JP6164383B1 - 地盤変位の観測方法、及び情報処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】傾斜センサにより計測される傾斜角について精度よく温度補正を行う。【解決手段】情報処理装置は、地盤変位の観測が行われるエリア２に設置した傾斜センサ１５により時系列的に計測される傾斜角を、夫々が計測された時刻における温度とともに計測値として記憶し、異なる複数の時刻の夫々について、夫々を基点とする所定時間幅内の複数の計測値について直線近似を行って、傾斜角と温度との相関の比例定数を求め、比例定数を求める際に用いた複数の計測値の平均温度と温度変化幅とを求め、比例定数と平均温度と温度変化幅とを対応づけた比例定数データを生成し１１２３、比例定数データ１１２３について、温度変化幅の大きいものほど重みを大きく設定した加重平均処理を行い、平均温度と比例定数との関係を示す情報を生成する。【選択図】図１１

Description

この発明は、地盤変位の観測方法、及び情報処理装置に関する。

特許文献１には、検出された傾斜角の温度による変化を広い温度範囲において精度良く補正するため、傾斜角を検出する角度検出部と検出時温度を検出する温度検出部とを備えた傾斜角補正装置が、傾斜角と検出時温度との組み合わせをサンプル値として取得し、複数の補正式ごとの複数の温度範囲の閾値を決定し、サンプル値に基づき複数の補正式のそれぞれに用いられる補正パラメータを決定し、補正式により傾斜角を補正して補正傾斜角を出力することが記載されている。

特許文献２には、傾斜センサの入出力特性を考慮して加速度の影響を除去して正確且つ信頼性の高い傾斜値を得るため、車輪回転センサによって検出される車速を一次微分して加速度を求め、傾斜センサの出力に含まれる加速度による外乱成分を計算し、外乱成分を傾斜センサの出力から差し引き、傾斜成分のみを抽出して真の傾斜値として採用することが記載されている。

特開２０１４−２２８５２５号公報 特開平１１−１４３５３号公報

例えば、水力発電所の関連設備（導水路や貯水槽、水圧鉄管等）や送電鉄塔は、山間部の急峻な場所に建設されることが多く、十分な設備保全等の観点より、傾斜面の地盤変位を観測する必要が生じることがある。

ここで地盤変位を検知する方法としては、伸縮計を用いるもの、Ｂ−ＯＴＤＲ方式、レーザー測距方式、ＧＰＳ相対測位方式などがあるが、いずれの方法によってもある程度の精度は得られるものの、機器の設置に手間やコストがかかるという欠点を有する。

そこで近年、複数の傾斜センサを傾斜面に広範囲に配置し、計測データを面的に収集することにより地盤変位を検知する方式（以下、傾斜センサ方式と称する。）が注目されている。ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）技術の進歩により、傾斜センサは、高精度化、コンパクト化，低コスト化が進んでいる。傾斜センサ方式では、地盤の変位量そのものではなく、傾斜角を計測することにより間接的に地盤変位を検知する。傾斜センサ方式によれば、例えば、各傾斜センサにバッテリや太陽電池を併設することで恒常電源が不要となり、また各傾斜センサに無線通信機能を設けることで通信ケーブルの付設も不要となる。このように、傾斜センサ方式は、設置の手間がかからず、さらに昨今の要素技術の低価格化により低コストでの実現が可能である。

近年、傾斜センサ方式により既存技術と同等の検知精度が得られるかについて様々な検証が行われており、大きな状態変化の監視等、必ずしも高い検知精度が要求されない用途では、実際に現場への導入も進みつつある。また既存技術と同等の検知精度が得られるようになれば、地盤変位の大きな状態変化を予兆の段階で捉える、年間で数ｍｍ程度の緩慢な変化を長期的に監視する、といった用途への応用も開け、傾斜センサ方式の有用性はより一層高まるものと考えられる。

ところで、前述したように、傾斜センサ方式では、地盤の変位量そのものではなく、傾斜角を計測することにより地盤変位を間接的に検知する。例えば、地点Ａを基点とし、水平方向に５ｍ離れた地点Ｂで地盤が垂直方向に距離ｚだけ低下すると仮定すると、地点Ａ〜地点Ｂの傾斜角θはｔａｎ^-1（ｚ／５０００）で表わすことができる。表１は、垂直方向に距離ｚが１〜９（ｍｍ）変化したときの傾斜角θ（度）（小数点以下第３位を四捨五入）の算出結果である。

表１より、距離ｚの変化１〜９（ｍｍ）に対して傾斜角θは０．０１〜０．１０（度）の範囲で変化しており、距離ｚについて数（ｍｍ）の変化を検知する精度を得るためには、外乱に因る傾斜角θの変化が０．０１〜０．０２（度）の範囲に収まっていなければならないことがわかる。そしてそのためには、地盤の僅かな動きが正確に傾斜センサに伝わるように傾斜センサを設置する必要があり、例えば、地盤にコンクリート基礎を埋め込み、コンクリートに対して傾斜センサを金物等により堅牢に固定するといった方法をとる必要がある。

しかし傾斜センサを堅牢に固定した場合でも、傾斜センサの傾斜角θは次の事象による影響を受け、本来測定すべき「地盤変位による傾斜」を精度よく測定することが難しくなる。

事象ａ：施工時に機械的な歪みができ徐々に顕在化する。
事象ｂ：地盤がコンクリート基礎の重量を支えきれず、コンクリート基礎が徐々に沈む。
事象ｃ：温度変化によりコンクリート基礎の膨張／収縮が発生する。

ここで上記事象のうち、事象ａ及び事象ｂについては、長期的にみればいずれも次第に安定する傾向があるが、事象ｃについては屋外の温度変化に伴って常時発生し、長期的に安定化する傾向もなく、事象ａや事象ｂに比べて「地盤変位による傾斜」の測定に与える影響が大きい。そのため、傾斜センサにより計測される傾斜角と温度との関係を把握して精度よく温度補正を行うことが「地盤変位による傾斜」の測定精度を向上する上で重要になる。

本発明はこのような背景に鑑みてなされたもので、傾斜センサにより計測される傾斜角について精度よく温度補正を行うことが可能な、地盤変位の観測方法、及び情報処理装置を提供することを目的としている。

上記目的を達成するための本発明のうちの一つは、傾斜センサを用いた地盤変位観測方法における傾斜角の温度補正方法であって、情報処理装置が、地盤変位の観測が行われる所定のエリア内に設置した傾斜センサにより時系列的に計測される傾斜角を、夫々が計測された時刻における前記所定エリアの温度とともに計測値として記憶するステップ、異なる複数の時刻の夫々について、夫々を基点とする所定時間幅内の複数の前記計測値について直線近似を行うことにより、前記傾斜角と前記温度との相関の比例定数を求めるステップ、前記比例定数を求める際に用いた複数の前記計測値の平均温度と温度変化幅とを求め、前記比例定数と前記平均温度と前記温度変化幅とを対応づけたデータである比例定数データを生成するステップ、前記比例定数データについて、前記温度変化幅の大きいものほど重みを大きく設定した加重平均処理を行い、前記平均温度と前記比例定数との関係を示す情報を生成するステップ、を実行する。

本発明によれば、傾斜センサにより計測される傾斜角について精度よく温度補正を行うことができる。例えば、情報処理装置は、ある時刻を基点とする時間幅内の計測値を用いて比例定数を求めるので、計測値の時間範囲（計測値が取得された時間の範囲）が限定され、僅かな地盤変位が蓄積されることによる影響を抑えることができる。尚、計測値の時間範囲が限定されることで計測値の数が限定され、傾斜角の誤差（正規分布）の影響が大きくなるが、情報処理装置は、温度変化幅の大きいものほど重みを大きく設定した加重平均処理を行うので、誤差の影響を抑えることができる。

本発明のうちの他の一つは、上記傾斜角の温度補正方法であって、前記情報処理装置は、前記平均温度ｔに対応する前記比例定数を求める関数であるＦ（ｔ）を前記情報として生成し、温度ｔ_nのときの傾斜角がＡ_nとして与えられているとき、ある温度ｔ_oのときの傾斜角を次式より求めるステップ
Ａ₀＝Ａ_n−∫Ｆ（ｔ）ｄｔ
（但し、∫Ｆ（ｔ）ｄｔは、Ｆ（ｔ）の温度ｔ_nから温度ｔ_oまでの定積分）
を実行する。

このように平均温度と比例定数との関係を示す情報（関数Ｆ（ｔ））を利用することで温度ｔ_nのときの傾斜角がＡ_nとして与えられている場合に、ある温度ｔ_oのときの傾斜角を精度よく求めることができる。

その他、本願が開示する課題、及びその解決方法は、発明を実施するための形態の欄、及び図面により明らかにされる。

本発明によれば、傾斜センサにより計測される傾斜角について精度よく温度補正を行うことができる。

地盤変位観測システム１の概略的な構成を示す図である。 センサノード１０の構成を示す図である。 制御装置１１のハードウェアを示す図である。 制御装置１１の機能及び制御装置１１が記憶する情報を示す図である。 計測データ５００のフォーマットを示す図である。 制御指示６００のフォーマットを示す図である。 ゲートウェイ装置２０のハードウェアを示す図である。 ゲートウェイ装置２０の機能及びゲートウェイ装置２０が記憶する情報を示す図である。 計測値管理テーブル９００の一例である。 サーバ装置３０のハードウェアを示す図である。 サーバ装置３０の機能及びサーバ装置３０が記憶する情報を示す図である。 実験系１２００の構成を示す図である。 経過時間と傾斜角（Ｘ座標）の関係を示す図である。 経過時間と傾斜角（Ｙ座標）の関係を示す図である。 「外乱による傾斜ベクトル」の大きさの軌跡を示す図である。 温度（屋内実験室の温度）の変化を示すグラフである。 温度と傾斜角（Ｘ座標）の関係（直線近似）を示すグラフである。 温度と傾斜角（Ｙ座標）の関係（直線近似）を示すグラフである。 計測値と温度変化幅と平均温度との関係を示す図である。 比例定数データ１１２３のデータ構造を示す図である。 温度変化幅が大きい程、直線近似により求めた比例定数の誤差幅が小さくなることを説明する図である。 温度変化幅が大きい程、直線近似により求めた比例定数の誤差幅が小さくなることを説明する図である。 温度比例定数相関グラフ１１２４の一例を示す図である。 傾斜センサ１５をグループに分類した様子を示す図である。 計測データ取得処理Ｓ２４００を説明するフローチャートである。 相関グラフ生成処理Ｓ２５００を説明するフローチャートである。 傾斜角算出処理Ｓ２６００を説明するフローチャートである。

以下、図面とともに本発明の実施形態について詳述する。

図１に一実施形態として説明する地盤変位観測システム１の概略的な構成を示している。同図に示すように、地盤変位観測システム１は、水力発電所の関連設備（導水路や貯水槽、水圧鉄管等）や送電鉄塔が建設される山間部の傾斜面等、屋外の所定範囲（以下、観測エリア２と称する。）における地盤変位を観測（計測）するシステムである。

地盤変位観測システム１は、観測エリア２に面的に配設され、計測値を含む無線信号（後述の計測データ５００）を随時送信する複数のセンサノード１０、観測エリア２内もしくは観測エリア２の近傍に設置され、センサノード１０と無線通信するゲートウェイ装置２０、システムセンタやクラウド等に設けられ、ゲートウェイ装置２０と有線方式又は無線方式の通信網５（インターネット、携帯通信網、専用線等）を介して通信するサーバ装置３０、電力会社の事業所等に設置され、通信網５を介してサーバ装置３０にアクセスする情報処理装置であるユーザ端末４０（パーソナルコンピュータ等）を含む。

図２にセンサノード１０の主な構成を示している。同図に示すように、センサノード１０は、制御装置１１、無線装置１２、温度センサ１３、傾斜センサ１５、蓄電池１７、及び太陽電池１８を備える。制御装置１１、無線装置１２、及び傾斜センサ１５は、各種制御線（Ｉ２Ｃ（Inter-Integrated Circuit）、ＳＰＩ（Serial Peripheral Interface）、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）等）を介して通信可能に接続されている。

制御装置１１は、情報処理装置として機能し、センサノード１０の各構成の統括的な制御、温度センサ１３や傾斜センサ１５が出力する計測値の取得、計測値を含んだ無線信号の送信制御、ゲートウェイ装置２０との間の通信制御等を行う。

無線装置１２は、ゲートウェイ装置２０や他のセンサノード１０の無線装置１２と無線通信を行う。無線装置１２は、例えば、特定小電力無線局（３１５ＭＨｚ帯、４２６ＭＨｚ帯、１２００ＭＨｚ帯、９２０ＭＨｚ帯等）、小電力無線局（２．４ＧＨｚ帯等）、近距離無線通信（Ｚｉｇｂｅｅ(登録商標）、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、無線ＬＡＮ、電子タグ等）、微弱な無線局等として機能する。尚、無線装置１２は、ゲートウェイ装置２０と直接通信するものであってもよいし、センサネットワーク機能やアドホック機能等により他の無線装置１２を介して間接的にゲートウェイ装置２０と通信するものであってもよい。

温度センサ１３は、温度に応じた電気信号を出力する素子（測温抵抗体（サーミスタ等）、熱電対、赤外線検出素子等）を用いて構成される。温度センサ１３は、センサノード１０における温度（センサノード１０周辺の外気温、傾斜センサ１５が取り付けられている基台の温度等）を計測する。

傾斜センサ１５は、傾斜角（変位角）（１軸又は２軸）に応じた電気信号（例えば、傾斜角に応じた大きさのアナログ電圧）を出力する素子を用いて構成され、例えば、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）を応用したもの、板ばねを用いた振り子式のもの、フロート式（錘と浮きを併用したハイブリッド機構）のもの等がある。本実施形態では、一例として、傾斜センサ１５は、ＭＥＭＳにより微小機械部品（振り子）を電子基板上に搭載した構造を有し、微小機械部品（振り子）の位置に応じて変化する静電容量により電気的に傾斜角度を計測する、傾斜角を２軸で検出するタイプのものであるものとする。

蓄電池１７は、二次電池（リチウムイオン二次電池、リチウムイオンポリマー電池、鉛蓄電池等）であり、センサノード１０の構成要素を動作させるための駆動電力を供給する。

太陽電池１８は、太陽電池パネルや充電制御装置（チャージコントローラ）を備え、太陽電池パネルの発電電力を蓄電池１７に供給する。尚、太陽電池１８に代えて、もしくは太陽電池１８とともに、蓄電池１７に電力を供給する他の自然エネルギー利用の発電設備（風力発電設備等）をセンサノード１０に設けてもよい。自然エネルギー利用の発電設備を用いることで、センサノード１０を長期に亘って安定して動作させることができる。

図３に制御装置１１のハードウェアを示している。同図に示すように、制御装置１１は、中央処理装置１１１、記憶装置１１２、及び計時装置１１３を備える。

中央処理装置１１１は、例えば、ＭＰＵ（Micro Processing Unit）、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等である。記憶装置１１２は、例えば、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＮＶＲＡＭ（Non Volatile RAM）等である。

計時装置１１３は、ＲＴＣ（Real Time Clock）等を用いて構成され、現在日時を示す情報を出力する。計時装置１１３が計時する日時と後述するゲートウェイ装置２０の計時装置２３が計時する日時とは、ゲートウェイ装置２０と制御装置１１との間の無線通信により随時同期が取られる。

図４に制御装置１１の機能及び制御装置１１が記憶する情報を示している。同図に示すように、制御装置１１は、計測処理部４１１、計測データ送信部４１２、及び消費電力／計測時期制御部４１３の各機能を有する。これらの機能は、制御装置１１の中央処理装置１１１が、記憶装置１１２に格納されているプログラムを読み出して実行することにより実現される。

計測処理部４１１は、計測値の計測時機が到来すると、温度センサ１３又は傾斜センサ１５から計測値（傾斜角）を取得し、取得した計測値を計測データ送信部４１２に渡す。

計測データ送信部４１２は、計測処理部４１１から渡された計測値を含むデータである計測データ５００をゲートウェイ装置２０に向けて送信する。

図５に計測データ５００のフォーマットを示している。同図に示すように、計測データ５００は、送信元のセンサノード１０を特定する識別子であるノードＩＤ５１１、計測値５１２、及び計測値５１２を取得した日時である計測日時５１３等の情報を含む。ノードＩＤ５１１には、制御装置１１が記憶している図４のノードＩＤ４２１が設定される。計測値５１２には、温度センサ１３の出力値や傾斜センサ１５の出力値が設定される。尚、計測データ５００の各項目は必ずしも全てが一度に送信されなくてもよく、ノードＩＤ５１１と他の一つ以上の項目との組合せが個別に送信される構成としてもよい。

図４に戻り、消費電力／計測時期制御部４１３は、センサノード１０の構成要素のうち駆動電力を必要とする構成（例えば、制御装置１１、無線装置１２、傾斜センサ１５等）を制御対象として消費電力の制御を行う。この消費電力制御は、例えば、計測処理部４１１による単位時間当たりの計測値５１２の取得回数（単位時間当たりのサンプリング数）の増減、制御対象についてスタンバイモード等の待機状態（低消費電力な動作状態）への移行等により行われる。消費電力／計測時期制御部４１３は、例えば、ゲートウェイ装置２０から送られてくる消費電力の制御を指示する命令（以下、制御指示６００と称する。）に従い、制御対象について消費電力の制御を行う。

また消費電力／計測時期制御部４１３は、計測データ（温度や傾斜角）を取得するタイミングを制御する。

図６にゲートウェイ装置２０から送られてくる制御指示６００のフォーマットを示している。同図に示すように、制御指示６００は、制御対象となるセンサノード１０の構成要素を特定する情報（傾斜センサ１５の識別子等）である制御対象６１１、制御の内容に関する情報である制御内容６１２（傾斜センサ１５を低消費電力モードに移行させる、傾斜センサ１５を低消費電力モードから通常動作モード（動作が可能なモード）に移行させる、計測データ（温度や傾斜角）を取得するタイミング）等の情報を含む。

図４に戻り、制御装置１１は、制御情報４２２を記憶している。制御情報４２２は、制御指示６００の制御内容６１２に関する情報である。制御情報４２２はゲートウェイ装置２０から受信した制御指示６００によって随時更新される。消費電力／計測時期制御部４１３は、制御情報４２２を参照しつつ制御対象について消費電力の制御や計測データ（温度や傾斜角）を取得するタイミングの設定を行う。

図７にゲートウェイ装置２０のハードウェアを示している。同図に示すように、ゲートウェイ装置２０は、中央処理装置２１、記憶装置２２、計時装置２３、無線装置２４、出力装置２５、及び通信装置２６を備える。

中央処理装置２１は、例えば、ＭＰＵ、ＣＰＵ等であり、記憶装置２２は、例えば、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＮＶＲＡＭ等である。中央処理装置２１及び記憶装置２２は、ゲートウェイ装置２０に情報処理装置としての機能を実現する。計時装置２３は、ＲＴＣ等を用いて構成され、日時情報を出力する。無線装置２４は、センサノード１０の無線装置１２と無線通信する装置であり、例えば、特定小電力無線局、小電力無線局、微弱な無線局等である。出力装置２５は、情報を出力するユーザインタフェースであり、例えば、液晶モニタ、液晶パネル、スピーカ等である。通信装置２６は、ＮＩＣ（Network Interface Card）や無線ＬＡＮアダプタ等であり、通信網５を介してサーバ装置３０等の他の装置と通信する。

図８にゲートウェイ装置２０の機能及びゲートウェイ装置２０が記憶する情報を示している。同図に示すように、ゲートウェイ装置２０は、計測データ受信部８１１、計測データ送信部８１３、及び制御指示中継部８１４の各機能を有する。これらの機能は、ゲートウェイ装置２０の中央処理装置２１が、記憶装置２２に格納されているプログラムを読み出して実行することにより実現される。

計測データ受信部８１１は、センサノード１０の制御装置１１が送信する計測データ５００（温度や傾斜角）を受信し、受信した計測データ５００の内容を計測値管理テーブル９００に出力する。

図９に計測値管理テーブル９００の一例を示している。同図に示すように、計測値管理テーブル９００は、ノードＩＤ９１１、グループＩＤ９１２、計測値９１４（温度、傾斜角）、及び計測日時９１５の各項目を有するレコードの集合である。

ノードＩＤ９１１には、当該レコードの計測値９１４の送信元のセンサノード１０のノードＩＤが設定される。グループＩＤ９１２には、当該レコードのノードＩＤ９１１で特定されるセンサノード１０の傾斜センサ１５が所属している、後述するグループの識別子（以下、グループＩＤと称する。）が設定される。計測値９１４には、センサノード１０において計測された温度９１４１と傾斜角９１４２（傾斜センサ１５の出力値）が設定される。計測日時９１５には、当該レコードの計測値９１４が計測された日時が設定される。

図８に戻り、計測データ送信部８１３は、計測データ受信部８１１が受信した計測データ５００をサーバ装置３０に中継送信する。

制御指示中継部８１４は、サーバ装置３０から送られてくる制御指示６００を受信すると、これをセンサノード１０に中継送信する。

図１０にサーバ装置３０のハードウェアを示している。同図に示すように、サーバ装置３０は、中央処理装置３１、記憶装置３２、通信装置３３、及び出力装置３４を備える。

中央処理装置３１は、例えば、ＭＰＵ、ＣＰＵ等である。記憶装置３２は、例えば、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＮＶＲＡＭ等である。中央処理装置３１及び記憶装置３２は、サーバ装置３０に情報処理装置としての機能を実現する。通信装置３３は、ＮＩＣや無線ＬＡＮアダプタ等であり、通信網５を介してゲートウェイ装置２０やユーザ端末４０と通信する。出力装置３４は、情報を出力するユーザインタフェースであり、例えば、液晶モニタ、液晶パネル、スピーカ等である。

図１１にサーバ装置３０の機能及びサーバ装置３０が記憶する情報を示している。同図に示すように、サーバ装置３０は、計測データ受信部１１１１（計測値取得部）、制御指示送信部１１１４、監視制御機能提供部１１１５、及び温度補正処理部１１１６の各機能を有する。これらの機能は、サーバ装置３０の中央処理装置３１が、記憶装置３２に格納されているプログラムを読み出して実行することにより実現される。

同図に示すように、サーバ装置３０は、計測値管理テーブル１１２２、比例定数データ１１２３、及び温度比例定数相関グラフ１１２４を記憶する。

計測データ受信部１１１１は、ゲートウェイ装置２０から送られてくる計測データ５００を受信し、受信した計測データ５００を計測値管理テーブル１１２２に格納する。

制御指示送信部１１１４は、計測値管理テーブル１１２２の内容に基づきセンサノード１０の構成要素について電力供給の要否を随時判定し、その結果に応じて制御指示６００を生成してゲートウェイ装置２０に送信する。例えば、制御指示送信部１１１４は、後述する傾斜センサ１５の選択において選択されなかった傾斜センサ１５のオフ（もしくは低消費電力モードに移行）を指示する内容の制御指示６００を生成してゲートウェイ装置２０に送信する。このように制御指示送信部１１１４は、センサノード１０の構成要素について電力供給の要否を随時判定し、不要な構成要素への電力供給を抑制するので、消費電力を抑えてセンサノード１０を効率よく稼働させることができる。

また制御指示送信部１１１４は、例えば、傾斜センサ１５を低消費電力モードから通常動作モードに移行させる内容の制御指示６００を生成してゲートウェイ装置２０に送信する。

また制御指示送信部１１１４は、計測データを取得するタイミングの設定を指示する内容の制御指示６００を生成してゲートウェイ装置２０に送信する。

監視制御機能提供部１１１５は、通信網５を介してアクセスしてくる情報処理装置（パーソナルコンピュータ等）であるユーザ端末４０に、計測値管理テーブル１１２２に基づく情報の提供やセンサノード１０の制御のための機能の提供を行う。これらの機能は、例えば、Ｗｅｂページを介してユーザ端末４０に提供される。

計測値管理テーブル１１２２は、図９に示した計測値管理テーブル９００の内容を含む。サーバ装置３０は、ゲートウェイ装置２０から送られてくる計測データ５００によって計測値管理テーブル１１２２の内容を随時更新する。

温度補正処理部１１１６は、傾斜角温度相関算出部１１１６１、比例定数データ生成部１１１６２、温度補正情報生成部１１１６３、及び傾斜角算出部１１１６４を含む。

傾斜角温度相関算出部１１１６１は、異なる複数の時刻の夫々について、夫々を基点とする所定時間幅内の複数の計測値について直線近似を行うことにより、傾斜角と温度の相関の比例定数を求める。

比例定数データ生成部１１１６２は、上記比例定数を求める際に用いた複数の計測値の平均温度と温度変化幅とを求め、比例定数と平均温度と温度変化幅とを対応づけたデータを比例定数データ１１２３として生成する。

温度補正情報生成部１１１６３は、比例定数データ１１２３について、温度変化幅の大きいものほど重みを大きく設定した加重平均処理を行い、平均温度と比例定数との関係を示す情報である温度比例定数相関グラフ１１２４を生成する。

傾斜角算出部１１１６４は、温度比例定数相関グラフ１１２４を利用した温度補正を行うことにより傾斜角を求める。

＝地盤変位の検知方法＝
続いて、温度センサを用いたり温度補正を行うことなく、微小な地盤変位（微小な「地盤変位による傾斜」）の発生を検知する仕組みについて説明する。

＜外乱による傾斜＞
前述したように、本実施形態の地盤変位観測システム１で用いる傾斜センサ１５は、傾斜角（変位角）を２軸で検出するタイプであり、傾斜角を二次元座標系（Ｘ，Ｙ）の平面上のベクトル（大きさ（傾斜角），方位角）として表現した値を出力する。二次元座標系（Ｘ，Ｙ）の原点Ｏは、例えば、傾斜センサ１５の設置時（動作開始時）から２４時間が経過した時点までの計測値の平均値に設定される。尚、傾斜センサ１５の計測値には正規分布を示す誤差が含まれているが、この誤差は、統計的に有意な数の計測値を取得してそれらの平均（例えば９６回移動平均等）を求めることにより低減することができる。

前述したように、地盤変位の検知精度を向上させるには地盤の僅かな動きが正確に傾斜センサ１５に伝わるように傾斜センサ１５を設置する必要があり、例えば、地盤にコンクリート基礎を埋め込み、コンクリートに対して傾斜センサ１５を金物等により堅牢に固定するといった方法がとられる。

しかしこの方法を採用した場合でも、前述した事象ａ〜ｃにより、傾斜センサ１５が次第に傾斜する現象（以下、この傾斜のことを「外乱による傾斜」と称する。）が発生する。

そこで外乱による傾斜の推移を検証すべく、本発明者等は、図１２に示す実験系１２００を構成し、この実験系１２００について屋内実験室にて実験を行った。同図に示すように、コンクリートブロック１２１１（縦２５ｃｍ×横２５ｃｍ×高さ１０ｃｍ）の上面を２箇所削孔（直径１ｃｍ，深さ １０ｃｍ）し、各削孔に棒鋼１２１３（直径０．６ｃｍ，長さ２０ｃｍ）を埋設し、各棒鋼１２１３の上端に夫々傾斜センサ１５（センサノード）を固定した。コンクリートブロック１２１１は、安定性の高い除振台１２１２（縦１００ｃｍ×横２００ｃｍ×高さ８０ｃｍ）の上に載置した。試験期間は４４日間（９０５時間）とし、１時間に１回の頻度で傾斜角（Ｘ，Ｙ 座標の２軸）と温度（屋内実験室の所定位置に設けた温度センサにより測定される屋内実験室の気温）を測定した。

図１３は、経過時間と傾斜角（Ｘ座標）との関係（１時間に１回の頻度で取得したデータの９６回移動平均）を示すグラフであり、図１４は経過時間と傾斜角（Ｙ座標）との関係（１時間に１回の頻度で取得したデータの９６回移動平均）を示すグラフである。これらのグラフより、時間が経過しても傾斜角が安定する傾向はみられないことがわかる。

図１５は、上記検証により得られた「外乱による傾斜ベクトル」の大きさ（Ｘ，Ｙ座標系で表記）の軌跡である。同図に示すように、始点と終点とが大きく離れて傾斜角が大きく変動していることがわかる。

＜温度変化による傾斜＞
前述したように、「地盤変位による傾斜」の測定精度を低下させる要因となる前述の事象ａ〜ｃのうち、事象ｃについては屋外の温度変化に伴い常時発生し、長期的に安定化する傾向もなく、「地盤変位による傾斜」の測定に与える影響が大きい。そこで本発明者らは、事象ｃが「外乱による傾斜ベクトル」に与える影響について調べた。

図１６は、上記検証にて得られた温度（屋内実験室の温度）の変化を示すグラフであり、図１７は、温度と傾斜角（Ｘ座標）の関係（直線近似）を示すグラフであり、図１８は温度と傾斜角（Ｙ座標）の関係（直線近似）を示すグラフである。これらの図から、温度と傾斜角との間には一定の相関があることがわかる。従って、傾斜角に温度補正を施す（例えば０℃に換算する）ことで、「地盤変位による傾斜」の測定精度を向上させることが可能である。

ここで例えば、現在の温度が３０℃で傾斜角がＡ₃₀であるとき、０℃における傾斜角Ａ₀は、温度補正により次のようにして求めることができる。まず計測値を用いて傾斜角と温度との相関を最小二乗法等により直線近似することにより比例定数Ｄを算出する。例えば、図１７に示す例では、比例定数Ｄは0.0191と求められ、また図１８に示す例では比例定数Ｄは0.0149と求められる。続いて、０℃における傾斜角Ａ₀をＡ₀＝Ａ₃₀―Ｄ×３０℃の式より算出する。

しかしこのようにして求めた比例定数Ｄには次のような理由による誤差が含まれている。即ち、時間の経過とともに傾斜角には僅かな地盤変位が蓄積されていくが、上記の方法ではそのような地盤変位が蓄積されることによる影響が反映されない。また比例定数Ｄは温度変化の影響を受けるが（即ち傾斜角が温度について単回帰ではなく重回帰の相関を持つ場合）、上記の方法では、比例定数Ｄを一定値として（温度変化の影響を受けないものとして）直線近似を行っている。

そこで本実施形態では、以下のようにして温度補正を行うこととする。尚、以下の処理の実行主体はいずれも情報処理装置である。情報処理装置は、ゲートウェイ装置２０、サーバ装置３０、ユーザ端末４０のいずれであってもよい。

まず情報処理装置は、所定時間間隔毎に（例えば正時毎に）、計測値（傾斜角、温度）を取得する。情報処理装置は、取得した計測値を計測日時と対応づけて管理（記憶）する。

続いて情報処理装置は、ある時刻を基点とした予め設定された時間幅内（例えば、数時間前から現在まで）の複数の計測値について最小二乗法等により直線近似を行い、傾斜角と温度との相関の比例定数を求める。

ここでこのように、ある時刻を基点とする時間幅内の計測値を用いて比例定数を求めるので、計測値の時間範囲（計測値が取得された時間の範囲）が限定され、比例定数を求めるにあたり、僅かな地盤変位が蓄積されることによる影響を抑えることが可能になる。但し上記の時間幅は、僅かな地盤変位が蓄積されることによる影響が無視できる程度の長さに設定する。しかし一方で、この方法では計測値の数が限定されてしまうため、傾斜角の誤差（正規分布）の影響が大きくなってしまう。そこでこの誤差を次のようにして解消することとする。

まず情報処理装置は、複数の時刻（複数のある時刻）の夫々について、夫々を基点として上記と同様の方法により計測値（傾斜角、温度）について直線近似を行い、複数の時刻の夫々について傾斜角と温度との相関の比例定数を求める。

また情報処理装置は、上記複数の時刻の夫々について、比例定数を求める際に用いた複数の計測値の平均温度と温度変化幅とを求め、比例定数と平均温度と温度変化幅とを対応づけたデータ（以下、比例定数データ１１２３と称する。）を生成して記憶する。

図１９に計測値と温度変化幅と平均温度との関係を示す。また図２０に上記の比例定数データ１１２３のデータ構造を示す。同図に示すように、比例定数データ１１２３は、比例定数１１２３１、平均温度１１２３２、及び温度変化幅１１２３３を含む。

続いて、情報処理装置は、比例定数データ１１２３について、温度変化幅の大きいものほど重みを大きく設定した加重平均処理(例えば１℃間隔での加重平均処理）を行い、平均温度と比例定数との関係を求める。尚、このように温度変化幅の大きいものほど重みを大きく設定するのは、温度変化幅（＝最大温度−最低温度）が大きい程、直線近似により求めた比例定数の誤差幅が小さくなるからである。尚、図２１Ａ及び図２１Ｂは、温度変化幅が大きい程、直線近似により求めた比例定数の誤差幅が小さくなることを模式的に示した図である。

図２２に加重平均処理により求めた平均温度と比例定数との関係（以下、温度比例定数相関グラフ１１２４と称する。）を示す。尚、同図における一つの丸印は一つの比例定数データ１１２３に対応している。

以上のようにして得られた温度比例定数相関グラフ１１２４を用いることで、例えば、ある温度における傾斜角が計測されている場合に、他の温度における傾斜角を求める（以下、傾斜角算出処理とも称する。）ことができる。例えば、温度が３０℃のときの傾斜角がＡ₃₀として測定されている場合、温度が０℃のときの傾斜角Ａ₀は次のようにして求めることができる。

まず情報処理装置は、温度が３０℃のときの比例定数Ｄ₃₀を温度比例定数相関グラフ１１２４から取得する。続いて情報処理装置は、温度が２９℃のときの傾斜角Ａ₂₉を、Ａ₂₉＝Ａ₃₀―Ｄ₃₀×１℃から求める。続いて情報処理装置は、温度が２９℃のときの比例定数Ｄ₂₉を温度比例定数相関グラフ１１２４から取得する。続いて情報処理装置は、温度が２８℃のときの傾斜角Ａ₂₈をＡ₂₈＝Ａ₂₉―Ｄ₂₉×１℃から求める。そして情報処理装置は以上の処理を平均温度を１℃ずつ減らしつつ繰り返し行い、最終的に温度が０℃のときの傾斜角Ａ₀を求める。

尚、以上の傾斜角算出処理は次のように一般式で表すこともできる。
Ａ₀＝Ａ_n−∫Ｆ（ｔ）ｄｔ
ここでＡ_nは温度ｔ_nのときに計測された傾斜角、Ａ₀は温度ｔ_oにおける傾斜角である。またＦ（ｔ）は温度ｔを変数とする比例定数の関数（温度比例定数相関グラフ１１２４）であり、∫Ｆ（ｔ）ｄｔは、関数Ｆ（ｔ）の温度ｔ_n（前述の例では３０℃）から温度ｔ_o（前述の例では０℃）までの定積分である。

＝処理説明＝
続いて、地盤変位観測システム１が行う処理について説明する。尚、以下の説明において、観測エリア２にはその全体に亘って多数の傾斜センサ１５が設置されているものとする。また図２３に示すように、各傾斜センサ１５は、近い位置に設置されている所定数の傾斜センサ１５が同じグループ（この例では、グループＩＤを「Ａ」、「Ｂ」、「Ｃ」、・・・などとしている。）に所属するように複数のグループに分類されているものとする。また同じグループに所属する各傾斜センサ１５が設置されている地盤の温度は均一であり、同じグループに所属する各傾斜センサ１５の夫々が設置されているコンクリート基礎の温度は時間の経過とともに同一になるものとする。

図２４は、地盤変位観測システム１において行われる処理（以下、計測データ取得処理Ｓ２４００と称する。）を説明するフローチャートである。以下、同図とともに計測データ取得処理Ｓ２４００について説明する。

同図に示すように、センサノード１０の制御装置１１は、ゲートウェイ装置２０からの制御指示６００の受信有無をリアルタイムに監視している（Ｓ２４１１）。制御指示６００を受信すると（Ｓ２４１１：ＹＥＳ）、制御装置１１は、受信した制御指示６００の内容に従ってセンサノード１０の構成要素についての消費電力の制御や計測データ（傾斜角）を取得するタイミングの設定を行う（Ｓ２４１２）。制御指示６００を受信していない場合（Ｓ２４１１：ＮＯ）、制御装置１１はＳ２４１３からの処理を行う。

Ｓ２４１３では、制御装置１１は、当該センサノード１０の傾斜センサ１５が、現在、オン（傾斜角を計測可能な状態）であるか否かを判定する。傾斜センサ１５がオンである場合（Ｓ２４１３：ＹＥＳ）、処理はＳ２４１４に進む。一方、傾斜センサ１５がオフ（傾斜センサ１５がスタンバイ状態等で傾斜角を計測できない状態）である場合（Ｓ２４１３：ＮＯ）、処理はＳ２４１１に戻る。

Ｓ２４１４では、制御装置１１は、現在が傾斜角の計測時機か否かを判定する。現在が傾斜角の計測時機である場合（Ｓ２４１４：ＹＥＳ）、制御装置１１は、当該センサノード１０の傾斜センサ１５から計測値を取得する（Ｓ２４１５）。現在が傾斜角の計測時機でない場合（Ｓ２４１４：ＮＯ）、処理はＳ２４１６に進む。

Ｓ２４１６では、制御装置１１は、送信データが有るか（Ｓ２４１５において新たに取得した計測値（傾斜角）があるか）否かを判定する。送信データが有る場合（Ｓ２４１６：ＹＥＳ）、制御装置１１は、計測値を設定した計測データ５００を生成してゲートウェイ装置２０に送信する（Ｓ２４１７）。一方、送信データが無い場合（Ｓ２４１６：ＮＯ）、処理はＳ２４１１に戻る。

ゲートウェイ装置２０は、センサノード１０から計測データ５００を受信する時機が到来した否かをリアルタイムに監視している（Ｓ２４５１）。現在が計測データ５００の受信時機である場合（Ｓ２４５１：ＹＥＳ）、ゲートウェイ装置２０は、計測データ５００の受信を開始し、受信した計測データ５００の内容を計測値管理テーブル９００に出力する（Ｓ２４５３）。尚、ゲートウェイ装置２０は、計測データ５００を随時サーバ装置３０に中継送信し、一方でサーバ装置３０は、計測データ５００を受信すると、計測値管理テーブル９００の内容を、受信した計測データ５００の内容に更新する。

Ｓ２４５８では、サーバ装置３０が制御指示６００を生成する。

Ｓ２４５９では、サーバ装置３０が制御指示６００をゲートウェイ装置２０を介してセンサノード１０に送信する。

＜相関グラフ生成処理＞
図２５は、サーバ装置３０（ゲートウェイ装置２０又はユーザ端末４０でもよい。）が、計測データ取得処理Ｓ２４００で取得した計測データ（計測値）に基づき前述した温度比例定数相関グラフを生成する処理（以下、相関グラフ生成処理Ｓ２５００と称する。）を説明するフローチャートである。以下、同図とともに相関グラフ生成処理Ｓ２５００について説明する。

まずサーバ装置３０は、複数の時刻の夫々について、夫々を基点とする時間幅内（例えば、数時間前から現在まで）の複数の計測値について最小二乗法等により直線近似を行い、夫々について傾斜角と温度との相関の比例定数を求める（Ｓ２５１１）。

続いて、サーバ装置３０は、上記複数の時刻の夫々について、比例定数を求める際に用いた複数の計測値の平均温度と温度変化幅を求め、比例定数と平均温度と温度変化幅とを対応づけたデータ（比例定数データ１１２３）を生成して記憶する（Ｓ２５１２）。

続いて、サーバ装置３０は、複数の比例定数データ１１２３について、温度変化幅の大きいものほど重みを大きく設定した加重平均処理を行い(例えば１℃間隔で加重平均処理を行う）、平均温度と比例定数との関係（温度比例定数相関グラフ１１２４）を生成して記憶する（Ｓ２５１３）。

＜傾斜角算出処理＞
図２６は、サーバ装置３０（ゲートウェイ装置２０又はユーザ端末４０でもよい。）が、相関グラフ生成処理Ｓ２５００により生成された温度比例定数相関グラフ１１２４を利用して、ある温度において計測された傾斜角から他の温度における傾斜角を求める処理（以下、傾斜角算出処理Ｓ２６００と称する。）を説明するフローチャートである。以下、同図とともに傾斜角算出処理Ｓ２６００について説明する。

まずサーバ装置３０は、傾斜角を求めたい温度（以下、目的温度Ｔ₀と称する。）の入力をユーザ等から受け付ける（Ｓ２６１１）。

続いてサーバ装置３０は、計測された傾斜角Ａ_nと当該傾斜角Ａ_nを測定した際の温度Ｔ_nの入力をユーザ等から受け付ける（Ｓ２６１２）。

続いてサーバ装置３０は、温度比例定数相関グラフ１１２４を参照しつつ、次式から目的温度Ｔ₀のときの傾斜角Ａ₀を求める（Ｓ２６１３）。
Ａ₀＝Ａ_n−∫Ｆ（ｔ）ｄｔ
（但し、∫Ｆ（ｔ）ｄｔは、Ｆ（ｔ）の温度ｔ_nから温度ｔ_oまでの定積分）

続いて、サーバ装置３０は、求めた傾斜角Ａ_Oを出力する（Ｓ２６１４）。

以上に説明したように、本実施形態の仕組みによれば、傾斜角について精度よく温度補正を行うことができる。具体的には、ある時刻を基点とする時間幅内の計測値を用いて比例定数を求めるので、計測値の時間範囲（計測値が取得された時間の範囲）が限定され、僅かな地盤変位が蓄積されることによる影響を抑えることができる。尚、計測値の時間範囲が限定されることで計測値の数が限定され、傾斜角の誤差（正規分布）の影響が大きくなるが、温度変化幅の大きいものほど重みを大きく設定した加重平均処理を行うことで、誤差の影響を抑えることができる。

ところで、以上の説明は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明はその趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に本発明にはその等価物が含まれることは勿論である。

例えば、ゲートウェイ装置２０とサーバ装置３０を共通のハードウェア（ゲートウェイ装置２０とサーバ装置３０の双方の機能を兼ね備えた装置）としてもよい。

また例えば、以上の説明において、サーバ装置３０が主体となって行う処理を、例えば、ゲートウェイ装置２０やユーザ端末４０が主体となって行うようにしてもよい。またゲートウェイ装置２０が主体となって行う処理を、例えば、サーバ装置３０やユーザ端末４０が主体となって行うようにしてもよい。

１ 地盤変位観測システム、２ 観測エリア、５ 通信網、１０ センサノード、１１ 制御装置、１２ 無線装置、１５ 傾斜センサ、２０ ゲートウェイ装置、３０ サーバ装置、４０ ユーザ端末、４１３ 消費電力／計測時機制御部、５００ 計測データ、６００ 制御指示、１１１１ 計測データ受信部、１１１６ 温度補正処理部、１１１６１ 傾斜角温度相関算出部、１１１６２ 比例定数データ生成部、１１１６３ 温度補正情報生成部、１１１６４ 傾斜角算出部、１１２２ 計測値管理テーブル、１１２３ 比例定数データ、１１２４ 温度比例定数相関グラフ、９００ 計測値管理テーブル、９５０ 地盤変位判定結果テーブル、１２００ 実験系、Ｓ２４００ 計測データ取得処理、Ｓ２５００ 相関グラフ生成処理、Ｓ２６００ 傾斜角算出処理

Claims (4)

1. 傾斜センサを用いた地盤変位観測方法における傾斜角の温度補正方法であって、
   情報処理装置が、
   地盤変位の観測が行われる所定のエリア内に設置した傾斜センサにより時系列的に計測される傾斜角を、夫々が計測された時刻における前記所定エリアの温度とともに計測値として記憶するステップ、
   異なる複数の時刻の夫々について、夫々を基点とする所定時間幅内の複数の前記計測値について直線近似を行うことにより、前記傾斜角と前記温度との相関の比例定数を求めるステップ、
   前記比例定数を求める際に用いた複数の前記計測値の平均温度と温度変化幅とを求め、前記比例定数と前記平均温度と前記温度変化幅とを対応づけたデータである比例定数データを生成するステップ、
   前記比例定数データについて、前記温度変化幅の大きいものほど重みを大きく設定した加重平均処理を行い、前記平均温度と前記比例定数との関係を示す情報を生成するステップ、
   を実行する、傾斜角の温度補正方法。
2. 請求項１に記載の傾斜角の温度補正方法であって、
   前記情報処理装置は、
   前記平均温度ｔに対応する前記比例定数を求める関数であるＦ（ｔ）を前記情報として生成し、
   温度ｔ_nのときの傾斜角がＡ_nとして与えられているとき、ある温度ｔ_oのときの傾斜角を次式より求めるステップ
   Ａ₀＝Ａ_n−∫Ｆ（ｔ）ｄｔ
   （但し、∫Ｆ（ｔ）ｄｔは、Ｆ（ｔ）の温度ｔ_nから温度ｔ_oまでの定積分）
   を実行する、傾斜角の温度補正方法。
3. 傾斜センサを用いた地盤変位観測に用いる情報処理装置であって、
   地盤変位の観測が行われる所定のエリア内に設置した傾斜センサにより時系列的に計測される傾斜角を、夫々が計測された時刻における前記所定エリアの温度とともに計測値として記憶する計測値取得部と、
   異なる複数の時刻の夫々について、夫々を基点とする所定時間幅内の複数の前記計測値について直線近似を行うことにより、前記傾斜角と前記温度との相関の比例定数を求める傾斜角温度相関算出部と、
   前記比例定数を求める際に用いた複数の前記計測値の平均温度と温度変化幅とを求め、前記比例定数と前記平均温度と前記温度変化幅とを対応づけたデータである比例定数データを生成する比例定数データ生成部と、
   前記比例定数データについて、前記温度変化幅の大きいものほど重みを大きく設定した加重平均処理を行い、前記平均温度と前記比例定数との関係を示す情報を生成する温度補正情報生成部と、
   を備える、情報処理装置。
4. 請求項３に記載の情報処理装置であって、
   前記温度補正情報生成部は、前記平均温度ｔに対応する前記比例定数を求める関数であるＦ（ｔ）を前記情報として生成し、
   温度ｔ_nのときの傾斜角がＡ_nとして与えられているとき、ある温度ｔ_oのときの傾斜角を次式より求める傾斜角算出部
   Ａ₀＝Ａ_n−∫Ｆ（ｔ）ｄｔ
   （但し、∫Ｆ（ｔ）ｄｔは、Ｆ（ｔ）の温度ｔ_nから温度ｔ_oまでの定積分）
   を更に備える、情報処理装置。