JP5270222B2 - 地盤振動計測装置 - Google Patents

Description

本発明は、天候気象などの外部条件に左右されにくく、列車による地盤振動を長時間連続して計測可能でコンパクト化された地盤振動計測装置に関する。

鉄道からの騒音・振動は、走行列車の高速化、長大化に伴い、その影響範囲が拡大し、環境破壊の公害問題を生じている。この対策のために、鉄道沿線の広範囲な地域にわたって、走行列車を対象とした騒音及び／又は振動の測定が行なわれている。上記の測定方法としては、鉄道騒音が住居地域で７０ｄＢ（Ａ）、商工業地域で７５ｄＢ（Ａ）、鉄道振動が７０ｄＢを超える地点で、上り下りの連続通過する２０本の列車毎に、騒音振動のピークレベルを読み取り、その上位レベル１０個の平均値によって評価するものであり、該測定は午前６時から午後１２時までの間に行うものとされている。

なお、新幹線による騒音および振動については、それぞれ、「新幹線鉄道騒音に係る環境基準について」（昭和５０年７月２９日環境庁公示第４６号）、「環境保全上緊急を要する新幹線鉄道振動対策について(勧告)」（昭和５１年３月１２日環大特３２号）に基づいて定められた調査方法により計測を実施している。

なお、上記条例に基づく騒音、振動等の環境測定に留まらず、鉄道事業者としては、更なる環境対策のために、線路沿線の騒音、振動計測を幅広く実施している。具体的には、より長時間に及ぶ計測を行い、例えば丸一日（２４時間）に及ぶ時間帯別の騒音、振動の変動を調査したり、季節変動の影響を考慮するための定点観測を行ったりしている。その背景には、上記のように測定した測定値が、測定地点を代表する値であることを証明するため、長時間測定が必要とされていることが挙げられる。

さらに、その測定の際に、走行列車の種別、上り下りの区別、走行速度なども併せて識別記録することが望まれている。
そこで、現場に常駐した測定者の視覚・聴覚により走行列車の近接を感知した時点で測定データ記録装置を手動により始動し、走行列車の通過後に停止せしめるように操作する方法が一般に採用され、その間に列車種別、上り下りの区別の目視確認及びスピードガンやストップオッチにより走行速度の測定、記録を行っている。

その際の地盤振動の測定には、例えば、データレコーダ、振動レベル計、延長ケーブルなどの測定機器が用いられる。測定手順としては、まず、列車接近が見通せる場所にいる列車見張員が、計測器の傍にいる計測員に列車の接近を連絡する。次に、連絡を受けた計測員が、計測器具を用いて列車通過時の振動レベルを計測する。なお、計測された振動レベルについては、データレコーダを用いてＭＯなどの記録媒体に記録される。そして、列車見張員が、列車通過時の列車情報を計測する。なお、列車情報とは、列車が走行する上下線の区別や、列車種別、車両形式などであり、列車見張員が目視により判断する。また、列車の走行速度については、列車見張員が、列車前部から列車後部までの通過時間をストップウォッチで計測し、列車種別や車両形式から特定される列車の全長をその計測した時間で走行したことから算出する。

そして、上述のように地盤振動を計測した計測結果を解析する。具体的には、列車見張員が計測した列車情報を整理するとともに、データレコーダで再生した記録波形をレベルレコーダで出力して目視でピーク値を読み取るとともに、データレコーダで再生した記録波形を周波数解析器にて周波数分析を行う。
特開平０８−１０５７９２号公報（第４頁、図１）

しかし、上述のような列車による地盤振動を測定する装置においては、次のような問題があった。
（１）上述のように列車見張員と計測者の最低２名が列車通過の度に手動および目視で計測を行うため、データ取得ミスや速度算出の誤差が生じるおそれがあった。

（２）列車による地盤振動を長時間継続して計測するために、列車見張員および計測者の交代要員も確保する必要があり、必要な人員が増加するという問題があった。また、このことに伴い計測者による測定結果に個人差が生じるおそれがあった。

（３）計測機器等は、ピックアップ以外は計測車に搭載されるため、計測車を駐車する場所を探すとともにその場所への駐車許可を得るといった具合に、計測車を駐車するスペースを確保する必要があった。

（４）測定場所としての諸条件を満たす場所に設置されたピックアップと、計測車に搭載されたピックアップ以外の計測機器とをケーブル類で接続するための配線作業に多くの時間を要していた。

（５）現場に常駐した測定者の視覚・聴覚により長時間測定を行うため、測定者に過度の負担を強いることになるばかりでなく、天候気象等の外部条件により往々にして感知遅れによるデータ取得ミスや速度算出の誤差が生じるおそれがあった。

なお、特許文献１に記載されるように、鉄道近傍の一地点に設置した騒音計及び／又は振動計ともに走行列車から継続的に放射される電波の電界強度測定器を併置して、その電界強度測定データによって、騒音・振動測定データ中に混入した走行列車以外の発生源からのデータを適確容易に識別する手法も考えられるが、天候気象等の外部条件により電界強度に乱れが生じる可能もあり、このような場合には、鉄道線路を走行する列車を例えば走行中のトラックと判定したり、走行中のトラックを鉄道線路を走行する列車と判定したりするといった具合に、取得するデータの精度が低下するおそれがある。

本発明は、このような不具合に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、天候気象などの外部条件に左右されにくく、列車による地盤振動を長時間連続して計測可能でコンパクト化された地盤振動計測装置を提供することにある。

上記課題を解決するためになされた請求項１に係る地盤振動計測装置（１：この欄においては、発明に対する理解を容易にするため、必要に応じて「発明を実施するための最良の形態」欄で用いた符号を付すが、この符号によって請求の範囲を限定することを意味するものではない。）は、鉄道車両が鉄道線路を走行する際に発生する地盤振動を計測し、その計測結果を示すデータを出力する振動レベル計（２０）と、前記振動レベル計から出力されたデータを記録するデータレコーダ（３０）と、電力を蓄積し、蓄積した電力を少なくとも前記振動レベル計および前記データレコーダへ予め設定された測定期間の間供給する電源部（４０）と、防水性能を有し、少なくとも前記振動レベル計、前記データレコーダおよび前記電源部をその内部に収納可能な収納部（１７）を有し、前記収納部内部には、少なくとも前記振動レベル計、前記データレコーダおよび前記電源部を載置可能な取付ベース（１８ａ、１８ｃ）がスペーサ（１８ｂ、１８ｄ）を介して支持されるとともに緩衝材（１８ｅ、１８ｆ、１８ｇ、１８ｈ）が配置され、前記振動レベル計と地盤振動を検出する３方向振動ピックアップ（２２）とを接続するケーブル（２３）を挿通するための挿通孔（１１ａ）がその下面に設けられて前記挿通孔にケーブルクランプ（１１ｂ）が取り付けられ、地面に設置するための脚部（１３ａ、１３ｂ）が設けれ、前記鉄道線路の近傍に設置可能な収納ケース（１０）と、前記収納ケースの上方に配置され、断熱性能を有する材料で構成される遮熱板（１９）と、を備えることを特徴とする。

このように構成された本発明の地盤振動計測装置によれば、振動レベル計が、鉄道車両が鉄道線路を走行する際に発生する地盤振動を計測し、データレコーダが、振動レベル計によって計測された地盤振動を示すデータを記録する。そして、電源部が電力を蓄積し、蓄積した電力を少なくとも振動レベル計およびデータレコーダへ予め設定された測定期間の間供給する。また、これら振動レベル計、データレコーダおよび電源部は収納ケースの収納部に収納される。収納ケースは、鉄道線路の近傍に設置可能であり、収納ケースの収納部は、防水性能を有し、その内部に少なくとも前記振動レベル計、データレコーダおよび電源部を収納可能である。また、収納ケースにおいては、収納部内部には、少なくとも振動レベル計、データレコーダおよび電源部を載置可能な取付ベースがスペーサを介して支持されるとともに緩衝材が配置され、振動レベル計と地盤振動を検出する３方向振動ピックアップとを接続するケーブルを挿通するための挿通孔がその下面に設けられて挿通孔にケーブルクランプが取り付けられ、地面に設置するための脚部が設けられている。

このことにより、当該地盤振動計測装置を野外に設置可能とするとともに、次のような作用効果を奏する。
（１）地盤振動計測装置が自動で長時間連続して列車による地盤振動を計測するので、人的問題による誤差が発生することを防ぐことができる。

（２）従来の測定装置を設置する際に不可欠であったピックアップと計測機器との間を接続するケーブル類の配線作業が不要となるため、設置撤去作業の時間が縮小される。
（３）短時間におけるデータ精度については従来の計測手法と同等の精度を維持することができるとともに、長時間の計測実施でも測定精度が低下することがなく、定常的な計測が可能である。

（４）従来の計測では計測実施に２名以上の計測要員を必要としていたのに対して、本発明の地盤振動計測装置によれば、地盤振動、列車速度、列車が走行する上下線の区別（上下線別は２台必要）の３項目の計測を計測要員が居なくても可能となるため、経済的効果があり、同時に複数点の計測を実施する際には、計測のため常駐する人員が減少するため、さらに効率的に作業が行える。

（５）長時間連続したデータを取得することで、データの取り逃しがなく、対象外のデータをデータ整理時に評価することが可能となる。
したがって、走行列車から継続的に放射される電波の電界強度を利用する必要がないために天候気象などの外部条件に左右されにくく、列車による地盤振動を長時間連続して計測可能でコンパクト化された地盤振動計測装置を提供することができる。

この場合、収納ケースの収納部内部にて少なくとも振動レベル計、前記データレコーダおよび電源部が載置される載置面が、収納ケースが地面などに設置される設置面よりも上方に位置するよう構成されていることが考えられる。なお、収納ケースが設置される設置面から上述の載置面までの高さ寸法については、その設置される地域における一日当たりの降雨量などを考慮して、測定時間の間雨が降り続いて設置場所が浸水しても、設置面まで水面が到達しないように設定されることが望ましい。このように構成すれば、雨天にも左右されずに、列車による地盤振動を長時間連続して計測することができる。

ところで、列車による地盤振動を長時間連続して測定するためには、振動レベル計およびデータレコーダを長時間駆動させる必要があり、そのためには電力を長時間連続して供給し続ける必要がある。そこで、自然エネルギーを電気に変換し、その変換された電気を電源部に供給して蓄積することが考えられる。一例を挙げると、請求項３のように、太陽光エネルギーを電気に変換し、その変換した電気を前記電源部に供給する発電部を備えるといった具合である。このように構成すれば、振動レベル計およびデータレコーダを駆動するために必要な消費電力の一部またはすべてを発電で賄うことができ、列車による地盤振動をさらに長時間連続して計測することができる。また、上述の電源部の電力容量を小さくし、その分電源部を小型化することも可能であり、その場合、収納ケースの収納部の容積を小さくすることもできる。

ところで、列車が通過する度に計測を開始および終了を断続的に行う場合、列車が通過した回数と同数のデータが作成されることとなる。この場合、各データにはヘッダなどデータを定義する情報が含まれることとなり、データの本体部分以外のデータ量が増加して、その分データを記憶する容量を多く用意する必要がある。そこで、振動レベル計によって計測された地盤振動を示すデータを複数のデータで構成するのではなく、連続した一つのデータとして構成することが考えられる。具体的には、請求項４のように、データレコーダが、振動レベル計から出力されたデータを一つのデータとして構成して記録することが考えられる。このように構成すれば、データに含まれるデータの本体部分以外のデータ量が少なくなり、データを記憶する容量を少なくすることができる。

また、請求項５のように、データレコーダは、振動レベル計から出力されたデータをバイナリー形式で記録することが考えられる。このように構成すれば、例えばアスキー形式などの他のデータ形式と比べてデータ量が少なくなり、データを記憶する容量を少なくすることができる。

また、請求項６のように、データレコーダは、振動レベル計から出力されたデータを周波数１．０ｋＨｚでサンプリングして記録することが考えられる。このように構成すれば、従来構成で一般的な周波数１．５ｋＨｚでデータをサンプリングする場合に比べてデータ量が少なくなり、データを記憶する容量を少なくすることができる。

ところで、列車の走行速度については、上述のように、列車見張員が、列車前部から列車後部までの通過時間をストップウォッチで計測し、列車種別や車両形式から特定される列車の全長をその計測した時間で走行したことから算出していた。この場合、列車見張員と計測者の最低２名が列車通過の度に手動および目視で計測を行うため、データ取得ミスや速度算出の誤差が生じるおそれがあった。

そこで、振動レベル計によって計測された地盤振動を示すデータを分析することで鉄道車両の走行速度を算出することが考えられる。具体的には、請求項７のように、振動レベル計から出力されたデータを分析することで鉄道車両の走行速度を算出する速度算出部を備えることが考えられる。一例を挙げると、速度算出部が、振動レベル計から出力されたデータを周波数分析することで鉄道車両の走行速度を算出すること（請求項８）や、速度算出部が、振動レベル計から出力されたデータに基づき自己相関関数を計算することで鉄道車両の走行速度を算出する（請求項９）といった具合である。

このように構成すれば、鉄道車両の走行速度を、人手を必要とせずに精度良く算出することができる。

以下に本発明の実施形態を図面とともに説明する。なお、本発明は本実施形態に限定されるものではなく、様々な態様にて実施することが可能である。
［第一実施形態］
図１は地盤振動計測装置１の各部構成を示すブロック図である。また、図２は地盤振動計測装置１の平面図であり、図３は地盤振動計測装置１の正面図であり、図４は地盤振動計測装置１の左側面図であり、図５は地盤振動計測装置１の右側面図である。

［地盤振動計測装置１の構成の説明］
図１に示すように、地盤振動計測装置１は、収納ケース１０と、振動レベル計２０と、データレコーダとしてのデータロガー３０と、電源部としてのバッテリ４０と、発電部としての太陽電池モジュール５０と、太陽電池充電コントローラ６０と、ヒューズホルダ７０と、を備え、鉄道線路を走行する鉄道車両（以下列車とも言う）による地盤振動を計測する機能を有する。

［振動レベル計２０の構成の説明］
振動レベル計２０は、地盤振動を計測可能な計測器である。この振動レベル計２０には、地盤振動を検出する３方向振動ピックアップ（以下ピックアップ）２１がケーブル２２を介して接続される。また、振動レベル計２０は、筐体に画面表示部（図示省略）とキースイッチ等の入力スイッチ（図示省略）とを有している。なお、画面表示部は、任意な表示が可能な液晶表示装置であっても、また振動波形等を表示するものであっても良い。また、振動レベル計２０は、ピックアップ２１が計測した地盤振動を示すデータ（測定データ）に対して周波数解析を行うこともできる。なお、この場合の振動レベル計２０は速度算出部に該当する。

なお、本実施形態では、鉄道車両が鉄道線路を走行する際に発生する地盤振動を計測することを目的とし、振動レベル計２０としてリオン社製の振動レベル計（品番ＶＭ−５３Ａまたは品番ＶＭ−５２Ａ）が用いられ、ピックアップ２１として同じくリオン社製の３方向振動ピックアップ（品番ＰＶ−８３ＣまたはＰＶ−８３Ｂ）が用いられる。

［データロガー３０の構成の説明］
データロガー３０は、各種センサで収集したデータをリアルタイムで長時間にわたって記録する装置である。なお、本実施形態では、データロガー３０は、振動レベル計２０によって計測された地盤振動を示すデータをコンパクトフラッシュ（登録商標）３１に記録する。

また、データロガー３０は、省電力化および省データ量化を目的として、取得したデータを一つのデータとして構成してＡ／Ｄ変換するとともに、データ形式をバイナリー形式（従来はアスキー形式）としている。なお、サンプリング周波数は１．０ｋＨｚ（従来は１．５ｋＨｚ）である。このことにより、バッテリ４０の容量を従来と同様としても連続１０日間の計測が可能となっている。なお、本実施形態では、データロガー３０としてユニパルス社製のデータロガー（品番ＵＬ８４特）が用いられる。

［バッテリ４０およびヒューズホルダ７０の構成の説明］
バッテリ４０は、電力を蓄積し、蓄積した電力を振動レベル計２０およびデータロガー３０へ供給することが可能である。なお、バッテリ４０と振動レベル計２０およびデータロガー３０との間には、ヒューズホルダ７０が接続されており、バッテリ４０から過剰な電流が流れないようになっている。

このバッテリ４０の容量については、振動レベル計２０およびデータロガー３０に対して予め設定された測定時間の間電力供給が可能に設定されている。なお、測定時間としては、一般的には１回当たり３時間や１５時間であるが、前述の測定時間にて連続１０日間測定を行うことを想定して１５０時間としている。なお、本実施形態では、バッテリ４０としてユアサ社製のバッテリ（品番ＮＰ１０−６）が用いられる。

［太陽電池モジュール５０および太陽電池充電コントローラ６０の構成の説明］
太陽電池モジュール５０は、太陽光エネルギーを電気に変換する機能を有する。このように太陽光エネルギーを電気に変換するこの太陽電池モジュール５０で発電された電力は、太陽電池充電コントローラ６０を通ってバッテリ４０に供給され、バッテリ４０に蓄積される。なお、本実施形態では、太陽電池モジュール５０としてスペースデバイス社製の太陽電池モジュール（品番ＧＴ６１８）が用いられ、太陽電池充電コントローラ６０としてアクソンデータマシン社製の太陽電池充電コントローラ（品番Ｆ３７Ｍ−０６０）が用いられる。

なお、太陽電池モジュール５０の代わりに充電器を接続してバッテリ４０を充電するようにしてもよい。
［収納ケース１０の構成の説明］
図２〜図５に示すように、収納ケース１０は、設置面から所定距離だけ上方に水平となる姿勢で配置された略方形の底板１１と、底板１１の上方に底板１１と平行となる姿勢で配置された略方形の天板１２と、底板１１および天板１２の周囲を囲むように立設する四枚の側板１３，１４，１５，１６と、を備える。なお、底板１１と、天板１２と、四枚の側板１３，１４，１５，１６とは、互いに接触する部分同士が密着するように連結されており、その内部に形成された空間が、振動レベル計２０、データロガー３０、バッテリ４０、太陽電池充電コントローラ６０およびヒューズホルダ７０を収納するための収納部１７となっている。この収納部１７は、上述のように、底板１１と、天板１２と、四枚の側板１３，１４，１５，１６とが互いに接触する部分同士が密着するように連結されることで防水性能を有する。また、収納ケース１０では天板１２が取り外し可能になっており、振動レベル計２０などを出し入れすることができる。なお、四枚の側板１３，１４，１５，１６の何れかに扉を設け、その扉から振動レベル計２０などを出し入れするように構成してもよい。

また、底板１１の手前側の左寄りの部分には、振動レベル計本体２１とピックアップ２２とを接続するためのケーブル２３を挿通可能な挿通孔１１ａが形成されており、この挿通孔１１ａには、ナットおよびゴムワッシャからなるケーブルクランプ１１ｂが取り付けられている。このことにより、挿通孔１１ａにケーブル２３を挿通した際に、ケーブルクランプ１１ｂがケーブル２３に密着して隙間がなくなるようになっている。

また、上述の四枚の側板１３，１４，１５，１６のうち手前から見て奥に配置される側板１６の中央から左寄りの部分には、太陽電池モジュール５０と太陽電池充電コントローラ６０とを接続するためのケーブル５１を挿通可能な挿通孔１６ａが形成されており、この挿通孔１６ａには、ナットおよびゴムワッシャからなるケーブルクランプ１６ｂが取り付けられている。このことにより、挿通孔１６ａにケーブル５１を挿通した際に、ケーブルクランプ１６ｂがケーブル５１に密着して隙間がなくなるようになっている。

また、収納部１７内部には、略方形の取付ベース（メイン）１８ａが底板１１と平行となる姿勢で配置されており、この取付ベース（メイン）１８ａは、その四隅付近がスペーサ１８ｂを介して底板１１に支持されている。さらに、収納部１７内部には、取付ベース（メイン）１８ａよりも小さい略方形の取付ベース（サブ）１８ｃが底板１１と平行となる姿勢で取付ベース（メイン）１８ａの上方に配置されており、この取付ベース（サブ）１８ｃは、その四隅付近がスペーサ１８ｄを介して取付ベース（メイン）１８ａに支持されている。なお、本実施形態では、取付ベース（サブ）１８ｃは、収納部１７内部の手前側から見て左側に配置されている。

また、取付ベース（メイン）１８ａには、振動レベル計２０、バッテリ４０、太陽電池充電コントローラ６０およびヒューズホルダ７０が載置されている。なお、本実施形態では、収納部１７内部の手前側の右側にバッテリ４０が配置され、バッテリ４０の奥に振動レベル計２０が配置されている。また、振動レベル計２０の左側には、手前側にヒューズホルダ７０が配置され、その奥に太陽電池充電コントローラ６０が配置されている。また、取付ベース（サブ）１８ｃには、データロガー３０が載置されている。なお、取付ベース（メイン）１８ａおよび取付ベース（サブ）１８ｃが特許請求の範囲の載置面に相当する。なお、収納ケースが設置する設置面から載置面（取付ベース（メイン）１８ａおよび取付ベース（サブ）１８ｃ）までの高さ寸法については、その設置される地域における一日当たりの降雨量などを考慮して、測定時間の間雨が降り続いて設置場所が浸水しても、設置面まで水面が到達しないように設定される。

また、上述の四枚の側板１３，１４，１５，１６のうち手前から見て左右に配置される側板１３および側板１５には、地面に設置するための脚部１３ａが各側板の下部の左右端にそれぞれ取り付けられている。また、同じく側板１３および側板１５には、地面に設置するための脚部１３ｂがＬ字形のブラケット１３ｃを介して各側板の下部の中央にそれぞれ取り付けられている。脚部１３ｂは、設置される地形に合わせて接地面（設置面）を上下方向に変更することが可能である。

また、天板１２の上方には、断熱性能を有する材料で構成された略方形の遮熱板１９が天板１２と平行となる姿勢で配置されており、この遮熱板１９は、その四隅付近が遮熱板取付吸盤１９ａおよびコの字型の遮熱板取付金具１９ｂを介して天板１２に支持されている。このことにより、遮熱板１９は、遮熱板取付吸盤１９ａの作用によって天板１２から着脱可能となっている。また、遮熱板１９には太陽電池モジュール５０が載置されている。

また、振動レベル計２０と右側の側板１５との間には板状の緩衝材１８ｅが配置され、バッテリ４０と前側の側板１４との間には板状の緩衝材１８ｆが配置され、バッテリ４０と天板１２との間にはブロック状の緩衝材１８ｇが配置され、データロガー２０と天板１２との間には板状の２つの緩衝材１８ｈが配置されている。

［列車による地盤振動を測定する例（１）の説明］
次に、地盤振動計測装置１を用いて列車による地盤振動を測定する例（１）を図６（ａ）を参照して説明する。なお、図６（ａ）は列車による地盤振動を測定する様子を示す説明図（１）である。

本例は１測線２測点で３時間計測する例であり、３台の地盤振動計測装置１を用いて測定を行う。
（１）まず、計測車より地盤振動計測装置１を各測点に運搬して設置する。具体的には、鉄道線路に対して直交する測線上に２つの測点（測点No.１、測点No.２）を設定する。なお、本実施形態では、２つの測点が鉄道線路に対して直交する測線上で互いに２５ｍ離れる、線路中心から２５ｍ、５０ｍの２地点に設定される。また、鉄道線路に近い方の測点No.１から鉄道線路に沿って１００ｍ程離れた場所に上下線判定用測点を設定し、この上下線判定用測点にも地盤振動計測装置１を設置する。

（２）続いて、各地盤振動計測装置１の電源を入れ、測定を開始する。
（３）測定中は１名の計測要員（兼監視員）が、各地盤振動計測装置１が盗難に遭ったり車両等に触車したりしないよう巡回しながら警備を行う。この間、各地盤振動計測装置１が自動的に地盤振動を計測して記録する。

（４）測定時間が終了したら、各地盤振動計測装置１の電源をオフにし、測定を終了する。
（５）各地盤振動計測装置１を計測車へ運搬し作業を終了する。

この間の作業時間は、準備作業（（１）と（２））が約２０分（従来は１時間）、測定時間（３）が３時間（従来と同じ）、撤去時間（（４）と（５））が約１０分（従来：３０分）である。また、作業人員は、監視員を兼ねる計測要員が１名（従来は計測要員が１名と列車見張員が１名の計２名）である。

さらに、次の（６）〜（９）の手順にて、計測した測定データの整理を行う。
（６）通過列車の振動レベルの算出
測定した振動加速度データからＪＩＳで定められた計算式を用いて振動レベルを算出する。この際、算出した振動レベルの最大値を読み取る。
（７）通過列車の上下線の別を判定
測点No.１に設置された地盤振動計測装置１による測定データと、上下線判定用測点に設置された地盤振動計測装置１による測定データとから、通過列車の上下線の別を判定する。具体的には、測点No.１に設置された地盤振動計測装置１が、判定プログラムを実行し、上記２台の地盤振動計測装置１のうちどちらが同一の列車を先に検出したかを判定することで、通過列車の上下線の別を判定する。なお、上述の判定を測点No.２に設置された地盤振動計測装置１や上下線判定用測点に設置された地盤振動計測装置１などが行ってもよい。
（８）通過列車の速度を算出
測点No.１〜測点No.２に設置された地盤振動計測装置１による測定データから、次の（Ａ）〜（Ｃ）のような手法により通過列車の速度を算出する。なお、このような演算については振動レベル計２０が行ってもよいし、パーソナルコンピュータのような演算機器にて行ってもよい。

（Ａ）測定データを周波数分析し、卓越振動数の周波数間隔から通過列車の速度を算出する。
（Ｂ）測定データから、ピーク値波形の自己相関関数を計算することでピーク値間の時間間隔を得て、通過列車の速度を算出する。

（Ｃ）測定した列車による振動波形と列車速度ごとに軸距一定により予め算出した振動波形とを照合することで列車速度を算出する。
（９）一覧表作成
（６）にて算出した振動レベルの最大値を表に記録する。また、（７）で判定した通過列車の上下線の別を通過列車ごとに表に記録する。さらに、（８）で算出した通過列車の速度を通過列車ごとに表に記録する。なお、この一覧表作成はプログラムによって自動的に行われる。

［列車による地盤振動を測定する例（２）の説明］
次に、地盤振動計測装置１を用いて列車による地盤振動を測定する例（２）を図６（ａ）を参照して説明する。なお、図６（ｂ）は列車による地盤振動を測定する様子を示す説明図（２）である。

本例は４測線１測点で１５時間計測する例であり、４台の地盤振動計測装置１を用いて測定を行う。
（１）まず、計測車より地盤振動計測装置１を各測点に運搬して設置する。具体的には、鉄道線路に対して直交する４本の測線上に各１つの測点（測点No.１、測点No.２、測点No.３、測点No.４）を設定する。なお、これら４つの測点は鉄道線路に沿って互いに十分に離れるように設定され、本実施形態では、４つの測点が鉄道線路に沿って互いに５００〜１０００ｍ（１ｋｍ）離れるように設定される。なお、この４測線１測点の例では、上述の１測線２測点の例とは異なり、上下線判定用測点を設定しない。

（２）続いて、各地盤振動計測装置１の電源を入れ、測定を開始する。
（３）測定中は４名の監視員が各地盤振動計測装置１をそれぞれ担当し、各地盤振動計測装置１が盗難に遭ったり車両等に触車したりしないよう警備を行う。この間、各地盤振動計測装置１が自動的に地盤振動を計測して記録する。

（４）測定時間が終了したら、各地盤振動計測装置１の電源をオフにし、測定を終了する。
（５）各地盤振動計測装置１を計測車へ運搬し作業を終了する。

この間の作業時間は、準備作業（（１）と（２））が約４０分（従来は各装置ごとに１時間の計４時間）、測定時間（３）が１５時間（従来と同じ）、撤去時間（（４）と（５））が約２０分（従来：３０分）である。また、作業人員は、監視員を兼ねる計測要員４名と巡回員１名とを二交代制として計１０名（従来は計測要員４名と列車見張員４名とを二交代制として計１６名）である。

さらに、次の（６）〜（９）の手順にて、計測した測定データの整理を行う。
（６）通過列車の振動レベルの算出
測定した振動加速度データからＪＩＳで定められた計算式を用いて振動レベルを算出する。この際、算出した振動レベルの最大値を読み取る。
（７）通過列車の上下線の別を判定
測点No.１〜測点No.４に設置された地盤振動計測装置１のうちの任意の２台による測定データから、通過列車の上下線の別を判定する。具体的には、任意の２台の地盤振動計測装置１のうちの一方が、判定プログラムを実行し、任意の２台の地盤振動計測装置１のうちどちらが同一の列車を先に検出したかを判定することで、通過列車の上下線の別を判定する。なお、上述の判定を任意の２台の地盤振動計測装置１のうちの他方や他の地盤振動計測装置１などが行ってもよい。
（８）通過列車の速度を算出
測点No.１〜測点No.４に設置された４台の地盤振動計測装置１による測定データから、次の（Ａ）〜（Ｃ）のような手法により通過列車の速度を算出する。なお、このような演算については振動レベル計２０が行ってもよいし、パーソナルコンピュータのような演算機器にて行ってもよい。

（Ａ）測定データを周波数分析し、卓越振動数の周波数間隔から通過列車の速度を算出する。
（Ｂ）測定データから、ピーク値波形の自己相関関数を計算することでピーク値間の時間間隔を得て、通過列車の速度を算出する。

（Ｃ）測定した列車による振動波形と列車速度ごとに軸距一定により予め算出した振動波形とを照合することで列車速度を算出する。
（９）一覧表作成
（６）にて算出した振動レベルの最大値を表に記録する。また、（７）で判定した通過列車の上下線の別を通過列車ごとに表に記録する。さらに、（８）で算出した通過列車の速度を通過列車ごとに表に記録する。なお、この一覧表作成はプログラムによって自動的に行われる。

［第一実施形態の効果］
（１）このように第一実施形態の地盤振動計測装置１によれば、振動レベル計２０が、鉄道車両が鉄道線路を走行する際に発生する地盤振動を計測し、データロガー３０が、振動レベル計２０によって計測された地盤振動を示すデータを記録する。そして、バッテリ４０が電力を蓄積し、蓄積した電力を振動レベル計２０およびデータロガー３０へ予め設定された測定期間の間供給する。また、これら振動レベル計２０、データロガー３０およびバッテリ４０は収納ケース１０の収納部１７に収納される。収納ケース１０は、鉄道線路の近傍に設置可能であり、収納ケース１０の収納部１７は防水性能を有し、その内部には振動レベル計２０と、データロガー３０と、バッテリ４０と、太陽電池充電コントローラ６０と、ヒューズホルダ７０とが収納される。

このことにより、当該地盤振動計測装置１を野外に設置可能とするとともに、次のような作用効果を奏する。
（１−１）地盤振動計測装置１が自動で長時間連続して列車による地盤振動を計測するので、人的問題による誤差が発生することを防ぐことができる。

（１−２）従来の測定装置を設置する際に不可欠であったピックアップと計測機器との間を接続するケーブル類の配線作業が不要となるため、設置撤去作業の時間が縮小される。

（１−３）短時間におけるデータ精度については従来の計測手法と同等の精度を維持することができるとともに、長時間の計測実施でも測定精度が低下することがなく、定常的な計測が可能である。

（１−４）従来の計測では計測実施に２名以上の計測要員を必要としていたのに対して、当該地盤振動計測装置１によれば、地盤振動、列車速度、列車が走行する上下線の区別（上下線別は２台必要）の３項目の計測を計測要員が常時居なくても可能となるため、経済的効果があり、同時に複数点の計測を実施する際には、計測のため常駐する人員が減少するため、さらに効率的に作業が行える。

（１−５）長時間連続したデータを取得することで、データの取り逃しがなく、対象外のデータをデータ整理時に評価することが可能となる。
したがって、走行列車から継続的に放射される電波の電界強度を利用する必要がないために天候気象などの外部条件に左右されにくく、列車による地盤振動を長時間連続して計測可能でコンパクト化された地盤振動計測装置１を提供することができる。

（２）また、第一実施形態の地盤振動計測装置１によれば、収納ケース１０の収納部１７が接地面（設置面）よりも上方にあるので、雨天にも左右されずに、列車による地盤振動を長時間連続して計測することができる。

（３）また、第一実施形態の地盤振動計測装置１によれば、太陽電池モジュール５０および太陽電池充電コントローラ６０を備え、太陽光エネルギーを電気に変換するこの太陽電池モジュール５０で発電された電力が、太陽電池充電コントローラ６０を通ってバッテリ４０に供給され、バッテリ４０に蓄積される。なお、太陽光エネルギー以外の自然エネルギーを電気に変換してバッテリ４０に蓄積するようにしてもよい。一例を挙げると、風力発電装置を備え、風力エネルギーを電気に変換するといった具合である。

このことにより、振動レベル計２０およびデータロガー３０を駆動するために必要な消費電力の一部またはすべてを発電で賄うことができ、列車による地盤振動をさらに長時間連続して計測することができる。また、上述のバッテリ４０の電力容量を小さくし、その分バッテリ４０を小型化することも可能であり、その場合、収納ケース１０の収納部１７の容積を小さくすることもできる。

（４）また、第一実施形態の地盤振動計測装置１によれば、データロガー３０が、省電力化および省データ量化を目的として、取得したデータを一つのデータとして構成してＡ／Ｄ変換するとともに、データ形式をバイナリー形式（従来はアスキー形式）としている。なお、サンプリング周波数は１．０ｋＨｚ（従来は１．５ｋＨｚ）である。このことにより、データを記憶する容量を少なくすることができ、バッテリ４０の容量を従来と同様としても連続１０日間の計測が可能となる。

（４）また、第一実施形態の地盤振動計測装置１によれば、測点に設置された地盤振動計測装置１による測定データから通過列車の速度を算出するので、通過列車の速度を、人手を必要とせずに精度良く算出することができる。

地盤振動計測装置の各部構成を示すブロック図である。 地盤振動計測装置の平面図である。 地盤振動計測装置の正面図である。 地盤振動計測装置の左側面図である。 地盤振動計測装置の右側面図である。 （ａ）は列車による地盤振動を測定する様子を示す説明図（１）であり、（ｂ）は列車による地盤振動を測定する様子を示す説明図（２）である。

符号の説明

１…地盤振動計測装置、１０…収納ケース、１１…底板、１１ａ…挿通孔、１１ｂ…ケーブルクランプ、１２…天板、１３，１４，１５，１６…側板、１３ａ，１３ｂ…設置部、１３ｃ…ブラケット、１６ａ…挿通孔、１６ｂ…ケーブルクランプ、１７…収納部、１８ａ…取付ベース（メイン）、１８ｂ…スペーサ、１８ｃ…取付ベース（サブ）、１８ｄ…スペーサ、１８ｅ，１８ｆ，１８ｇ，１８ｈ…緩衝材、１９…遮熱板、１９ａ…遮熱板取付吸盤、１９ｂ…遮熱板取付金具、２０…振動レベル計、２１…ピックアップ、２２…ケーブル、３０…データロガー、３１…ＣＦカード、４０…バッテリ、５０…太陽電池モジュール、５１…ケーブル、６０…太陽電池充電コントローラ、７０…ヒューズホルダ

Claims (9)

1. 鉄道車両が鉄道線路を走行する際に発生する地盤振動を計測し、その計測結果を示すデータを出力する振動レベル計と、
   前記振動レベル計から出力されたデータを記録するデータレコーダと、
   電力を蓄積し、蓄積した電力を少なくとも前記振動レベル計および前記データレコーダへ予め設定された測定期間の間供給する電源部と、
   防水性能を有し、少なくとも前記振動レベル計、前記データレコーダおよび前記電源部をその内部に収納可能な収納部を有し、前記収納部内部には、少なくとも前記振動レベル計、前記データレコーダおよび前記電源部を載置可能な取付ベースがスペーサを介して支持されるとともに緩衝材が配置され、前記振動レベル計と地盤振動を検出する３方向振動ピックアップとを接続するケーブルを挿通するための挿通孔がその下面に設けられて前記挿通孔にケーブルクランプが取り付けられ、地面に設置するための脚部が設けれ、前記鉄道線路の近傍に設置可能な収納ケースと、
   前記収納ケースの上方に配置され、断熱性能を有する材料で構成される遮熱板と、
   を備えることを特徴とする地盤振動計測装置。
2. 請求項１に記載の地盤振動計測装置において、
   前記収納ケースは、前記収納部内部にて少なくとも前記振動レベル計、前記データレコーダおよび前記電源部が載置される載置面が、前記収納ケースが設置される設置面よりも上方に位置するよう構成されていることを特徴とする地盤振動計測装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の地盤振動計測装置において、
   太陽光エネルギーを電気に変換し、その変換した電気を前記電源部に供給する発電部を備えることを特徴とする地盤振動計測装置。
4. 請求項１〜請求項３の何れかに記載の地盤振動計測装置において、
   前記データレコーダは、前記振動レベル計から出力されたデータを一つのデータとして構成して記録することを特徴とする地盤振動計測装置。
5. 請求項１〜請求項４の何れかに記載の地盤振動計測装置において、
   前記データレコーダは、前記振動レベル計から出力されたデータをバイナリー形式で記録することを特徴とする地盤振動計測装置。
6. 請求項１〜請求項５の何れかに記載の地盤振動計測装置において、
   前記データレコーダは、前記振動レベル計から出力されたデータを周波数１．０ｋＨｚでサンプリングして記録することを特徴とする地盤振動計測装置。
7. 請求項１〜請求項６の何れかに記載の地盤振動計測装置において、
   前記振動レベル計から出力されたデータを分析することで前記鉄道車両の走行速度を算出する速度算出部を備えることを特徴とする地盤振動計測装置。
8. 請求項７に記載の地盤振動計測装置において、
   前記速度算出部は、前記振動レベル計から出力されたデータを周波数分析することで前記鉄道車両の走行速度を算出することを特徴とする地盤振動計測装置。
9. 請求項７に記載の地盤振動計測装置において、
   前記速度算出部は、前記振動レベル計から出力されたデータに基づき自己相関関数を計算することで前記鉄道車両の走行速度を算出することを特徴とする地盤振動計測装置。