JP3530947B2 - 岩盤崩落予知装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、アコースティクエミッ
ションを利用して、複数の岩盤の状態の遠隔地で集中監
視し、岩盤の崩落の危険を事前に予知する岩盤崩落予知
装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】道路や建築物等に臨んだ岩盤が崩落する
ことによる事故、特に人的事故の発生を防止すべく、一
般には、危険と思われる場所に定期的に巡回監視し、目
視による経験的判断に従って、岩盤崩落を予測している
が、その判断基準がきわめて不明確であるがために、正
確な予測を得ることができず、このため重大な人的事故
の発生を防止することができないのが現状である。

【０００３】この現状の不満に対する対応策として、ア
コースティクエミッション現象を岩盤の崩落予知に利用
しようとする技術が注目されている。

【０００４】すなわち、岩盤の崩落は、全体的にみた岩
盤内部の亀裂部分での崩壊によって生じるものである
が、岩盤の亀裂部分の崩壊につながる拡大変化とか、亀
裂の新たな発生とかの岩盤内部の物理的変化には、必ず
アコースティクエミッション音（以下、ＡＥ音と記す）
が発生するので、このＡＥ音をアコースティクエミッシ
ョンセンサー（以下、ＡＥセンサーと記す）で検知し、
この検知したＡＥ音に従って岩盤の崩落発生の可能性の
程度を判断するのである。

【０００５】図５は、岩盤に荷重を徐々に加えて、崩落
を人為的に発生させた実測結果の一例を示すもので、岩
盤に発生する応力を左縦軸に、単位時間のＡＥ音発生量
を右縦軸に、そして岩盤に発生した経時変位量を横軸に
とって表しており、応力−変位特性を示す曲線Ａは、応
力と変位とに略正比例に変化し、点ａで岩盤の崩壊が発
生し、またＡＥ音発生量−変位特性を示す曲線Ｂは、応
力および変位が増大するに従って、略加速度的に値が増
加することを示している。

【０００６】この図５から明らかなように、ＡＥ音は岩
盤の破壊程度が進行するに従って増大する性質を持って
いるので、ＡＥ音の発生回数の頻度および変化により、
岩盤の崩落発生の危険程度がどの程度であるかを判断す
ることが可能であり、また岩盤の破壊の進行に従って発
生するＡＥ音のエネルギー（ＡＥ波の振幅）も大きくな
ることが確かめられているので、この性質も利用して岩
盤の崩落発生の危険程度の判断を行うのである。

【０００７】このＡＥセンサーを使用して岩盤の崩落予
知を行う従来技術として、ＡＥセンサーを具備したＡＥ
音計測具と、計測したＡＥ音から破壊位置を解析する解
析手段と、ＡＥ音から発生している破壊状態を解析する
解析手段と、崩落の危険程度を判断する判断手段と、か
ら構成した技術が、特開平７−１３４０６０号公報に開
示されている。

【０００８】上記した従来技術は、ＡＥ音検出による岩
盤状態の監視と、岩盤崩落の危険程度の判断とを、常
時、リアルタイムで行うことができ、これにより岩盤崩
落予知の高い信頼性を得ることができると考えられる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来技術にあっては、ＡＥセンサーの設置対象となる
崩落の危険があると判断される岩盤が、一般には、辺鄙
な遠隔地となるため、商用電力を入手することが殆ど不
可能であり、このため大規模な電源設備を併設しなけれ
ばならず、設備費が膨大となると云う問題がある。

【００１０】また、例え大規模な電源設備を設けたとし
ても、検出したＡＥ音を解析して判断する部分に対する
ＡＥ音の検出情報の伝達は、上記したように、ＡＥセン
サーの設置場所が辺鄙な遠隔地となるので、無線通信手
段に頼らなければならないことから、ＡＥセンサーによ
るＡＥ音検出に要する電力の外に、無線通信に大きな電
力を要することになり、到底長期間にわたる連続稼働を
維持することは不可能となると云う問題がある。

【００１１】そこで、本発明は、上記した従来技術にお
ける問題点を解消すべく創案されたもので、ＡＥセンサ
ーで検知した検出情報の無線伝送に要する消費電力を低
減させることを技術的課題とし、もってＡＥ音検知側の
電源設備を安価に得ることを可能とすると共に、長期間
にわたるＡＥ音の自動検知を可能とすることを目的とす
る。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記技術的課題を解決す
る本発明の内、請求項１記載の発明の手段は、岩盤に固
定され、この岩盤に発生したＡＥ音を検知して出力する
所望数のＡＥセンサーと、このＡＥセンサーからの検知
信号を入力し、この検知信号のピーク値が、予め設定し
た基準値を越える回数を累積カウントして記憶し、この
記憶したカウント信号の出力により記憶をクリアして、
カウント信号の新たな記憶を開始するカウント機構と、
汎用通信機構と、太陽電池とバッテリーの組合せで構成
した電源機構と、で構成され、予め設定した一定時間間
隔毎に、カウント信号の送信に必要な短時間の通信時間
の間だけ、通信可能なスタンバイ状態となる複数の検知
通信装置を有すること、この複数の検知通信装置のそれ
ぞれに、予め設定した一定時間間隔毎の前記通信時間内
に、カウント信号の送信を指令するポーリング信号を順
に発信し、受信したカウント信号に基づいて岩盤の崩落
危険度を判断する中央管理コンピュータを有すること、
にある。

【００１３】請求項２記載の発明は、請求項１記載の発
明に、検知通信装置に、ＡＥ音の一定期間内の累積カウ
ント数が予め設定した一定値を越えた場合と、ＡＥ音の
ピーク値が予め設定した異常値を越えた場合の、少なく
とも一方となった際に、その旨の信号を自発的に中央管
理コンピュータに送信する機能を追加したことを、加え
たものである。

【００１４】

【作用】遠隔地に設置された各検知通信装置において
は、岩盤に固定された各ＡＥセンサー別に、ＡＥセンサ
ーからのＡＥ音検知信号の各信号波のピーク値を、予め
設定した基準値と比較し、基準値を越えるピーク値の信
号波をカウント機構で順次累積カウントしながらカウン
ト信号として記憶する。

【００１５】予め設定した一定時間間隔毎に通信可能状
態となる検知通信装置の通信時間内に、中央管理コンピ
ュータからのポーリング信号があると、検知通信装置
は、各カウント機構のカウント信号を汎用通信機構によ
り、予め設定された順序で中央コンピュータに送信し、
同時にカウント信号の出力により各カウント機構をクリ
アして、カウント機構を待機状態とする。

【００１６】各検知通信装置から順にカウント信号を受
信した中央管理コンピュータは、受信した複数のそして
設置した位置が既知であるＡＥセンサーからのカウント
信号を解析して、岩盤の崩落危険度を判断すると共に、
崩落危険度の高い岩盤箇所を予測する。

【００１７】各検知通信装置は、予め設定された一定時
間間隔毎の短時間である通信時間の間だけ、通信可能な
スタンバイ状態となり、かつ実際の通信動作時間は、こ
の短時間の通信時間よりもさらに短い時間となるので、
通信に要する消費電力はきわめて少なくて済むことにな
るので、各検知通信装置で消費される電力は、太陽電池
とバッテリーで構成された電源機構で充分に賄うことが
可能となる。

【００１８】なお、電源機構を構成するバッテリーは、
検知通信装置の通信を含めた全動作に要する電力を余裕
を持って供給できる電力容量を有しており、太陽電池
は、少なくとも通信時間から次の通信時間となるまでに
消費される電力を、バッテリーに充電することのできる
発電能力を持っている。

【００１９】このように、外部から電力を供給すること
なく各検知通信装置を稼働させることができるので、一
つの中央管理コンピュータに多数の検知通信装置を組合
せることが可能となり、これにより一つの中央管理コン
ピュータできわめて広域な岩盤監視が達成できる。

【００２０】請求項２記載の発明にあっては、ＡＥ音の
一定期間内の累積カウント数が予め設定した一定値を越
えた場合とか、ＡＥ音のピーク値が予め設定した異常値
を越えた場合等の異常状態、すなわち明らかに岩盤崩落
の危険が高まった状態となった場合に、中央管理コンピ
ュータからのポーリング信号の受信を待たずに、その旨
を緊急信号として中央管理コンピュータに知らせ、中央
管理コンピュータ側に速やかに対応策を採らせる。

【００２１】

【実施例】以下、本発明の実施例を、図１ないし図４を
参照しながら説明する。本実施例における検知通信装置
１は、図３に示すように、道路８等に臨んだ崩落の危険
があると判断される岩盤７の近傍に、そのＡＥセンサー
３を岩盤７に固定して設置され、図２に示すように、所
望数のＡＥセンサー３を接続した主体部分であるカウン
ト機構４と、携帯電話やＰＨＳ等の汎用通信機構５と、
バッテリー１０と太陽電池９とから構成した電源機構６
と、そしてカウント機構４のカウント信号を含む出力信
号を汎用通信機構５で通信できるように変換する通信イ
ンターフェース１１とから構成されている。

【００２２】カウント機構４は、接続された個々のＡＥ
サー３に対応した部分と、主に汎用通信機構５の動作を
制御する制御部分とから構成されている。

【００２３】個々のＡＥセンサー３に対応した部分は、
雑音をカットしてＡＥ音の検出能力を高めるための帯域
フィルターと、入力したＡＥ音信号の各波形のピーク値
と予め設定した基準値とを比較し、波形のピーク値が基
準値を越えた時に出力する第一の比較器と、この第一の
比較器からの出力を累積カウントし、このカウント信号
の出力によりクリアされ、さらに一定期間内のカウント
数が予め設定した一定値を越えた時に緊急出力をするカ
ウント部と、ＡＥ音信号の波形のピーク値が予め設定し
た異常値を越えた時に出力する第二の比較器と、から構
成されている。

【００２４】制御部分は、予め設定した一定時間間隔毎
に、一定の通信時間の間、汎用通信機構５を通信可能な
スタンバイ状態とし、中央管理コンピュータ２からのポ
ーリング信号の受信により、各カウント部のカウント信
号の送信を順に行い、またカウント部からの緊急出力ま
たは第二の比較器からの出力により、汎用通信機構５を
作動させるものとなっている。

【００２５】電源機構６は、バッテリー１０と太陽電池
９との組合せで構成し、太陽電池９は、ＡＥセンサー３
を有するカウント機構４および汎用通信機構５の消費電
力の全てに相当する電力を発電する能力を有しており、
余剰となった太陽電池９の発電電力分はバッテリー１０
に充電される。

【００２６】この電源機構６にＡ／Ｄコンバータを組付
けることにより、バッテリー１０すなわち電源機構６の
電圧を把握することができ、それゆえカウント信号の通
信と同時にＡ／Ｄコンバータの電圧信号を受信するよう
にすれば、中央管理コンピュータ２側で、各検知通信装
置１の電源機構６の状態を知ることができ、これにより
電源機構６のメンテナンスが容易となる。

【００２７】中央管理コンピュータ２は、図１に示すよ
うに、接続した汎用通信機構を介して複数の検知通信装
置１からの信号を受信すると共に、予め設定した順序お
よび時間間隔で、各検知通信装置１にポーリング信号を
送信する。

【００２８】この中央管理コンピュータ２は、各検知通
信装置１からのカウント信号を解析して岩盤７の崩落発
生程度を判断し、崩落の危険度が高い場合には、対応す
る検知通信装置１に警報信号を発令すると共に、関係部
門にその旨を通知し、崩落の危険度が高くなった岩盤７
が臨む道路８を遮断する等の処置を行い、また検知通信
装置１からのカウント部の緊急出力または第二の比較器
の出力の送信があった場合には、上記と同様に警報信号
を発令する。

【００２９】図４は、検知通信装置１の動作例を示すフ
ローチャートで、ステップ１でカウント機構４の動作開
始または動作継続を行い、引き続いてステップ２で累積
カウントを行い、すなわちカウント数を記憶し、ステッ
プ３の判断ステップで、警報発令中か否かを判断して、
ＮＯの場合は次の判断ステップ４で記憶されたカウント
数が予め設定した一定値内か否かを判断して、ＹＥＳの
場合は判断ステップ５で、中央管理コンピュータ２から
のポーリングの時刻が近いか否かを判断する。

【００３０】判断ステップ５の判断がＹＥＳの場合はス
テップ６で汎用通信機構５をスタンバイ状態とし、判断
ステップ７でポーリング信号が有るか否かを判断し、Ｙ
ＥＳの場合はステップ８で記憶したカウント信号を中央
管理コンピュータ２に送信する。

【００３１】カウント信号を送信したならば、判断ステ
ップ９で予め設定した一定時間内に中央管理コンピュー
タ２から警報指令がきたか否かを判断し、ＮＯの場合は
判断ステップ１０でカウント信号のカウント数が予め設
定した一定値を越えるか、または予め設定した異常値を
越えるかを判断し、ＮＯの場合は、ステップ１１で汎用
通信機構５をオフ状態にしてから、ステップ１２でカウ
ント機構４の記憶したカウント信号をクリアし、ステッ
プ１に戻り、動作を繰り返す。

【００３２】判断ステップ５で、ポーリング時刻が近い
か否かをＮＯと判断した場合には、そのままステップ１
に戻って、カウント機構４のカウント動作を継続する。

【００３３】判断ステップ７で、ポーリング信号が有る
か否かをＮＯと判断した場合には、判断ステップ１３
で、汎用通信機構５をスタンバイ状態とする通信時間が
経過したか否かを判断し、ＮＯの場合はそのままステッ
プ１に戻ってカウント動作を継続し、ＹＥＳの場合には
ステップ１４に進んで汎用通信機構５をオフ状態にして
からステップ１に戻る。

【００３４】判断ステップ４で、記憶されたカウント数
が一定値内か否かをＮＯと判断した場合は、ステップ１
５で自発的にカウント信号を中央管理コンピュータ２に
送信して判断ステップ９を行い、判断ステップ９で、予
め設定した一定時間内に中央管理コンピュータ２から警
報指令がきたか否かをＹＥＳと判断した場合には、判断
ステップ１６で警報が必要か否かを判断し、ＮＯの場合
はステップ１２に進んで記憶したカウント信号をクリア
し、ＹＥＳの場合は、ステップ１７で道路電光掲示、サ
イレン、遮断機等の警報装置を作動させるが、判断ステ
ップ１０で、カウント信号のカウント数が予め設定した
一定値を越えるか、または予め設定した異常値を越える
かをＹＥＳと判断した場合もステップ１７に進む。

【００３５】判断ステップ３で、警報発令中か否かをＹ
ＥＳと判断した場合は、判断ステップ１８で警報解除指
令が有るか否かを判断し、ＹＥＳの場合には、ステップ
１９で警報装置を停止してからステップ１１で汎用通信
機構５をオフ状態とし、ステップ１２に進んで、カウン
ト機構４の記憶をクリアする。

【００３６】判断ステップ１８で、警報解除指令が有る
か否かをＮＯと判断した場合には、ステップ２０でカウ
ント信号を中央管理コンピュータ２に送り、ステップ１
２に進んで、カウント機構４の記憶をクリアするが、こ
の場合は警報中であるので、検知通信装置１の汎用通信
機構５はスタンバイ状態が維持される。

【００３７】

【発明の効果】本発明は、上記した構成となっているの
で、以下に示す効果を奏する。各検知通信装置は、一定
時間間隔毎の短い通信時間の間だけ通信可能なスタンバ
イ状態となれば良いので、検知通信装置の消費電力の大
部分を占める通信電力の大幅な減少を達成することがで
き、これにより検知通信装置の稼働電力をバッテリーと
太陽電池との組合せによる電源機構で充分に賄えること
ができ、もって検知通信装置を辺鄙な遠隔地に対しても
簡単に設置することができると共に、その設置に大きな
費用を要することがない。

【００３８】各検知通信装置と中央管理コンピュータと
の通信を、汎用通信設備を利用して達成するので、通信
設備に多大な費用を要することがなく、安定した通信状
態を得ることができる。

【００３９】請求項２記載の発明は、岩盤崩落の危険の
増大をリアルタイムで中央管理コンピュータに知らせる
ことになるので、岩盤崩落の危険に対して、速やかに対
応することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明装置の全体構成を示す、一実施例図。

【図２】本発明装置の検知通信装置の一実施例を示す、
組合せ構成図。

【図３】本発明装置の検知通信装置の設置状態の一例を
示す、状態図。

【図４】本発明装置の検知通信装置の動作の一例を示
す、フローチャート図。

【図５】岩盤を崩壊させた際における、内部発生応力と
変位量との関係の特性と、ＡＥ音発生量と変位量との関
係の特性を示す特性線図。

【符号の説明】

１ ； 検知通信装置 ２ ； 中央管理コンピュータ ３ ； ＡＥセンサー ４ ； カウント機構 ５ ； 汎用通信機構 ６ ； 電源機構 ７ ； 岩盤 ８ ； 道路 ９ ； 太陽電池 １０； バッテリー １１； 通信インターフェース Ａ ； 特性曲線 Ｂ ； 特性曲線 ａ ； 点

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 畑中 宗憲 千葉県印西市大塚１丁目５番地１ 株式 会社 竹中工務店 技術研究所 内 (72)発明者 上田 貴夫 東京都中央区銀座八丁目21番１号 株式 会社 竹中工務店 東京本社 内 (72)発明者 遠藤 正明 埼玉県大宮市大成町１−490 (56)参考文献 特開 平７−134060（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−112923（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−68672（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−97391（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−138256（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−98272（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01N 29/00 - 29/28 G08B 21/00 - 21/24 G01W 1/00 - 1/18

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 岩盤(7) に固定され、該岩盤(7) に発生
   したアコースティックエミッション音を検知して出力す
   る所望数のアコースティックエミッションセンサー(3)
   と、該アコースティックエミッションセンサー(3) から
   の検知信号を入力し、該検知信号のピーク値が、予め設
   定した基準値を越える回数を累積カウントして記憶し、
   該記憶したカウント信号の出力により記憶をクリアし
   て、カウント信号の新たな記憶を開始するカウント機構
   (4) と、汎用通信機構(5) と、太陽電池とバッテリーの
   組合せで構成した電源機構(6) と、で構成され、予め設
   定した一定時間間隔毎に、前記カウント信号の送信に必
   要な短時間の通信時間の間だけ、通信可能なスタンバイ
   状態となる複数の検知通信装置(1) と、該複数の検知通
   信装置(1) のそれぞれに、前記予め設定した一定時間間
   隔毎の前記通信時間内に、前記カウント信号の送信を指
   令するポーリング信号を順に発信し、受信した前記カウ
   ント信号に基づいて前記岩盤(7) の崩落危険度を判断す
   る中央管理コンピュータ(2) と、から成る岩盤崩落予知
   装置。
2. 【請求項２】 検知通信装置(1) に、アコースティック
   エミッション音の一定期間内の累積カウント数が予め設
   定した一定値を越えた場合と、前記アコースティックエ
   ミッション音のピーク値が予め設定した異常値を越えた
   場合の、少なくとも一方となった際に、その旨の信号を
   自発的に中央管理コンピュータ(2) に送信する機能を追
   加した請求項１記載の岩盤崩落予知装置。