JP6610666B2 - 斜面評価装置、判定システム、斜面評価方法及びプログラム - Google Patents

Description

本発明は、斜面の安定解析に関する。

斜面の安定解析において、安全率を用いた判定が知られている。例えば、特許文献１は、評価対象斜面の実測データ（斜面形状、土質係数など）を用いて作成された力学モデルに基づいて破壊確率を算出し、この破壊確率に基づいて当該斜面の危険度を判定する技術を開示している。ここにおいて、破壊確率は、安全率と相関を有する指標である。

特開２００２−０７００２９号公報

特許文献１に記載された技術は、実測データを用いて力学モデルを事前に作成することを要する。

本発明の目的の一つは、特定の斜面の安全性を判定するためのモデルを、当該斜面の性質をあらかじめ実測しなくても決定できるようにすることにある。

本発明の一態様に係る斜面評価装置は、評価対象の斜面の振動特徴量データを取得する取得手段と、前記取得された振動特徴量データと、複数のモデル毎にあらかじめ得られた振動特徴量データを示す参照データとに基づいて、前記斜面に適用するモデルを決定する決定手段とを備える。

本発明の一態様に係る判定システムは、前記斜面評価装置と、前記決定手段により決定されたモデルを用いた安定解析式を用いて前記斜面の安全性を判定する判定手段とを備える。

本発明の一態様に係る斜面評価方法は、評価対象の斜面の振動特徴量データを取得し、前記取得された振動特徴量データと、複数のモデル毎にあらかじめ得られた振動特徴量データを示す参照データとに基づいて、前記斜面に適用するモデルを決定する。

本発明の一態様に係るプログラムは、コンピュータに、評価対象の斜面の振動特徴量データを取得するステップと、前記取得された振動特徴量データと、複数のモデル毎にあらかじめ得られた振動特徴量データを示す参照データとに基づいて、前記斜面に適用するモデルを決定するステップとを実行させる。

本発明によれば、特定の斜面の安全性を判定するためのモデルを、当該斜面の性質をあらかじめ実測しなくても決定することが可能である。

図１は、斜面評価装置の構成の一例を示すブロック図である。 図２は、モデルデータの一例を示す模式図である。 図３は、斜面評価装置が実行する処理の一例を示すフローチャートである。 図４は、判定システムの全体構成を示すブロック図である。 図５は、判定装置の機能的構成の一例を示すブロック図である。 図６は、判定装置における動作の概略を示すフローチャートである。 図７は、モデル化フェーズにおける動作の一例を示すフローチャートである。 図８は、評価フェーズにおける動作の一例を示すフローチャートである。 図９は、判定フェーズにおける動作の一例を示すフローチャートである。 図１０は、斜面評価装置又は判定装置を実現するコンピュータのハードウェア構成の一例を示すブロック図である。

［序説］
本発明の発明者は、斜面の安定解析式に必要な変数と可観測量とを試験環境において計測し、当該変数を特定の可観測量から算出可能なモデルを構築し、監視対象斜面において計測された可観測量と当該モデルとに基づいて安全率を算出する発明について特許出願をした（PCT/JP2014/004303）。しかし、この発明は、試験環境が監視対象斜面と同一（又は略同一）の種類、乾燥密度及び締固め度であることを要する。換言すれば、この発明は、監視対象斜面と同一（又は略同一）の条件下で変数等を実測し、モデルをあらかじめ構築しておく必要がある。

一方、本発明の特徴の一つは、評価対象の斜面について、計測を事前に実施したり、当該斜面そのもののモデルを事前に作成したりする必要がない点にある。本発明は、あらかじめ定義された複数のモデルに基づいて、斜面の安全性を評価するためのモデルを決定できるように構成された点に特徴を有する。本発明の特徴は、以下の実施形態及び変形例において詳述される。

［第１実施形態］
図１は、本発明の一実施形態に係る斜面評価装置１０の構成を示すブロック図である。斜面評価装置１０は、斜面安定解析のために斜面を評価する情報処理装置である。斜面評価装置１０は、取得部１１と、決定部１２とを少なくとも備える。

取得部１１は、評価対象の斜面における振動特徴量データを取得する。ここにおいて、振動特徴量データは、斜面を構成する土壌に与えられた振動に対する応答の特徴を表すデータである。例えば、振動特徴量データは、加振（より望ましくはインパルス加振）に対する応答のパワースペクトル密度（以下単に「パワースペクトル密度」ともいう。）を表すデータである。取得部１１は、例えば、振動センサからの出力に基づいてパワースペクトル密度を算出する外部装置から振動特徴量データを取得する。

なお、取得部１１は、振動特徴量データに加え、他のデータを取得するように構成されてもよい。例えば、取得部１１は、評価対象の斜面の水分量を示すデータを振動特徴量データとともに取得してもよい。

決定部１２は、取得部１１により取得された振動特徴量データを用いて、評価対象の斜面に適用するモデル（以下「土壌モデル」という。）を決定する。決定部１２は、土壌モデルの決定に参照データを用いる。決定部１２は、参照データを所定の記憶媒体から取得するように構成される。この記憶媒体は、斜面評価装置１０の外部に設けられても、斜面評価装置１０の一部として構成されてもよい。

参照データは、複数の土壌モデル毎の振動特徴量データを示すデータである。振動特徴量データは、斜面の土質又は土種（土の種類）によって変わり得る。すなわち、振動特徴量データは、ある土質と別の土質とでは異なる特徴（すなわち値）を示す。また、振動特徴量データは、土質や土種が同一であっても、土壌の水分量によって変化する。本実施形態において、参照データは、モデルデータの一部を構成する。

図２は、モデルデータの一例を示す模式図である。図２に示すモデルデータは、モデル１〜ｎのｎ種類の土壌モデルについて、参照データとパラメータモデルとを含んで構成されている。本実施形態の参照データは、ある水分量に調整された土壌のサンプル（試料）にインパルス加振を与えたときに示した応答のパワースペクトル密度を数値化したデータである。また、パラメータモデルは、斜面の安定解析式に含まれる変数のモデルを表す。パラメータモデルは、例えば、入力された水分量に応じた変数の値を返す関数によって表される。

なお、参照データは、同一の土壌モデルに関して複数の振動特徴量データを含み得る。例えば、参照データは、異なる水分量に対応する複数の振動特徴量データを含んでもよい。この場合、振動特徴量データは、あるサンプルについて水分量を変えながら複数回計測することで得られる。このようにして同一のサンプルから得られた複数の振動特徴量データは、いずれも同一のパラメータモデルに対応付けられる。

本実施形態において、モデルデータは、個々の土壌モデル毎に事前に用意されている。ただし、モデルデータは、ある斜面の安全性を判定する前に用意されていればよく、例えば斜面評価装置１０の出荷時から用意されている必要はない。また、モデルデータは、適当なタイミングで新しいデータに更新されてもよい。

なお、モデルデータの数（ｎ）は、特に限定されない。モデルデータの数は、斜面の安全性をより正確に判定するためには、より多い方が望ましいといえる。しかし、モデルデータの数が多いと、モデルデータを用意する事前の作業や、斜面の評価に要する計算量が増大する。したがって、モデルデータは、このような事情を考慮して適当な数が用意されればよい。例えば、モデルデータの数は、５〜２０程度でもよい。

斜面評価装置１０の構成は、以上のとおりである。斜面評価装置１０は、この構成の下、評価対象の斜面の振動特徴量データを取得すると、当該斜面に適用される土壌モデルを決定する。換言すれば、斜面評価装置１０は、取得した振動特徴量データに対応する斜面がどのような性質（特徴）を有しているか（すなわち、どの土壌モデルに近いか）を評価することができる。ユーザは、斜面評価装置１０によって決定された土壌モデルを用いて、当該斜面の安全性を判定することが可能である。

本実施形態において、斜面の安全性は、所定の安定解析式を用いて判定される。斜面の安定解析式は、安全率の定義式であるともいえる。本実施形態において、安定解析式は、特定の式に限定されない。例えば、本実施形態においては、フェレニウス法（簡易分割法、スウェーデン法ともいう。）や修正フェレニウス法に従った安定解析式が利用可能である。

フェレニウス法による安全率Ｆｓは、例えば、以下の（１）式で表すことができる。ここにおいて、ｃ、Ｗ、ｕ、φは、それぞれ、土塊の粘着力、重量、間隙水圧、内部摩擦角を表す変数である。また、αは、斜面の傾斜角を表す。また、ｌは、斜面を垂直方向に分割した分割片（スライス）のすべり面の長さを表す。説明の便宜上、傾斜角α及びすべり面長ｌは、ここでは定数とする。

また、修正フェレニウス法による安全率Ｆｓは、例えば、以下の（２）式で表すことができる。ここにおいて、ｂは、スライスの幅を表す。スライス幅ｂは、ここでは定数とする。

ここで、粘着力ｃ、重量Ｗ、間隙水圧ｕ及び内部摩擦角φは、いずれも、土中の水分量と相関を有する。したがって、これらの変数は、いずれも水分量の関数として表すことができる。この例の場合、パラメータモデルは、これらの変数の関数である。例えば、（１）式は、粘着力ｃ、重量Ｗ、間隙水圧ｕ及び内部摩擦角φを、それぞれ水分量ｍの関数ｃ（ｍ）、Ｗ（ｍ）、ｕ（ｍ）及びφ（ｍ）に置換すると、以下の（３）式で表される。このような置換は、（２）式においても同様に可能である。

なお、本実施形態において、斜面の安全性は、斜面評価装置１０によって判定される必要はない。斜面の安全性は、斜面評価装置１０によって判定されてもよいが、斜面評価装置とは別の外部装置によって判定されてもよい。斜面評価装置１０は、斜面の安全性の判定に必要なデータ、すなわちパラメータモデルを提供できれば、一定の効果を奏することができる。

図３は、斜面評価装置１０が実行する処理を示すフローチャートである。図３に示すように、斜面評価装置１０は、取得処理（ステップＳ１）と、決定処理（ステップＳ２）とを実行する。

ステップＳ１において、取得部１１は、評価対象の斜面の振動特徴量データを取得する。取得部１１は、実地（すなわち現場）において測定された振動の振動特徴量データを取り込む。このとき、評価対象の斜面の水分量は、所定の数値になるように調整されているか、あるいは水分量センサなどによって計測されているものとする。つまり、取得部１１は、斜面における水分量が既知である振動特徴量データを取得する。

ステップＳ２において、決定部１２は、取得部１１が取得した振動特徴量データを参照データと比較する。異なる水分量に対応する複数の振動特徴量データを参照データが含んでいる場合、決定部１２は、当該複数の振動特徴量データのうち、取得部１１が取得した振動特徴量データの計測時点の水分量に対応する振動特徴量データを当該取得した振動特徴量データと比較する。また、取得部１１が取得した振動特徴量データの水分量が複数の振動特徴量データに対応する水分量のいずれとも一致しない場合、決定部１２は、当該複数の振動特徴量データのうち、取得部１１が取得した振動特徴量データの計測時点の水分量に最も近い水分量に対応する振動特徴量データを当該取得した振動特徴量データと比較する。なお、参照データに含まれる振動特徴量データが特定の水分量に対応する振動特徴量データのみである場合、取得部１１は、評価対象の斜面の水分量が当該特定の水分量になった状態で計測された振動特徴量データを取得すればよい。

決定部１２は、このような振動特徴量データの比較を複数のモデルデータのそれぞれについて実行する。決定部１２は、比較対象の振動特徴量データと参照データとの類似度を判断し、最も類似していると判断した土壌モデルを評価対象の斜面に適用する。類似度の判断は、例えば、それぞれ多次元のベクトルで表現された振動特徴量データの単位周波数毎のパワースペクトル密度と参照データの単位周波数毎のパワースペクトル密度とのユークリッド距離を算出することで行われる。この場合、決定部１２は、振動特徴量データのユークリッド距離が最小となった土壌モデルを評価対象の斜面に適用する。

斜面の安全性を外部装置が判定する場合、決定部１２は、評価対象の斜面に適用する土壌モデルを決定した後、当該土壌モデルを表すデータを外部装置に出力する。決定部１２は、例えば、当該土壌モデルのパラメータモデルを外部装置に供給する。あるいは、土壌モデル毎のパラメータモデルを外部装置が記憶している場合、決定部１２は、パラメータモデルに代えて、土壌モデルの識別情報を当該外部装置にしてもよい。

以上のとおり、本実施形態によれば、複数の土壌モデル毎にあらかじめ得られた振動特徴量データに基づいて斜面に適用する土壌モデルを決定することにより、評価対象の斜面の性質（土質等）をあらかじめ実測しなくても当該斜面の安全性を判定することが可能になる。本実施形態の場合、評価対象の斜面、すなわち実地においては、水分量が既知の振動特徴量データを計測すれば足りる。

振動特徴量データは、それぞれの土壌の性質に応じて異なる値を示す。振動特徴量データの類似性は、土壌としての類似性を意味する。斜面評価装置１０は、このような振動特徴量データを参照データとして用いることで、妥当性のある土壌モデルの決定（すなわち斜面の評価）を可能にしている。

［第２実施形態］
図４は、本発明の別の実施形態に係る判定システム２０の全体構成を示すブロック図である。判定システム２０は、判定装置１００と、試験装置２００と、計測装置３００、４００と、モニタ装置５００とを備える。なお、判定システム２０を構成するこれらの装置は、図４においては１つずつ図示されているが、実際の数は限定されない。

判定システム２０は、斜面の安全性を判定するためのコンピュータシステムである。判定システム２０は、大別すると、上述したモデルデータを作成する機能と、監視対象の斜面の土壌モデルを決定する機能と、決定された土壌モデルを用いて斜面の安全性を判定する機能とを有する。

試験装置２００及び計測装置３００は、モデルデータの作成に用いられる。試験装置２００は、試料（土塊、供試体）に対して三軸圧縮試験を実施する装置である。試験装置２００は、応力センサ２１０、２２０を含む。応力センサ２１０、２２０は、垂直応力、せん断応力をそれぞれ計測するセンサである。

計測装置３００は、試料から各種データを計測する装置である。計測装置３００は、水分計３１０と、振動センサ３２０と、間隙水圧計３３０とを含む。計測装置３００は、プランター等の所定の容器に収容された試料の水分量、振動特徴量及び間隙水圧を計測する。この計測は、試料の水分量を変更（増加）させながら繰り返し実行される。この一連の計測作業のことを、以下においては「プランター試験」という。なお、ここでいう水分量は、体積含水率と重量含水率のいずれであってもよい。

計測装置４００は、斜面の土壌モデルの決定に用いられる。計測装置４００は、監視対象の斜面において振動特徴量及び水分量を計測する。計測装置４００は、水分計４１０と振動センサ４２０とを含む。水分計４１０、振動センサ４２０は、水分計３１０、振動センサ３２０と同種のセンサでよいが、計測対象が異なる。

判定装置１００は、試験装置２００及び計測装置３００、４００に接続され、これらの装置からデータを受信する。判定装置１００は、受信したデータに基づいてモデルデータを作成したり、斜面の安全性を判定したりすることができる。判定装置１００は、例えば、パーソナルコンピュータやサーバ装置によって実現することができる。判定装置１００は、本発明に係る斜面評価装置の一例に相当する。

モニタ装置５００は、判定装置１００による判定結果に応じた情報を出力する。モニタ装置５００は、例えば液晶ディスプレイである。また、モニタ装置５００は、判定装置１００の一部として構成されてもよい。さらに、モニタ装置５００は、スピーカを備え、必要に応じて警報音等を発してもよい。また、モニタ装置５００は、移動通信網を介して判定装置１００と通信する携帯電話機やスマートフォンであってもよい。

図５は、判定装置１００の機能的構成の一例を示すブロック図である。判定装置１００は、第１算出モジュール１１０、第１モデル化モジュール１２０、第２算出モジュール１３０、第２モデル化モジュール１４０、データベース１５０、評価モジュール１６０及び判定モジュール１７０を実現する。

第１算出モジュール１１０は、粘着力（ｃ）及び内部摩擦角（φ）を算出する。第１算出モジュール１１０は、応力センサ２１０及び２２０から出力された垂直応力及びせん断応力を示すデータに基づいて、粘着力及び内部摩擦角を算出することができる。

第１モデル化モジュール１２０は、第１算出モジュール１１０により算出された粘着力及び内部摩擦角に基づき、粘着力及び内部摩擦角の水分量（ｍ）に対するモデルを生成する。第１算出モジュール１１０は、同一の試料の粘着力及び内部摩擦角を、水分量を異ならせて複数回算出する。第１モデル化モジュール１２０は、それぞれの粘着力及び内部摩擦角が算出されたときの水分量の入力を受け付け、粘着力及び内部摩擦角の水分量に対するモデルを算出することができる。この水分量は、ユーザによって入力されてもよいが、図示されない水分計で実測されてもよい。

以下においては、粘着力の水分量に対するモデルをｃ（ｍ）、内部摩擦角の水分量に対するモデルをφ（ｍ）とそれぞれ表記する。モデルｃ（ｍ）及びφ（ｍ）は、水分量の関数として記述可能である。この場合、第１モデル化モジュール１２０は、実際には計測されていない水分量における粘着力及び内部摩擦角の値を適当な補間法により補う。

第２算出モジュール１３０は、振動特徴量の一例であるパワースペクトル密度を算出する。第２算出モジュール１３０は、振動センサ３２０から出力されたデータに基づいて、所定の水分量毎のパワースペクトル密度を算出することができる。この水分量は、ユーザによって入力されてもよいが、水分計３１０で実測されてもよい。

第２モデル化モジュール１４０は、重量（Ｗ）及び間隙水圧（ｕ）の水分量に対するモデルを生成する。第２モデル化モジュール１４０は、例えば、プランター試験の実施前に計測された試料の重量（湿潤重量）及び含水比に基づいて、試料の乾燥重量（試料中の土粒子の重量）と試験開始時の水分量（試料中の水分の重量）とを特定する。第２モデル化モジュール１４０は、これらの重量にプランター試験において試料に添加した水分の重量を加算することで、試料の重量を算出することができる。なお、プランター試験において添加された水分量は、ユーザにより入力され、又は水分計３１０により実測される。

以下においては、重量の水分量に対するモデルをＷ（ｍ）、間隙水圧の水分量に対するモデルをｕ（ｍ）とそれぞれ表記する。第２モデル化モジュール１４０も、第１モデル化モジュール１２０と同様に、適当な補間によってモデルＷ（ｍ）及びｕ（ｍ）を算出することが可能である。

データベース１５０は、モデルデータを記憶する。データベース１５０は、第１モデル化モジュール１２０及び第２モデル化モジュール１４０により生成されたモデルｃ（ｍ）、φ（ｍ）、Ｗ（ｍ）及びｕ（ｍ）をパラメータモデルとして記憶する。また、データベース１５０は、第２算出モジュール１３０により算出されたパワースペクトル密度を振動特徴量データとして記憶する。本実施形態の参照データは、異なる水分量に対応する複数の振動特徴量データを含む。

データベース１５０は、モデルデータを土壌モデル毎に記憶する。データベース１５０は、特定の土壌モデルのパラメータモデルを抽出したり、特定の水分量に対応する各モデルの振動特徴量データを抽出したりすることができるように構成されている。

評価モジュール１６０は、第１実施形態の斜面評価装置１０に相当する機能を有する。評価モジュール１６０は、水分計４１０により計測可能な水分量と振動センサ４２０により計測可能なパワースペクトル密度とに基づき、監視対象の斜面に適用する土壌モデルを決定する。具体的には、評価モジュール１６０は、水分計４１０により計測された水分量に対応する各モデルの振動特徴量データをデータベース１５０から読み出し、それぞれを振動センサ４２０の出力から算出されるパワースペクトル密度と比較する。評価モジュール１６０は、参照データに含まれる複数の振動特徴量データのうち、監視対象の斜面において計測されたパワースペクトル密度との類似度が最も高い振動特徴量データに対応するモデルを当該斜面に適用する。なお、類似度の判断方法は、第１実施形態と同様でよい。

判定モジュール１７０は、監視対象の斜面の安全性を判定する。判定モジュール１７０は、評価モジュールにより決定されたモデルのパラメータモデルを読み出し、当該パラメータモデルを用いた安定解析式に対して水分計４１０により計測された水分量を代入する。これにより、判定モジュール１７０は、安全率（Ｆｓ）を算出することができる。なお、上述した（１）式又は（２）式を安全率に用いる場合、傾斜角αは、実地においてユーザによって計測される。監視対象の斜面の傾斜角が一定でない場合、傾斜角αは、スライス毎に異なる値としてもよいが、適当な代表値（平均値、中央値、最大値など）が用いられてもよい。

判定モジュール１７０は、判定結果に応じたデータをモニタ装置５００に出力する。一般に、安全率が１未満であると、斜面が不安定で崩壊のおそれがあるとされている。よって、判定モジュール１７０は、例えば、安全率が１未満になった場合には、注意を喚起するメッセージをモニタ装置５００に表示させる。

判定モジュール１７０は、安全率に応じた処理を段階的に実行してもよい。例えば、判定モジュール１７０は、安全率が第１の閾値（例えば１．２）を下回った場合には、モニタ装置５００に画像を表示させて視覚的に注意を喚起する一方、安全率が第２の閾値（例えば１．０）を下回った場合には、モニタ装置５００に画像を表示させるだけでなく警告音も発生させ、視覚的のみならず聴覚的にも注意を喚起してもよい。

図６は、判定装置１００における動作の概略を示すフローチャートである。判定装置１００における動作は、モデル化フェーズ（ステップＳＡ）、評価フェーズ（ステップＳＢ）及び判定フェーズ（ステップＳＣ）に大別することができる。

図７は、モデル化フェーズにおける動作の一例を示すフローチャートである。ユーザは、モデル化フェーズにおいて、上述した三軸圧縮試験及びプランター試験を実施する。第１算出モジュール１１０、第２算出モジュール１３０及び第２モデル化モジュール１４０は、これらの試験において計測されたデータを取得する（ステップＳＡ１、ＳＡ２）。

第１モデル化モジュール１２０及び第２モデル化モジュール１４０は、ステップＳＡ１、ＳＡ２において取得されたデータに基づいて、安定解析式に必要な変数をモデル化する（ステップＳＡ３）。具体的には、第１モデル化モジュール１２０は、応力センサ２１０、２２０から取得したデータに基づき、粘着量のモデルｃ（ｍ）と内部摩擦角のモデルφ（ｍ）とを算出する。また、第２モデル化モジュール１４０は、水分計３１０、振動センサ３２０及び間隙水圧計３３０から取得したデータに基づき、重量のモデルＷ（ｍ）と間隙水圧のモデルｕ（ｍ）とを算出する。

第１モデル化モジュール１２０、第２算出モジュール１３０及び第２モデル化モジュール１４０は、算出したデータ、すなわちモデルデータをデータベース１５０に格納する（ステップＳＡ４）。具体的には、第１モデル化モジュール１２０及び第２モデル化モジュール１４０は、パラメータモデル、すなわちモデルｃ（ｍ）、φ（ｍ）、Ｗ（ｍ）及びｕ（ｍ）をデータベース１５０に格納する。また、第２算出モジュールは、複数の水分量毎の振動特徴量データをデータベース１５０に格納する。

なお、図７に示す処理は、土壌モデル毎、すなわち試料毎に実行される。また、判定装置１００は、同一の場所から採取された試料の密度等を変化させ、密度の変更前後の試料を異なる土質の試料として扱ってもよい。このようにすれば、同一の試料から複数の土壌モデルを得ることが可能である。

モデル化フェーズが終了すると、判定装置１００は、監視対象の斜面の評価、すなわち当該斜面に対して適用する土壌モデルの決定が可能な状態になる。この状態において計測装置４００からデータが送信されると、判定装置１００の状態は、評価フェーズに移行する。

図８は、評価フェーズにおける動作の一例を示すフローチャートである。なお、図８において、破線で示すステップ（ステップＳＢ５、ＳＢ６）の処理は、必ずしも判定装置１００が実行するものではない。これらの処理は、ユーザによる手作業で実行されてもよい。

なお、ここでは、説明の便宜上、モデルデータの数（すなわち土壌モデルの種類の数）を「ｎ１」とし、それぞれのモデルに含まれる振動特徴量データの数を「ｎ２」とする。ｎ２個の振動特徴量データは、それぞれ、異なる水分量ｍ₁、ｍ₂、…、ｍ_ｎ2（ただし、ｍ₁＜ｍ₂＜…＜ｍ_ｎ2）において計測されたパワースペクトル密度を表す。

評価モジュール１６０は、水分計４１０により計測された水分量（すなわち斜面における実測値）を示す水分量データを取得する（ステップＳＢ１）。この実測値のことを、以下においては「ｍ」と表記する。評価モジュール１６０は、ステップＳＢ１において取得した実測値ｍを水分量ｍ₁〜ｍ_ｎ2と比較し、実測値ｍが水分量ｍ₁〜ｍ_ｎ2と一致し、又は水分量ｍ₁〜ｍ_ｎ2との差分が所定の数値範囲（許容範囲）内にあるか否かを判断する（ステップＳＢ２）。

実測値ｍがステップＳＢ２の条件を満たさない場合（ステップＳＢ２：ＮＯ）、評価モジュール１６０は、実測値ｍが水分量ｍ_ｎ2より多いか否かを判断する（ステップＳＢ３）。評価モジュール１６０は、実測値ｍが水分量ｍ_ｎ2よりも多ければ（ステップＳＢ３：ＹＥＳ）、所定のエラー処理を実行する（ステップＳＢ４）。エラー処理は、例えば、斜面の安全性の判定に適した土壌モデルが存在しないことをユーザに通知するための処理である。

一方、実測値ｍが水分量ｍ_ｎ2よりも少ない場合は（ステップＳＢ３：ＮＯ）、実測値ｍに値を加算することでステップＳＢ２の条件を満たし得ることを意味する。そこで、このときユーザは、監視対象の斜面に注水することで当該斜面の水分量ｍを増加させる（ステップＳＢ５）。例えば、ユーザは、実測値ｍが水分量ｍ₁よりも少ない場合であれば、実測値ｍが水分量ｍ₁になるように斜面に水分を導入する。その後、評価モジュール１６０は、注水後の実測値ｍをステップＳＢ１において取得する。注水量が十分でなければ、評価モジュール１６０は、上述した処理を繰り返す。

以下においては、説明の便宜上、実測値ｍと一致し、又は実測値ｍとの差分が所定の数値範囲内になった水分量のことを「ｍ_ｉ」と表記する。すなわち、ｍ_ｉは、許容範囲を±Ｔｈとした場合、ｍ＝ｍ_ｉ±Ｔｈを満たす。なお、ｍ_ｉは、ｍ₁〜ｍ_ｎ2のいずれかである。

水分量ｍ₁〜ｍ_ｎ2のいずれかがステップＳＢ２の条件を満たす場合（ステップＳＢ２：ＹＥＳ）、ユーザは、加振試験を実施する（ステップＳＢ６）。加振試験とは、具体的には、監視対象の斜面に振動を与え、その応答を計測する試験のことである。評価モジュール１６０は、振動センサ４２０により計測された振動データを取得し（ステップＳＢ７）、パワースペクトル密度を算出する（ステップＳＢ８）。

評価モジュール１６０は、モデルｊの参照データのうち、水分量がｍ_ｉである振動特徴量データをデータベース１５０から読み出す（ステップＳＢ９）。ここにおいて、ｊの初期値は、「１」である。すなわち、評価モジュール１６０は、最初にモデル１の振動特徴量データを取得する。

次いで、評価モジュール１６０は、ステップＳＢ８において算出したパワースペクトル密度とステップＳＢ９において取得した振動特徴量データが示すパワースペクトル密度とを比較する（ステップＳＢ１０）。具体的には、評価モジュール１６０は、両者のパワースペクトル密度を単位周波数（例えば１Ｈｚ）毎の値で比較し、ユークリッド距離を算出する。

評価モジュール１６０は、ステップＳＢ１０において算出したユークリッド距離の大小を判断し（ステップＳＢ１１）、当該算出したユークリッド距離がこれまでに算出したユークリッド距離の中で最小である場合に（ステップＳＢ１１：ＹＥＳ）、ｊの値を所定の記憶領域に格納する（ステップＳＢ１２）。ただし、ｊ＝１（すなわち初期値）の場合、評価モジュール１６０は、値「１」を記憶領域に格納する。

また、評価モジュール１６０は、直前に算出したユークリッド距離が最小でない場合には（ステップＳＢ１１：ＮＯ）、ステップＳＢ２の処理をスキップする。例えば、ｊ＝２の場合、評価モジュール１６０は、ｊ＝１の場合のユークリッド距離とｊ＝２の場合のユークリッド距離とを比較し、後者の値の方が小さければ値を「２」に更新し、そうでなければ値を更新しない。

評価モジュール１６０は、このような処理をｊがｎ１になるまで（すなわち全モデルを比較するまで）繰り返す。すなわち、評価モジュール１６０は、ｊ＝ｎ１であるか否かを判断し（ステップＳＢ１３）、ｊ≠ｎ１であれば（ステップＳＢ１３：ＮＯ）、ｊをインクリメントする（ステップＳＢ１４）。そして、評価モジュール１６０は、ステップＳＢ９以降の処理を再度実行する。すなわち、評価モジュール１６０は、別のモデルの振動特徴量データを読み出し、パワースペクトル密度の比較等を実行する。

全モデルの比較が終了した場合、すなわちステップＳＢ１３においてｊ＝ｎ１と判断した場合（ステップＳＢ１３：ＹＥＳ）、評価モジュール１６０は、その時点で記憶領域に格納されているｊの値を参照することにより、監視対象の斜面に適用する土壌モデルを決定する（ステップＳＢ１５）。例えば、記憶領域に格納されているｊの値が「２」であれば、評価モジュール１６０は、監視対象の斜面に「モデル２」を適用する。評価モジュール１６０がステップＳＢ１５の処理を実行したら、評価フェーズは終了する。

なお、評価モジュール１６０は、ステップＳＢ２の条件（すなわち水分量）を変えて図８に示す処理を複数回実行してもよい。この場合、評価モジュール１６０は、類似度が最高（例えばユークリッド距離が最小）となるモデルを複数の水分量について得ることができる。評価モジュール１６０は、このようにして得られた複数の比較結果を総合的に判断して土壌モデルを決定してもよい。例えば、評価モジュール１６０は、類似度が最高となった回数が最も多いモデルを土壌モデルとして用いてもよい。

図９は、判定フェーズにおける動作の一例を示すフローチャートである。まず、判定モジュール１７０は、評価フェーズにおいて決定された土壌モデルのパラメータモデルをデータベース１５０から取得する（ステップＳＣ１）。そして、判定モジュール１７０は、水分量を示すデータを水分計４１０から取得する（ステップＳＣ２）。判定モジュール１７０は、ステップＳＣ１において取得したパラメータモデルを用いた安定解析式にステップＳＣ２において取得したデータが示す水分量を代入することにより、斜面の安全率を算出する（ステップＳＣ３）。

そして、判定モジュール１７０は、ステップＳＣ３において算出した安全率に応じた処理を実行する（ステップＳＣ４）。判定モジュール１７０は、例えば、モニタ装置５００に所定の処理（警告表示等）を実行させるデータを出力する。

以上のとおり、本実施形態によれば、第１実施形態と同様に、特定の水分量における振動特徴量データのみを用いて土壌モデルを決定することができる。また、本実施形態によれば、監視対象の斜面における計測を評価フェーズより前に実行する必要がない。換言すると、本実施形態においては、監視対象の斜面そのもののモデルデータは不要である。

また、本実施形態によれば、異なる水分量に対応する複数の振動特徴量データのうち、監視対象の斜面の水分量に最も近い水分量に対応する振動特徴量データを振動特徴量データの実測値と比較することが可能である。したがって、ユーザは、参照データに複数の振動特徴量データが含まれない場合に比べ、監視対象の斜面における労力を少なくすることが可能である。

［変形例］
本発明は、上述した実施形態に限定されない。本発明は、上述した実施形態に対して、いわゆる当業者が理解し得る多様な変更を適用することが可能である。例えば、本発明は、以下の変形例に示す形態によっても実施することができる。また、本発明は、複数の変形例を組み合わせたり、実施形態の一部の構成を他の実施形態の構成と置換したりして実施されてもよい。

（１）変形例１
評価モジュール１６０は、複数のモデルを組み合わせて斜面に適用する土壌モデルを決定してもよい。例えば、単一のモデルのみを用いただけでは、いずれのモデルを用いても類似度（例えばユークリッド距離）が一定の基準（類似しているとみなせる範囲）を満たさない場合が考えられる。この場合、既存のいずれのモデルも、監視対象の斜面に適していないといえる。このような場合、評価モジュール１６０は、複数のモデルを類似度が一定の基準を満たすように組み合わせた土壌モデルを新たに生成してもよい。

ここで、複数のモデルの組み合わせについて、パラメータモデルの具体例を挙げて説明する。ここでは、重量の関数Ｗ（ｍ）が単一のモデルのみによって記述される場合にｍの１次関数になると想定する。この場合、パラメータモデルは、１次関数の傾きと切片によって記述することができる。以下においては、モデルｎの傾き及び切片をそれぞれａ_n、ｂ_nと表記する。

この例において、「モデル１」を斜面に適用する場合、関数Ｗ（ｍ）は、
Ｗ（ｍ）＝ａ₁ｍ＋ｂ₁
である。同様に、「モデル２」を斜面に適用する場合の関数Ｗ（ｍ）は、
Ｗ（ｍ）＝ａ₂ｍ＋ｂ₂
である。

これらのモデルを組み合わせる場合、評価モジュール１６０は、各モデルに対する重み付け係数Ｃを算出し、例えば以下のような関数を斜面に適用する。この場合、重み付け係数Ｃは、類似度が一定の基準を満たすように設定される。
Ｗ（ｍ）＝Ｃ（ａ₁ｍ＋ｂ₁）＋（１−Ｃ）（ａ₂ｍ＋ｂ₂）
あるいは、評価モジュール１６０は、監視対象の斜面の振動データを、水分量を異ならせながら複数回取得してもよい。例えば、評価モジュール１６０は、水分量ｍ₁〜ｍ_ｎ2のそれぞれに対応するｎ２個の振動データを取得してもよい。この場合、評価モジュール１６０は、それぞれのパワースペクトル密度を算出する。

評価モジュール１６０は、このｎ２個のパワースペクトル密度をモデルのパワースペクトル密度のそれぞれと比較する。そうすると、ユークリッド距離が最小となるモデルは、水分量の大小によって異なる可能性がある。例えば、ユークリッド距離が最小となるモデルは、水分量がある値（以下「ｍ₀」と表記する。）までは「モデル１」である一方、水分量がｍ₀よりも多くなると「モデル３」に切り替わる、といった場合が想定され得る。

この場合、評価モジュール１６０は、水分量がｍ₀以下のときには「モデル１」のパラメータモデルに従い、水分量がｍ₀より多くなると「モデル３」のパラメータモデルに従う土壌モデルを新たに生成し、生成した土壌モデルを監視対象の斜面に適用してもよい。なお、評価モジュール１６０は、３以上のモデルを組み合わせて土壌モデルを生成してもよい。

（２）変形例２
本発明の実施形態における振動特徴量は、パワースペクトル密度のみに限定されない。例えば、本発明の実施形態における振動特徴量は、土壌の共振周波数、固有振動数、振動波形の減衰率（又は減衰比）などであってもよい。ただし、パワースペクトル密度は、共振周波数、固有振動数、減衰率などに比べ、情報量が多く高精度な比較を実行しやすいという利点がある。また、振動特徴量データは、複数の振動特徴量を含むデータであってもよい。

（３）変形例３
本発明の実施形態における安定解析式は、特定の方法の式に限定されない。安定解析式としては、フェレニウス法や修正フェレニウス法のほかにも、ビショップ法、ヤンブ法なども適用可能である。これらの安定解析式も、必要な変数を水分量の関数として記述することが可能である。

（４）変形例４
本発明の実施形態において、水分量は、他のパラメータに置き換えることが可能である。例えば、水分量は、土壌中の振動波形の減衰率と相関を有する。したがって、水分量と減衰率の相関関係を求めることができれば、パラメータモデルを減衰率の関数として記述することも可能になる。この場合、水分量が減衰率から推定可能であるため、実地には水分計に代えて振動センサがあればよい。

（５）変形例５
本発明の実施形態において、斜面の構成要素は、土壌のみに限定されない。例えば、斜面は、コンクリート、モルタル、樹木根系などを含み得る。

（６）変形例６
斜面評価装置１０及び判定装置１００の一部又は全部は、コンピュータが所定のプログラムを実行することによって実現されてもよい。

図１０は、斜面評価装置１０又は判定装置１００を実現するコンピュータ６００のハードウェア構成の一例を示すブロック図である。コンピュータ６００は、プロセッサ６１０と、メモリ６２０と、ストレージ６３０と、インタフェース６４０とを備える。

プロセッサ６１０は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）である。メモリ６２０は、主記憶装置に相当する。ストレージ６３０は、補助記憶装置に相当する。ストレージ６３０は、例えば、ハードディスクやフラッシュメモリによって構成される。また、ストレージ６３０は、光ディスクやフレキシブルディスクなどの着脱可能な記録媒体のリーダ・ライタを含んで構成されてもよい。インタフェース６４０は、外部装置（試験装置２００、計測装置３００、４００など）とデータを送受信する。

プロセッサ６１０は、ストレージ６３０に記憶されたプログラムを実行することにより、斜面評価装置１０の取得部１１及び決定部１２として機能することができる。あるいは、プロセッサ６１０は、ストレージ６３０に記憶されたプログラムを実行することにより、判定装置１００の第１算出モジュール１１０、第１モデル化モジュール１２０、第２算出モジュール１３０、第２モデル化モジュール１４０、データベース１５０、評価モジュール１６０及び判定モジュール１７０として機能することができる。なお、データベース１５０は、プロセッサ６１０とストレージ６３０の協働により実現されてもよいし、ネットワークを介して接続される別の装置によって実現されてもよい。

（７）変形例７
本発明の実施形態は、斜面評価装置や判定システムのほか、斜面に適用するモデルを決定する評価方法、斜面の安全性を判定する判定方法が考えられる。また、本発明の実施形態は、コンピュータを斜面評価装置として機能させるためのプログラムや、当該プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体（光ディスク、磁気ディスク、半導体メモリなど）といった形態も考えられる。かかるプログラムは、ある装置にネットワークを介してダウンロードされ、当該装置を斜面評価装置として機能させるものであってもよい。

この出願は、２０１５年７月２３日に出願された日本出願特願２０１５−１４５４２５を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。

１０ 斜面評価装置
１１ 取得部
１２ 決定部
２０ 判定システム
１００ 判定装置
１１０ 第１算出モジュール
１２０ 第１モデル化モジュール
１３０ 第２算出モジュール
１４０ 第２モデル化モジュール
１５０ データベース
１６０ 評価モジュール
１７０ 判定モジュール
２００ 試験装置
３００、４００ 計測装置
５００ モニタ装置
６００ コンピュータ
６１０ プロセッサ
６２０ メモリ
６３０ ストレージ
６４０ インタフェース

Claims (10)

1. 斜面の安全性を判定するためのモデルである複数の土壌モデルと、前記土壌モデルに対する斜面を構成する土壌に与えられた振動に対する応答の特徴を表す振動特徴量データとを、異なる水分量に対応づけて記憶する記憶手段と、
   評価対象の斜面において計測された振動特徴量データ及び評価対象の斜面の水分量を取得する取得手段と、
   前記取得された水分量に最も近い前記記憶された水分量に対応する前記記憶された振動特徴量データを前記記憶手段から抽出し、前記抽出された振動特徴量データと前記取得された振動特徴量データとを比較し、最も類似する前記記憶されている振動特徴量データに対応する前記記憶された土壌モデルを、前記斜面に適用する土壌モデルに決定する決定手段と
   を備える斜面評価装置。
2. 前記記憶手段は、異なる水分量に対応する複数の振動特徴量データを前記複数の土壌モデル毎に含み、
   前記決定手段は、前記取得された振動特徴量データと、前記抽出された振動特徴量データとを比較して当該斜面に適用するモデルを決定する
   請求項１に記載の斜面評価装置。
3. 前記決定手段は、前記複数の土壌モデルを組み合わせて前記斜面に適用する土壌モデルを決定する
   請求項１又は請求項２に記載の斜面評価装置。
4. 前記決定手段は、前記斜面の水分量に応じて異なる土壌モデルを当該斜面に適用する
   請求項３に記載の斜面評価装置。
5. 前記振動特徴量データは、前記斜面を構成する土壌に与えられた振動に対する応答のパワースペクトル密度を示す
   請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の斜面評価装置。
6. 前記取得手段は、前記振動特徴量データと、前記斜面の水分量を示す水分量データとを取得する
   請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の斜面評価装置。
7. 請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の斜面評価装置と、
   前記決定手段により決定された土壌モデルを用いた安定解析式を用いて前記斜面の安全性を判定する判定手段と
   を備える判定システム。
8. 前記斜面において振動特徴量及び水分量を計測する計測装置を備える
   請求項７に記載の判定システム。
9. 斜面の安全性を判定するためのモデルである複数の土壌モデルと、前記土壌モデルに対する斜面を構成する土壌に与えられた振動に対する応答の特徴を表す振動特徴量データとを、異なる水分量に対応づけて記憶し、
   評価対象の斜面において計測された振動特徴量データ及び評価対象の斜面の水分量を取得し、
   前記取得された水分量に最も近い前記記憶された水分量に対応する前記記憶された振動特徴量データを抽出し、前記抽出された振動特徴量データと前記取得された振動特徴量データとを比較し、最も類似する前記記憶されている振動特徴量データに対応する前記記憶された土壌モデルを、前記斜面に適用する土壌モデルに決定する
   斜面評価方法。
10. コンピュータに、
    斜面の安全性を判定するためのモデルである複数の土壌モデルと、前記土壌モデルに対する斜面を構成する土壌に与えられた振動に対する応答の特徴を表す振動特徴量データとを、異なる水分量に対応づけて記憶するステップと、
    評価対象の斜面において計測された振動特徴量データ及び評価対象の斜面の水分量を取得するステップと、
    前記取得された水分量に最も近い前記記憶された水分量に対応する前記記憶された振動特徴量データを抽出し、前記抽出された振動特徴量データと前記取得された振動特徴量データとを比較し、最も類似する前記記憶されている振動特徴量データに対応する前記記憶された土壌モデルを、前記斜面に適用する土壌モデルに決定するステップと
    を実行させるためのプログラム。

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