JP6602176B2 - 建物の損傷判定方法 - Google Patents
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Description
本発明は、建物の損傷を判定する方法に関するもので、特に、ＧＮＳＳ技術を用いて求めた地震後の建物の残留変形量から建物の損傷を判定する方法に関する。
従来より、地震後に生じる２次災害を防ぐため、地震直後に直ちに建物の損傷の度合いを判定することが求められている。特に、建物が傾斜している場合には、建物が倒壊する危険性があるため、早急に建物の損傷の度合いを判定する必要があった。
建物の損傷の度合いを判定する方法としては、建物の屋上または屋根に通信衛星からの測位信号を受信するＧＰＳ受信装置を設置し、建物の屋上または屋根の水平方向の変位量を計測し、この水平方向の変位量と当該建物の高さとから算出される建物の傾斜角の大きさを用いる方法が一般的である。
しかしながら、この方法では、建物が構築されている地盤の変位が考慮されていないため、建物の傾斜角の検出精度が十分とはいえなかった。
そこで、建物の屋上または屋根に通信衛星からの測位信号を受信するＧＰＳ受信装置を備えた監視端末を３台設置して、これら３台の監視端末でそれぞれ計測した各監視端末の位置座標を用いて、建物の傾斜角を算出することで、地盤の変位量を検出することなく、建物の傾斜角を算出する方法が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
建物の損傷の度合いを判定する方法としては、建物の屋上または屋根に通信衛星からの測位信号を受信するＧＰＳ受信装置を設置し、建物の屋上または屋根の水平方向の変位量を計測し、この水平方向の変位量と当該建物の高さとから算出される建物の傾斜角の大きさを用いる方法が一般的である。
しかしながら、この方法では、建物が構築されている地盤の変位が考慮されていないため、建物の傾斜角の検出精度が十分とはいえなかった。
そこで、建物の屋上または屋根に通信衛星からの測位信号を受信するＧＰＳ受信装置を備えた監視端末を３台設置して、これら３台の監視端末でそれぞれ計測した各監視端末の位置座標を用いて、建物の傾斜角を算出することで、地盤の変位量を検出することなく、建物の傾斜角を算出する方法が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
しかしながら、上記従来の方法では、建物に３台のＧＰＳ受信装置を設置する必要があるため設備が大掛かりになるだけでなく、建物が構築されている地盤の変位量を計測できないといった問題点があった。
本発明は、従来の問題点に鑑みてなされたもので、簡単な構成で、地盤の変位を考慮に入れた建物の変位量を検知して、当該建物の損傷の度合いを精度よく判定できる方法を提供することを目的とする。
本発明は、建物に設置されたＧＮＳＳ受信機により検出した、地震前後の前記ＧＮＳＳ受信機の設置された位置の変位量である建物変位量の大きさから前記建物が損傷しているか否かを判定する建物の損傷判定方法において、前記建物の周囲の地盤にＧＮＳＳ受信機を設置して、前記地盤の前記地震前後の変位量である地盤変位量を検出し、この検出された前記地盤変位量を用いて前記建物変位量を補正するとともに、前記補正された建物変位量を用いて前記建物が損傷しているか否かを判定することを特徴とする。
これにより、地震により建物直下の地盤が変位した場合でも、地震後の建物の実際の変位量を精度よく推定できるので、建物の損傷の判定精度を向上させることができる。
また、地震による建物直下の地盤の変位量の情報も得られるので、この情報を建物を復旧するの際の情報として利用できる。
なお、ＧＮＳＳ（ Global Navigation Satelite System ）は、人工衛星を使用して地上の現在位置を計測するシステムで、測位対象はGlobal（全地球）である。
これにより、地震により建物直下の地盤が変位した場合でも、地震後の建物の実際の変位量を精度よく推定できるので、建物の損傷の判定精度を向上させることができる。
また、地震による建物直下の地盤の変位量の情報も得られるので、この情報を建物を復旧するの際の情報として利用できる。
なお、ＧＮＳＳ（ Global Navigation Satelite System ）は、人工衛星を使用して地上の現在位置を計測するシステムで、測位対象はGlobal（全地球）である。
また、前記地盤変位量を検出するＧＮＳＳ受信機として、前記建物の周囲の地盤に設置されている既存の基地局に設けられたＧＮＳＳ受信機を使用したので、新たにＧＮＳＳ受信設備を設けることなく、建物の周囲の地盤の位置座標データを得ることができる。
なお、基地局は、位置座標（緯度・経度・楕円体高）が既知である固定点にアンテナ、受信機、３次元座標測定装置、及び、送信機を設置して、当該固定点の位置座標データを利用者に送信する機能を有する設備を指す。
また、前記基地局を、国土地理院が設置した電子基準点としたので、地盤変位量の測定精度を更に向上させることができる。
なお、基地局は、位置座標（緯度・経度・楕円体高）が既知である固定点にアンテナ、受信機、３次元座標測定装置、及び、送信機を設置して、当該固定点の位置座標データを利用者に送信する機能を有する設備を指す。
また、前記基地局を、国土地理院が設置した電子基準点としたので、地盤変位量の測定精度を更に向上させることができる。
また、前記建物を囲む３箇所の地盤の地震前後の変位量を求め、前記３箇所の変位量を用いて前記地盤変位量を求めたので、地盤変位量の推定精度を向上させることができる。
また、前記３箇所の変位量のそれぞれに前記建物からの距離に依存する重み付けをし、前記重み付けされた変位量を用いて前記地盤変位量を求めたので、地盤変位量の推定精度を更に高めることができる。
また、前記３箇所の変位量のそれぞれに前記建物からの距離に依存する重み付けをし、前記重み付けされた変位量を用いて前記地盤変位量を求めたので、地盤変位量の推定精度を更に高めることができる。
また、本発明は、前記建物の地震後の高さをｈ’、前記補正された建物変位量（ベクトル量）の水平面内における所定の方向（例えば、上から見たときの建物が長方形である場合には、短辺の延長方向である幅方向）の成分をｄｘkとしたとき、下記の式を用いて算出される前記所定の方向における建物傾斜角φkが、予め設定された閾値Ｋを超えた場合に、前記建物が損傷していると判定することを特徴とする。
φk＝tan-1（｜ｄｘk｜/ｈ’）
このように、建物傾斜角φkを用いて建物が損傷しているか否かを判定すれば、建物の損傷の程度を確実に把握することができる。
φk＝tan-1（｜ｄｘk｜/ｈ’）
このように、建物傾斜角φkを用いて建物が損傷しているか否かを判定すれば、建物の損傷の程度を確実に把握することができる。
なお、前記発明の概要は、本発明の必要な全ての特徴を列挙したものではなく、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となり得る。
以下、本発明の実施の形態について、図面に基づき説明する。
図１は建物の損傷判定システム１の機能ブロック図で、図２（ａ），（ｂ）図は、ＧＮＳＳ受信装置の配置例を示す図である。
建物の損傷判定システム１は、通信衛星２からの時刻情報信号を受信して現在地の座標である位置データを算出する第１〜第４のＧＮＳＳ受信装置１１〜１４と、地震発生の信号を出力する地震情報出力装置１５と、第１〜第４のＧＮＳＳ受信装置１１〜１４から送られてくる位置データを用いて建物が損傷しているか否かを判定する建物管理装置１６とを備える。
第１のＧＮＳＳ受信装置１１は、受信アンテナ１１１と、ＧＮＳＳ受信機１１２と、位置データ算出手段１１３と、送信機１１４と、送信アンテナ１１５とを備える。
本例では、第１のＧＮＳＳ受信装置１１を、損傷判定を行う建物（以下、建物３という）の頂部である屋上３１に設置して、当該ＧＮＳＳ受信装置（第１のＧＮＳＳ受信装置１１）の設置された位置Ｐの地震前後の変位量である建物変位量を検出する。
ＧＮＳＳ受信機１１２は、受信アンテナ１１１で受信した複数の通信衛星２からの時刻情報信号を位置データ算出手段１１３に送る。
位置データ算出手段１１３では、ＧＮＳＳ受信機１１２から送られてきた複数（３個以上）の通信衛星２からの時刻情報信号を比較して、現在地である第１のＧＮＳＳ受信装置１１の設置された位置の位置座標（測地座標系の座標である緯度、経度、高度）を算出するとともに、算出された測地座標系の座標を、例えば、図２（ｂ）に示すような、建物３の近くに設けられている基地局Ｏを原点とした直交座標系の座標に変換して送信機１１４に送る。＋ｘ方向が東で、＋ｙ方向が北、＋ｚ方向が高さ方向である。
送信機１１４は、位置データ算出手段１１３で算出された当該受信装置（第１のＧＮＳＳ受信装置１１）の座標データを、送信アンテナ１１５から建物管理装置１６に送る。
第２〜第４のＧＮＳＳ受信装置１２〜１４は、第１のＧＮＳＳ受信装置１１と同じ構成で、建物３の周囲の地盤４の設置位置Ａ，Ｂ，Ｃに、建物３を囲むように設置されて、地盤４の地震前後の変位量である地盤変位量を検出する。
第１のＧＮＳＳ受信装置１１と第２〜第４のＧＮＳＳ受信装置１２〜１４の設置位置Ａ，Ｂ，Ｃとの距離をそれぞれＬa，Ｌb，Ｌcとすると、Ｌa，Ｌb，Ｌcは同じ長さでなくともよい。すなわち、設置位置Ａ，Ｂ，Ｃの作る三角形ＡＢＣは、必ずしも正三角形である必要はない。
なお、第２〜第４のＧＮＳＳ受信装置１２〜１４としては、新たに設置したものでもよいし、設置済みである基準局を利用してもよい。
図１は建物の損傷判定システム１の機能ブロック図で、図２（ａ），（ｂ）図は、ＧＮＳＳ受信装置の配置例を示す図である。
建物の損傷判定システム１は、通信衛星２からの時刻情報信号を受信して現在地の座標である位置データを算出する第１〜第４のＧＮＳＳ受信装置１１〜１４と、地震発生の信号を出力する地震情報出力装置１５と、第１〜第４のＧＮＳＳ受信装置１１〜１４から送られてくる位置データを用いて建物が損傷しているか否かを判定する建物管理装置１６とを備える。
第１のＧＮＳＳ受信装置１１は、受信アンテナ１１１と、ＧＮＳＳ受信機１１２と、位置データ算出手段１１３と、送信機１１４と、送信アンテナ１１５とを備える。
本例では、第１のＧＮＳＳ受信装置１１を、損傷判定を行う建物（以下、建物３という）の頂部である屋上３１に設置して、当該ＧＮＳＳ受信装置（第１のＧＮＳＳ受信装置１１）の設置された位置Ｐの地震前後の変位量である建物変位量を検出する。
ＧＮＳＳ受信機１１２は、受信アンテナ１１１で受信した複数の通信衛星２からの時刻情報信号を位置データ算出手段１１３に送る。
位置データ算出手段１１３では、ＧＮＳＳ受信機１１２から送られてきた複数（３個以上）の通信衛星２からの時刻情報信号を比較して、現在地である第１のＧＮＳＳ受信装置１１の設置された位置の位置座標（測地座標系の座標である緯度、経度、高度）を算出するとともに、算出された測地座標系の座標を、例えば、図２（ｂ）に示すような、建物３の近くに設けられている基地局Ｏを原点とした直交座標系の座標に変換して送信機１１４に送る。＋ｘ方向が東で、＋ｙ方向が北、＋ｚ方向が高さ方向である。
送信機１１４は、位置データ算出手段１１３で算出された当該受信装置（第１のＧＮＳＳ受信装置１１）の座標データを、送信アンテナ１１５から建物管理装置１６に送る。
第２〜第４のＧＮＳＳ受信装置１２〜１４は、第１のＧＮＳＳ受信装置１１と同じ構成で、建物３の周囲の地盤４の設置位置Ａ，Ｂ，Ｃに、建物３を囲むように設置されて、地盤４の地震前後の変位量である地盤変位量を検出する。
第１のＧＮＳＳ受信装置１１と第２〜第４のＧＮＳＳ受信装置１２〜１４の設置位置Ａ，Ｂ，Ｃとの距離をそれぞれＬa，Ｌb，Ｌcとすると、Ｌa，Ｌb，Ｌcは同じ長さでなくともよい。すなわち、設置位置Ａ，Ｂ，Ｃの作る三角形ＡＢＣは、必ずしも正三角形である必要はない。
なお、第２〜第４のＧＮＳＳ受信装置１２〜１４としては、新たに設置したものでもよいし、設置済みである基準局を利用してもよい。
地震情報出力装置１５と建物管理装置１６とは、例えば、建物３の図示しない管理室に設置される。
地震情報出力装置１５は、地震検出手段としての加速度センサ１５１と、地震発生検知手段１５２と、地震情報出力手段１５３とを備え、加速度センサ１５１の出力が所定大きさ（例えば、０．３［ｍ/ｓ2］；震度３程度）を超えたときに「地震が発生した」ことを通知する信号である地震発生通知信号を建物管理装置１６に出力する。
建物管理装置１６は、受信アンテナ１６１と、受信機１６２と、記憶手段１６３と、建物変位量算出手段１６４と、地盤変位量算出手段１６５と、建物変位量補正手段１６６と、建物傾斜角算出手段１６７と、損傷判定手段１６８と、表示手段１６９を備える。
受信機１６２は、受信アンテナ１６１で受信した、第１〜第４のＧＮＳＳ受信装置１１〜１４の座標データ（３次元座標データ）を記憶手段１６３に送る。
記憶手段１６３は、地震前データ領域Ｒ１と地震後データ領域Ｒ２とを備え、地震情報出力装置１５からの地震発生の信号の入力前には、第１〜第４のＧＮＳＳ受信装置１１〜１４の設置位置の座標データＰ＝（ｘp，ｙp，ｚp）、を地震前データ領域Ｒ１に記憶し、地震発生の信号の入力後には、第１〜第４のＧＮＳＳ受信装置１１〜１４の設置位置の座標データＰ’＝（ｘp’，ｙp’，ｚp’）、を地震後データ領域Ｒ２に記憶する。
建物変位量算出手段１６４は、記憶手段１６３に記憶された第１のＧＮＳＳ受信装置１１の座標データを用いて、建物３の変位量である建物変位量ベクトルｄＰを算出する。
地盤変位量算出手段１６５は、記憶手段１６３に記憶された第２〜第４のＧＮＳＳ受信装置１２〜１４の設置位置Ａ，Ｂ，Ｃの地震前の座標データＱn＝（ｘn，ｙn，ｚn）と、地震後の設置位置Ａ’，Ｂ’，Ｃ’の座標データＱ’n＝（ｘn’，ｙn’，ｚn’）とを用いて、地盤４の変位量である地盤変位量ベクトルｄＧを算出する（ｎ＝ａ，ｂ，ｃ）。
建物変位量補正手段１６６は、地盤変位量算出手段１６５で算出された地盤変位量ベクトルｄＧを用いて、建物変位量算出手段１６４で算出された建物変位量ベクトルｄＰを補正して補正変位量ベクトルｄＰsを算出する。
なお、建物変位量ベクトルｄＰ、地盤変位量ベクトルｄＧ、及び、補正変位量ベクトルｄＰsの算出方法については後述する。
地震情報出力装置１５は、地震検出手段としての加速度センサ１５１と、地震発生検知手段１５２と、地震情報出力手段１５３とを備え、加速度センサ１５１の出力が所定大きさ（例えば、０．３［ｍ/ｓ2］；震度３程度）を超えたときに「地震が発生した」ことを通知する信号である地震発生通知信号を建物管理装置１６に出力する。
建物管理装置１６は、受信アンテナ１６１と、受信機１６２と、記憶手段１６３と、建物変位量算出手段１６４と、地盤変位量算出手段１６５と、建物変位量補正手段１６６と、建物傾斜角算出手段１６７と、損傷判定手段１６８と、表示手段１６９を備える。
受信機１６２は、受信アンテナ１６１で受信した、第１〜第４のＧＮＳＳ受信装置１１〜１４の座標データ（３次元座標データ）を記憶手段１６３に送る。
記憶手段１６３は、地震前データ領域Ｒ１と地震後データ領域Ｒ２とを備え、地震情報出力装置１５からの地震発生の信号の入力前には、第１〜第４のＧＮＳＳ受信装置１１〜１４の設置位置の座標データＰ＝（ｘp，ｙp，ｚp）、を地震前データ領域Ｒ１に記憶し、地震発生の信号の入力後には、第１〜第４のＧＮＳＳ受信装置１１〜１４の設置位置の座標データＰ’＝（ｘp’，ｙp’，ｚp’）、を地震後データ領域Ｒ２に記憶する。
建物変位量算出手段１６４は、記憶手段１６３に記憶された第１のＧＮＳＳ受信装置１１の座標データを用いて、建物３の変位量である建物変位量ベクトルｄＰを算出する。
地盤変位量算出手段１６５は、記憶手段１６３に記憶された第２〜第４のＧＮＳＳ受信装置１２〜１４の設置位置Ａ，Ｂ，Ｃの地震前の座標データＱn＝（ｘn，ｙn，ｚn）と、地震後の設置位置Ａ’，Ｂ’，Ｃ’の座標データＱ’n＝（ｘn’，ｙn’，ｚn’）とを用いて、地盤４の変位量である地盤変位量ベクトルｄＧを算出する（ｎ＝ａ，ｂ，ｃ）。
建物変位量補正手段１６６は、地盤変位量算出手段１６５で算出された地盤変位量ベクトルｄＧを用いて、建物変位量算出手段１６４で算出された建物変位量ベクトルｄＰを補正して補正変位量ベクトルｄＰsを算出する。
なお、建物変位量ベクトルｄＰ、地盤変位量ベクトルｄＧ、及び、補正変位量ベクトルｄＰsの算出方法については後述する。
建物傾斜角算出手段１６７は、建物変位量算出手段１６４に取り込まれた地震後の第１のＧＮＳＳ受信装置１１の座標データと、建物変位量補正手段１６６で求められた補正変位量ベクトルｄＰGとを用いて、所定の方向における建物傾斜角φを算出する。
本例では、図２（ａ），（ｂ）に示すように、建物３の平面形状を長方形とするとともに、所定の方向を短辺の延長方向である長方形の幅方向とした。
ここで、長方形の幅方向をｋ方向（例えば、東北東）、ｋ方向と＋ｘ方向（東）とのなす角をαk、補正変位量ベクトルをｄＰs＝（ｄｘs，ｄｙs，ｄｚs）とすると、所定の方向であるｋ方向における残留変位量ベクトルｄｘkは下記の式（１）を用いて算出される。
ｄｘk＝ｄｘs・cosαk＋ｄｙs・sinαk …… （１）
また、建物傾斜角φkは、下記の式（２）により算出される。
φk＝tan-1（｜ｄｘk｜/ｚp’） …… （２）
ここで、ｚp’は、地震後の第１のＧＮＳＳ受信装置１１の座標データのｚ成分である。本例では、第１のＧＮＳＳ受信装置１１を建物３の頂部である屋上３１に設置しているので、ｚp’は、地震後の建物３の高さｈ’にほぼ等しい。
損傷判定手段１６８は、建物傾斜角算出手段１６７で算出された建物傾斜角φxと、予め設定された閾値Ｋとを比較し、φx＞Ｋである場合に、建物３が損傷していると判定する。
表示手段１６９は、建物傾斜角φxの値と判定結果とを、ディスプレイ等の表示画面に表示する。
本例では、図２（ａ），（ｂ）に示すように、建物３の平面形状を長方形とするとともに、所定の方向を短辺の延長方向である長方形の幅方向とした。
ここで、長方形の幅方向をｋ方向（例えば、東北東）、ｋ方向と＋ｘ方向（東）とのなす角をαk、補正変位量ベクトルをｄＰs＝（ｄｘs，ｄｙs，ｄｚs）とすると、所定の方向であるｋ方向における残留変位量ベクトルｄｘkは下記の式（１）を用いて算出される。
ｄｘk＝ｄｘs・cosαk＋ｄｙs・sinαk …… （１）
また、建物傾斜角φkは、下記の式（２）により算出される。
φk＝tan-1（｜ｄｘk｜/ｚp’） …… （２）
ここで、ｚp’は、地震後の第１のＧＮＳＳ受信装置１１の座標データのｚ成分である。本例では、第１のＧＮＳＳ受信装置１１を建物３の頂部である屋上３１に設置しているので、ｚp’は、地震後の建物３の高さｈ’にほぼ等しい。
損傷判定手段１６８は、建物傾斜角算出手段１６７で算出された建物傾斜角φxと、予め設定された閾値Ｋとを比較し、φx＞Ｋである場合に、建物３が損傷していると判定する。
表示手段１６９は、建物傾斜角φxの値と判定結果とを、ディスプレイ等の表示画面に表示する。
次に、本発明による建物の損傷判定方法について、図３のフローチャートを参照して説明する。
まず、第１〜第４のＧＮＳＳ受信装置１１〜１４により、通信衛星２からの時刻情報信号を受信して、第１のＧＮＳＳ受信装置１１の設置位置である建物３の屋上３１の座標データＰ＝（ｘp，ｙp，ｚp）と、第２〜第４のＧＮＳＳ受信装置１２〜１４の設置位置Ａ，Ｂ，Ｃの座標データＱa＝（ｘa，ｙa，ｚa），Ｑb＝（ｘb，ｙb，ｚb），Ｑc＝（ｘc，ｙc，ｚc）とを算出して、記憶手段１６３の地震前データ領域Ｒ１に記憶する（ステップＳ１０）。
次に、建物管理装置１６に、地震発生通知信号が入力されたか否かを判定し（ステップＳ１１）、地震発生通知信号が入力されていない場合には、ステップＳ１０に戻って、座標データの算出を継続する。
一方、地震発生通知信号が入力された場合には、ステップＳ１２に進んで、地震後における第１〜第４のＧＮＳＳ受信装置１１〜１４の設置位置の座標データを、地震後のデータＰ’＝（ｘp’，ｙp’，ｚp’）、Ｑa’＝（ｘa’，ｙa’，ｚa’）、Ｑb’＝（ｘb’，ｙb’，ｚb’）、Ｑc’＝（ｘc’，ｙc’，ｚc’）として、地震後データ領域Ｒ２に記憶する。
まず、第１〜第４のＧＮＳＳ受信装置１１〜１４により、通信衛星２からの時刻情報信号を受信して、第１のＧＮＳＳ受信装置１１の設置位置である建物３の屋上３１の座標データＰ＝（ｘp，ｙp，ｚp）と、第２〜第４のＧＮＳＳ受信装置１２〜１４の設置位置Ａ，Ｂ，Ｃの座標データＱa＝（ｘa，ｙa，ｚa），Ｑb＝（ｘb，ｙb，ｚb），Ｑc＝（ｘc，ｙc，ｚc）とを算出して、記憶手段１６３の地震前データ領域Ｒ１に記憶する（ステップＳ１０）。
次に、建物管理装置１６に、地震発生通知信号が入力されたか否かを判定し（ステップＳ１１）、地震発生通知信号が入力されていない場合には、ステップＳ１０に戻って、座標データの算出を継続する。
一方、地震発生通知信号が入力された場合には、ステップＳ１２に進んで、地震後における第１〜第４のＧＮＳＳ受信装置１１〜１４の設置位置の座標データを、地震後のデータＰ’＝（ｘp’，ｙp’，ｚp’）、Ｑa’＝（ｘa’，ｙa’，ｚa’）、Ｑb’＝（ｘb’，ｙb’，ｚb’）、Ｑc’＝（ｘc’，ｙc’，ｚc’）として、地震後データ領域Ｒ２に記憶する。
次に、図４（ａ），（ｂ）に示すように、地震前後の第１〜第４のＧＮＳＳ受信装置１１〜１４の座標データを用いて、建物３の変位量である建物変位量ベクトルｄＰ＝（ｄｘp，ｄｙp，ｄｚp）と、地盤変位量ベクトルｄＧ＝（ｄｘG，ｄｙG，ｄｚG）とを算出する（ステップＳ１３）。
ｄｘp＝ｘp’−ｘp、ｄｙp＝ｙp’−ｙp、ｄｚp＝ｚp’−ｚpである。
地盤変位量ベクトルｄＧは、以下の手順で算出する。
地震前後の第２〜第４のＧＮＳＳ受信装置１２〜１４の設置位置Ａ，Ｂ，Ｃの変位量をそれぞれｄＱk＝（ｄｘn，ｄｙn，ｄｚn）とすると、ｄｘn＝ｘn’−ｘn，ｄｙn＝ｙn’−ｙn、ｄｚn＝ｚn’−ｚnである（ｎ＝ａ，ｂ，ｃ）。
地盤変位量ベクトルｄＧとしては、ｄＱa，ｄＱb，ｄＱcのいずれか、もしくは、ｄＱa，ｄＱb，ｄＱcの平均値を採用してもよいが、本例では、ｄＱa，ｄＱb，ｄＱcのそれぞれに建物３からの距離（厳密には、第１のＧＮＳＳ受信装置１１の設置位置Ｐからの距離Ｌa，Ｌb，Ｌc）に依存する重み付けをし、これら重み付けされた変位量から地盤変位量ベクトルｄＧを求めることで、地盤変位量ベクトルｄＧの推定精度を高めるようにしている。
具体的には、地盤変位量ベクトルｄＧを、
ｄＧ＝ｄＱa・（Ｓa/Ｓ）＋ｄＱb・（Ｓb/Ｓ）＋ｄＱc・（Ｓc/Ｓ） ……（３）
とした。
ここで、ｄＧ＝（ｄｘG，ｄｙG，ｄｚG）とすると、
ｄｘG＝ｄｘa・（Ｓa/Ｓ）+ｄｘb・（Ｓb/Ｓ）＋ｄｘc・（Ｓc/Ｓ）
ｄｙG＝ｄｙa・（Ｓa/Ｓ）+ｄｙb・（Ｓb/Ｓ）＋ｄｙc・（Ｓc/Ｓ）
ｄｚG＝ｄｚa・（Ｓa/Ｓ）+ｄｚb・（Ｓb/Ｓ）＋ｄｚc・（Ｓc/Ｓ）である。
なお、Ｓは地震前の△ＡＢＣの面積、Ｓa，Ｓb，Ｓcは、△ＡＢＣの各頂点Ａ，Ｂ，Ｃと第１のＧＮＳＳ受信装置１１の設置位置Ｐとを結ぶ線分ＰＡ，ＰＢ，ＰＣにより分割された△ＰＢＣ，△ＰＣＡ，△ＰＡＢの面積である。△ＰＢＣ，△ＰＣＡ，△ＰＡＢの面積は第１のＧＮＳＳ受信装置１１の設置位置Ｐから第２〜第４のＧＮＳＳ受信装置１２〜１４の設置位置Ａ，Ｂ，Ｃまでの距離Ｌa，Ｌb，Ｌcに依存する。すなわち、線分ＰＡの長さである距離Ｌaが短いほど△ＰＢＣの面積は大きくなり、線分ＰＢの長さである距離Ｌbが短いほど△ＰＣＡの面積は大きくなる。また、線分ＰＣの長さである距離Ｌcが短いほど△ＰＡＢの面積は大きくなる。
ｄｘp＝ｘp’−ｘp、ｄｙp＝ｙp’−ｙp、ｄｚp＝ｚp’−ｚpである。
地盤変位量ベクトルｄＧは、以下の手順で算出する。
地震前後の第２〜第４のＧＮＳＳ受信装置１２〜１４の設置位置Ａ，Ｂ，Ｃの変位量をそれぞれｄＱk＝（ｄｘn，ｄｙn，ｄｚn）とすると、ｄｘn＝ｘn’−ｘn，ｄｙn＝ｙn’−ｙn、ｄｚn＝ｚn’−ｚnである（ｎ＝ａ，ｂ，ｃ）。
地盤変位量ベクトルｄＧとしては、ｄＱa，ｄＱb，ｄＱcのいずれか、もしくは、ｄＱa，ｄＱb，ｄＱcの平均値を採用してもよいが、本例では、ｄＱa，ｄＱb，ｄＱcのそれぞれに建物３からの距離（厳密には、第１のＧＮＳＳ受信装置１１の設置位置Ｐからの距離Ｌa，Ｌb，Ｌc）に依存する重み付けをし、これら重み付けされた変位量から地盤変位量ベクトルｄＧを求めることで、地盤変位量ベクトルｄＧの推定精度を高めるようにしている。
具体的には、地盤変位量ベクトルｄＧを、
ｄＧ＝ｄＱa・（Ｓa/Ｓ）＋ｄＱb・（Ｓb/Ｓ）＋ｄＱc・（Ｓc/Ｓ） ……（３）
とした。
ここで、ｄＧ＝（ｄｘG，ｄｙG，ｄｚG）とすると、
ｄｘG＝ｄｘa・（Ｓa/Ｓ）+ｄｘb・（Ｓb/Ｓ）＋ｄｘc・（Ｓc/Ｓ）
ｄｙG＝ｄｙa・（Ｓa/Ｓ）+ｄｙb・（Ｓb/Ｓ）＋ｄｙc・（Ｓc/Ｓ）
ｄｚG＝ｄｚa・（Ｓa/Ｓ）+ｄｚb・（Ｓb/Ｓ）＋ｄｚc・（Ｓc/Ｓ）である。
なお、Ｓは地震前の△ＡＢＣの面積、Ｓa，Ｓb，Ｓcは、△ＡＢＣの各頂点Ａ，Ｂ，Ｃと第１のＧＮＳＳ受信装置１１の設置位置Ｐとを結ぶ線分ＰＡ，ＰＢ，ＰＣにより分割された△ＰＢＣ，△ＰＣＡ，△ＰＡＢの面積である。△ＰＢＣ，△ＰＣＡ，△ＰＡＢの面積は第１のＧＮＳＳ受信装置１１の設置位置Ｐから第２〜第４のＧＮＳＳ受信装置１２〜１４の設置位置Ａ，Ｂ，Ｃまでの距離Ｌa，Ｌb，Ｌcに依存する。すなわち、線分ＰＡの長さである距離Ｌaが短いほど△ＰＢＣの面積は大きくなり、線分ＰＢの長さである距離Ｌbが短いほど△ＰＣＡの面積は大きくなる。また、線分ＰＣの長さである距離Ｌcが短いほど△ＰＡＢの面積は大きくなる。
次に、地盤変位量ベクトルｄＧを用いて建物変位量ベクトルｄＰを補正し、補正変位量ベクトルｄＰsとを算出する（ステップＳ１４）。
補正変位量ベクトルｄＰsは、以下の式（４）により算出される。
ｄＰs＝ｄＰ−ｄＧ ……（４）
ここで、ｄＰs＝（ｄｘs，ｄｙs，ｄｚs）とすると、ｄｘs＝ｄｘp−ｄｘG，ｄｙs＝ｄｙp−ｄｙG，ｄｚs＝ｄｚp−ｄｚG，である。
補正変位量ベクトルｄＰsの算出後には、予め設定された所定の方向である建物３の幅方向であるｋ方向における変位量ｄｘkを算出（ステップＳ１５）した後、ｋ方向における建物傾斜角φkを算出する（ステップＳ１６）。
残留変位量ｄｘkの算出式（１）と建物傾斜角φkの算出式（２）とを、下記に再掲する。
ｄｘk＝ｄｘs・cosαk＋ｄｙs・sinαk …… （１）
φk＝tan-1（｜ｄｘk｜/ｚp’） …… （２）
αkはｋ方向と＋ｘ方向とのなす角で、ｚp’は地震後の第１のＧＮＳＳ受信装置１１の位置座標のデータのｚ成分である。
次に、建物傾斜角φxと、予め設定された閾値Ｋとを比較して、建物３が損傷しているか否かを判定する（ステップＳ１７）。
具体的には、建物傾斜角φkと、予め設定された閾値Ｋとを比較し、φk＞Ｋである場合には、建物３が損傷がない（少ない）と判定し、φk＞Ｋである場合に、建物３が損傷していると判定する。本例では、（財）日本建築防災協会が被災度区分において「小破」としている残留傾斜角である１/１５０を閾値Ｋとした。
建物３が損傷していると判定された場合には、ディスプレイ等の表示画面に「建物損傷有り」と表示するとともに、建物傾斜角φxの値を表示し（ステップＳ１８）、建物３が損傷していないと判定された場合には、ディスプレイ等の表示画面に「建物損傷軽微」と表示（ステップＳ１９）して、本処理を終了する。
なお、ステップＳ１２に戻って、建物の損傷判定を継続してもよい。
補正変位量ベクトルｄＰsは、以下の式（４）により算出される。
ｄＰs＝ｄＰ−ｄＧ ……（４）
ここで、ｄＰs＝（ｄｘs，ｄｙs，ｄｚs）とすると、ｄｘs＝ｄｘp−ｄｘG，ｄｙs＝ｄｙp−ｄｙG，ｄｚs＝ｄｚp−ｄｚG，である。
補正変位量ベクトルｄＰsの算出後には、予め設定された所定の方向である建物３の幅方向であるｋ方向における変位量ｄｘkを算出（ステップＳ１５）した後、ｋ方向における建物傾斜角φkを算出する（ステップＳ１６）。
残留変位量ｄｘkの算出式（１）と建物傾斜角φkの算出式（２）とを、下記に再掲する。
ｄｘk＝ｄｘs・cosαk＋ｄｙs・sinαk …… （１）
φk＝tan-1（｜ｄｘk｜/ｚp’） …… （２）
αkはｋ方向と＋ｘ方向とのなす角で、ｚp’は地震後の第１のＧＮＳＳ受信装置１１の位置座標のデータのｚ成分である。
次に、建物傾斜角φxと、予め設定された閾値Ｋとを比較して、建物３が損傷しているか否かを判定する（ステップＳ１７）。
具体的には、建物傾斜角φkと、予め設定された閾値Ｋとを比較し、φk＞Ｋである場合には、建物３が損傷がない（少ない）と判定し、φk＞Ｋである場合に、建物３が損傷していると判定する。本例では、（財）日本建築防災協会が被災度区分において「小破」としている残留傾斜角である１/１５０を閾値Ｋとした。
建物３が損傷していると判定された場合には、ディスプレイ等の表示画面に「建物損傷有り」と表示するとともに、建物傾斜角φxの値を表示し（ステップＳ１８）、建物３が損傷していないと判定された場合には、ディスプレイ等の表示画面に「建物損傷軽微」と表示（ステップＳ１９）して、本処理を終了する。
なお、ステップＳ１２に戻って、建物の損傷判定を継続してもよい。
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は前記実施の形態に記載の範囲には限定されない。前記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者にも明らかである。そのような変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲から明らかである。
例えば、前記実施形態では、建物３の周囲の地盤４の設置位置に、建物３を囲むように第２〜第４のＧＮＳＳ受信装置１２〜１４を設置して、地盤４の変位量を算出したが、既存の基地局に設けられたＧＮＳＳ受信機から位置座標データを取得して、地盤４の変位量を算出してもよい。なお、上記既存の基地局としては、予め設置された基地局のうちの、建物３を囲む、少なくとも３つの基地局を選択することはいうまでもない。
なお、既存の基地局は、それぞれが、数ｋｍ程度離れて設置されるので、１つの基地局を複数の建物で共有できる。したがって、少ないＧＮＳＳ受信機で、多数の建物の地盤変位量を計測できるので、システムを簡略化することができる。
このとき、基地局を、位置座標データの精度の高い、国土地理院が設置した電子基準点としたので、地盤変位量の測定精度を更に向上させることができる。
なお、既存の基地局は、それぞれが、数ｋｍ程度離れて設置されるので、１つの基地局を複数の建物で共有できる。したがって、少ないＧＮＳＳ受信機で、多数の建物の地盤変位量を計測できるので、システムを簡略化することができる。
このとき、基地局を、位置座標データの精度の高い、国土地理院が設置した電子基準点としたので、地盤変位量の測定精度を更に向上させることができる。
また、前記実施形態では、建物３の周囲の地盤４の設置位置Ａ，Ｂ，Ｃに、建物３を囲むように３台のＧＮＳＳ受信装置１２〜１４を設置して地盤変位量ベクトルを検出したが、ＧＮＳＳ受信装置を４台以上にしてもよい。なお、ＧＮＳＳ受信装置が１台または２台であっても、地盤変位量ベクトルを求めることはできるが、本例のように、ＧＮＳＳ受信装置を３台とした方が、地盤４の変位量を効率的にかつ精度よく求めることができるので、好ましい。
また、前記実施形態では、建物傾斜角φkを算出する際に、地震後における第１のＧＮＳＳ受信装置１１の設置位置Ｐ’のｚ方向の座標データｚp’を用いたが、建物傾斜角φkが１/３０以下の、倒壊のする危険性のない建物３を損傷判定の対象とする場合には、建物３の地震前の高さｈと地震後の高さｈ’とはほぼ等しいので、上記のｚp’に代えて、建物３の地震前の高さｈを用いてもよい。
また、前記実施形態では、建物傾斜角φkを算出する際に、地震後における第１のＧＮＳＳ受信装置１１の設置位置Ｐ’のｚ方向の座標データｚp’を用いたが、建物傾斜角φkが１/３０以下の、倒壊のする危険性のない建物３を損傷判定の対象とする場合には、建物３の地震前の高さｈと地震後の高さｈ’とはほぼ等しいので、上記のｚp’に代えて、建物３の地震前の高さｈを用いてもよい。
また、前記実施形態では、建物傾斜角φkを用いて建物３の損傷判定を行ったが、ｋ方向の残留変位量ｄｘkを用いて建物３の損傷判定を行ってもよい。なお、この場合には、建物３のそれぞれについて閾値Ｋmを設定する必要があることはいうまでもない。
また、前記実施形態では、建物３の平面形状を長方形とするとともに、所定の方向を短辺の延長方向である長方形の幅方向としたが、所定の方向は、建物３の形状や構造等によって適宜決定すればよい。
また、複数の方向ｋ1，ｋ2，……，ｋmについてそれぞれ建物傾斜角φk1，φk2，……，φkmを求め、これらのうちの最大値φmaxの大きさにより建物３の損傷判定を行ってもよい。
また、前記実施形態では、閾値Ｋを１個としたが複数としてもよい。具体的には、Ｋ1＝１/１５０，Ｋ2＝１/１００，Ｋ3＝１/５０とし、φk＞Ｋ3なら損傷が大、Ｋ3≧φk＞Ｋ2なら損傷が中、Ｋ2≧φk＞Ｋ1なら損傷が小、Ｋ1＞φkなら損傷が軽微であると判定する。
また、前記実施形態では、建物３の平面形状を長方形とするとともに、所定の方向を短辺の延長方向である長方形の幅方向としたが、所定の方向は、建物３の形状や構造等によって適宜決定すればよい。
また、複数の方向ｋ1，ｋ2，……，ｋmについてそれぞれ建物傾斜角φk1，φk2，……，φkmを求め、これらのうちの最大値φmaxの大きさにより建物３の損傷判定を行ってもよい。
また、前記実施形態では、閾値Ｋを１個としたが複数としてもよい。具体的には、Ｋ1＝１/１５０，Ｋ2＝１/１００，Ｋ3＝１/５０とし、φk＞Ｋ3なら損傷が大、Ｋ3≧φk＞Ｋ2なら損傷が中、Ｋ2≧φk＞Ｋ1なら損傷が小、Ｋ1＞φkなら損傷が軽微であると判定する。
また、前記実施形態では、加速度センサ１５１の出力から地震が発生したか否かを判定したが、加速度センサ１５１に代えて地震計などの他の振動検出手段を用いて地震の発生を検知してもよい。あるいは、建物管理装置１６をインターネットに接続し、インターネットの災害情報サイトから地震情報が提供された時刻を地震発生時刻とし、地震発生時刻前に受信した第１〜第４のＧＮＳＳ受信装置１１〜１４の設置位置の座標データを地震前データ領域Ｒ１に記憶し、地震発生時刻後に受信した、第１〜第４のＧＮＳＳ受信装置１１〜１４の設置位置の座標データを地震後データ領域Ｒ２に記憶するようにしてもよい。
また、前記実施形態では、下記に再掲する式（３）を用いて地盤変位量ベクトルｄＧを求めたが、下記の式（５）に示すように、第１のＧＮＳＳ受信装置１１の設置位置Ｐから第２〜第４のＧＮＳＳ受信装置１２〜１４の設置位置Ａ，Ｂ，Ｃまでの距離Ｌa，Ｌb，Ｌcによる重み付けをしてもよい。
ｄＧ＝ｄＱa・（Ｓa/Ｓ）＋ｄＱb・（Ｓb/Ｓ）＋ｄＱc・（Ｓc/Ｓ） ……（３）
ｄＧ＝ｄＬa・（Ｌa/Ｌ）＋ｄＬb・（Ｌb/Ｌ）＋ｄＱc・（Ｌc/Ｌ） ……（５）
また、前記実施形態では、下記に再掲する式（３）を用いて地盤変位量ベクトルｄＧを求めたが、下記の式（５）に示すように、第１のＧＮＳＳ受信装置１１の設置位置Ｐから第２〜第４のＧＮＳＳ受信装置１２〜１４の設置位置Ａ，Ｂ，Ｃまでの距離Ｌa，Ｌb，Ｌcによる重み付けをしてもよい。
ｄＧ＝ｄＱa・（Ｓa/Ｓ）＋ｄＱb・（Ｓb/Ｓ）＋ｄＱc・（Ｓc/Ｓ） ……（３）
ｄＧ＝ｄＬa・（Ｌa/Ｌ）＋ｄＬb・（Ｌb/Ｌ）＋ｄＱc・（Ｌc/Ｌ） ……（５）
１ 建物の損傷判定システム、２ 通信衛星、３ 建物、４ 地盤、
１１〜１４ 第１〜第４のＧＮＳＳ受信装置、１１１ 受信アンテナ、
１１２ ＧＮＳＳ受信機、１１３ 位置データ算出手段、１１４ 送信機、
１１５ 送信アンテナ、１５ 地震情報出力装置、１５１ 加速度センサ、
１５２ 地震発生検知手段、１５３ 地震情報出力手段、１６ 建物管理装置、
１６１ 受信アンテナ、１６２ 受信機、１６３ 記憶手段、
１６４ 建物変位量算出手段、１６５ 地盤変位量算出手段、
１６６ 建物変位量補正手段、１６７ 建物傾斜角算出手段、１６８ 損傷判定手段、
１６９ 表示手段。
１１〜１４ 第１〜第４のＧＮＳＳ受信装置、１１１ 受信アンテナ、
１１２ ＧＮＳＳ受信機、１１３ 位置データ算出手段、１１４ 送信機、
１１５ 送信アンテナ、１５ 地震情報出力装置、１５１ 加速度センサ、
１５２ 地震発生検知手段、１５３ 地震情報出力手段、１６ 建物管理装置、
１６１ 受信アンテナ、１６２ 受信機、１６３ 記憶手段、
１６４ 建物変位量算出手段、１６５ 地盤変位量算出手段、
１６６ 建物変位量補正手段、１６７ 建物傾斜角算出手段、１６８ 損傷判定手段、
１６９ 表示手段。
Claims (6)
- 建物に設置されたＧＮＳＳ受信機により検出した、地震前後の前記ＧＮＳＳ受信機の設置された位置の変位量である建物変位量の大きさから前記建物が損傷しているか否かを判定する建物の損傷判定方法において、
前記建物の周囲の地盤にＧＮＳＳ受信機を設置して、前記地盤の前記地震前後の変位量である地盤変位量を検出し、この検出された前記地盤変位量を用いて前記建物変位量を補正するとともに、前記補正された建物変位量を用いて前記建物が損傷しているか否かを判定することを特徴とする建物の損傷判定方法。 - 前記地盤変位量を検出するＧＮＳＳ受信機が、前記建物の周囲の地盤に設置されている既存の基地局に設けられたＧＮＳＳ受信機であることを特徴とする請求項１に記載の建物の損傷判定方法。
- 前記基地局が、国土地理院が設置した電子基準点であることを特徴とする請求項２に記載の建物の損傷判定方法。
- 前記建物を囲む３箇所の地盤の地震前後の変位量を求めるとともに、
前記３箇所の変位量を用いて前記地盤変位量を求めることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の建物の損傷判定方法。 - 前記３箇所の変位量のそれぞれに前記建物からの距離に依存する重み付けをし、
前記重み付けされた変位量を用いて前記地盤変位量を求めることを特徴とする請求項４に記載の建物の損傷判定方法。 - 前記建物の地震後の高さをｈ’、前記補正された建物変位量の水平面内における所定の方向の成分をｄｘkとしたとき、下記の式を用いて算出される前記所定の方向における建物傾斜角φkが、予め設定された閾値Ｋを超えた場合に、前記建物が損傷していると判定することを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれかに記載の建物の損傷判定方法。
φk＝tan-1（｜ｄｘk/ｈ’）
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