JP4755785B2 - 大地監視用観測データ収集システム、大地監視システムおよびその構築方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、観測装置による大地の変動検出用観測データをデータ収集装置で収集するようにした大地監視用観測データ収集システムおよび大地監視システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、たとえば地殻変動などの比較的広域にわたる大地の変動を監視するシステムにおいて、観測データを収集するデータ収集装置と観測装置との間が数キロメートル以上の遠距離になる場合には、無線によってデータ伝送を行っている。
【０００３】
具体的には、観測装置とデータ収集装置との間でデータリンクを確立させるために、観測装置毎に周波数チャンネルを割り当てて、その周波数チャンネルを利用してデータ収集装置が複数の観測装置から観測データを個別に収集するようにしていた。
【０００４】
一方、傾斜地における地滑りを監視する装置など、比較的狭域における大地監視システムでは、地滑りを検出するセンサとデータ収集装置との間を１対１のケーブルで個別に接続して、データ収集装置が複数のセンサによる検出結果をそれぞれ読み取るようにしていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、前者の、無線によって観測装置とデータ収集装置間でデータリンクさせるようにした大地監視システムにおいては、監視すべきポイントの数が多くて、設置すべき観測装置の数が増えると、観測装置の台数分の無線通信装置をデータ収集装置側に設け、且つ個別に周波数チャンネルを割り当てなければならない。しかも各無線通信装置とのインタフェース回路は観測装置の数に比例するため、観測装置の数が増える程、データ収集装置の規模が大きくなるという問題があった。
【０００６】
また、後者の、観測装置とデータ収集装置との間を、単に個別のケーブルで接続するようにした大地監視システムにおいては、各観測装置による観測データを個別に収集するので、観測装置の数が増える程、やはりデータ収集装置の規模が大きくなるという問題があった。
【０００７】
さらに、観測装置とデータ収集装置との間を、個別のケーブルで接続するようにした場合には、監視領域が広範囲になって、データ収集装置の数が増すと、ケーブルの数およびその総延長が長くなり、ケーブル敷設工事のための費用および時間もかかる。さらにデータ収集装置における観測装置毎のインタフェース回路も大規模なものとなって不経済になるという問題が生じる。
【０００８】
この発明の目的は、多数の観測装置を設置する場合でも、観測装置毎の無線周波数チャンネルを用いる必要がなく、データ収集装置の規模が大きくならない大地監視用データ収集システムおよび大地監視システムおよびその構築方法を提供することにある。
【０００９】
また、この発明の目的は、ケーブル本数およびケーブルの総延長を最低限なものとして、さらにデータ収集装置側のインタフェースも簡素化した、大地監視用データ収集システム、大地監視システムおよびその構築方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
この発明は、測位系の時刻に同期して送出された測位用衛星からの電波をアンテナで受け、大地の変動検出用の観測データを求める観測手段と、前記測位系時刻に同期した周期で、且つ他のデータ伝送手段によるデータ送出タイミングに重ならないタイミングで、前記観測データをデータ伝送ラインへ送出するデータ伝送手段とを備えた複数の観測装置と、
前記各観測装置のデータ伝送手段から送出された観測データを受信して、各観測装置の観測データを収集するデータ収集手段を備えたデータ収集装置とを備え、
前記データ伝送ラインおよび電源ラインを含むケーブルを介して、前記複数の観測装置と前記データ収集装置とを接続することによって大地監視用観測データ収集システムを構成する。
【００１１】
この構成により、データ収集装置は、測位系の時刻に同期した周期で、各観測装置からの観測データを時分割的に収集する。
【００１２】
また、この発明は、測位系の時刻に同期して送出された測位用衛星からの電波をアンテナで受け、大地の変動検出用の観測データを求める観測手段と、前記測位系時刻に同期した周期で、且つ他のデータ伝送手段によるデータ送出タイミングに重ならないタイミングで、前記観測データをシリアルデータ伝送ラインへ送出するデータ伝送手段とを複数の観測装置にそれぞれ設け、各観測装置のデータ伝送手段から送出された観測データを受信して、各観測装置の観測データを収集するデータ収集手段をデータ収集装置に設け、前記シリアルデータ伝送ラインおよび電源ラインを含むケーブルを介して、複数の観測装置とデータ収集装置とをデージーチェーン接続することによって大地監視用観測データ収集システムを構成する。
【００１３】
このように複数の観測装置とデータ収集装置とをシリアルデータ伝送ラインおよび電源ラインを含むケーブルを介してデージーチェーン接続することにより、ケーブルの総延長を短くし、且つデータ収集装置側でのデータ収集のためのインタフェースを簡素化する。
【００１４】
また、この発明は、前記観測手段の少なくとも１つを、測位用衛星からの電波のキャリア位相に関する観測データを求めるものとする。これにより、前記アンテナの位置をキャリア位相に基づいて相対測位する。
【００１５】
また、この発明は、前記観測手段の少なくとも１つを、地面の傾斜を計測する傾斜計、２点間の伸縮量を計測する伸縮計、または水位を計測する水位計のいずれかとする。これらの計測手段によって、大地の変動検出用観測データを求める。
【００１６】
また、この発明は、前記観測手段と前記データ伝送手段とを観測ユニットとして一体化するとともに、前記シリアルデータ伝送ラインと前記電源ラインとを接続する端子台をその観測ユニットに設ける。この構成により、観測装置の設置およびそれに対するシリアルデータ伝送ラインと電源ラインの接続を容易にする。
【００１７】
また、この発明は、収集された観測データを解析するデータ解析手段と、上記大地監視用観測データ収集システムとを備えて、大地監視システムを構成する。
【００１８】
また、この発明は、前記データ収集装置を基幹通信網に接続し、該基幹通信網に前記データ解析手段による解析結果を出力する監視装置を接続して、大地監視システムを構成する。これにより、例えば、公衆回線や専用回線としての光ファイバ網などを介して、遠隔地で所定の監視領域の監視を行えるようにする。
【００１９】
また、この発明は、測位系の時刻に同期して送出された測位用衛星からの電波をアンテナで受け、大地の変動検出用の観測データを求める観測手段と、前記測位系時刻に同期した周期で、且つ他のデータ伝送手段によるデータ送出タイミングに重ならないタイミングで、前記観測データをデータ伝送ラインへ送出するデータ伝送手段と、前記データ伝送ラインの接続手段とで観測ユニットを構成し、前記観測ユニットのデータ伝送手段から送出された観測データを受信するデータ収集装置と複数の前記観測ユニットの前記接続手段とを前記データ伝送ラインおよび電源ラインで接続して大地監視用観測データ収集システムを構築する。
【００２０】
このように、観測手段、データ伝送手段、および接続手段をユニット化した観測ユニットをデータ収集装置に接続することによって、大地監視用の観測データ収集システムを容易に構築できるようにする。
【００２１】
さらに、この発明は、前記複数の観測ユニットの前記接続手段同士を前記データ伝送ラインおよび電源ラインでデージーチェーン接続する。これにより、データ収集装置に対する複数の観測ユニットの接続を容易にし、データ伝送ラインおよび電源ラインの敷設費用も低減できるようにする。
【００２２】
【発明の実施の形態】
この発明の実施形態である大地監視用観測データ収集システムおよび大地監視システムの構成を、各図を参照して順に説明する。
図１は大地監視システムの全体の構成を示す系統図である。図１において、１０ａ，１０ｂ，１０ｃ．．．．１０ｑはそれぞれＧＰＳ衛星からの電波を受信する観測ユニットである。１１ａは観測ユニット１０以外の他のセンサ１６を用いて観測データを求める他センサ用ユニットである。
【００２３】
これらの観測ユニット１０は、監視すべき領域内の所定の観測点に設置している。また、傾斜計、伸縮計、水位計などのセンサ１６は、傾斜、伸縮、または水位などの計測を行うべき点に設置していて、その付近に他センサ用ユニット１１ａを配置している。この例では、観測ユニット１０ａ〜１０ｈを一方の山の斜面に配置し、観測ユニット１０ｉ〜１０ｑを川または道路を挟んだ他方の山の斜面に設置している。
【００２４】
１２は、本発明に係るデータ収集装置に相当する通信集約ユニットである。この通信集約ユニット１２と、複数の観測ユニット１０とは、ケーブル３０を介してデージーチェーン接続している。但し、この例では、通信集約ユニット１２は複数のケーブル接続ポートを備えていて、観測ユニット１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄおよび通信集約ユニット１２が、ケーブル３０でデージーチェーン接続した１つの系統をなしていて、観測ユニット１０ｅ，１０ｆ，１０ｇ，１０ｈ，他センサ用ユニット１１ａ、および通信集約ユニット１２が、ケーブル３０でデージーチェーン接続したもう１つの系統をなしている。
【００２５】
１３は、公衆回線、専用回線などとしての光ファイバ網またはそれに代わるＷ−ＣＤＭＡ、インマルサット等の大容量通信網などによる基幹通信網である。この基幹通信網には、前記通信集約ユニット１２、後述する監視装置１７および無線中継ユニット１４などを接続している。
【００２６】
１５は、本発明に係るデータ収集装置に相当する無線集約ユニットであり、上記通信集約ユニット１２の場合と同様に、複数のケーブル接続ポートを備えている。この例では、観測ユニット１０ｉ，１０ｊ，１０ｋ，１０ｌおよび無線集約ユニット１５が、ケーブル３０を介してデージーチェーン接続した１つの系統をなしていて、観測ユニット１０ｍ，１０ｎ，１０ｏ，１０ｐ，１０ｑおよび無線集約ユニット１５が、ケーブル３０を介してデージーチェーン接続したもう１つの系統をなしている。
【００２７】
上記無線集約ユニット１５と無線中継ユニット１４とは、２．４ＧＨｚ帯でスペクトラム拡散する特定小電力無線を利用して無線通信を行う。この無線通信によって、道路や谷川などを越えてデータ伝送を行う。
【００２８】
後述するように、通信集約ユニット１２は、それにデージーチェーン接続されている複数の観測ユニット１０ａ〜１０ｈおよび他センサ用ユニット１１ａからの観測データを時分割的に収集し、一定時間蓄積して、データをファイル化すると共に基幹通信網を介して監視装置１７へ伝送する。無線集約ユニット１５についても同様に、それにデージーチェーン接続されている複数の観測ユニット１０ｉ〜１０ｑからの観測データを時分割的に収集し、一定時間蓄積して、データをファイル化すると共に、無線中継ユニット１４および基幹通信網１３を介して監視装置１７へ伝送する。
【００２９】
監視装置１７は、大地監視を行う事務所や管理局などの中に設けて、監視領域内の各観測点における大地の変動量や変動方向およびその時間変化などを解析し表示出力する。
【００３０】
図２は、図１に示した観測ユニット１０の構成を示す正面図である。図２において２１はＧＰＳ計測センサ、２３はそれを支える金属パイプからなる支柱、２４は支柱２３を支持する円板状のベースである。このベース２４をコンクリート上や柱状体に取り付けることによって、ＧＰＳ計測センサ２１を所定位置に固定する。
【００３１】
このＧＰＳ計測センサ２１は、ＧＰＳ衛星からの電波を受信するアンテナのレドーム内にアンテナ、受信回路、およびその受信により求めた観測データを所定のタイミングで出力するための制御回路を設けたものである。
【００３２】
図２において、２２は制御ボックスであり、支柱２３に固定している。この制御ボックス２２には、後述するように、観測ユニット１０に割り当てる観測ユニットＩＤを設定する制御回路、ＧＰＳ計測センサ２１に対する電源回路、信号のレベル変換を行うレベル変換器、およびケーブルを接続する端子台などを備えている。２５は、ＧＰＳ計測センサ２１と制御ボックス２２との間を接続するケーブル、３０ａ，３０ｂは、この観測ユニット１０に対してデージーチェーン接続する前後の観測ユニットとの間を結ぶケーブルである。
【００３３】
図３は、複数の観測ユニットと通信集約ユニットとの接続関係を示す図である。図３において、３０′はシリアルデータ伝送ライン、３０″は電源ラインである。上述のケーブル３０は、このシリアルデータ伝送ライン３０′と電源ライン３０″とからなるケーブルであり、３０′，３０″のいずれもツイストペアケーブルであり、この２つのツイストペアケーブルを束ねて１本のケーブル３０を構成している。シリアルデータ伝送ライン３０′の末端は終端器によって無反射終端している。
【００３４】
通信集約ユニット１２は、商用電源を入力して、直流電源電圧を出力する電源回路１２３、シリアルデータ伝送ライン３０′から入力される信号をレベル変換するレベル変換器１２１、および基幹通信網との間で通信制御を行う通信制御ユニット１２２を備えている。
【００３５】
通信制御ユニット１２２は、各観測ユニット１０ａ〜１０ｄから収集した観測データをユニット毎に且つ一定時間毎にファイル化し、基幹通信網に接続されている監視装置１７へ伝送する。この通信制御ユニット１２２には、例えば２０日程度分の観測データを一時保持するバッファリング機能を持たせている。これは、基幹通信網の障害発生時に一時的なデータの保管を行い、障害解除後にデータの伝送を行えるようにするためである。これにより、データの欠損をなくす。
【００３６】
上記シリアルデータ伝送ライン３０′は、例えばＲＳ４８５規格に相当するものであり、最長８００ｍの範囲に多数の観測ユニット１０および他センサ用ユニット１１を接続することができる。通信集約ユニット１２内の電源回路１２３は電源ライン３０″に対してＤＣ１２Ｖを供給する。
各観測ユニット１０は、ＧＰＳ計測センサ２１と制御ボックス２２とから構成している。
【００３７】
なお、図３に示した例では、通信集約ユニット１２に備えられている１つのポート部分についてのみ示したが、通信集約ユニット１２の他のポートには、別系統のデージーチェーン接続したケーブル３０が同様に接続される。
【００３８】
図４は観測ユニット１０の特に制御ボックス２２の構成を示すブロック図である。制御ボックス２２は、ケーブル３０ａ，３０ｂを接続する端子台２２５を備えていて、この端子台２２５に、一方の観測ユニットからのケーブル３０ａをおよび他方の観測ユニットへのケーブル３０ｂをそれぞれ接続する。制御ボックス２２において、ＤＣ電源回路２２３は、電源ライン３０″からのＤＣ１２Ｖ電源をＤＣ５Ｖの電圧に変換して、ＧＰＳ計測センサ２１および制御回路２２１へ電源電圧を供給する。ＧＰＳ計測センサ２１と制御ボックス２２との間は、電源ラインを含むシリアルデータ伝送ライン（例えば、ＲＳ２３２Ｃ）のケーブル２５で接続している。
【００３９】
制御回路２２１は、ＧＰＳ計測センサ２１に対して観測ユニットＩＤを設定するスイッチ、そのスイッチの状態を取り込むシフトレジスタ、およびそのシフトレジスタの内容をシリアルにＧＰＳ計測センサ２１へ出力するためのクロック信号発生回路などから構成している。ＧＰＳ計測センサ２１は、電源投入時に制御回路２２１からＩＤを読み取り、そのＩＤに対応したタイミングで、観測データを出力する。レベル変換器２２２は、ＧＰＳ計測センサ２１から出力されるＲＳ２３２Ｃ形式の信号をＲＳ４８５形式へレベル変換する。アレスタ２２４は、ケーブル３０ａ、３０ｂからの誘導雷によってレベル変換器２２２またはＤＣ電源回路２２３が破壊されるのを防止する。
【００４０】
図５は、他センサ用ユニットと、それに接続されるセンサの構成を示すブロック図である。他センサ用ユニット１１において、ＧＰＳ受信機１１３はＧＰＳ衛星からの電波を受信してＧＰＳタイムを求める。マイクロプロセッサ１１２は、ＧＰＳ受信機１１３から出力される０．５秒毎の信号に同期して、後述する処理を実行する。制御回路１１８は、図４に示した観測ユニットに設けた制御回路２２１と略同様にして、他センサ用ユニット１１のＩＤを設定する回路である。マイクロプロセッサ１１２は、電源投入時に制御回路１１８からＩＤを読み取り、そのＩＤに対応したタイミングで、観測データを出力する。
【００４１】
レベル変換器１１５は、マイクロプロセッサ１１２から出力されるシリアルデータをＲＳ４８５形式のレベルに変換する。センサ１６は、傾斜計、伸縮計、水位計などであり、ＡＤコンバータ１１１は、これらのセンサの検出結果をディジタルデータに変換しマイクロプロセッサ１１２へ与える。ＤＣ電源回路１１４は、マイクロプロセッサ１１２、ＡＤコンバータ１１１、および必要に応じてセンサ１６に電源電圧を供給する。
【００４２】
図６は無線集約ユニットの構成を示すブロック図である。図３に示した通信集約ユニット１２と異なるのは、無線機１５４およびそのアンテナ１５５を備えている点である。その他は通信集約ユニット１２と同様である。
通信制御ユニット１５２は、各観測ユニット１０ｑ〜１０ｍから収集した観測データをユニット毎に且つ一定時間毎にファイル化する。この通信制御ユニット１５２には、例えば２０日程度分の観測データを一時保持するバッファリング機能を持たせている。これは、基幹通信網や無線中継器の障害発生時に一時的なデータの保管を行い、障害解除後にデータの伝送を行えるようにするためである。
【００４３】
無線機１５４は通信制御ユニット１５２から出力されるシリアルデータをスペクトラム拡散変調してアンテナ１５５から無線送信する。
【００４４】
なお、図６に示した例では、無線集約ユニット１５に備えられている１つのポート部分についてのみ示したが、無線集約ユニット１５の他のポートには、別系統のデージーチェーン接続したケーブル３０が同様に接続される。
【００４５】
図７は無線中継ユニットの構成を示すブロック図である。ここで１４１は無線機１４２のアンテナである。無線機１４２は、上記無線集約ユニット１５から送信された電波を受信し、復調することによって、シリアルデータを生成する。上記無線集約ユニット１５、無線中継ユニット１４の無線機１４２および通信制御ユニット１４３を経由して、上記ファイル化した観測データを基幹通信網に接続されている監視装置１７へ伝送する。通信制御ユニット１４３には、例えば２０日程度分の観測データを一時保持するバッファリング機能を持たせている。これにより、基幹通信網の障害発生時に一時的なデータの保管を行い、障害解除後にデータの伝送を行えるようにする。
【００４６】
図８は、上記観測ユニットまたは他センサ用ユニットに設けた端子台の構成を示す図である。ケーブル３０ａ，３０ｂは、上述したように、計４本の心線を備えている。これらの心線端部には、それぞれ圧着端子を取り付けていて、その圧着端子を端子台２２５の所定位置にネジ留めすることによって、観測ユニットまたは他センサ用ユニットにケーブル３０ａ、３０ｂを接続する。
【００４７】
なお、端子台とユニット内部の回路とを接続する信号線については、図８においては省略している。
上記ケーブル３０ａ，３０ｂは、フレキシブルな保護管を通して、土中、地表、コンクリート内等に敷設する。
【００４８】
このような構造により、ケーブル端部の加工およびケーブルの取り付けが極めて容易になる。すなわち、専用のコネクタやプラグを取り付ける必要がなく、ケーブルおよび圧着端子も一般に入手可能であり、配線、結線およびそのチェックに必要な技能も、一般の電工工事レベルで可能となる。そのため、ケーブルを保護する保護管の敷設も含め、この観測ユニットまたは他センサ用ユニットを設置する地元の電装工事業者などの第三者が、特殊な工具や技能を要せずに工事することが可能となる。
【００４９】
図９は、各観測ユニットまたは他センサ用ユニットからデータが送信されるタイミングを示す図である。この例では１つのタイムスロットの時間が０．５秒に相当する。デージーチェーン接続された一続きのシリアルデータ伝送ライン３０′には、３０秒間に６０のタイムスロットを利用して、最大６０台のユニット（観測ユニットと他センサ用ユニットの合計台数）からのデータが乗せられる。図１に示した例では、通信集約ユニット１２および無線集約ユニット１５が複数のポートを備えているので、６０台×ポート数だけ上記ユニットからのデータを収集することができる。
【００５０】
図１０は観測ユニットまたは他センサ用ユニットからシリアルデータ伝送ラインへ乗せられる、１回のタイムスロットで送られる出力データの構成を示す図である。
（Ａ）は、観測ユニットが、そのＩＤによって割り当てられたタイムスロットで３０秒毎に送信するデータのフォーマットである。ここで「同期バイト」は、このデータを通信集約ユニットまたは無線集約ユニットが受け取って抽出する際の、先頭位置を検出するためのデータである。「メッセージＩＤ」はそれ以降に続くデータ列が観測データに関するデータであることを示す識別コードである。「ユニットＩＤ」は、このデータを出力した観測ユニットを識別するためのコードである。「ＧＰＳ時刻」は、それに続く各チャンネルの観測データを求めた時刻（ＧＰＳタイム）である。「各チャンネルの観測データ」は、ＧＰＳ計測センサ内の各受信チャンネルで受信した観測データを所定フォーマットで表わしたものである。この観測データには、受信した衛星毎に、衛星番号、受信点から衛星までの擬似距離、およびその衛星からの電波のキャリア位相データを含まれている。
【００５１】
（Ｂ）は、観測ユニットが、所定周期で送信する航法メッセージのデータフォーマットである。ここで「同期バイト」は、（Ａ）に示したものと同様である。「メッセージＩＤ」は、以降に続くデータが航法メッセージについてのデータであることを示す識別コードである。「ユニットＩＤ」は、このデータを出力した観測ユニットを識別するためのコードである。「各衛星の航法メッセージ」は、３０分かけてＧＰＳ衛星から受信した各衛星の航法メッセージを所定フォーマットで表わしたものである。
【００５２】
（Ｃ）は、他センサ用ユニットが、そのＩＤによって割り当てられたタイムスロットで３０秒毎に送信するデータのフォーマットである。ここで「同期バイト」は、上述したものと同様に、このデータを通信集約ユニットまたは無線集約ユニットで抽出する際の先頭位置を検出するためのデータである。「メッセージＩＤ」は、以降に続くデータが、他センサ用ユニットによって求められた観測データであることを示すコードである。「ユニットＩＤ」は、この他センサ用ユニットの識別コードである。「ＧＰＳ時刻」は、それに続く「センサのデータ」を取り込んだ時刻である。「センサのデータ」は、例えば傾斜計、伸縮計、水位計などにより検出したデータである。
【００５３】
図１１は、観測ユニットまたは他センサ用ユニットの処理内容を示すフローチャートである。すなわち、観測ユニットにおいては、ＧＰＳ計測センサ２１の処理内容、他センサ用ユニットにおいては、マイクロプロセッサ１１２の処理内容を示すフローチャートである。（Ａ）に示すように、観測ユニットまたは他センサ用ユニットを設置して初めて電源投入した時、制御回路（２２１、１１８）により設定されているユニットＩＤを読み込む。
【００５４】
観測ユニットにおいては、ＧＰＳ衛星からの電波の受信によって求めたＧＰＳタイムに基づき、０．５秒毎に図１１の（Ｂ）に示した処理を行う。また、他センサ用ユニットにおいては、図５に示したＧＰＳ受信機１１３から出力される０．５秒毎の割込信号に応答して、この図１１の（Ｂ）に示す処理を実行する。すなわち、まずこの０．５秒毎の処理の開始をカウントして、現在どのタイムスロットに相当するかを求める（ｎ１）。現在時刻の秒の桁が００秒または３０秒など、予め定めた観測データ取り込みタイミングとなれば、その観測データを一時記憶する（ｎ２→ｎ３）。すなわち、観測ユニットにおけるＧＰＳ計測センサは、各衛星の観測擬似距離およびキャリア位相のデータを一時記憶する。また他センサ用ユニットにおけるマイクロプロセッサ１１２は、センサ１６による観測データを一時記憶する。また、現在のタイムスロットが、データ送信タイミングであれば、一時記憶していたデータを図１０の（Ａ）または（Ｃ）に示した所定フォーマットでシリアルデータ伝送ライン３０′へ出力する（ｎ４）→（ｎ５）。
【００５５】
上記データ送信タイミングは、電源オン時に読み込んだユニットＩＤに基づき、予め割り当てられたタイムスロットになったか否かの判定により行う。例えばユニットＩＤが“０１”ならタイムスロット０の時に、ユニットＩＤが“０５”ならタイムスロット５の時に、さらにユニットＩＤが“５９”ならタイムスロット５９の時に、それぞれデータを送信する。
【００５６】
図１２は、無線集約ユニットまたは通信集約ユニットの処理内容を示すフローチャートである。（Ａ）は前記タイムスロットに応じて送信されてくるデータを処理する手順である。まず、同期バイトの検出を行い、それに続くメッセージＩＤおよびそれ以降のデータの読み取りを行う（ｎ１１→ｎ１２）。この処理を繰り返すことによって、３０秒毎（００秒と３０秒）の観測データを、３０秒間に最大６０台の観測ユニットまたは他センサ用ユニットから収集する。
【００５７】
図１２の（Ｂ）に示す処理は、基幹通信網を介して所定時間毎に監視装置へデータ伝送を行う処理手順である。まず、観測ユニットまたは他センサ用ユニット毎のデータを蓄積し、例えば１時間分のデータを１つのファイルとして作成する（ｎ２１）。したがって１時間毎に、観測ユニットおよび他センサ用ユニットの台数分のファイルが作成される。そして、これらのファイルを基幹通信網を介して監視装置１７へ伝送する（ｎ２２）。以上の処理を繰り返すことによって監視装置１７側では、１時間毎にすべての観測ユニットおよび他センサ用ユニットの観測データを収集し、解析することができる。
【００５８】
図１３は監視装置の処理手順を示すフローチャートである。まず、通信集約ユニット１２または無線集約ユニット１５から１時間毎にデータファイルを読み取る（ｎ３１）。このデータファイルから観測データを抽出し、各観測ユニットのＧＰＳ計測センサのアンテナの位置( 観測点）の相対測位を行う。また、他センサ用ユニットが求めた観測データを抽出する（ｎ３２）。続いて、上記観測点の相対位置変化および傾斜計、伸縮計、水位計などの各種センサの検出結果に基づいて、監視領域の大地変動を解析し、その結果を出力する（ｎ３３→ｎ３４）。以上の処理を、通信集約ユニットまたは無線集約ユニットからデータファイルを読み取る毎に繰返し行う。
【００５９】
なお、以上の各図を参照して説明した例では、観測ユニット１０および他センサ用ユニット１１をケーブル３０でデージーチェーン接続し、そのケーブルの端部を通信集約ユニット１２や無線集約ユニット１５に接続したが、通信集約ユニット１２や無線集約ユニット１５に対して、観測ユニット１０や他センサ用ユニット１１を個別にケーブルで接続してもよい。その場合でも、通信集約ユニット１２や無線集約ユニット１５は、測位系の時刻に同期した周期で、各観測ユニット１０または他センサ用ユニット１１からの観測データを時分割的に収集する。そのため、通信集約ユニット１２や無線集約ユニット１５と、観測ユニット１０や他センサ用ユニット１１との間は個別のケーブルで結ぶことになるが、通信集約ユニット１２や無線集約ユニット１５の端子台に対して、各ケーブルを電気的にはすべて並列に接続すればよい。
【００６０】
したがって、デージーチェーン接続しない場合に、観測ユニット１０や他センサ用ユニット１１の数が増大しても、通信集約ユニット１２や無線集約ユニット１５内の通信制御ユニットの処理内容は変わらず、その規模が増大することはない。
【００６１】
【発明の効果】
この発明によれば、データ収集装置は、測位系の時刻に同期した周期で、各観測装置からの観測データを時分割的に収集でき、観測装置の数が増大しても、データ収集装置の規模を増大させることなく、対応可能となる。
【００６２】
また、この発明によれば、複数の観測装置とデータ収集装置とをシリアルデータ伝送ラインおよび電源ラインを含むケーブルを介してデージーチェーン接続することにより、ケーブルの総延長が短くなり、且つデータ収集装置側でのデータ収集のためのインタフェースが大幅に簡素化される。
【００６３】
また、この発明によれば、観測装置が、測位用衛星からの電波のキャリア位相に関する観測データを求めるものとすることにより、前記アンテナの相対位置が容易に高精度に測位できる。
【００６４】
また、この発明によれば、観測手段が、地面の傾斜を計測する傾斜計、２点間の伸縮量を計測する伸縮計、または水位を計測する水位計のいずれかとすることにより、測位用衛星からの電波を受信することによる相対測位を補完して、現場の状況に応じて大地の変動検出用観測データを求めることができる。
【００６５】
また、この発明によれば、観測手段とデータ伝送手段とを１つのユニットとして一体化するとともに、シリアルデータ伝送ラインと電源ラインとを接続する端子台をそのユニットに設けることにより、観測装置の設置およびそれに対するシリアルデータ伝送ラインと電源ラインの接続が極めて容易になる。
【００６６】
また、この発明によれば、収集された観測データを解析するデータ解析手段と、前述した大地監視用観測データ収集システムとによって、地滑り等の大地の変動を監視する大地監視システムが容易に構成できる。
【００６７】
さらに、この発明によれば、データ収集装置を基幹通信網に接続し、該基幹通信網にデータ解析手段による解析結果を出力する監視装置を接続することによって、例えば、公衆回線や専用回線としての光ファイバ網などを介して、遠隔地で所定の監視領域の大地の変動を容易に監視できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】大地監視用観測データ収集システムおよび大地監視システムの全体の構成を示す図
【図２】観測ユニットの外観構造を示す正面図
【図３】観測ユニットおよび通信集約ユニットの構成の構成を示すブロック図
【図４】観測ユニットの構成を示すブロック図
【図５】他センサ用ユニットの構成を示すブロック図
【図６】無線集約ユニットの構成を示すブロック図
【図７】無線中継ユニットの構成を示すブロック図
【図８】観測ユニットおよび他センサ用ユニットにおける端子台へのケーブルの接続構造を示す図
【図９】タイムスロットの割り当て例を示す図
【図１０】観測ユニットまたは他センサ用ユニットからの送信データの例を示す図
【図１１】観測ユニットおよび他センサ用ユニットの処理内容を示すフローチャート
【図１２】通信集約ユニットおよび無線集約ユニットの処理内容を示すフローチャート
【図１３】監視装置の処理内容を示すフローチャート
【符号の説明】
１０−観測ユニット
１１−他センサ用ユニット
１２−通信集約ユニット（データ収集装置）
１３−基幹通信網
１４−無線中継ユニット
１５−無線集約ユニット（データ収集装置）
１６−センサ
１７−監視装置
２１−ＧＰＳ計測センサ
２２−制御ボックス
２３−支柱
２４−ベース
２５−ケーブル
３０−ケーブル
３０′−シリアルデータ伝送ライン
３０″−電源ライン
２２５−端子台
【発明の属する技術分野】
この発明は、観測装置による大地の変動検出用観測データをデータ収集装置で収集するようにした大地監視用観測データ収集システムおよび大地監視システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、たとえば地殻変動などの比較的広域にわたる大地の変動を監視するシステムにおいて、観測データを収集するデータ収集装置と観測装置との間が数キロメートル以上の遠距離になる場合には、無線によってデータ伝送を行っている。
【０００３】
具体的には、観測装置とデータ収集装置との間でデータリンクを確立させるために、観測装置毎に周波数チャンネルを割り当てて、その周波数チャンネルを利用してデータ収集装置が複数の観測装置から観測データを個別に収集するようにしていた。
【０００４】
一方、傾斜地における地滑りを監視する装置など、比較的狭域における大地監視システムでは、地滑りを検出するセンサとデータ収集装置との間を１対１のケーブルで個別に接続して、データ収集装置が複数のセンサによる検出結果をそれぞれ読み取るようにしていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、前者の、無線によって観測装置とデータ収集装置間でデータリンクさせるようにした大地監視システムにおいては、監視すべきポイントの数が多くて、設置すべき観測装置の数が増えると、観測装置の台数分の無線通信装置をデータ収集装置側に設け、且つ個別に周波数チャンネルを割り当てなければならない。しかも各無線通信装置とのインタフェース回路は観測装置の数に比例するため、観測装置の数が増える程、データ収集装置の規模が大きくなるという問題があった。
【０００６】
また、後者の、観測装置とデータ収集装置との間を、単に個別のケーブルで接続するようにした大地監視システムにおいては、各観測装置による観測データを個別に収集するので、観測装置の数が増える程、やはりデータ収集装置の規模が大きくなるという問題があった。
【０００７】
さらに、観測装置とデータ収集装置との間を、個別のケーブルで接続するようにした場合には、監視領域が広範囲になって、データ収集装置の数が増すと、ケーブルの数およびその総延長が長くなり、ケーブル敷設工事のための費用および時間もかかる。さらにデータ収集装置における観測装置毎のインタフェース回路も大規模なものとなって不経済になるという問題が生じる。
【０００８】
この発明の目的は、多数の観測装置を設置する場合でも、観測装置毎の無線周波数チャンネルを用いる必要がなく、データ収集装置の規模が大きくならない大地監視用データ収集システムおよび大地監視システムおよびその構築方法を提供することにある。
【０００９】
また、この発明の目的は、ケーブル本数およびケーブルの総延長を最低限なものとして、さらにデータ収集装置側のインタフェースも簡素化した、大地監視用データ収集システム、大地監視システムおよびその構築方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
この発明は、測位系の時刻に同期して送出された測位用衛星からの電波をアンテナで受け、大地の変動検出用の観測データを求める観測手段と、前記測位系時刻に同期した周期で、且つ他のデータ伝送手段によるデータ送出タイミングに重ならないタイミングで、前記観測データをデータ伝送ラインへ送出するデータ伝送手段とを備えた複数の観測装置と、
前記各観測装置のデータ伝送手段から送出された観測データを受信して、各観測装置の観測データを収集するデータ収集手段を備えたデータ収集装置とを備え、
前記データ伝送ラインおよび電源ラインを含むケーブルを介して、前記複数の観測装置と前記データ収集装置とを接続することによって大地監視用観測データ収集システムを構成する。
【００１１】
この構成により、データ収集装置は、測位系の時刻に同期した周期で、各観測装置からの観測データを時分割的に収集する。
【００１２】
また、この発明は、測位系の時刻に同期して送出された測位用衛星からの電波をアンテナで受け、大地の変動検出用の観測データを求める観測手段と、前記測位系時刻に同期した周期で、且つ他のデータ伝送手段によるデータ送出タイミングに重ならないタイミングで、前記観測データをシリアルデータ伝送ラインへ送出するデータ伝送手段とを複数の観測装置にそれぞれ設け、各観測装置のデータ伝送手段から送出された観測データを受信して、各観測装置の観測データを収集するデータ収集手段をデータ収集装置に設け、前記シリアルデータ伝送ラインおよび電源ラインを含むケーブルを介して、複数の観測装置とデータ収集装置とをデージーチェーン接続することによって大地監視用観測データ収集システムを構成する。
【００１３】
このように複数の観測装置とデータ収集装置とをシリアルデータ伝送ラインおよび電源ラインを含むケーブルを介してデージーチェーン接続することにより、ケーブルの総延長を短くし、且つデータ収集装置側でのデータ収集のためのインタフェースを簡素化する。
【００１４】
また、この発明は、前記観測手段の少なくとも１つを、測位用衛星からの電波のキャリア位相に関する観測データを求めるものとする。これにより、前記アンテナの位置をキャリア位相に基づいて相対測位する。
【００１５】
また、この発明は、前記観測手段の少なくとも１つを、地面の傾斜を計測する傾斜計、２点間の伸縮量を計測する伸縮計、または水位を計測する水位計のいずれかとする。これらの計測手段によって、大地の変動検出用観測データを求める。
【００１６】
また、この発明は、前記観測手段と前記データ伝送手段とを観測ユニットとして一体化するとともに、前記シリアルデータ伝送ラインと前記電源ラインとを接続する端子台をその観測ユニットに設ける。この構成により、観測装置の設置およびそれに対するシリアルデータ伝送ラインと電源ラインの接続を容易にする。
【００１７】
また、この発明は、収集された観測データを解析するデータ解析手段と、上記大地監視用観測データ収集システムとを備えて、大地監視システムを構成する。
【００１８】
また、この発明は、前記データ収集装置を基幹通信網に接続し、該基幹通信網に前記データ解析手段による解析結果を出力する監視装置を接続して、大地監視システムを構成する。これにより、例えば、公衆回線や専用回線としての光ファイバ網などを介して、遠隔地で所定の監視領域の監視を行えるようにする。
【００１９】
また、この発明は、測位系の時刻に同期して送出された測位用衛星からの電波をアンテナで受け、大地の変動検出用の観測データを求める観測手段と、前記測位系時刻に同期した周期で、且つ他のデータ伝送手段によるデータ送出タイミングに重ならないタイミングで、前記観測データをデータ伝送ラインへ送出するデータ伝送手段と、前記データ伝送ラインの接続手段とで観測ユニットを構成し、前記観測ユニットのデータ伝送手段から送出された観測データを受信するデータ収集装置と複数の前記観測ユニットの前記接続手段とを前記データ伝送ラインおよび電源ラインで接続して大地監視用観測データ収集システムを構築する。
【００２０】
このように、観測手段、データ伝送手段、および接続手段をユニット化した観測ユニットをデータ収集装置に接続することによって、大地監視用の観測データ収集システムを容易に構築できるようにする。
【００２１】
さらに、この発明は、前記複数の観測ユニットの前記接続手段同士を前記データ伝送ラインおよび電源ラインでデージーチェーン接続する。これにより、データ収集装置に対する複数の観測ユニットの接続を容易にし、データ伝送ラインおよび電源ラインの敷設費用も低減できるようにする。
【００２２】
【発明の実施の形態】
この発明の実施形態である大地監視用観測データ収集システムおよび大地監視システムの構成を、各図を参照して順に説明する。
図１は大地監視システムの全体の構成を示す系統図である。図１において、１０ａ，１０ｂ，１０ｃ．．．．１０ｑはそれぞれＧＰＳ衛星からの電波を受信する観測ユニットである。１１ａは観測ユニット１０以外の他のセンサ１６を用いて観測データを求める他センサ用ユニットである。
【００２３】
これらの観測ユニット１０は、監視すべき領域内の所定の観測点に設置している。また、傾斜計、伸縮計、水位計などのセンサ１６は、傾斜、伸縮、または水位などの計測を行うべき点に設置していて、その付近に他センサ用ユニット１１ａを配置している。この例では、観測ユニット１０ａ〜１０ｈを一方の山の斜面に配置し、観測ユニット１０ｉ〜１０ｑを川または道路を挟んだ他方の山の斜面に設置している。
【００２４】
１２は、本発明に係るデータ収集装置に相当する通信集約ユニットである。この通信集約ユニット１２と、複数の観測ユニット１０とは、ケーブル３０を介してデージーチェーン接続している。但し、この例では、通信集約ユニット１２は複数のケーブル接続ポートを備えていて、観測ユニット１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄおよび通信集約ユニット１２が、ケーブル３０でデージーチェーン接続した１つの系統をなしていて、観測ユニット１０ｅ，１０ｆ，１０ｇ，１０ｈ，他センサ用ユニット１１ａ、および通信集約ユニット１２が、ケーブル３０でデージーチェーン接続したもう１つの系統をなしている。
【００２５】
１３は、公衆回線、専用回線などとしての光ファイバ網またはそれに代わるＷ−ＣＤＭＡ、インマルサット等の大容量通信網などによる基幹通信網である。この基幹通信網には、前記通信集約ユニット１２、後述する監視装置１７および無線中継ユニット１４などを接続している。
【００２６】
１５は、本発明に係るデータ収集装置に相当する無線集約ユニットであり、上記通信集約ユニット１２の場合と同様に、複数のケーブル接続ポートを備えている。この例では、観測ユニット１０ｉ，１０ｊ，１０ｋ，１０ｌおよび無線集約ユニット１５が、ケーブル３０を介してデージーチェーン接続した１つの系統をなしていて、観測ユニット１０ｍ，１０ｎ，１０ｏ，１０ｐ，１０ｑおよび無線集約ユニット１５が、ケーブル３０を介してデージーチェーン接続したもう１つの系統をなしている。
【００２７】
上記無線集約ユニット１５と無線中継ユニット１４とは、２．４ＧＨｚ帯でスペクトラム拡散する特定小電力無線を利用して無線通信を行う。この無線通信によって、道路や谷川などを越えてデータ伝送を行う。
【００２８】
後述するように、通信集約ユニット１２は、それにデージーチェーン接続されている複数の観測ユニット１０ａ〜１０ｈおよび他センサ用ユニット１１ａからの観測データを時分割的に収集し、一定時間蓄積して、データをファイル化すると共に基幹通信網を介して監視装置１７へ伝送する。無線集約ユニット１５についても同様に、それにデージーチェーン接続されている複数の観測ユニット１０ｉ〜１０ｑからの観測データを時分割的に収集し、一定時間蓄積して、データをファイル化すると共に、無線中継ユニット１４および基幹通信網１３を介して監視装置１７へ伝送する。
【００２９】
監視装置１７は、大地監視を行う事務所や管理局などの中に設けて、監視領域内の各観測点における大地の変動量や変動方向およびその時間変化などを解析し表示出力する。
【００３０】
図２は、図１に示した観測ユニット１０の構成を示す正面図である。図２において２１はＧＰＳ計測センサ、２３はそれを支える金属パイプからなる支柱、２４は支柱２３を支持する円板状のベースである。このベース２４をコンクリート上や柱状体に取り付けることによって、ＧＰＳ計測センサ２１を所定位置に固定する。
【００３１】
このＧＰＳ計測センサ２１は、ＧＰＳ衛星からの電波を受信するアンテナのレドーム内にアンテナ、受信回路、およびその受信により求めた観測データを所定のタイミングで出力するための制御回路を設けたものである。
【００３２】
図２において、２２は制御ボックスであり、支柱２３に固定している。この制御ボックス２２には、後述するように、観測ユニット１０に割り当てる観測ユニットＩＤを設定する制御回路、ＧＰＳ計測センサ２１に対する電源回路、信号のレベル変換を行うレベル変換器、およびケーブルを接続する端子台などを備えている。２５は、ＧＰＳ計測センサ２１と制御ボックス２２との間を接続するケーブル、３０ａ，３０ｂは、この観測ユニット１０に対してデージーチェーン接続する前後の観測ユニットとの間を結ぶケーブルである。
【００３３】
図３は、複数の観測ユニットと通信集約ユニットとの接続関係を示す図である。図３において、３０′はシリアルデータ伝送ライン、３０″は電源ラインである。上述のケーブル３０は、このシリアルデータ伝送ライン３０′と電源ライン３０″とからなるケーブルであり、３０′，３０″のいずれもツイストペアケーブルであり、この２つのツイストペアケーブルを束ねて１本のケーブル３０を構成している。シリアルデータ伝送ライン３０′の末端は終端器によって無反射終端している。
【００３４】
通信集約ユニット１２は、商用電源を入力して、直流電源電圧を出力する電源回路１２３、シリアルデータ伝送ライン３０′から入力される信号をレベル変換するレベル変換器１２１、および基幹通信網との間で通信制御を行う通信制御ユニット１２２を備えている。
【００３５】
通信制御ユニット１２２は、各観測ユニット１０ａ〜１０ｄから収集した観測データをユニット毎に且つ一定時間毎にファイル化し、基幹通信網に接続されている監視装置１７へ伝送する。この通信制御ユニット１２２には、例えば２０日程度分の観測データを一時保持するバッファリング機能を持たせている。これは、基幹通信網の障害発生時に一時的なデータの保管を行い、障害解除後にデータの伝送を行えるようにするためである。これにより、データの欠損をなくす。
【００３６】
上記シリアルデータ伝送ライン３０′は、例えばＲＳ４８５規格に相当するものであり、最長８００ｍの範囲に多数の観測ユニット１０および他センサ用ユニット１１を接続することができる。通信集約ユニット１２内の電源回路１２３は電源ライン３０″に対してＤＣ１２Ｖを供給する。
各観測ユニット１０は、ＧＰＳ計測センサ２１と制御ボックス２２とから構成している。
【００３７】
なお、図３に示した例では、通信集約ユニット１２に備えられている１つのポート部分についてのみ示したが、通信集約ユニット１２の他のポートには、別系統のデージーチェーン接続したケーブル３０が同様に接続される。
【００３８】
図４は観測ユニット１０の特に制御ボックス２２の構成を示すブロック図である。制御ボックス２２は、ケーブル３０ａ，３０ｂを接続する端子台２２５を備えていて、この端子台２２５に、一方の観測ユニットからのケーブル３０ａをおよび他方の観測ユニットへのケーブル３０ｂをそれぞれ接続する。制御ボックス２２において、ＤＣ電源回路２２３は、電源ライン３０″からのＤＣ１２Ｖ電源をＤＣ５Ｖの電圧に変換して、ＧＰＳ計測センサ２１および制御回路２２１へ電源電圧を供給する。ＧＰＳ計測センサ２１と制御ボックス２２との間は、電源ラインを含むシリアルデータ伝送ライン（例えば、ＲＳ２３２Ｃ）のケーブル２５で接続している。
【００３９】
制御回路２２１は、ＧＰＳ計測センサ２１に対して観測ユニットＩＤを設定するスイッチ、そのスイッチの状態を取り込むシフトレジスタ、およびそのシフトレジスタの内容をシリアルにＧＰＳ計測センサ２１へ出力するためのクロック信号発生回路などから構成している。ＧＰＳ計測センサ２１は、電源投入時に制御回路２２１からＩＤを読み取り、そのＩＤに対応したタイミングで、観測データを出力する。レベル変換器２２２は、ＧＰＳ計測センサ２１から出力されるＲＳ２３２Ｃ形式の信号をＲＳ４８５形式へレベル変換する。アレスタ２２４は、ケーブル３０ａ、３０ｂからの誘導雷によってレベル変換器２２２またはＤＣ電源回路２２３が破壊されるのを防止する。
【００４０】
図５は、他センサ用ユニットと、それに接続されるセンサの構成を示すブロック図である。他センサ用ユニット１１において、ＧＰＳ受信機１１３はＧＰＳ衛星からの電波を受信してＧＰＳタイムを求める。マイクロプロセッサ１１２は、ＧＰＳ受信機１１３から出力される０．５秒毎の信号に同期して、後述する処理を実行する。制御回路１１８は、図４に示した観測ユニットに設けた制御回路２２１と略同様にして、他センサ用ユニット１１のＩＤを設定する回路である。マイクロプロセッサ１１２は、電源投入時に制御回路１１８からＩＤを読み取り、そのＩＤに対応したタイミングで、観測データを出力する。
【００４１】
レベル変換器１１５は、マイクロプロセッサ１１２から出力されるシリアルデータをＲＳ４８５形式のレベルに変換する。センサ１６は、傾斜計、伸縮計、水位計などであり、ＡＤコンバータ１１１は、これらのセンサの検出結果をディジタルデータに変換しマイクロプロセッサ１１２へ与える。ＤＣ電源回路１１４は、マイクロプロセッサ１１２、ＡＤコンバータ１１１、および必要に応じてセンサ１６に電源電圧を供給する。
【００４２】
図６は無線集約ユニットの構成を示すブロック図である。図３に示した通信集約ユニット１２と異なるのは、無線機１５４およびそのアンテナ１５５を備えている点である。その他は通信集約ユニット１２と同様である。
通信制御ユニット１５２は、各観測ユニット１０ｑ〜１０ｍから収集した観測データをユニット毎に且つ一定時間毎にファイル化する。この通信制御ユニット１５２には、例えば２０日程度分の観測データを一時保持するバッファリング機能を持たせている。これは、基幹通信網や無線中継器の障害発生時に一時的なデータの保管を行い、障害解除後にデータの伝送を行えるようにするためである。
【００４３】
無線機１５４は通信制御ユニット１５２から出力されるシリアルデータをスペクトラム拡散変調してアンテナ１５５から無線送信する。
【００４４】
なお、図６に示した例では、無線集約ユニット１５に備えられている１つのポート部分についてのみ示したが、無線集約ユニット１５の他のポートには、別系統のデージーチェーン接続したケーブル３０が同様に接続される。
【００４５】
図７は無線中継ユニットの構成を示すブロック図である。ここで１４１は無線機１４２のアンテナである。無線機１４２は、上記無線集約ユニット１５から送信された電波を受信し、復調することによって、シリアルデータを生成する。上記無線集約ユニット１５、無線中継ユニット１４の無線機１４２および通信制御ユニット１４３を経由して、上記ファイル化した観測データを基幹通信網に接続されている監視装置１７へ伝送する。通信制御ユニット１４３には、例えば２０日程度分の観測データを一時保持するバッファリング機能を持たせている。これにより、基幹通信網の障害発生時に一時的なデータの保管を行い、障害解除後にデータの伝送を行えるようにする。
【００４６】
図８は、上記観測ユニットまたは他センサ用ユニットに設けた端子台の構成を示す図である。ケーブル３０ａ，３０ｂは、上述したように、計４本の心線を備えている。これらの心線端部には、それぞれ圧着端子を取り付けていて、その圧着端子を端子台２２５の所定位置にネジ留めすることによって、観測ユニットまたは他センサ用ユニットにケーブル３０ａ、３０ｂを接続する。
【００４７】
なお、端子台とユニット内部の回路とを接続する信号線については、図８においては省略している。
上記ケーブル３０ａ，３０ｂは、フレキシブルな保護管を通して、土中、地表、コンクリート内等に敷設する。
【００４８】
このような構造により、ケーブル端部の加工およびケーブルの取り付けが極めて容易になる。すなわち、専用のコネクタやプラグを取り付ける必要がなく、ケーブルおよび圧着端子も一般に入手可能であり、配線、結線およびそのチェックに必要な技能も、一般の電工工事レベルで可能となる。そのため、ケーブルを保護する保護管の敷設も含め、この観測ユニットまたは他センサ用ユニットを設置する地元の電装工事業者などの第三者が、特殊な工具や技能を要せずに工事することが可能となる。
【００４９】
図９は、各観測ユニットまたは他センサ用ユニットからデータが送信されるタイミングを示す図である。この例では１つのタイムスロットの時間が０．５秒に相当する。デージーチェーン接続された一続きのシリアルデータ伝送ライン３０′には、３０秒間に６０のタイムスロットを利用して、最大６０台のユニット（観測ユニットと他センサ用ユニットの合計台数）からのデータが乗せられる。図１に示した例では、通信集約ユニット１２および無線集約ユニット１５が複数のポートを備えているので、６０台×ポート数だけ上記ユニットからのデータを収集することができる。
【００５０】
図１０は観測ユニットまたは他センサ用ユニットからシリアルデータ伝送ラインへ乗せられる、１回のタイムスロットで送られる出力データの構成を示す図である。
（Ａ）は、観測ユニットが、そのＩＤによって割り当てられたタイムスロットで３０秒毎に送信するデータのフォーマットである。ここで「同期バイト」は、このデータを通信集約ユニットまたは無線集約ユニットが受け取って抽出する際の、先頭位置を検出するためのデータである。「メッセージＩＤ」はそれ以降に続くデータ列が観測データに関するデータであることを示す識別コードである。「ユニットＩＤ」は、このデータを出力した観測ユニットを識別するためのコードである。「ＧＰＳ時刻」は、それに続く各チャンネルの観測データを求めた時刻（ＧＰＳタイム）である。「各チャンネルの観測データ」は、ＧＰＳ計測センサ内の各受信チャンネルで受信した観測データを所定フォーマットで表わしたものである。この観測データには、受信した衛星毎に、衛星番号、受信点から衛星までの擬似距離、およびその衛星からの電波のキャリア位相データを含まれている。
【００５１】
（Ｂ）は、観測ユニットが、所定周期で送信する航法メッセージのデータフォーマットである。ここで「同期バイト」は、（Ａ）に示したものと同様である。「メッセージＩＤ」は、以降に続くデータが航法メッセージについてのデータであることを示す識別コードである。「ユニットＩＤ」は、このデータを出力した観測ユニットを識別するためのコードである。「各衛星の航法メッセージ」は、３０分かけてＧＰＳ衛星から受信した各衛星の航法メッセージを所定フォーマットで表わしたものである。
【００５２】
（Ｃ）は、他センサ用ユニットが、そのＩＤによって割り当てられたタイムスロットで３０秒毎に送信するデータのフォーマットである。ここで「同期バイト」は、上述したものと同様に、このデータを通信集約ユニットまたは無線集約ユニットで抽出する際の先頭位置を検出するためのデータである。「メッセージＩＤ」は、以降に続くデータが、他センサ用ユニットによって求められた観測データであることを示すコードである。「ユニットＩＤ」は、この他センサ用ユニットの識別コードである。「ＧＰＳ時刻」は、それに続く「センサのデータ」を取り込んだ時刻である。「センサのデータ」は、例えば傾斜計、伸縮計、水位計などにより検出したデータである。
【００５３】
図１１は、観測ユニットまたは他センサ用ユニットの処理内容を示すフローチャートである。すなわち、観測ユニットにおいては、ＧＰＳ計測センサ２１の処理内容、他センサ用ユニットにおいては、マイクロプロセッサ１１２の処理内容を示すフローチャートである。（Ａ）に示すように、観測ユニットまたは他センサ用ユニットを設置して初めて電源投入した時、制御回路（２２１、１１８）により設定されているユニットＩＤを読み込む。
【００５４】
観測ユニットにおいては、ＧＰＳ衛星からの電波の受信によって求めたＧＰＳタイムに基づき、０．５秒毎に図１１の（Ｂ）に示した処理を行う。また、他センサ用ユニットにおいては、図５に示したＧＰＳ受信機１１３から出力される０．５秒毎の割込信号に応答して、この図１１の（Ｂ）に示す処理を実行する。すなわち、まずこの０．５秒毎の処理の開始をカウントして、現在どのタイムスロットに相当するかを求める（ｎ１）。現在時刻の秒の桁が００秒または３０秒など、予め定めた観測データ取り込みタイミングとなれば、その観測データを一時記憶する（ｎ２→ｎ３）。すなわち、観測ユニットにおけるＧＰＳ計測センサは、各衛星の観測擬似距離およびキャリア位相のデータを一時記憶する。また他センサ用ユニットにおけるマイクロプロセッサ１１２は、センサ１６による観測データを一時記憶する。また、現在のタイムスロットが、データ送信タイミングであれば、一時記憶していたデータを図１０の（Ａ）または（Ｃ）に示した所定フォーマットでシリアルデータ伝送ライン３０′へ出力する（ｎ４）→（ｎ５）。
【００５５】
上記データ送信タイミングは、電源オン時に読み込んだユニットＩＤに基づき、予め割り当てられたタイムスロットになったか否かの判定により行う。例えばユニットＩＤが“０１”ならタイムスロット０の時に、ユニットＩＤが“０５”ならタイムスロット５の時に、さらにユニットＩＤが“５９”ならタイムスロット５９の時に、それぞれデータを送信する。
【００５６】
図１２は、無線集約ユニットまたは通信集約ユニットの処理内容を示すフローチャートである。（Ａ）は前記タイムスロットに応じて送信されてくるデータを処理する手順である。まず、同期バイトの検出を行い、それに続くメッセージＩＤおよびそれ以降のデータの読み取りを行う（ｎ１１→ｎ１２）。この処理を繰り返すことによって、３０秒毎（００秒と３０秒）の観測データを、３０秒間に最大６０台の観測ユニットまたは他センサ用ユニットから収集する。
【００５７】
図１２の（Ｂ）に示す処理は、基幹通信網を介して所定時間毎に監視装置へデータ伝送を行う処理手順である。まず、観測ユニットまたは他センサ用ユニット毎のデータを蓄積し、例えば１時間分のデータを１つのファイルとして作成する（ｎ２１）。したがって１時間毎に、観測ユニットおよび他センサ用ユニットの台数分のファイルが作成される。そして、これらのファイルを基幹通信網を介して監視装置１７へ伝送する（ｎ２２）。以上の処理を繰り返すことによって監視装置１７側では、１時間毎にすべての観測ユニットおよび他センサ用ユニットの観測データを収集し、解析することができる。
【００５８】
図１３は監視装置の処理手順を示すフローチャートである。まず、通信集約ユニット１２または無線集約ユニット１５から１時間毎にデータファイルを読み取る（ｎ３１）。このデータファイルから観測データを抽出し、各観測ユニットのＧＰＳ計測センサのアンテナの位置( 観測点）の相対測位を行う。また、他センサ用ユニットが求めた観測データを抽出する（ｎ３２）。続いて、上記観測点の相対位置変化および傾斜計、伸縮計、水位計などの各種センサの検出結果に基づいて、監視領域の大地変動を解析し、その結果を出力する（ｎ３３→ｎ３４）。以上の処理を、通信集約ユニットまたは無線集約ユニットからデータファイルを読み取る毎に繰返し行う。
【００５９】
なお、以上の各図を参照して説明した例では、観測ユニット１０および他センサ用ユニット１１をケーブル３０でデージーチェーン接続し、そのケーブルの端部を通信集約ユニット１２や無線集約ユニット１５に接続したが、通信集約ユニット１２や無線集約ユニット１５に対して、観測ユニット１０や他センサ用ユニット１１を個別にケーブルで接続してもよい。その場合でも、通信集約ユニット１２や無線集約ユニット１５は、測位系の時刻に同期した周期で、各観測ユニット１０または他センサ用ユニット１１からの観測データを時分割的に収集する。そのため、通信集約ユニット１２や無線集約ユニット１５と、観測ユニット１０や他センサ用ユニット１１との間は個別のケーブルで結ぶことになるが、通信集約ユニット１２や無線集約ユニット１５の端子台に対して、各ケーブルを電気的にはすべて並列に接続すればよい。
【００６０】
したがって、デージーチェーン接続しない場合に、観測ユニット１０や他センサ用ユニット１１の数が増大しても、通信集約ユニット１２や無線集約ユニット１５内の通信制御ユニットの処理内容は変わらず、その規模が増大することはない。
【００６１】
【発明の効果】
この発明によれば、データ収集装置は、測位系の時刻に同期した周期で、各観測装置からの観測データを時分割的に収集でき、観測装置の数が増大しても、データ収集装置の規模を増大させることなく、対応可能となる。
【００６２】
また、この発明によれば、複数の観測装置とデータ収集装置とをシリアルデータ伝送ラインおよび電源ラインを含むケーブルを介してデージーチェーン接続することにより、ケーブルの総延長が短くなり、且つデータ収集装置側でのデータ収集のためのインタフェースが大幅に簡素化される。
【００６３】
また、この発明によれば、観測装置が、測位用衛星からの電波のキャリア位相に関する観測データを求めるものとすることにより、前記アンテナの相対位置が容易に高精度に測位できる。
【００６４】
また、この発明によれば、観測手段が、地面の傾斜を計測する傾斜計、２点間の伸縮量を計測する伸縮計、または水位を計測する水位計のいずれかとすることにより、測位用衛星からの電波を受信することによる相対測位を補完して、現場の状況に応じて大地の変動検出用観測データを求めることができる。
【００６５】
また、この発明によれば、観測手段とデータ伝送手段とを１つのユニットとして一体化するとともに、シリアルデータ伝送ラインと電源ラインとを接続する端子台をそのユニットに設けることにより、観測装置の設置およびそれに対するシリアルデータ伝送ラインと電源ラインの接続が極めて容易になる。
【００６６】
また、この発明によれば、収集された観測データを解析するデータ解析手段と、前述した大地監視用観測データ収集システムとによって、地滑り等の大地の変動を監視する大地監視システムが容易に構成できる。
【００６７】
さらに、この発明によれば、データ収集装置を基幹通信網に接続し、該基幹通信網にデータ解析手段による解析結果を出力する監視装置を接続することによって、例えば、公衆回線や専用回線としての光ファイバ網などを介して、遠隔地で所定の監視領域の大地の変動を容易に監視できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】大地監視用観測データ収集システムおよび大地監視システムの全体の構成を示す図
【図２】観測ユニットの外観構造を示す正面図
【図３】観測ユニットおよび通信集約ユニットの構成の構成を示すブロック図
【図４】観測ユニットの構成を示すブロック図
【図５】他センサ用ユニットの構成を示すブロック図
【図６】無線集約ユニットの構成を示すブロック図
【図７】無線中継ユニットの構成を示すブロック図
【図８】観測ユニットおよび他センサ用ユニットにおける端子台へのケーブルの接続構造を示す図
【図９】タイムスロットの割り当て例を示す図
【図１０】観測ユニットまたは他センサ用ユニットからの送信データの例を示す図
【図１１】観測ユニットおよび他センサ用ユニットの処理内容を示すフローチャート
【図１２】通信集約ユニットおよび無線集約ユニットの処理内容を示すフローチャート
【図１３】監視装置の処理内容を示すフローチャート
【符号の説明】
１０−観測ユニット
１１−他センサ用ユニット
１２−通信集約ユニット（データ収集装置）
１３−基幹通信網
１４−無線中継ユニット
１５−無線集約ユニット（データ収集装置）
１６−センサ
１７−監視装置
２１−ＧＰＳ計測センサ
２２−制御ボックス
２３−支柱
２４−ベース
２５−ケーブル
３０−ケーブル
３０′−シリアルデータ伝送ライン
３０″−電源ライン
２２５−端子台
Claims (9)
- 測位系の時刻に同期して送出された測位用衛星からの電波をアンテナで受け、大地の変動検出用の観測データを求める観測手段と、前記測位系時刻に同期した周期で、且つ他のデータ伝送手段によるデータ送出タイミングに重ならないタイミングで、前記観測データをデータ伝送ラインへ送出するデータ伝送手段とを備えた複数の観測装置と、
前記各観測装置のデータ伝送手段から送出された観測データを受信して、各観測装置の観測データを収集するデータ収集手段を備えたデータ収集装置とを備え、
前記データ伝送ラインおよび電源ラインを含むケーブルを介して、前記複数の観測装置と前記データ収集装置とを接続した大地監視用観測データ収集システム。 - 測位系の時刻に同期して送出された測位用衛星からの電波をアンテナで受け、大地の変動検出用の観測データを求める観測手段と、前記測位系時刻に同期した周期で、且つ他のデータ伝送手段によるデータ送出タイミングに重ならないタイミングで、前記観測データをシリアルデータ伝送ラインへ送出するデータ伝送手段とを備えた複数の観測装置と、
前記各観測装置のデータ伝送手段から送出された観測データを受信して、各観測装置の観測データを収集するデータ収集手段を備えたデータ収集装置とを備え、
前記シリアルデータ伝送ラインおよび電源ラインを含むケーブルを介して、前記複数の観測装置と前記データ収集装置とをデージーチェーン接続した大地監視用観測データ収集システム。 - 前記複数の観測装置に備えられる前記観測手段の少なくとも１つは、前記電波のキャリア位相に関する観測データを求めるものである請求項１または２に記載の大地監視用観測データ収集システム。
- 前記複数の観測装置に備えられる前記観測手段の少なくとも１つは、地面の傾斜を計測する傾斜計、２点間の伸縮量を計測する伸縮計、または水位を計測する水位計のいずれかである請求項１、２または３に記載の大地監視用観測データ収集システム。
- 前記観測手段を前記電波のキャリア位相に関する観測データを求めるものとし、該観測手段と前記データ伝送手段とを観測ユニットとして一体化するとともに、該観測ユニットに前記シリアルデータ伝送ラインと前記電源ラインとを接続する端子台を備えた請求項２に記載の大地監視用観測データ収集システム。
- 請求項１〜５のうちいずれかに記載の大地監視用観測データ収集システムと、前記データ収集手段により収集された観測データを解析するデータ解析手段とを備えた大地監視システム。
- 前記データ収集装置を基幹通信網に接続し、該基幹通信網に、前記データ解析手段による解析結果を出力する監視装置を接続した請求項６に記載の大地監視システム。
- 測位系の時刻に同期して送出された測位用衛星からの電波をアンテナで受けて大地の変動検出用の観測データを求める観測手段と、前記測位系時刻に同期した周期で、且つ他のデータ伝送手段によるデータ送出タイミングに重ならないタイミングで、前記観測データをデータ伝送ラインへ送出するデータ伝送手段と、前記データ伝送ラインの接続手段とで観測ユニットを構成し、
前記観測ユニットのデータ伝送手段から送出された観測データを受信するデータ収集装置と複数の前記観測ユニットの前記接続手段とを前記データ伝送ラインおよび電源ラインで接続して大地監視用観測データ収集システムを構築する大地監視用観測データ収集システム構築方法。 - 前記複数の観測ユニットの前記接続手段同士を前記データ伝送ラインおよび電源ラインでデージーチェーン接続する請求項８記載の大地監視用観測データ収集システム構築方法。
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