JP3754602B2

JP3754602B2 - 斜面崩壊予測装置および斜面崩壊予測方法

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Publication number: JP3754602B2
Application number: JP2000189195A
Authority: JP
Inventors: 與喜夫酒井; 邦夫鳥居
Original assignee: 與喜夫酒井
Priority date: 2000-06-23
Filing date: 2000-06-23
Publication date: 2006-03-15
Anticipated expiration: 2020-06-23
Also published as: JP2002004294A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、地中音等に基づいて、地滑り、土石流、なだれ等の斜面の崩壊を監視し、かつ斜面崩壊を予測することを可能とする斜面崩壊予測装置および斜面崩壊予測方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から地滑り等、斜面の崩壊を原因とする人的、物的被害が地域経済に深刻な影響を与えている。
【０００３】
したがって、斜面の崩壊を予測できれば、そのような人的、物的被害を最小限に抑制することが可能となり、経済的な波及効果が大きい。
【０００４】
そのため、地滑り等の斜面の崩壊を予知して速やかな避難等を行えるようにすることが常に求められている。
【０００５】
従来、地滑りの監視に関し、次の２つの技術が知られている。
【０００６】
第１の技術は、２点間にインバー線を張り渡し、インバー線の延びから距離の変化を測定するものである。
【０００７】
第２の技術は、地表面から地中に対してボーリングを行い、掘削穴内に水圧計を設置し、土壌または岩塊の間隙にある流体を通して伝達される圧力、いわゆる間隙水圧の変化を測定するものである。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、インバー線を使用する上記第１の技術では、２点から外れた位置で崩壊が起きた場合には、これを感知することが不可能であるという致命的な欠陥を内在している。この欠陥を補うためには、インバー線を多数張り渡す必要があるが、たとえば、農作等の作業用等に使用されている土地では、その作業性を損なうことになり、インバー線を設置できる場所が制限されるという問題がある。また、インバー線を多数張り巡らしてその距離の変化を測定するシステムのコストも相当にかかるという問題もある。
【０００９】
その一方、ボーリングを行う第２の技術では、その費用が莫大となり、危険と想定される箇所の全てにボーリングを施すことはほとんど不可能である。しかも、間隙水圧の変化と斜面崩壊の直接的な因果関係は、データが決定的に不足しているという問題もある。しかも、ボーリングには、通常、数日間を必要とするため、緊急を要する場合には対応できないという問題もある。
【００１０】
すなわち、従来、斜面の崩壊を局地的かつ正確に予測することが可能な手法は確立されていない。
【００１１】
この発明は、このような課題を考慮してなされたものであって、地滑り等の斜面崩壊の正確な監視および予測を簡単な構成で行うことを可能にする斜面崩壊予測装置および斜面崩壊予測方法を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る斜面崩壊予測装置は、地中音を測定する地中音測定手段と、前記地中音測定手段で測定された音の変化に基づいて斜面崩壊を予測する斜面崩壊予測手段とを有することを特徴とする。
【００１３】
この発明によれば、地中音の音の変化に基づいて斜面の崩壊を予測することができる。
【００１４】
ここで、地中音は、樹木を通じて測定することができる。このため、簡単な構成で地中音を予測することができる。地中音の測定は、樹木に限らず、杭等を地中に打ち込んで測定することもできる。
【００１５】
特に、周波数が３０〜２００Ｈｚ内の音を測定した場合に、斜面崩壊を予測することができる。
【００１６】
また、測定された音の周波数が、１００〜１６０Ｈｚである場合、樹木の根切れ音であると推定し、３０〜５０Ｈｚである場合には、土が動く音であると推定することができる。
【００１７】
さらに、周波数が３０〜２００Ｈｚ内の音が略連続的に観測されたときには、地下水が流れる音であると推定することができる。
【００１８】
さらに、地中音測定手段により、少なくとも４カ所で同時に地中音を測定した場合、地中音発生位置計算手段により、地中音の発生位置を計算することができる。
【００２３】
この発明に係る斜面崩壊予測方法は、樹木に地中音測定手段を取り付け、この樹木を通じて前記地中音測定手段により地中音を測定するステップと、前記地中音測定手段で測定された地中音の変化に基づいて、斜面崩壊予測手段により斜面の崩壊を予測するステップとを有することを特徴とする。
【００２４】
このため、簡易な手順で斜面崩壊を予測することができる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の一実施の形態について図面を参照して説明する。
【００２９】
［第１実施例：斜面崩壊予測装置］
図１は、この発明の第１の実施の形態に係る斜面崩壊予測装置１０の構成を示している。
【００３０】
この斜面崩壊予測装置１０は、地滑り、土石流、雪崩等の斜面崩壊を予測するための装置であり、地中音測定手段としての振動センサ１２と、地中音観測装置１４と、データ処理装置１６とを備えている。
【００３１】
図２は、振動センサ１２の縦断面図であり、図３は、振動センサ１２のＡ−Ａ線に沿った断面図である。この振動センサ１２は、可動コイル型のマイクロホンの構成を採用している。
【００３２】
図２、図３に示すように、振動センサ１２は、円筒状の密閉された筐体２０を有している。この筐体２０の内部には、断面略凹状の磁性体２２が取り付けられ、この磁性体２２の凹部に柱体状の永久磁石２３と磁性体２４とが積層固定されている。
【００３３】
磁性体２４の上面と磁性体２２の上面とは、ほぼ同一平面上にあるように構成されている。
【００３４】
この磁性体２２の上面の外周面側であって、筐体２０の内部側面に端部が固定され、中央部に孔２５Ａが明けられ、周囲に円弧状の４カ所の切り欠き２５Ｂが設けられたダンパーとしての樹脂製の振動板２５が配置されている。
【００３５】
また、振動板２５に形成された孔２５Ａの開口内部側周囲には、コイル（可動コイル）２６が取り付けられている。
【００３６】
コイル２６は、磁性体２２と磁性体２４により形成された円筒状溝２７内を、換言すれば、磁性体２４の外周を前後方向（図１中では上下方向）に移動可能である。
【００３７】
このように構成される振動センサ１２は、固体振動音を集音するものであり、筐体２０を集音対象として振動する固体、図１例では樹木τの幹に接触させることによってその樹木τからの振動で筐体２０が振動する。筐体２０が振動すると、永久磁石２３が振動して磁界が振動する。振動板２５とコイル２６は慣性により静止しようとするため、永久磁石２３とコイル２６は相対的に振動することになり鎖交磁束が変化する。その結果、コイル２６に信号電圧Ｖが発生する。
【００３８】
このように構成された振動センサ１２によれば、周波数帯２５Ｈｚ〜６００Ｈｚ程度の振動を音圧として検出することができる。なお、切り欠き２５Ｂの面積や、コイル２６の大きさ、あるいは振動センサ１２自体の大きさを変えることにより検出周波数帯を変化させることができる。
【００３９】
コイル２６に発生した信号電圧Ｖは、コイル２６に接続されたリード線２９を介して地中音観測装置１４内の信号増幅部４０（図１参照）に供給される。
【００４０】
図４は、振動センサ１２が樹木τの幹（枝でもよい）に取り付けられた状態を示している。この場合、振動センサ１２は、上面１２Ａ（図２参照）が樹木τの表面に密接するように、ベルト３０を介して該樹木τに装着されている。側面１２Ｂ（図２参照）が樹木τの表面に密接するように装着してもよい。
【００４１】
なお、樹木τにおける振動センサ１２を取り付けるべき高さ位置は、たとえば、樹木τの幹上を振動センサ１２を上下方向に移動させたときに、地中音Ｐの音圧を相対的に高い位置に選択することが好ましい。
【００４２】
主に根を介して樹木τを伝わる地中からの音（地中音）Ｐは、振動センサ１２によって検出され、この地中音Ｐに応じた信号電圧Ｖが出力される。そして、この信号電圧Ｖは、図１に示す地中音観測装置１４に対して出力される。なお、後述するように、実際上、地中音Ｐとして観測される音には、地中内の音の他、風の音、石等の固体が地表面を転がる音も含まれる。
【００４３】
図１に示すように、地中音観測装置１４は、信号増幅部４０と、雑音除去部４２と、レベルメータ４４と、信号出力部４６を有している。信号増幅部４０としては、差動増幅器を用いることにより、雑音の影響を軽減することができる。
【００４４】
この信号増幅部４０は、振動センサ１２から信号電圧Ｖが供給されると、この信号電圧Ｖを、例えば、１０⁴倍に増幅して、雑音除去部４２に対して出力する。
【００４５】
雑音除去部４２は、信号増幅部４０からの信号電圧Ｖから雑音を除去した後、これを信号出力部４６に供給する。なお、地中音Ｐは、主に、１ｋＨｚ以下の周波数帯に含まれているため、雑音除去部４２は、この周波数帯の成分を通過させるローパスフィルタ（ＬＰＦ）、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）等（好ましくは、振動センサ１２の周波数帯域２５Ｈｚ〜６００Ｈｚをカバーする２０Ｈｚ〜６５０Ｈｚの通過帯域幅を有するＢＰＦ）によって構成される。
【００４６】
また、雑音除去部４２によって雑音が除去された信号電圧Ｖは、レベルメータ４４にも供給される。そして、レベルメータ４４には、この信号電圧Ｖの値が表示される。すなわち、ユーザは、レベルメータ４４の表示によって、地中音Ｐの大きさを確認することができる。この場合、レベルメータ４４で得られた地中音Ｐの大きさに基づいて、樹木τにおける振動センサ１２を取り付けるべき高さ位置（地中音Ｐの音圧が相対的に高い位置）を決定するようにしてもよい。
【００４７】
信号出力部４６は、雑音除去部４２からの信号電圧Ｖを、データ処理装置１６に対して出力する。
【００４８】
データ処理装置１６は、信号入力部５０と、予測判定処理部（斜面崩壊予測手段）５２と、表示部５４と、音声出力部５６と、印刷部５８とを有している。なお、このデータ処理装置１６は、実際には、キーボード、本体、表示装置、音声出力装置およびハードディスク等の外部記憶装置等から構成される汎用コンピュータ（パーソナルコンピュータを含む。）等によって構成されており、予測判定処理部５２は、実質的に、本体部のＣＰＵ（Central Processing Unit）（周辺装置を含む。）によって構成されている。
【００４９】
また、データ処理装置１６には、システムプログラムやアプリケーションプログラム等が記憶されるＲＯＭ（Read Only Memory）、作業用等として使用されるＲＡＭ（Random Access Memory）、計時用のタイマ、Ａ／Ｄ変換器、Ｄ／Ａ変換器等の入出力インタフェース、表示部５４に時間を横軸とし音圧を縦軸として表示するための波形観測信号取込・送出部としての波形観測用基板、および表示部５４に周波数を横軸とし音圧を縦軸として表示するための周波数分析・送出部としての周波数分析用基板（ＦＦＴ基板）等が設けられている。
【００５０】
信号入力部５０は、地中音観測装置１４の信号出力部４６からの信号電圧Ｖを所定時間毎（例えば、１分、１０分等の時間毎）に取り込む。そして、この信号電圧Ｖをデジタル変換（Ａ／Ｄ変換）して、地中音Ｐの音圧の大きさに対応する音圧レベルＶｄとして予測判定処理部５２に供給する。なお、信号入力部５０においては、予測判定処理部５２からの指示に基づいて、信号電圧Ｖを取り込む処理を行うようにしてもよい。
【００５１】
予測判定処理部５２は、信号入力部５０からの音圧レベルＶｄに基づいて、斜面崩壊を予測する処理を行う。
【００５２】
予測判定処理部５２による処理結果は、ＣＲＴや液晶表示装置等の表示部５４に供給されるとともに、プリンタ等の印刷部５８に供給される。また、スピーカ等の音声出力部５６にも供給される。
【００５３】
図５は、データ処理装置１６内の上記波形観測用基板を利用して得られた雑音であると思われる音（以下、雑音推定音）Ｐ１の表示部５４上での波形表示を示している。なお、図５において、横軸は［ｍｓ］単位の時間Ｔ、縦軸は［Ｖ］単位の電圧値Ｖを表している。なお、電圧値Ｖは、相対値である。
【００５４】
雑音推定音Ｐ１等の波形は、プログラムに基づき処理時間間隔で、あるいは図示していないキーボード等を利用して任意のときにデータ処理装置１６内のハードディスク等の記憶部に記憶することが可能である。
【００５５】
図６は、データ処理装置１６内の上記周波数分析用基板を利用して得られた、表示部５４に表示される雑音推定音Ｐ１の周波数スペクトラム（周波数分布）表示を示している。横軸は、［Ｈｚ］単位の周波数Ｆを表し、縦軸は、［Ｖ］単位の電圧値Ｖを表している。
【００５６】
音声出力部５６から「サー」という音で聞こえる雑音推定音Ｐ１は、連続的に観測される音であって、波形では０．２［Ｖ］以下の値である。周波数スペクトラム上での３０Ｈｚ〜７０Ｈｚの多少の偏りは、振動センサ１２等を含む測定系の特徴であると推定される。
【００５７】
図７は、樹木τ（現に振動センサ１２が接続されている樹木τに限らない。）の根の切れる音である思われる音（以下、根切れ推定音という。）Ｐ２の波形を示している。
【００５８】
図８は、根切れ推定音Ｐ２の周波数スペクトラムを示している。
【００５９】
音声出力部５６から「プツン」という音で聞こえる根切れ推定音Ｐ２は、波形の振幅値は、±２［Ｖ］以下であるが、約０．２秒間発生するパルス性の振幅が観測される。もちろん、パルス発生期間は、根の太さ等により変化するものと推定される。
【００６０】
図８に示す周波数分布では、１００〜１６０Ｈｚ帯に偏りがあり、根切れ推定音Ｐ２は、この周波数帯で確認することができる。なお、３０〜６０Ｈｚ帯では、雑音推定音Ｐ１を除去しても０．１〜０．２［Ｖ］程度の突出が認められる。
【００６１】
また、波形表示の電圧Ｖの振幅値に比較して周波数分布の電圧Ｖの値が低下しているのは、ＦＦＴ解析時の処理時間による積分効果によるものである。以下に説明する波形表示と周波数分布表示の関係も同様である。
【００６２】
図９は、土が動いているであろうと思われる音（土移動推定音）Ｐ３の波形を示している。
【００６３】
図１０は、土移動推定音Ｐ３の周波数スペクトラムを示している。
【００６４】
音声出力部５６から「ズッズー」という音で聞こえる土移動推定音Ｐ３は、波形の振幅値は、±２［Ｖ］以下であるが、根切れ推定音Ｐ２とは異なり、音が長引いて（尾を引いて）発生することに特徴がある。
【００６５】
周波数分布では、３０〜６０Ｈｚ帯に突出する偏りがあり、雑音推定音Ｐ１を除いた場合でも０．３〜０．５［Ｖ］程度の突出が認められる。
【００６６】
図１１は、地下水が流れていると思われる音（地下水推定音）Ｐ４ｎ波形を示している。
【００６７】
図１２は、地下水推定音Ｐ４の周波数スペクトラムを示している。
【００６８】
音声出力部５６から「チョロチョロ」というほぼ連続的な音で聞こえる地下水推定音Ｐ４は、波形の振幅値は、±０．３［Ｖ］以下の小さい音であるが、雑音推定音Ｐ１とは異なり、０．１秒間隔程度で数回繰り返されることに特徴がある。
【００６９】
周波数分布では、３０〜６０Ｈｚ帯に突出する偏りがあるが、雑音推定音Ｐ１との区別は困難である。
【００７０】
図１３は、風が吹いているときに現れる音（風音）Ｐ５の波形を示している。この風音Ｐ５は、樹木τの葉がそよぐときあるいは人が感じたときに現れる音であり、推定音ではなく、風音Ｐ５と確信することができる。
【００７１】
図１４は、風音Ｐ５の周波数スペクトラムを示している。
【００７２】
音声出力部５６から「ゴー」という音で聞こえる風音Ｐ５は、波形の振幅値は、±１［Ｖ］以下で、ほぼ同じ振幅が繰り返し観測される。
【００７３】
周波数分布では、３０〜１８０Ｈｚ帯と幅広い周波数範囲で突出が認められる。雑音推定音Ｐ１を除去した場合、振幅は０．３Ｖ程度である。
【００７４】
図１５は、風が吹いているときに現れた土の塊または石が地表面上を転がると思われる音（石等固体転がり推定音）Ｐ６の波形を示している。この石等固体転がり推定音Ｐ６は、波形上では風音Ｐ５と区別することが困難である。
【００７５】
図１６は、石等固体転がり推定音Ｐ６の周波数スペクトラムを示している。
【００７６】
音声出力部５６から「ゴー」という風音Ｐ５と同時に聞こえる「コッコッコ」という音の石等固体転がり推定音Ｐ６は、波形の振幅値は、±１［Ｖ］以下で、ほぼ同じ振幅が繰り返し観測される。
【００７７】
周波数分布では、３０〜１８０Ｈｚ帯と幅広い周波数範囲で突出が認められるが、風音Ｐ５と同時に観測されるので、波形、周波数分布上では音の区別が困難であるが、耳では判別することができる。
【００７８】
次に、予測判定処理部５２における斜面崩壊の予測処理について、図１７のフローチャートを参照しながら説明する。
【００７９】
予測判定処理部５２は、まず、ステップＳ１において、信号入力部５０からの音圧レベルＶｄを取り込む。
【００８０】
次いで、ステップＳ２において、雑音に対応する音圧レベルＶｄに基づく雑音推定音Ｐ１（波形と周波数分布）を記憶部としてのメモリに記憶する。なお、雑音推定音Ｐ１は、図５の波形図、図６の周波数分布図並びに音声出力部５６からの「サー」という音により確認することができる。このステップＳ２では、予め上述した音Ｐ２〜Ｐ６の波形および周波数分布も記憶部に取り込んでおく。
【００８１】
次に、ステップＳ３において、所定時間毎に音圧レベルＶｄを取り込む。
【００８２】
次いで、ステップＳ４において、ステップＳ３で取り込んだ音圧レベルＶｄの波形と雑音推定音Ｐ１の波形あるいは両者の周波数分布を比較し、たとえば両者の波形差、分布差を取ることで音の変化があるかどうかを判定する。
【００８３】
一定レベル以上の音の変化がなかった場合には、ステップＳ３にもどる。
【００８４】
一定レベル以上の音の変化があった場合には、ステップＳ５において、その音Ｐを、それぞれ記憶部に記憶してある音Ｐ２〜Ｐ６と比較部により比較して分析する。
【００８５】
ステップＳ５の分析結果において、波形および周波数分布がそれぞれ根切れ推定音Ｐ２、土移動推定音Ｐ３あるいは地下水推定音Ｐ４であった場合には、さらに音声出力部５６からの音と、記憶してある音「プツン」、「ズッズー」、「チョロチョロ」と耳で比較する。これらの音Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４であった場合には、ステップＳ６で斜面の崩壊を予測する。ステップＳ６の処理後には、ステップＳ３以降の処理を継続する。
【００８６】
一方、ステップＳ５の分析結果において、風音Ｐ５であった場合には、ステップＳ３以降の処理を継続する。
【００８７】
さらに、ステップＳ５の分析結果において、石等固体転がり推定音Ｐ６であった場合にも斜面の崩壊を予測する。ステップＳ６の処理後には、ステップＳ３以降の処理を継続する。
【００８８】
なお、ステップＳ６の崩壊予測処理では、音Ｐの種類を特定して、警報を発生する、あるいは表示部５４の画面上に、音Ｐの種類の特定と警報表示を行う等の処理を行う。
【００８９】
以上説明したように、上述の第１の実施の形態に係る斜面崩壊予測装置１０は、地中音測定手段としての振動センサ１２により樹木τを通じて地中音Ｐ（風音Ｐ５、地表面を転がる石等固体転がり推定音Ｐ６）を測定し、該振動センサ１２で測定された地中音Ｐの変化に基づいて斜面崩壊を予測することができる。
【００９０】
具体的には、雑音推定音Ｐ１および風音Ｐ５以外の根切れ推定音（１００〜１６０Ｈｚ）Ｐ２、土移動推定音（３０〜５０Ｈｚ、６０Ｈｚ）Ｐ３、地下水推定音Ｐ４、石等固体転がり推定音Ｐ６のそれぞれの発生が観測されたときには、斜面崩壊が予測される。
【００９１】
全体として考えれば、観測当初に雑音推定音Ｐ１のみが発生している状態において、特に、周波数が３０〜２００Ｈｚ内の音Ｐの発生を観測したとき、斜面崩壊を予測することができるといえる。
【００９２】
なお、この第１の実施の形態によれば、地滑り等、土の移動による斜面崩壊ばかりでなく、当業者であれば、同様の構成で、土石流あるいは雪崩の予測に適用できることはいうまでもない。
【００９３】
このように、この実施の形態に係る斜面崩壊予測装置１０においては、従来は得ることが困難であった局地的な斜面崩壊の予測を高精度に行うことができる。
【００９４】
しかも、斜面崩壊予測装置１０は、振動センサ１２と、地中音観測装置１４と、データ処理装置１６とから構成されており、構成が簡素である。
【００９５】
また、振動センサ１２を、樹木τに対してベルト３０によって装着した場合には、斜面崩壊予測装置１０の設置作業を容易に行うことができる。なお、地中音Ａは、樹木τに限らず、杭等の固体を通じても検出することができる。
【００９６】
図１８は、変形例の斜面崩壊予測装置１０Ａの模式的構成を示している。
【００９７】
この斜面崩壊予測装置１０Ａでは、峰６０の斜面６２に、地中音測定手段としての振動センサ１２を少なくとも４カ所の位置Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４に設け、４個の地中音観測装置１４からの出力信号電圧Ｖをデータ処理装置１６Ａに取り込んでいる。なお、４カ所の地中音観測装置１４からデータ処理装置１６Ａへのデータの伝送は、ワイヤレス通信でも行うことができることはいうまでもない。
【００９８】
データ処理装置１６Ａでは、出力信号電圧Ｖを、連続してメモリに記憶する。なお、この記憶は、たとえば先入れ先出し方式、いわゆるＦＩＦＯ（first-in first-out）方式で行う。このようにすれば、現時点のデータと過去の一定期間のデータを保存することができる。
【００９９】
データ処理装置１６Ａで、遅延時間は異なるが、ほぼ同時に、たとえば図９に示した土移動推定音Ｐ３等であって波形が相似する地中音Ｐ（Ｐａ〜Ｐｄ）を観測したとき、既知の４カ所の位置Ｑ１〜Ｑ４から、その地中音の発生位置を特定することができる。
【０１００】
すなわち、データ処理装置１６Ａの表示部５４の画面上で、位置Ｑ１〜Ｑ４でそれぞれ、図１９に示すような地中音Ｐａ〜Ｐｄを観測したとき、たとえば最も早い時刻ｔ０にデータ処理装置１６Ａに到達した地中音Ｐａと、地中音Ｐａの発生位置（地中音発生源）Ｐ０と位置Ｑ１間の直線距離Ｌ１を基準として、より遅延して時点ｔ２〜ｔ４にそれぞれ位置Ｑ２〜Ｑ４に到達した地中音Ｐｂ〜Ｐｄまでの距離Ｌ２〜Ｌ４を、それぞれ「遅延時間×地中音の伝わる速さ」として求める。なお、地中音Ｐの伝わる速さは、予め測定しておく。
【０１０１】
地中音発生位置Ｐ０から位置Ｑ１への音波到達所要時間をｔとし、地中音Ｐの伝わる速さをＳとすれば、距離Ｌ１〜Ｌ４は、それぞれ、下記の（１）式〜（４）式で求めることができる。
【０１０２】
Ｌ１＝ｔ×Ｓ …（１）
Ｌ２＝（ｔ＋ｔ２−ｔ１）×Ｓ …（２）
Ｌ３＝（ｔ＋ｔ３−ｔ１）×Ｓ …（３）
Ｌ４＝（ｔ＋ｔ４−ｔ１）×Ｓ …（４）
【０１０３】
このとき、図２０に示すように、地中音Ｐ（図１９も参照）の３次元座標上の位置をＰ０（ｘ，ｙ，ｚ）とすれば、次の（５）式〜（８）式が成立する。
【０１０４】
Ｌ１＝（（ｘ−ｘ１）²＋（ｙ−ｙ１）²＋（ｚ−ｚ１）²）^1/2 …（５）
Ｌ２＝（（ｘ−ｘ２）²＋（ｙ−ｙ２）²＋（ｚ−ｚ２）²）^1/2 …（６）
Ｌ３＝（（ｘ−ｘ３）²＋（ｙ−ｙ３）²＋（ｚ−ｚ３）²）^1/2 …（７）
Ｌ４＝（（ｘ−ｘ４）²＋（ｙ−ｙ４）²＋（ｚ−ｚ４）²）^1/2 …（８）
ここで、（１）式〜（４）式の左辺にそれぞれ（５）式〜（８）式の右辺を代入すれば、未知数は、地中音発生位置Ｐ０から位置Ｑ１への音波到達所要時間ｔと、地中音発生位置Ｐ０（ｘ，ｙ，ｚ）の４個であるので、代入式から地中音発生位置Ｐ０（ｘ，ｙ，ｚ）を求めることができる。なお、（５）式〜（８）式は、図２０から理解されるように、頂点をＰ０、底辺をＱ２，Ｑ３，Ｑ４とする三角錐の稜線の長さを求める式である。
【０１０５】
［第２実施例：斜面崩壊予測システム］
図２１は、この発明の第２の実施の形態に係る斜面崩壊予測システム１００の構成を示している。
【０１０６】
図２２は、斜面崩壊予測システム１００の配置例を示している。なお、この斜面崩壊予測システム１００は、斜面崩壊を予測すると同時に斜面崩壊を監視する機能を有するので、斜面崩壊監視システムとしての機能を含むものである。
【０１０７】
図２１、図２２において、図１、図１８に示したものと対応するものには、同一の符号を付けて、その詳細な説明は省略する。
【０１０８】
この斜面崩壊予測システム１００は、基本的には、地中音測定手段としての複数の振動センサ１２（なお、地中音発生位置Ｐ０の特定が必要ではない場合、振動センサ１２は１個でもよい。）と、地表面である斜面６２を画像として取り込む地表面画像撮影手段としてのデジタルビデオカメラ１０２とを有している。
【０１０９】
また、この斜面崩壊予測システム１００は、データ処理装置１６Ｂに内蔵され地中音の変化から斜面崩壊を予測する予測判定処理部５２Ａの出力と、デジタルビデオカメラ１０２により取り込まれた地表面画像の変化とに基づいて、斜面の崩壊を予測する斜面崩壊予測手段あるいは斜面崩壊を監視する斜面崩壊監視手段として機能する予測判定処理部１５２を有するデータ処理装置１１６とを備えている。
【０１１０】
データ処理装置１１６は、パーソナルコンピュータ等により構成され、該データ処理装置１１６は、予測判定処理部１５２以外に、デジタルビデオカメラ１０２を制御するカメラ制御部１０８、プリンタ等により構成される印刷部１５８、複数のＣＲＴ等の表示装置から構成される表示部１５４、スピーカー等の音声出力部１５６、外部との通信処理を行う通信処理部１８０、印刷部１５８と表示部１５４と音声出力部１５６を制御処理する表示処理部１１８とを有している。
【０１１１】
表示処理部１１８と通信処理部１８０とは予測判定処理部１５２により制御される。また、カメラ制御部１０８、予測判定処理部５２Ａ、１５２、表示処理部１１８および通信処理部１８０は、それぞれバス１２０で相互に接続されている。
【０１１２】
デジタルビデオカメラ１０２の視野角内には、斜面６２が含まれ、また、樹木τ（図２２例では樹木τ４）や斜面６２の適当な位置に配置されてデジタルビデオカメラ１０２の位置合わせ用等の被写体として用いられるターゲットＴＡが含まれる。
【０１１３】
なお、デジタルビデオカメラ１０２は、斜面６２から離れた位置であって、設置位置が不動と想定される位置１２２に配置される。
【０１１４】
次に、このように構成される斜面崩壊予測システム１００の動作について、図２３に示したフローチャートに基づき説明する。
【０１１５】
ステップＳ１１〜Ｓ１５の処理は、図１７に示した地中音観測装置１４に係わる斜面崩壊予測装置１０におけるステップＳ１〜Ｓ５の処理に対応する処理であるので、その詳細な説明は省略する。
【０１１６】
雑音推定音Ｐ１以外の地中音Ｐが確認されたステップＳ１５の処理後に、カメラ制御部１０８を通じて、ステップＳ１６においてデジタルビデオカメラ１０２でターゲットＴＡを含む斜面の映像の一定時間毎の取り込みを開始する。なお、実際上は、たとえば、ステップＳ１５の判定が成立する前には、１日に数回程度撮影を行い、ステップＳ１５の判定が成立したときには、より頻繁に、音の種類や振幅等にもよるが、所定時間毎（例えば、５分毎、１０分毎、３０分毎、１時間毎）に画像データを取り込む。なお、画像データの取り込みと、地中音観測装置１４による音声データの取り込みとが、同期して同一の時刻に行われることが好ましい。
【０１１７】
次に、ステップＳ１７では、音確認結果と撮影結果に基づき斜面崩壊予測・監視処理を行う。
【０１１８】
すなわち、予測判定処理部１５２では、デジタルビデオカメラ１０２を通じて時系列的に取り込んである画像の中、たとえば前後に撮影した画像の画素毎の差をとること等により地表面画像の変化を検出する。
【０１１９】
画素毎の差が雑音レベルとは考えられない一定値以上である地表面画像の変化を検出した場合には、すでにステップＳ１５において、音の変化が発生していることを確認しているので斜面崩壊の可能性がより高いと予測することができる。
【０１２０】
また、ステップＳ１７では、地中音Ｐの発生位置Ｐ０（ｘ，ｙ，ｚ）を上述した（１）式〜（４）式に基づいて計算する。もちろん、地中音発生位置Ｐ０の時系列上の変化も斜面崩壊の予測に使用することができる。
【０１２１】
次に、ステップＳ１８では、表示部１５４に地表面画像の変化の大きい部分を特定して（マーク等を付けて）斜面６２の映像を表示するとともに、ステップＳ１５で確認された音が、根切れ推定音Ｐ２であるのか土移動推定音Ｐ３であるのか等の音の種類を表示する。もちろん、地中音Ｐの波形および周波数分布を同時に表示させることもできる。これらに加えて、音声出力部１５６から地中音Ｐや、警告等を出力させることができる。もちろん、模式的に地中音発生位置Ｐ０（の変化も含めて）を３次元表示させることも可能である。
【０１２２】
印刷部１５８からは、表示部１５４に表示された画像や上記した地中音Ｐの波形および周波数分布あるいは地中音発生位置Ｐ０の変化等のハードコピーを出力させることができる。
【０１２３】
なお、斜面崩壊予測システム１００により取得した地中音Ｐ等の音声データおよび、地表面の画像データは、通信処理部１８０を通じ、有線あるいは無線の回線網を介して図示していない外部のデータ集約装置に送信することができる（ステップＳ１９）。
【０１２４】
以上説明したように、図２１、図２２に示した斜面崩壊予測システム１００によれば、地中音Ｐの変化と地表面画像の変化に基づいて斜面崩壊を予測するようにしているので、より一層正確に予測することが可能となる。
【０１２５】
【発明の効果】
この発明によれば、地滑り等の斜面崩壊の正確な監視ができる。
【０１２６】
また、この発明によれば、地滑り等の斜面崩壊の予測ができる。
【０１２７】
しかも、この発明によれば、地滑り等の斜面崩壊の監視および予測を簡単な構成で行うことができる。したがって、監視および予測にかかるコストを低減することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施の形態に係る斜面崩壊予測装置の構成を示すブロック図である。
【図２】図１の斜面崩壊予測装置を構成する振動センサの一部省略縦断面図である。
【図３】図２の振動センサのＡ−Ａ線に沿った横断面図である。
【図４】図２および図３の振動センサが樹木に取り付けられた状態を示す図である。
【図５】雑音推定音の波形図である。
【図６】雑音推定音の周波数分布図である。
【図７】根切れ推定音の波形図である。
【図８】根切れ推定音の周波数分布図である。
【図９】土移動推定音の波形図である。
【図１０】土移動推定音の周波数分布図である。
【図１１】地下水推定音の波形図である。
【図１２】地下水推定音の周波数分布図である。
【図１３】風音の波形図である。
【図１４】風音の周波数分布図である。
【図１５】石等固体転がり推定音の波形図である。
【図１６】石等固体転がり推定音の波形図である。
【図１７】図１の斜面崩壊予測装置の予測動作処理を示すフローチャートである。
【図１８】変形例の斜面崩壊予測装置の構成を示す模式図である。
【図１９】地中音発生位置の計算に参照される波形説明図である。
【図２０】地中音発生位置の計算に参照される説明図である。
【図２１】この発明の一実施の形態に係る斜面崩壊予測システムの構成を示すブロック図である。
【図２２】図２１の斜面崩壊予測システムの設置例を示す図である。
【図２３】図２１、図２２の斜面崩壊予測システムの予測動作処理を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１０、１０Ａ…斜面崩壊予測装置１２…振動センサ
１４…地中音観測装置
１６、１６Ａ、１６Ｂ、１１６…データ処理装置
５２、５２Ａ、１５２…予測判定処理部
５４、１５４…表示部５６、１５６…音声出力部
５８、１５８…印刷部６０…峰
６２…斜面１００…斜面崩壊予測システム
１０２…デジタルビデオカメラＰ０…地中音発生位置
τ…樹木

Claims

樹木に取り付けられ、この樹木を通じて地中音を測定する地中音測定手段と、
前記地中音測定手段で測定された音の変化に基づいて斜面崩壊を予測する斜面崩壊予測手段と
を有することを特徴とする斜面崩壊予測装置。
請求項１記載の斜面崩壊予測装置において、
前記斜面崩壊予測手段は、前記地中音測定手段により周波数が３０〜２００Ｈｚ内の音を測定したときに斜面崩壊を予測する
ことを特徴とする斜面崩壊予測装置。
請求項２記載の斜面崩壊予測装置において、
前記測定された音の周波数が、１００〜１６０Ｈｚである場合、前記樹木の根切れ音であると推定し、３０〜５０Ｈｚである場合には、土が動く音であると推定する
ことを特徴とする斜面崩壊予測装置。
請求項２記載の斜面崩壊予測装置において、
前記音が、略連続的に測定されたとき、地下水が流れる音であると推定する
ことを特徴とする斜面崩壊予測装置。
請求項１〜４のいずれか１項に記載の斜面崩壊予測装置において、
さらに、地中音発生位置計算手段を備え、
前記地中音測定手段により、少なくとも４カ所で同時に地中音を測定したとき、
前記地中音発生位置計算手段は、前記少なくとも４カ所での地中音の同時観測に基づき、地中音の発生位置を計算する
ことを特徴とする斜面崩壊予測装置。
樹木に地中音測定手段を取り付け、この樹木を通じて前記地中音測定手段により地中音を測定するステップと、
前記地中音測定手段で測定された地中音の変化に基づいて、斜面崩壊予測手段により斜面崩壊を予測するステップと
を有することを特徴とする斜面崩壊予測方法。