステップである。ＳＴ１６は、初期動作と同様に、端末通信機器１２０の停止に猶予時間を設けるステップとしてもよい。

図７は、本実施例の地すべり検知遠隔監視システム１の処理のフロー図であり、傾斜検出装置１００から受信した変位情報を割り込み処理するフローを表す。

図７におけるＳＣ４は、傾斜検出装置１００から変位情報を受信するステップであり、ＳＣ５は、変位情報を記憶するステップである。いずれかの傾斜検出装置１００変位情報の受信があるまでは、中央監視装置２００は、待機状態を維持する。変位情報の受信があった後は、中央監視装置２００は、変位情報を記憶装置２２０に蓄積する。

ＳＣ６は、傾斜速度と閾値との比較判断をするステップである。また、ＳＣ７は防災情報を発出するステップであり、ＳＣ８は防災情報の発出の履歴を記憶するステップである。閾値を超えている場合は、中央監視装置２００は、中央通信機器２１０を通じて防災情報を発出し、履歴を記憶する。

ＳＣ９は、中央監視装置２００が傾斜検出装置１００に設定情報を送信するステップである。このとき、設定情報は、変位情報に基づいて決定することができる。例えば、傾斜速度が閾値を超えている場合は、次回の検出を設定された定期的な検出間隔よりも短くした時期に設定する。傾斜速度が閾値未満の場合は、次回の検出を今回の検出間隔と同じ時期に維持する。傾斜速度が閾値を超えるということは、地すべりの危険が高まっている可能性がある。送信間隔の短縮によって、傾斜速度に関する情報量の増加および精度の向上を図ることができる。

ここで、閾値および発出する防災情報は、複数であることが好ましい。例えば３段階の閾値を設定し、第１段階を超えた場合は注意を促す防災情報を、第２段階を超えた場合は警戒を促す防災情報を、第３段階を超えた場合は避難を促す防災情報を発出する設定とすることが挙げられる。防災情報の発出先は、例えばあらかじめ登録された行政担当者および近隣の住民の情報端末が挙げられる。防災情報を発出することによって、受信者は、危険度の把握および、状況に応じた防災のための対応が容易になる。

本発明の地すべり検知遠隔監視システム１において、端末として用いる傾斜検出装置１００は小型で軽量な筐体を想定する。また、本発明の地すべり検知遠隔監視システム１は、１の地点を１の端末で遠隔監視が可能であり、中央監視装置２００との通信も、既存のインフラの利用を想定する。そのため、安価な防災システムの構築が可能である。

１…地すべり検知遠隔監視システム。
１００…傾斜検出装置、１１０…３軸重力加速度センサー、１２０…端末通信機器、１３０…プロセッサ、１４０…電源装置、１４１…太陽電池、１４２…充電池、１５０…スイッチ、１６０…表示器。
２００…中央監視装置、２１０…中央通信機器、２２０…記憶装置、２３０…プロセッサ。
３００…サーバー。

Claims (6)

1. ３軸重力加速度センサーによって各軸の重力分量を検知するステップと、
   前回および今回の前記重力分量および時刻から傾斜速度を算出するステップと、
   所定の間隔で、または、算出した前記傾斜速度があらかじめ設定された１もしくは複数の閾値を超えたときに、前記傾斜速度を送信するステップと、
   を備える傾斜検出方法。
2. 受信した傾斜速度があらかじめ設定された１または複数の閾値を超えたときに、前記傾斜速度に応じた防災情報を発出するステップを備える中央監視方法。
3. ３軸重力加速度センサーによって各軸の重力分量を検知するステップと、
   前回および今回の前記重力分量および時刻から傾斜速度を算出するステップと、
   所定の間隔で、または、算出した前記傾斜速度があらかじめ設定された１もしくは複数の閾値を超えたときに、前記傾斜速度を送信するステップと、
   を備える傾斜検出方法と、
   受信した前記傾斜速度があらかじめ設定された１または複数の閾値を超えたときに、前記傾斜速度に応じた防災情報を発出するステップを備える中央監視方法と、
   を備える地すべり検知遠隔監視方法。
4. ３軸重力加速度センサーによって各軸の重力分量を検知する検知手段と、
   前回および今回の前記重力分量および時刻から傾斜速度を算出する算出手段と、
   所定の間隔で、または、算出した前記傾斜速度があらかじめ設定された１もしくは複数の閾値を超えたときに、前記傾斜速度を送信する端末送信手段と、
   を備える傾斜検出装置。
5. 受信した傾斜速度があらかじめ設定された１または複数の閾値を超えたときに、前記傾斜速度に応じた防災情報を発出する中央送信手段を備える中央監視装置。
6. ３軸重力加速度センサーによって各軸の重力分量を検知する検知手段と、
   前回および今回の前記重力分量および時刻から傾斜速度を算出する算出手段と、
   所定の間隔で、または、算出した前記傾斜速度があらかじめ設定された１もしくは複数の閾値を超えたときに、前記傾斜速度を送信する端末送信手段と、
   を備える傾斜検出装置と、
   受信した前記傾斜速度があらかじめ設定された１または複数の閾値を超えたときに、前記傾斜速度に応じた防災情報を発出する中央送信手段を備える中央監視装置と、
   を備える地すべり検知遠隔監視システム。
   
   

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