JP6476955B2 - 地盤変位の観測方法、及び情報処理装置 - Google Patents

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、地盤変位簡易測定装置を、傾斜地の地割れを挟んで配置する起点側立状体及び変位側立状体と、変位側立状体が起点側立状体に対して水平方向に変位する変位量を計測する水平方向変位量計測部材と、水平方向変位量計測部材のプレート部材が載せられる複数の回転体を有する載置機構と、変位側立状体の鉛直方向に変位する変位量を計測する鉛直方向変位量計測部材とで構成することが記載されている。

特開２０１３−１５５４８８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、設備保全等の観点から、環境情報として設備の近傍に存在する傾斜面の地盤変位を観測する必要が生じる。こうした地盤変位を検知する方法としては、伸縮計を用いるものや、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、いずれの方法も機器の設置に手間やコストがかかる。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て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。

傾斜センサ方式では、地盤の変位量そのものではなく、傾斜角度を計測することにより間接的に地盤変位を検知する。傾斜センサ方式では、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。

ここで地盤変位の大きな状態変化を監視することを主目的とするのであれば必ずしも高い検知精度は要求されない。しかし地盤変位の大きな状態変化を予兆の段階で捉えることを目的とする場合には既存技術と同等の検知精度が要求される。そこで傾斜センサ方式により既存技術と同程度の検知精度（数ｍｍ）を得るための様々な試みがなされている。

前述の通り、傾斜センサ方式では、地盤の変位量そのものではなく、傾斜角度を計測することにより地盤変位を間接的に検知する。このため他の技術と同等の検知精度（数ｍｍ）を得ようとすれば０．０１〜０．０９ ゜の精度が必要となる（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１ｍｍ低下すると仮定すると、地点Ａ〜地点Ｂの傾斜角度は ｔａｎ^-1（１／５０００）より０．０１゜と算出される。）。従って、このような高い精度を得るためには、地盤のわず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がとられる。

しかし上記の方法で傾斜センサを設置した場合でも、例えば、施工時にコンクリート基礎の内部に生じた歪みが時間の経過とともに顕在化する、地盤がコンクリート基礎の重量を支えきれずにコンクリート基礎が徐々に沈下する等の理由により、傾斜センサ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」とも称する。）が発生する。そしてこの外乱による傾斜は、長期（数週間から数ヶ月）に亘って増加、停止、逆戻り等する場合もあり、外乱による傾斜が生じている傾斜センサは「地盤変位による傾斜」を正確に計測することが困難となる。

本発明はこうした背景に鑑みてなされたもので、簡素な構成にて精度よく地盤変位を検知することが可能な、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の観測方法であって、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複数の傾斜センサの夫々について傾斜角（変位角）のベクトルを時系列的に計測した値を記憶するステップ、前記複数の傾斜センサの夫々について、夫々の時系列的な変化の前後における各前記ベクトルに基づき、地盤変位による傾斜ベクトルのうち、外乱による傾斜ベクトルに対して垂直な方向の成分を求めるステップ、前記各傾斜センサについて求めた前記垂直な方向の成分を合成することにより、前記地盤変位による傾斜ベクトルを求めるステップを実行することとする。

本発明によれば、傾斜センサに外乱による傾斜ベクトルが作用している場合でも、各傾斜センサについて求めた垂直な方向の成分を合成することにより、地盤変位（地盤変位による傾斜ベクトル）を精度よく検知することができる。また複数の傾斜センサの計測値（外乱による傾斜ベクトルに対して垂直な方向の成分）を用いて地盤変位による傾斜ベクトルを精度よく求めることができ、統計的に有意な数の計測値を得ることが難しい場合でも、地盤変位を精度よく検知することができる。このため、例えば、地盤変位を予兆の段階で検知することができる。

本発明のうちの他の一つは、上記観測方法であって、前記情報処理装置が、地盤変位による傾斜ベクトルのうち、前記外乱による傾斜ベクトルに対して垂直な方向の成分を求める前記ステップにおいて、時系列的な変化の前後における各前記ベクトルのうち、変化後の前記ベクトルの、前記外乱による傾斜ベクトルに対して垂直な方向の成分を求めることとする。

このように地盤変位による傾斜ベクトルのうち、外乱による傾斜ベクトルに対して垂直な方向の成分は、代数学的もしくは幾何学的な演算により容易に求めることができる。

本発明のうちの他の一つは、上記観測方法であって、前記所定のエリアは、前記地盤変位による傾斜ベクトルが前記複数の傾斜センサの夫々に一様に作用するエリアであることとする。

このように所定のエリアを地盤変位による傾斜ベクトルが複数の傾斜センサの夫々に一様に作用するエリアとすることで、各傾斜センサについて求めた垂直な方向の成分を合成することにより地盤変位による傾斜ベクトルを精度よく求めることができる。

本発明のうちの他の一つは、上記観測方法であって、前記情報処理装置が、前記所定のエリア内に設置した３つ以上の前記傾斜センサの中から、前記外乱による傾斜ベクトルの方向が９０゜に近い関係にある傾斜センサを優先して選択し、選択した前記傾斜センサの夫々を対象として、時系列的な変化の前後における各前記ベクトルに基づき、地盤変位による傾斜ベクトルのうち、外乱による傾斜ベクトルに対して垂直な方向の成分を求め、前記各傾斜センサについて求めた前記垂直な方向の成分を合成することにより、前記地盤変位による傾斜ベクトルを求めることとする。

このように複数の傾斜センサのうち、外乱による傾斜ベクトルの方向のなす角が９０゜に近いものを優先して選択することで、地盤変位による傾斜ベクトルの標定精度を向上させることができる。

本発明のうちの他の一つは、上記観測方法であって、前記情報処理装置は、前記傾斜センサと通信可能に接続し、前記所定のエリア内に設置した前記傾斜センサのうち、前記選択の対象になっていない前記傾斜センサの消費電力を低減させることとする。

このように選択の対象になっていない傾斜センサについては消費電力を低減させることで、地盤変位による傾斜ベクトルの標定精度を確保しつつ、消費電力の低減を図ることができる。

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、簡素な構成にて精度よく地盤変位を検知することができる。

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。 消費電力制御指示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。 時間経過に対する「外乱による傾斜ベクトル」の大きさ（傾斜角度）の推移（計測結果）を示す図である。 時間経過に対する「外乱による傾斜ベクトル」の方位角の推移（計測結果）を示す図である。 傾斜センサ１５をグループに分類する様子を示す図である。 傾斜センサ１５により計測された傾斜角（変位角）のベクトル（大きさ（傾斜角度），方位角）が時系列的な変化の一例を示す図である。 傾斜センサ１５に作用するベクトルを説明する図である。 外乱による傾斜ベクトルに対して垂直な方向の成分を求める方法を説明する図である。 他の傾斜センサ１５について、外乱による傾斜ベクトルに対して垂直な方向の成分を求める方法を説明する図である。 地盤変位による傾斜ベクトルを求める方法を説明する図である。 地盤変位観測処理Ｓ２１００を説明するフローチャートである。 地盤変位検知処理Ｓ２１５５を説明するフローチャートである。 地盤変位判定結果テーブル９５０の一例である。

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の、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と通信網５（インターネット、携帯通信網等）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にアクセスするユーザ端末４０を含む。

図２にセンサノード１０の構成を示している。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、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、センサノード１０の各構成についての統括的な制御、傾斜センサ１５が出力する計測値の取得、計測値を含む無線信号の送信制御、ゲートウェイ装置２０との間の通信等を行う。

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。

傾斜センサ１５は、傾斜角（変位角）（１軸又は２軸）に応じた信号（例えば、傾斜角に応じた大きさのアナログ電圧）を出力するセンサであり、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）のもの等である。本実施形態の傾斜センサ１５は、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の構成要素に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、太陽電池パネルによって発電された電力を蓄電池１５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、風力発電設備等の他の自然エネルギー利用の発電設備をセンサノード１０に設けてもよい。

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、傾斜センサ１５から計測値を取得し、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には、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取得日時５１３等の情報を含む。制御装置１１は、ノードＩＤ５１１を、図４のノードＩＤ４２１として記憶している。計測値５１２は、傾斜センサ１５の出力値である。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）について消費電力の制御を行う。この制御は、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、スタンバイモード等の待機状態への遷移、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を機能停止（もしくは低消費電力モードに移行）させること等により行われる。

消費電力制御部４１３は、例えば、ゲートウェイ装置２０から消費電力の制御を指示する命令（以下、消費電力制御指示６００と称する。）を受信したのに応じて消費電力の制御を行う。

図６にゲートウェイ装置２０から送られてくる消費電力制御指示６００のフォーマットを示している。同図に示すように、消費電力制御指示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）に移行させる等）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、消費電力の制御の内容に関する情報である。制御情報４２２はゲートウェイ装置２０から受信した消費電力制御指示６００によって随時更新される。

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、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、制御指示中継部８１４、及び地盤変位検知部８１５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。またゲートウェイ装置２０は、計測値管理テーブル９００及び地盤変位判定結果テーブル９５０を記憶する。

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（傾斜角(変位角））、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傾斜角９１４１（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から送られてくる消費電力制御指示６００を受信すると、これをセンサノード１０に中継送信する。

地盤変位検知部８１５は、現在、地盤変位が生じているか否かを判定する処理（後述する地盤変位検知処理Ｓ２１５５）を行い、その結果を地盤変位判定結果テーブル９５０に出力する。地盤変位判定結果テーブル９５０の詳細については後述する。

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、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、制御指示送信部１１１４、及び監視制御機能提供部１１１５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。

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の内容に基づき消費電力制御指示６００を生成し、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）を指示する内容の消費電力制御指示６００を生成してゲートウェイ装置２０に送信する。また例えば、制御指示送信部１１１４は、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消費電力制御指示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。

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を記憶する。計測値管理テーブル１１２２の内容は、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。

＝検知精度の向上＝
続いて地盤変位の検知精度を向上させ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、本実施形態における傾斜センサ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（変位角）を、二次元座標系（Ｘ，Ｙ）の平面上のベクトル（大きさ（傾斜角度），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、上記誤差は、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２４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。

地盤変位の検知精度を向上させるには、地盤のわず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としても、例えば、施工時にコンクリート基礎の内部に生じた歪みが時間の経過とともに顕在化する、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下する、といった理由により、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」とも称する。）が発生することがある。

この外乱による傾斜の推移を検証するため、本発明者等は実験系１２００を構成して実験を行った。図１２に実験系１２００の要部の様子を示す。同図に示すように、傾斜センサ１５はコンクリート基礎１２１１に埋め込まれたアンカーボルトに固定した。またコンクリート基礎１２１１は、安定性の高い除振台１２１２の上に載置した。

図１３に時間経過に対する「外乱による傾斜ベクトル」の大きさ（傾斜角度）の推移（計測結果（２４回移動平均））を示している。同図から、コンクリート基礎１２１１を非常に安定した除振台１２１２に載置しているにも関わらず、３００ｈを経過した後、大きさ（傾斜角度）が顕著に増加、停止、逆戻り等していることがわかる。

図１４に時間経過に対する「外乱による傾斜ベクトル」の方位角の推移（計測結果）を示している。同図から、方位角については、最初は不安定であるが、３００ｈを経過したあたりから一定の方位に安定していることがわかる。

そこで現場に設置される以上のような傾斜センサ１５の特性を踏まえ、本実施形態では次に説明する仕組みにより地盤変位の検知精度を向上させている。

図１５に示すように、近い位置に設置されている傾斜センサ１５を、同じグループ（グループＩＤを「Ａ」、「Ｂ」、「Ｃ」・・・」としている。）に分類する。尚、グループは、同じグループに所属している複数の傾斜センサ１５の夫々に地盤変位による傾斜ベクトルが一様に作用するように（同じ真の傾斜角（変位角）が計測されるように）設ける。但し、上記一様性に必ずしも厳密性は要求されず、上記一様性は地盤変位観測システム１に対して求められる地盤変位の検知精度や除去不可能な誤差の大きさ等との関係で許容範囲を有していてもよい。

ここで傾斜センサ１５の二次元座標系（Ｘ，Ｙ）における前述した傾斜角（変位角）のベクトル（大きさ（傾斜角度），方位角）が、例えば、図１６に示すように時系列的に変化（変化前のベクトル（細い実線で示すベクトル）からΔｔ時間経過後の変化後のベクトル（太い実線で示すベクトル）に変化）した場合を考える。この場合、図１７に示すように、傾斜センサ１５には、「外乱による傾斜ベクトル」と「地盤変位による傾斜ベクトル」が作用している。ここで「外乱による傾斜ベクトル」は、変化前のベクトルと方向は一致しているが大きさが増大している（尚、停止や逆戻りすることもあるが、ここでは説明の簡単のため、大きさが時系列的に増大する場合を例示している。）。そしてこの「外乱による傾斜ベクトル」と「地盤変位による傾斜ベクトル」とを合成したものが変化後のベクトルに等しくなる。

ここで「地盤変位による傾斜ベクトル」のうち、「外乱による傾斜ベクトル」に対して垂直な方向の成分（この成分もベクトルである）は、図１８に示すように、変化前のベクトルと変化後のベクトルとから、代数学的もしくは幾何学的な演算により求めることができる。そしてこのような垂直な方向の成分は、同一のグループに所属する傾斜センサ１５の夫々について求めることができる。図１９に、同一のグループに所属する他の傾斜センサ１５により上記垂直な方向の成分を求めた例を示す。

図１８及び図１９に示すように、「外乱による傾斜ベクトル」は傾斜センサ１５ごとに異なるが、「地盤変位による傾斜ベクトル」については一致している（同一のグループに所属する各傾斜センサ１５には「地盤変位による傾斜ベクトル」が一様に作用するという前述した前提による。）。従って、以上のようにして求めた、同一のグループに所属している複数の傾斜センサ１５の夫々について求めた「地盤変位による傾斜ベクトル」のうち、「外乱による傾斜ベクトル」に対して垂直な方向の成分をベクトル演算により合成すれば、「地盤変位による傾斜ベクトル」を求めることができる。図２０に、図１８及び図１９の「外乱による傾斜ベクトル」に対して垂直な方向の成分を合成している様子を示す。

このように以上の方法によれば、複数の傾斜センサ１５の計測値（「外乱による傾斜ベクトル」に対して垂直な方向の成分）を用いて「地盤変位による傾斜ベクトル」を精度よく求めることができ、統計的に有意な数の計測値を得ることが難しい場合でも、地盤変位を精度よく検知することができる。このため、例えば、地盤変位を予兆の段階で検知することができる。

尚、図１８又は図１９から理解されるように、「外乱による傾斜ベクトル」の方向と「地盤変位による傾斜ベクトル」の方向とがなす角が９０゜に近くなる程、上記垂直な方向の成分は大きくなり（両者のなす角が９０゜のときに上記垂直な方向の成分は最大になる。）、一方、両者のなす角が０゜に近くなる程、上記垂直な方向の成分は小さくなる（両者のなす角が０゜のときに上記垂直な方向の成分は０になる。）。従って、上記ベクトルの合成に際し、「外乱による傾斜ベクトル」のなす角が０゜に近い傾斜センサ１５の組合せを選択した場合には、「地盤変位による傾斜ベクトル」の方向によってはいずれの傾斜センサ１５についても上記垂直な方向の成分が小さくなり、「地盤変位による傾斜ベクトル」の標定精度が著しく低下する。そこで「地盤変位による傾斜ベクトル」を上記ベクトル演算により求める際に用いる傾斜センサ１５の組合せる際は、夫々の「外乱による傾斜ベクトル」の方向のなす角が９０゜に近いものを優先して選択することが好ましい。

尚、傾斜センサ１５を選択する際、夫々の「外乱による傾斜ベクトル」の方向のなす角が９０゜に近いものを選択し、選択の対象になっていない傾斜センサ１５については機能を停止（もしくは低消費電力モードに移行）させることで、「地盤変位による傾斜ベクトル」の標定精度を確保しつつ消費電力の低減を図ることができる。また同一のグループ内において、夫々の「外乱による傾斜ベクトル」の方向のなす角が９０゜に近い傾斜センサ１５の組合せを複数組作成し、組ごとに順次機能を停止（もしくは低消費電力モードに移行）させるようにすれば、グループ内の多くの傾斜センサ１５を計測に参加させて統計的に有意な数の計測結果を確保しつつ、消費電力の低減を図ることができる。

＝処理説明＝
続いて、地盤変位観測システム１において行われる処理について説明する。

＜地盤変位観測処理＞
図２１は、地盤変位観測システム１において行われる処理（以下、地盤変位観測処理Ｓ２１００と称する。）を説明するフローチャートである。以下、同図とともに地盤変位観測処理Ｓ２１００について説明する。

センサノード１０の制御装置１１は、ゲートウェイ装置２０からの消費電力制御指示６００の受信有無をリアルタイムに監視している（Ｓ２１１１）。消費電力制御指示６００を受信すると（Ｓ２１１１：ＹＥＳ）、制御装置１１は、受信した消費電力制御指示６００の内容に従ってセンサノード１０の構成要素の消費電力の制御を行う（Ｓ２１１２）。消費電力制御指示６００を受信していない場合（Ｓ２１１１：ＮＯ）、制御装置１１はＳ２１１３からの処理を行う。

Ｓ２１１３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（変位角）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（Ｓ２１１３：ＹＥＳ）、処理はＳ２１１４に進む。一方、傾斜センサ１５がオフ（傾斜角（変位角）を計測できない状態）である場合（Ｓ２１１３：ＮＯ）、処理はＳ２１１１に戻る。

Ｓ２１１４では、制御装置１１は、現在が傾斜角（変位角）の計測時機か否かを判定する。現在が傾斜角（変位角）の計測時機である場合（Ｓ２１１４：ＹＥＳ）、制御装置１１は、当該センサノード１０の傾斜センサ１５から計測値を取得し（Ｓ２１１４）、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。一方、現在が計測時機でない場合（Ｓ２１１４：ＮＯ）、処理はＳ２１１１に戻る。

ゲートウェイ装置２０は、センサノード１０からの計測データ５００の受信時機が到来した否かをリアルタイムに監視している（Ｓ２１５１）。現在が計測データ５００の受信時機である場合（Ｓ２１５１：ＹＥＳ）、ゲートウェイ装置２０は、計測データ５００の受信を開始する。そして計測データ５００を受信すると（Ｓ２１５２）、ゲートウェイ装置２０は、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（Ｓ２１５３）。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。

Ｓ２１５４では、ゲートウェイ装置２０は、計測データ５００を受信することが予定されている全てのセンサノード１０（例えば、現在オン（通常動作モード）になっている傾斜センサ１５を有する全てのセンサノード１０）からの計測データ５００の受信を完了した否か、もしくは、タイムアウトしたか（予定されている受信期間を経過したか）否かを判定する。いずれかの上記条件が成立する場合（Ｓ２１５４：ＹＥＳ）、処理はＳ２１５５に進む。上記条件のいずれも成立しない場合（Ｓ２１５４：ＮＯ）、処理はＳ２１５２に戻る。

Ｓ２１５５では、ゲートウェイ装置２０は、地盤変位が生じているか否かを判定する。この処理（以下、地盤変位検知処理Ｓ２１５５と称する。）の詳細については後述する。

Ｓ２１５６では、ゲートウェイ装置２０は、地盤変位検知処理Ｓ２１５５の結果が、「地盤変位有り」であるか否かを判定する。地盤変位検知処理Ｓ２１５５の結果が「地盤変位有り」である場合（Ｓ２１５６：ＹＥＳ）、ゲートウェイ装置２０は、地盤変位を検知した旨を出力装置２５に出力する（Ｓ２１５７）。一方、地盤変位検知処理Ｓ２１５５の結果が「地盤変位有り」である場合（Ｓ２１５６：ＮＯ）、処理はＳ２１５８に進む。

Ｓ２１５８では、サーバ装置３０が消費電力生成指示６００を生成する。Ｓ２１５９では、サーバ装置３０が消費電力制御指示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。

＜地盤変位検知処理＞
図２２は、図２１における地盤変位検知処理Ｓ２１５５を説明するフローチャートである。以下、同図とともに地盤変位検知処理Ｓ２１５５について説明する。

まずゲートウェイ装置２０は、計測値管理テーブル９００から、グループ（グループＩＤ）を一つ選択する（Ｓ２２１１）。

続いて、ゲートウェイ装置２０は、計測値管理テーブル９００から、選択したグループに所属する傾斜センサ１５の組を選択する（Ｓ２２１２）。尚、ゲートウェイ装置２０は、例えば、夫々の「外乱による傾斜ベクトル」の方向のなす角が９０゜に近い傾斜センサ１５の組を優先して選択する（尚、このときに参照する各傾斜センサ１５の「外乱による傾斜ベクトル」の方向については、例えば、ゲートウェイ装置２０に予め格納（記憶）しておく。）。

続いて、ゲートウェイ装置２０は、計測値管理テーブル９００から、選択した傾斜センサ１５の夫々について、時系列的な変化の前後のベクトルを取得する（Ｓ２２１３）。

続いて、ゲートウェイ装置２０は、計測値管理テーブル９００から、選択した傾斜センサ１５の夫々について、前述した演算を行うことにより「地盤変位による傾斜ベクトル」のうち「外乱による傾斜ベクトル」に対して垂直な方向の成分を求める（Ｓ２２１４）。

続いて、ゲートウェイ装置２０は、選択した傾斜センサ１５の夫々について求めた「外乱による傾斜ベクトル」に対して垂直な方向の成分を、ベクトル演算により合成する（Ｓ２２１５）。

続いて、ゲートウェイ装置２０は、ベクトル演算により合成したベクトル（以下、「合成ベクトル」と称する。）の大きさが、予め設定された閾値を超えているか否かを判定する（Ｓ２２１６）。合成ベクトルの大きさが予め設定された閾値以上である場合（Ｓ２２１６：ＹＥＳ）、ゲートウェイ装置２０は現在選択中のグループについて「地盤変位有り」と判定する（Ｓ２２１７）。その後はＳ２２１９に進む。一方、合成ベクトルの大きさが予め設定された閾値を未満である場合（Ｓ２２１６：ＮＯ）、ゲートウェイ装置２０は現在選択中のグループについて「地盤変位無し」と判定する（Ｓ２２１８）。その後はＳ２２１９に進む。

Ｓ２２１９では、ゲートウェイ装置２０は、Ｓ２２１７又はＳ２２１８の判定結果を地盤変位判定結果テーブル９５０に出力する。

図２３に、地盤変位判定結果テーブル９５０の一例を示している。同図に示すように、地盤変位判定結果テーブル９５０は、グループＩＤ９５１、判定結果９５２、合成ベクトル９５３、及び判定日時９５４の各項目を有するレコードの集合である。判定結果９５２には、当該レコードのグループＩＤ９５１の判定結果が設定される（「地盤変位有り」の場合は「有」、「地盤変位無し」の場合は「無」が設定される。）。合成ベクトル９５３には、当該レコードのグループ９５１についてＳ２２１５にて求めた合成ベクトルの二次元座標系（Ｘ，Ｙ）における成分が設定される。尚、ユーザは合成ベクトル９５３から合成ベクトルの方向と大きさを知ることができる。判定日時９５４には、当該レコードのグループ９５１について当該判定結果９５２の判定を行った日時が設定される。地盤変位判定結果テーブル９５０の内容を参照することで、ユーザはグループごとに（観測エリア２の所定領域ごとに）地盤変位が生じているか否かを把握することができる。

以上に説明したように、本実施形態の地盤変位観測システム１においては、傾斜センサ１５に外乱による傾斜ベクトルが作用している場合でも、各傾斜センサ１５について求めた垂直な方向の成分を合成することにより、地盤変位（地盤変位による傾斜ベクトル）を精度よく検知することができる。また外乱による傾斜ベクトルに対して垂直な方向の成分は代数学的もしくは幾何学的な演算により容易に求めることができ、地盤変位による傾斜ベクトルを容易に検知することができる。

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。

また前述した地盤変位観測処理Ｓ２１００においてゲートウェイ装置２０が主体となって行う処理については、これをサーバ装置３０が主体となって行う処理としてもよい。

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、５００ 計測データ、６００ 消費電力制御指示、８１５ 地盤変位検知部、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

Claims (10)

1. 傾斜センサを用いた地盤変位の観測方法であって、
   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複数の傾斜センサの夫々について傾斜角（変位角）のベクトルを時系列的に計測した値を記憶するステップ、
   前記複数の傾斜センサの夫々について、夫々の時系列的な変化の前後における各前記ベクトルに基づき、地盤変位による傾斜ベクトルのうち、外乱による傾斜ベクトルに対して垂直な方向の成分を求めるステップ、
   前記各傾斜センサについて求めた前記垂直な方向の成分を合成することにより、前記地盤変位による傾斜ベクトルを求めるステップ
   を実行する、地盤変位の観測方法。
2. 請求項１に記載の地盤変位の観測方法であって、
   前記情報処理装置が、地盤変位による傾斜ベクトルのうち、前記外乱による傾斜ベクトルに対して垂直な方向の成分を求める前記ステップにおいて、時系列的な変化の前後における各前記ベクトルのうち、変化後の前記ベクトルの、前記外乱による傾斜ベクトルに対して垂直な方向の成分を求める
   地盤変位の観測方法。
3. 請求項１に記載の地盤変位の観測方法であって、
   前記所定のエリアは、前記地盤変位による傾斜ベクトルが前記複数の傾斜センサの夫々に一様に作用するエリアである
   地盤変位の観測方法。
4. 請求項１に記載の地盤変位の観測方法であって、
   前記情報処理装置が、
   前記所定のエリア内に設置した３つ以上の前記傾斜センサの中から、前記外乱による傾斜ベクトルの方向が９０゜に近い関係にある傾斜センサを優先して選択し、
   選択した前記傾斜センサの夫々を対象として、時系列的な変化の前後における各前記ベクトルに基づき、地盤変位による傾斜ベクトルのうち、外乱による傾斜ベクトルに対して垂直な方向の成分を求め、
   前記各傾斜センサについて求めた前記垂直な方向の成分を合成することにより、前記地盤変位による傾斜ベクトルを求める
   地盤変位の観測方法。
5. 請求項４に記載の地盤変位の観測方法であって、
   前記情報処理装置は、
   前記傾斜センサと通信可能に接続し、
   前記所定のエリア内に設置した前記傾斜センサのうち、前記選択の対象になっていない前記傾斜センサの消費電力を低減させる
   地盤変位の観測方法。
6. 請求項１に記載の地盤変位の観測方法に用いる前記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複数の傾斜センサの夫々について傾斜角（変位角）のベクトルを時系列的に計測した値を記憶し、
   前記複数の傾斜センサの夫々について、夫々の時系列的な変化の前後における各前記ベクトルに基づき、地盤変位による傾斜ベクトルのうち、外乱による傾斜ベクトルに対して垂直な方向の成分を求め、
   前記各傾斜センサについて求めた前記垂直な方向の成分を合成することにより、前記地盤変位による傾斜ベクトルを求める
   情報処理装置。
7. 請求項６に記載の情報処理装置であって、
   地盤変位による傾斜ベクトルのうち、前記外乱による傾斜ベクトルに対して垂直な方向の成分を求める前記ステップにおいて、時系列的な変化の前後における各前記ベクトルのうち、変化後の前記ベクトルの、前記外乱による傾斜ベクトルに対して垂直な方向の成分を求める
   情報処理装置。
8. 請求項６に記載の情報処理装置であって、
   前記所定のエリアは、前記地盤変位による傾斜ベクトルが前記複数の傾斜センサの夫々に一様に作用するエリアである
   情報処理装置。
9. 請求項６に記載の情報処理装置であって、
   前記所定のエリア内に設置した３つ以上の前記傾斜センサの中から、前記外乱による傾斜ベクトルの方向が９０゜に近い傾斜センサを選択し、
   選択した前記傾斜センサの夫々を対象として、時系列的な変化の前後における各前記ベクトルに基づき、地盤変位による傾斜ベクトルのうち、外乱による傾斜ベクトルに対して垂直な方向の成分を求め、
   前記各傾斜センサについて求めた前記垂直な方向の成分を合成することにより、前記地盤変位による傾斜ベクトルを求める
   情報処理装置。
10. 請求項９に記載の情報処理装置であって、
    前記傾斜センサと通信可能に接続し、
    前記所定のエリア内に設置した前記傾斜センサのうち、前記選択の対象になっていない前記傾斜センサの消費電力を低減させる
    情報処理装置。