JP6450668B2 - 土砂移動観測システム - Google Patents

Description

本発明は、線路や道路などの保全対象物への土砂の流入又は接近を観測するための土砂移動観測システムに関するものである。

特許文献１，２に開示されているように、大雨などによって緩んだ斜面の土砂が崩壊して線路や道路に流入した場合に、その状況を検知して到達前の列車や自動車に報知するシステムが知られている。

一方、特許文献３には、電波発信器が埋め込まれた石れきを、河川の石れきや土砂に紛れ込ませておくことで、土石の移動現象を観測することができる方法が開示されている。

また、特許文献４には、低い周波数の低周波信号を発信する低周波発振器を石れきなどの観測対象物に実装しておくことで、水中や土中での減衰量の少ない発信装置にできることが開示されている。

特開平１１−１０１６３８号公報 特許第５１０７７６５号公報 特開平６−１３００７７号公報 特許第４０２７３６２号公報

一方、鉄道においては、土砂の線路内への流入検知によって列車を一旦止めると、ダイヤの乱れが起きて後続列車にも影響を及ぼすことになるため、誤検知や誤報知のない正確な検知及び報知が望まれる。

そこで、本発明は、誤検知や誤報知の起き難い構成の土砂移動観測システムを提供することを目的としている。

前記目的を達成するために、本発明の土砂移動観測システムは、保全対象物への土砂の流入又は接近を観測するための土砂移動観測システムであって、観測対象となる土砂に対して設置された移動体と、前記移動体に内蔵された低周波電磁界信号の発信が可能な発信装置と、前記発信装置から発信された前記低周波電磁界信号を検知する受信装置とを備え、前記受信装置として、前記観測対象となる土砂の近辺に設置されたメンテナンス用受信装置と、前記保全対象物の近辺に設置された移動時用受信装置とが存在しており、前記メンテナンス用受信装置の検知範囲と前記移動時用受信装置の検知範囲とは離隔していることを特徴とする。

ここで、前記移動時用受信装置として、前記観測対象となる土砂の流下方向における前記保全対象物より上流側に設置された第１受信装置と、下流側に設置された第２受信装置とが存在している構成とすることができる。

また、別の発明となる土砂移動観測システムは、保全対象物への土砂の流入又は接近を観測するための土砂移動観測システムであって、観測対象となる土砂の内部に埋設された移動体と、前記移動体に内蔵された低周波電磁界信号の発信が可能な発信装置と、前記発信装置から発信された前記低周波電磁界信号を検知する受信装置とを備え、前記移動体の大きさは、前記観測対象となる土砂の流下が生じた際に浮上して輸送されるように設定されていることを特徴とする。

ここで、前記移動体の大きさは、前記観測対象となる土砂の平均粒径を基準に設定されている構成とすることができる。

さらに、別の発明となる土砂移動観測システムは、保全対象物への土砂の流入又は接近を観測するための土砂移動観測システムであって、観測対象となる土砂に対して設置された移動体と、前記移動体に内蔵された低周波電磁界信号の発信が可能な発信装置と、前記発信装置から発信された前記低周波電磁界信号を検知する受信装置とを備え、前記発信装置は、所定の間隔で前記低周波電磁界信号を発信させるためのメンテナンス用電源と、前記移動体の傾きが検知された際に前記低周波電磁界信号を発信させるための移動時用電源とを備えていることを特徴とする。

そして、前記受信装置が前記低周波電磁界信号を検知した際に、前記保全対象物の近辺を撮影する確認用カメラを備えた構成とすることができる。

このように構成された本発明の土砂移動観測システムは、観測対象となる土砂に対して設置された移動体と、それに内蔵された低周波電磁界信号の発信が可能な発信装置とを備えている。

そして、受信装置としては、観測対象となる土砂の近辺に設置されたメンテナンス用受信装置と、保全対象物の近辺に設置された移動時用受信装置とが存在している。このメンテナンス用受信装置の検知範囲と移動時用受信装置の検知範囲とは、離隔していて重複していない。

このため、いずれの受信装置によって発信装置からの低周波電磁界信号が検知されるかによって、観測対象となる土砂の位置が正確に把握できるようになり、誤検知や誤報知を防ぐことができる。

また、移動時用受信装置として、保全対象物より上流側と下流側にそれぞれ受信装置を設置しておくことによって、さらに正確な位置情報が把握できるようになり、危険度に応じた対応を取ることができるようになる。

さらに、観測対象となる土砂の内部に埋設された移動体の大きさが、土砂の流下が生じた際に浮上して輸送されるように設定されていれば、実際には土石流が発生しているのに移動体が一緒に移動せずに検知が遅れるといった事態の発生を防ぐことができる。

特に、移動体の大きさを観測対象となる土砂の平均粒径を基準に設定することによって、粒度偏析によって高い確率で移動体を浮上させて土石流と一緒に移動させることができる。

また、発信装置の電源が、所定の間隔で低周波電磁界信号を発信させるためのメンテナンス用電源と、移動体の傾きが検知された際に発信させるための移動時用電源とに分かれていれば、常時の位置確認ができるうえに、土石流が発生したときの電源を確実に確保しておくことができる。

さらに、受信装置が低周波電磁界信号を検知した際に、保全対象物の近辺を撮影する確認用カメラを備えることによって、目視によっても状況が確認できるようになる。

本実施の形態の土砂移動観測システムの全体構成を説明する説明図である。 発信装置を内蔵させる移動体の構成を説明する斜視図である。 発信装置の構成を説明するブロック図である。 （ａ）は移動体の埋設状態を説明する模式的な断面図、（ｂ）は土石流が発生した際の移動体の移動状況を説明する説明図である。 粒度偏析が起きやすい条件を説明するための図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は、本実施の形態の土砂移動観測システム１の全体構成及び動作状況を説明するための図である。

本実施の形態の土砂移動観測システム１は、保全対象物となる線路２に隣接して設けられる。図１では、図中の左右に延びる線路２に対して、上から下に向けて線路２を横断するような土石流の発生が予想される状況を図示している。

すなわち図１では、線路２の上側が土石流の上流側となり、線路２の下側が土石流の下流側となる。また、土石流の予想される経路として土石流路３１を二点鎖線で帯状に示した。

図に土石流路３１を示したように、斜面の状態や地質などによって、土石流が起きやすい箇所や土石流が発生した場合に流れる方向などは、ある程度予測することができる。本実施の形態では、この予測に基づいて土砂移動観測システム１の設置が行われる。

本実施の形態の土砂移動観測システム１は、観測対象３となる土砂に対して設置された移動体４と、移動体４に内蔵された発信装置５と、発信装置５から発信された低周波電磁界信号を検知する受信装置（６，７，８）と、受信装置（６，７，８）による検知を報知する報知手段（図示省略）とによって主に構成される。

また、土石流が流入する可能性のある線路２の範囲を撮影する確認用カメラ９を、線路２に隣接した位置に設置しておくことができる。この確認用カメラ９は、動画撮影を行うビデオカメラであっても、静止画を撮影するカメラであっても、いずれの構成でもよい。

移動体４には、図２に示すように、例えば石れきが使用できる。この移動体４には、中央付近が穿孔されて孔４１が設けられる。そして、この孔４１に発信装置５が挿入されて、蓋部４２によって孔４１が塞がれる。

図３は、発信装置５の構成の一例をブロック図で示したものである。この発信装置５は、アンテナ５１と、発信回路５２と、電源（５４，５６）とによって主に構成される。

この発信回路５２は、低周波電磁界信号の発信が可能な回路である。発信回路５２は、8−20kHz程度の低い周波数の電磁界信号（電磁波）を生成させる回路である。この生成された電磁界信号には、識別子を付与することができる。

低周波電磁界信号は、土中や水中において減衰しにくく、発信装置５が土砂や土石流に埋もれていても、後述する受信装置（６，７，８）によって検知させることができる。

この発信装置５には、定期的に位置を検知させるためのメンテナンス用電源５４が電源として設けられている。メンテナンス用電源５４には、タイマ回路５３が接続されており、所定の間隔（例えば１回／日）で発信回路５２を通じて低周波電磁界信号を発信させることができる。

さらに、発信装置５には、移動体４が移動しているときに位置を検知させるための移動時用電源５６も電源として設けられている。この移動時用電源５６は、移動体４の傾きを検知して傾斜検知スイッチ５５が入ると通電して、発信回路５２を通じて低周波電磁界信号を連続して発信させることができる。

傾斜検知スイッチ５５には、例えば発信装置５がある角度以上に傾くとスイッチが入る公知の転倒スイッチを使用することができる。また、移動時用電源５６によって作動する傾斜センサを組み込んだ構成であってもよい。

このようにして発信装置５が内蔵された移動体４は、図４（ａ）に示すように、観測対象３となる土砂の内部に埋設される。このように土砂の内部に埋設しておくことで、動物や人の歩行による転がりや、表面水による移動を防ぐことができる。

一方、移動体４を埋設した場合であっても、土石流の発生によって一緒に移動体４が流下しなければならない。そこで、移動体４の大きさは、粒度偏析によって観測対象３の土砂の内部から浮上して輸送されるように設定される。

ここで、「粒度偏析」とは、粒径が異なる粒体が混在する状態で振動を与えると、粒径によるふるい分けが起きる現象をいう。図５は、粒度偏析が起きやすい程度を偏析度として、粒径との関係を説明した公知の知見を模式的に図示したものである。

この図５から、小粒径と大粒径の２種類の粒体が混在した試験体において、偏析度が高くなる粒径比が読み取れる。すなわち、粒径比0.5程度で偏析度が最も高くなることがわかる。

そこで、この粒径比の関係を、観測対象３の土砂の平均粒径（D₅₀）と移動体４の粒径（大きさ）との関係に置き換えて、移動体４の大きさを設定する。要するに、観測対象３の土砂の平均粒径（D₅₀）の2倍程度の粒径の移動体４を使用することで、土石流が発生したときに、確実に移動体４を浮上させることができるようになる。

また、粒度偏析によって浮上した移動体４は、流速の大きな表面流に輸送されて、図４（ｂ）に示すように土石流の先頭部３２に移動していくため、土石流が線路２に近づいていることを早期に検知させることができるようになる。

発信装置５から発信された低周波電磁界信号を検知させる受信装置には、観測対象３の近辺に設置されたメンテナンス用受信装置６と、線路２の近辺に設置された移動時用受信装置（７，８）とが存在している。

メンテナンス用受信装置６は、初期位置として移動体４が埋設された近辺の土石流路３１から外れた左岸に設置される。このメンテナンス用受信装置６の検知範囲６１は、半径10m程度を限度にそれよりも小さく設定する。

メンテナンス用受信装置６によって検知された信号は、遠隔した場所にある管理室に送信されて報知手段となる表示器や報知器に入力され、管理者が認識可能な表示や音などによって出力される。

移動時用受信装置（７，８）としては、線路２より土石流の上流側に第１受信装置７が設置され、下流側に第２受信装置８が設置される。図１では、第１受信装置７は土石流路３１の右岸側に設置され、第２受信装置８は土石流路３１の左岸側に設置されている。

また、第１受信装置７及び第２受信装置８の検知範囲７１，８１は、半径10m程度を限度にできるだけ大きく設定する。第１受信装置７又は第２受信装置８によって検知された信号は、遠隔した場所にある管理室に送信されて報知手段となる表示器や報知器（警報器）に入力され、管理者が認識可能な表示や音などによって出力される。

図１では、メンテナンス用受信装置６の検知範囲６１は、第１受信装置７及び第２受信装置８の検知範囲７１，８１よりも小さく設定されている。また、検知範囲６１は、検知範囲７１，８１から離隔しており、重複する検知範囲がない状態になっている。

これに対して、第１受信装置７と第２受信装置８の検知範囲７１，８１は、線路２部分で重複している。このため、移動体４が線路２上まで移動してきた場合は、第１受信装置７及び第２受信装置８の両方で検知することができる。

そして、確認用カメラ９は、線路２上の少なくとも第１受信装置７と第２受信装置８の検知範囲７１，８１が重複している箇所の撮影ができるように設置される。

この確認用カメラ９は、発信装置５から発信された低周波電磁界信号を検知した時点から、撮影が開始されるように設定することができる。なお、確認用カメラ９が電源が確保しやすい箇所に設置される場合は、常時、撮影が行われる設定であってもよい。

また、詳細な説明は省略するが、確認用カメラ９で撮影された画像も、受信装置（６，７，８）と同様に、遠隔した場所にある管理室で確認できる構成となっている。

次に、本実施の形態の土砂移動観測システム１の設置方法、その動作及びその作用について、図面を参照しながら説明する。

まず、観測対象３の土砂を採取して、その土砂の平均粒径（D₅₀）を測定する。そして、平均粒径（D₅₀）の2倍程度の粒径の石れきを、移動体４として選定する。この移動体４には、図２に示すように、略中央に円柱状の孔４１を穿孔する。

この孔４１には、発信装置５を入れる。そして、その上から円板状の蓋部４２を被せ、孔４１を密封する。このようにして製作された発信装置５が内蔵された移動体４は、図４（ａ）に示すように、観測対象３となる土砂の内部に埋設する。

さらに、移動体４が埋設された観測対象３の近辺には、図１に示すように、検知範囲６１に初期位置の移動体４が入るようにメンテナンス用受信装置６を設置する。

一方、土石流路３１の右岸側の線路２の近辺（土石流の上流側）には、第１受信装置７を設置する。また、この土石流路３１を挟んで第１受信装置７の反対側の線路２の近辺（土石流の下流側）には、第２受信装置８を設置する。

このようにして土砂移動観測システム１が設置されると、発信装置５から例えば１日１回の間隔で低周波電磁界信号が発信され、メンテナンス用受信装置６によってその信号が検知される。

メンテナンス用受信装置６によって検知された信号は、管理室の表示器などに送られ、表示器の検知範囲６１内の移動体４を点灯させるなどして、管理者が現在位置を視認できるようになっている。

このメンテナンス用受信装置６で検知できている間は、移動体４の移動はない、すなわち線路２に危険が及ぶような土石流は起きていないものと判断することができる。

これに対して、大雨が降り続き、斜面が緩んで土石流が発生すると、図４（ｂ）に示すように、粒度偏析によって移動体４が浮上して表面流によって輸送されて土石流の先頭部３２に移動し、土石流とともに線路２に向けて流下していくことになる。

土石流によって移動体４が移動すると、まずメンテナンス用受信装置６の検知範囲６１から外れて、検知範囲７１内に入った時に、第１受信装置７によって検知される。

第１受信装置７によって検知された信号は、管理室の表示器や警報器などに送られ、警報器を鳴らして発報したり、表示器の検知範囲７１内の移動体４を点灯させるなどして管理者が認識できるようになっている。

この状態で土石流が止まれば、第１受信装置７のみによる検知として、土石流が線路２に流入する手前で停止したと判定できる。また、第１受信装置７の検知によって撮影を開始する確認用カメラ９の映像によっても、状況を確認することができる。

これに対して、第２受信装置８でも発信装置５の低周波電磁界信号が検知されると、土石流が線路２に到達したものと判定することができる。詳細には、移動体４が線路２上にある場合は、第１受信装置７と第２受信装置８の両方で検知されることになる。一方、第２受信装置８のみで検知された場合は、土石流の先頭部３２は線路２を通過していったと判定できる。

第２受信装置８によって検知された信号も、管理室の表示器や警報器などに送られ、警報器を鳴らして発報したり、表示器の検知範囲８１内の移動体４を点灯させるなどして管理者が認識できるようになっている。

例えば、土石流の先頭部３２が線路２に差し掛かった程度であれば、復旧までの時間は比較的に短く済むものと判断できる。これに対して、土石流の先頭部３２が線路２を通過している場合は、線路２に堆積した土砂の量も多いものと判断でき、復旧までの時間が長くなることが予想できる。

このような線路２上の状態は、第１受信装置７及び第２受信装置８の少なくとも一方で検知がある場合に撮影を開始する確認用カメラ９の映像によって確認することができる。

このように構成された本実施の形態の土砂移動観測システム１は、観測対象３となる土砂に対して設置された移動体４と、それに内蔵された低周波電磁界信号の発信が可能な発信装置５とを備えている。

そして、受信装置としては、観測対象３となる土砂の近辺に設置されたメンテナンス用受信装置６と、線路２の近辺に設置された移動時用受信装置（７，８）とが存在している。このメンテナンス用受信装置６の検知範囲６１と移動時用受信装置（７，８）の検知範囲７１，８１とは、離隔していて重複していない。

このため、いずれの受信装置（６，７，８）によって発信装置５からの低周波電磁界信号が検知されるかによって、観測対象３となる土砂の位置が正確に把握できるようになり、誤検知や誤報知を防ぐことができる。

また、移動時用受信装置として、線路２より上流側と下流側にそれぞれ第１受信装置７と第２受信装置８を設置しておくこによって、さらに正確な移動体４の位置情報を把握できるようになり、危険度に応じた対応を取ることができるようになる。

さらに、観測対象３となる土砂の内部に埋設された移動体４の大きさが、土砂の流下が生じた際に浮上して輸送されるように設定されていれば、実際には土石流が発生しているのに移動体４が一緒に移動せずに検知が遅れるといった事態の発生を防ぐことができる。

特に、移動体４の大きさを観測対象３となる土砂の平均粒径（D₅₀）を基準に設定することによって、粒度偏析によって高い確率で移動体４を浮上させて土石流と一緒に移動させることができる。

また、発信装置５の電源が、所定の間隔で低周波電磁界信号を発信させるためのメンテナンス用電源５４と、移動体４の傾きが検知された際に発信させるための移動時用電源５６とに分かれていれば、常時の位置確認ができるうえに、土石流が発生したときの電源を確実に確保しておくことができる。

要するに、発信装置５から所定の間隔で低周波電磁界信号を発信させることによって、移動体４の移動が起きていないかを確認できるため、メリットがある。しかしながら、安定している状態を確認するために電力が消費され、異常時に低周波電磁界信号を発信させる電力が残っていなければ、発信装置５としての意味がない。

これに対して、常時の位置確認用の電源とは別に、土石流が発生したときに確実に低周波電磁界信号を発信させるだけの電力が移動時用電源５６によって確保されておれば、線路２への土砂の流入又は接近を検知することができる。

さらに、移動時用受信装置（７，８）が低周波電磁界信号を検知した際に、線路２の近辺を撮影する確認用カメラ９を備えることによって、目視によっても状況が確認できるようになる。

以上、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳述してきたが、具体的な構成は、この実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱しない程度の設計的変更は、本発明に含まれる。

例えば前記実施の形態では、保全対象物を線路として説明したが、これに限定されるものではなく、保全対象物が道路や建物などであってもよい。

また、前記実施の形態では、移動体４の大きさを観測対象３となる土砂の流下が生じた際に浮上して輸送されるように設定したが、これに限定されるものではなく、土石流や土砂崩壊が確実に検知できる大きさや配置にすればよい。

さらに、前記実施の形態では、メンテナンス用電源５４と移動時用電源５６との両方を備えた発信装置５について説明したが、これに限定されるものではなく、発信装置の電源は一つであってもよい。

また、前記実施の形態では、確認用カメラ９が配置された構成について説明したが、これに限定されるものではなく、確認用カメラ９は省略することもできる。

さらに、前記実施の形態では、発信装置５が内蔵された移動体４が観測対象３に１個だけ設置された場合を例に説明したが、これに限定されるものではなく、複数の移動体４，・・・を観測対象３の内部に設置することができる。その場合は、各発信装置５，・・・から発信される低周波電磁界信号に異なる識別子を付加して、区別させることができる。

１ 土砂移動観測システム
２ 線路（保全対象物）
３ 観測対象
４ 移動体
５ 発信装置
５４ メンテナンス用電源
５６ 移動時用電源
６ メンテナンス用受信装置（受信装置）
６１ 検知範囲
７ 第１受信装置（移動時用受信装置）
７１ 検知範囲
８ 第２受信装置（移動時用受信装置）
８１ 検知範囲
９ 確認用カメラ

Claims (6)

1. 保全対象物への土砂の流入又は接近を観測するための土砂移動観測システムであって、
   観測対象となる土砂に対して設置された移動体と、
   前記移動体に内蔵された低周波電磁界信号の発信が可能な発信装置と、
   前記発信装置から発信された前記低周波電磁界信号を検知する受信装置とを備え、
   前記受信装置として、前記観測対象となる土砂の近辺に設置されたメンテナンス用受信装置と、前記保全対象物の近辺に設置された移動時用受信装置とが存在しており、前記メンテナンス用受信装置の検知範囲と前記移動時用受信装置の検知範囲とは離隔していることを特徴とする土砂移動観測システム。
2. 前記移動時用受信装置として、前記観測対象となる土砂の流下方向における前記保全対象物より上流側に設置された第１受信装置と、下流側に設置された第２受信装置とが存在していることを特徴とする請求項１に記載の土砂移動観測システム。
3. 前記移動体は、前記観測対象となる土砂の内部に埋設されるとともに、
   前記移動体の大きさは、前記観測対象となる土砂の流下が生じた際に浮上して輸送されるように設定されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の土砂移動観測システム。
4. 前記移動体の大きさは、前記観測対象となる土砂の平均粒径を基準に設定されていることを特徴とする請求項３に記載の土砂移動観測システム。
5. 保全対象物への土砂の流入又は接近を観測するための土砂移動観測システムであって、
   観測対象となる土砂に対して設置された移動体と、
   前記移動体に内蔵された低周波電磁界信号の発信が可能な発信装置と、
   前記発信装置から発信された前記低周波電磁界信号を検知する受信装置とを備え、
   前記発信装置は、所定の間隔で前記低周波電磁界信号を発信させるためのメンテナンス用電源と、前記移動体の傾きが検知された際に前記低周波電磁界信号を発信させるための移動時用電源とを備えていることを特徴とする土砂移動観測システム。
6. 前記受信装置が前記低周波電磁界信号を検知した際に、前記保全対象物の近辺を撮影する確認用カメラを備えたことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の土砂移動観測システム。