JP5631688B2 - 地上３ｄレーザースキャナーを用いた、ターゲット無設置による斜面の変動監視方法。 - Google Patents

Description

本発明は、地上３Ｄレーザースキャナーを用いた、ターゲット無設置による斜面の変動監視方法に関するもので、崩壊地・地すべり、さらには、落石、土石流発生等が発生し、或いは、発生する斜面において、観測対象となる危険な斜面への立ち入りしないで、危険性のある斜面の監視を安全に、且つ、リアルタイムで監視する斜面の監視方法に関するものである。

従来の斜面の監視方法は、崩壊地・地すべり地などに発生した亀裂に伸縮計（非特許文献１）などの変動観測器を設置し監視をする、あるいは、ＧＰＳ測量（非特許文献２）、測距儀（３Ｄレーザースキャナー、トータルステーション等）（特許文献１）やカメラ測量等で動態観測や監視を行っていた。これらの方法は、いずれの場合も危険な斜面内に立ち入っての観測点や機器の設置が必要であった。特に、崩壊・地すべり地などの発生直後は、その後の活動状況が不明であり、非常に危険な状態での機器設置・観測作業となっていた。

特許第４２５６８９０号の公報（発明の名称：地盤変状監視方法） 地すべり観測便覧 社団法人地すべり対策技術協会 平成8年10月 Ｐ111〜119 地すべり観測便覧 社団法人地すべり対策技術協会 平成８年10月 Ｐ440〜456

崩壊地・地すべり地での監視を行なう場合、崩壊地や地すべりが活動中や災害直後において、崩壊地・地すべり地内に監視点や観測点を設けるには、人が現地に立ち入り観測点などを設置する必要があったため、設置時に崩壊や落石の危険性が高かった。 また、観測点自体が落石などで破損することもあった。

斜面の変動を観測する場合、デジタルカメラ計測での多数の監視は可能であるが、実測距離ではないため精度の誤差が大きく、解析に時間が必要であった。また、レーザー測量でも特定点（設置ターゲット）を設定して、観測は出来ているが、設置ターゲット無しで、多数点を自動的に観測し、解析できるシステムはなかった。

従来レーザースキャナーで斜面全体をスキャンし、その後再度同様にスキャンしていたためデータ量が多量になり、データ転送に長時間を要し、斜面の変動を解析が遅れるため、迅速に斜面の危険判断を行うことが出来なかった。

本発明は上記従来発明の課題を解決し、且つ発明の目的を達成するために提供するものである。

本発明の第１は、地上３Ｄレーザースキャナーを用いた、ターゲット無設置による斜面の変動監視方法において、地上３Ｄレーザースキャナーを用いることによって、監視対象斜面の崩壊地や地すべり等の危険性の高い斜面の移動を観測する場合でも、監視斜面内に観測点を設置することなく、崖面や崩壊地、地すべり地内の転石の観測対象物を利用して、監視対象斜面の活動を観測できるようにしたものである。 すなわち、崩壊地・地すべり等の崩壊の危険性の高い斜面での移動を観測する場合、人工的なターゲットを崩壊地・地すべり地内に設置する必要があったが、崩壊地・地すべり地内の転石や崩壊面などターゲットとして利用することで、人工的にターゲットを設置せず、斜面の変動の監視を行なえるよう観測対象物を設定した。

本発明の第２は、地上３Ｄレーザースキャナーを用いた、ターゲット無設置による斜面の変動監視方法において、監視対象斜面となる崩壊地や地すべり地内の観測対象物を地上３Ｄレーザースキャナーで測定した全観測スキャニング範囲内から多数点を選定し、その後時間をおいて選定した観測対象物を再度地上３Ｄレーザースキャナーでスキャニングし、そのレーザー波の観測変動量にから監視対象斜面の動態を監視するようにしたものである。 すなわち、観測対象毎に観測対象スキャン範囲をそれぞれ設定することで、斜面全体を観測する必要をなくし、また、観測対象を崩壊地内の転石や崩壊面にすることで、観測対象スキャン範囲でのレーザー反射の最も速いものだけを対象に解析し、さらに、多数点を自動的に監視するようにしたものである。

本発明の第３は、地上３Ｄレーザースキャナーを用いた、ターゲット無設置による斜面の変動監視方法において、地上３Ｄレーザースキャナーを観測制御プログラムによって自動および半自動測定を行なわせることで、観測対象物の変動をリアルタイムで観測し、警報器により崩壊地・地すべり地に警戒を発信できる。また、観測対象物をリアルタイムで観測した結果をグラフ化や数値表を作成することにより、監視局で監視対象斜面の動態をリアルタイムで監視できるようにしたものである。 すなわち、観測対象を崩壊地内の転石や崩壊面などに限定し、観測対象スキャン範囲でだけを連続的に監視し、定期的な自動測定によるデータを観測局や監視局へ転送するデータ量が減少させた。また、解析をするデータを最速反射データに絞ることで、各観測対象の変動をリアルタイムで時系列変動グラフ化や数値表を作成し、迅速に斜面の危険判断を行うようにしたものである

従来は、崩壊や地すべり発生直後の危険な現地への立ち入りは、再崩落等の危険性が非常に高いため、十分な注意や監視などを行い作業する必要があった。しかし、崩壊地・地すべり地に観測用のターゲットを設置することなく、崩壊地・地すべり地に点在する転石や崩壊面を利用し、地上３Ｄレーザースキャナーを安全な対岸部に設置・観測することで、崩壊地・地すべり地の崩壊斜面内に立ち入らずに安全を確保した上で監視・観測することが可能となった。

観測対象毎に観測対象スキャン範囲をそれぞれの範囲で設定することで、観測に長時間を要しなくなった。また、観測対象を観測対象スキャン範囲でのレーザー反射の最も速いものだけを対象に解析することで、さらに解析時間が短縮され、観測対象物を多数点監視することが可能となった。

観測対象を崩壊地内の転石や崩壊面などに限定したことで、観測対象スキャン範囲でだけを連続的に監視するだけでよいため、定期的な自動測定によるデータを観測局や監視局へ転送するデータ量が減少した。さらに、解析をするデータを最速反射データだけに限定することで解析時間が短縮されるため、各観測対象の変動をリアルタイムで時系列変動グラフ化や数値表を作成する時間ができ、迅速に斜面の危険判断を行うことが可能となった。

図１において、大雨などにより崩壊や地すべりが発生した場合は、観測局１０で監視対象斜面１３が安全に見渡せる地点に設置し、さらに、地上３Ｄレーザースキャナー１をセットする。監視対象斜面１３の崩壊地・地すべり地外の周辺の安全な場所で地上３Ｄレーザースキャナー１が観測できる範囲内に基準ターゲット２を３点程度設置し、これを不動の基準点とする。

次に、観測局１０には必要に応じ、観測ユニット（電源装置、データ発信装置、観測制御装置）１１などを設置する。

セット完了後、地上３Ｄレーザースキャナー１を用いて、全観測スキャン範囲３内を測定する。全観測スキャン範囲３の計測後、測定結果を距離、水平角、垂直角などにデータ化し、必要に応じ３Ｄ画像などして表現する。

崩壊地・地すべり等の崩壊の危険性の高い斜面での移動を観測する場合、人工的なターゲットを崩壊地・地すべり地内に設置する必要があったが、崩壊地・地すべり地内の転石や崩壊面などターゲットとして利用することで、人工的にターゲットを設置せず、斜面の変動の監視を行なえるよう観測対象物を仮選定する。

仮選定完了後、地上３Ｄレーザースキャナー１を用いて、全観測スキャン範囲３内を測定する。全観測スキャン範囲３の計測後、測定結果を距離、水平角、垂直角などにデータ化し、必要に応じ３Ｄ画像などして表現する。

図２において、４は観測対象物であり、監視対象斜面１３内に点在する転石や崩壊面になる。５は観測対象スキャン範囲であり、監視対象斜面１３の変動観測を繰り返して行う場合の観測範囲となる。観測対象物４は、全観測スキャン範囲３の中から数個から数十個を選定し、監視対象斜面１３の変動を解析する。なお、全観測スキャン範囲３の任意点を座標の原点とし基準点の座標を決定し、観測対象物４となる転石や崩壊面などのポイントを座標から特定し、その観測対象物４を包括するように観測対象スキャン範囲５の座標を選定する。

図３において、観測対象スキャン範囲５の中の観測対象物について４aは移動前の観測対象物、４bは移動後の観測対象物である６は観測レーザー光で、６aは移動前の観測対象物の最近観測レーザー光、６bは移動後の観測対象物の最近観測レーザー光である。観測対象スキャン範囲５において、移動前の観測対象物４aを観測した場合、もっとも速く反射してくるレーザー光は移動前の観測対象物の最近観測レーザー光６aとなり、移動後の観測対象物４bを観測した場合、もっとも速く反射してくるレーザー光は移動後の観 測対象物の最近の観測レーザー光６bとなる。この移動前の観測対象物の最近観測レーザー光６aと移動後の観測対象物の最近観測レーザー光６bの差から観測対象物４が移動しているかを解析する。さらに、選定した観測対象物４についてすべて移動の解析を行なうことにより、監視対象斜面１３の全体が移動しているか一部が移動しているかを確認する。

２回目以降の地上３Ｄレーザースキャナー１による観測は、観測対象物４の観測対象スキャン範囲だけを観測していく。図４において、２回目以降の地上３Ｄレーザースキャナー１による観測は、パソコンによる観測制御プログラム７により解析を行ない、観測対象物４の観測変化量が事前に設定しておいた警報発信値に達したときは、観測管理機器８を介して、道路１４やその周辺の適宜の場所に設置した警報器９で周辺の現地作業員や住民に警告を発信する。また、観測局１０
で収集したデータは観測ユニット１１から、現地および周辺を管理・統括している監視局１２に送信し、監視局では詳細に解析等を行い緊急事態に備えるなどの対応を行う。

地上３Ｄレーザースキャンでの現地観測・観測装置状況を示す図である。 監視対象斜面内の観測対象物と観測対象スキャン範囲を示す図である。 観測対象スキャン範囲内の観測対象物の変動観測の方法を示す図である。 斜面の観測データの送信と変動観測時の警報を示す図である。

１……地上３Ｄレーザースキャナー
２……基準ターゲット
３……全観測スキャン範囲
４……観測対象物
４a……移動前の観測対象物
４b……移動後の観測対象物
５……観測対象スキャン範囲
６……観測レーザー光
６a……移動前の観測対象物の最近観測レーザー光
１０……観測局
１１……観測ユニット（電源装置、データ発信装置、観測制御装置）
１２……監視局
１３……監視対象斜面（崩壊地・地すべり地など）
１４……道路

Claims (1)

1. 地上３Ｄレーザースキャナー（１）を用いることによって、監視対象斜面（１３）の崩壊地や地すべりの危険性の高い斜面の移動を観測する場合でも、監視対象斜面（１３）内に観測点を設置することなく、観測対象物（４）を崖面や崩壊地、地すべり地内に点在する転石とし、当該観測対象物（４）は、全観測スキャン範囲内（３）の中から数個から数十個選定して監視対象斜面（１３）の変動を解析し、当該解析をするデータを最速反射データだけに限定することで解析時間を短縮して各観測対象の変動をリアルタイムで時系列変動グラフ化や数値表を作成し、さらに、選定した観測対象物（４）についてすべて移動の解析を行うことにより、監視対象斜面（１３）の全体が移動しているか、一部が移動しているかの活動を観測できる地上３Ｄレーザースキャナーを用いた、ターゲット無設置による斜面の変動監視方法。