JP6641410B2 - 地形構造監視システム - Google Patents

Description

本発明は、河床や海床の土壌流出の深さ及び土石流の発生を監視することができる地形構造監視システムに関する。

気候の変動、河川の水流の変化、地形の起伏などの自然要素に加えて、過度の土地開発などの人的要素によって、豪雨や台風による大量の洪水が発生した場合、河床の土壌流出で土石流や地すべりなどの問題を引き起こすことがある。特に橋脚の構造の安定性と安全性への悪影響が考えられる。

しかし、河床の土壌流出の深さと水位高度を測定する従来の方法は人員によって行われる。ただし、人員による測定の精度は操作人員の経験に頼る必要がある。また、台風や豪雨の際に人員の安全面への配慮で、リアルタイムで土壌流出の状況を把握することが難しい。そのため、河床の土壌流出で橋脚が損傷しても即時に警報を出すことができず、通行人や運転者の人命と財産に損害が発生する可能性がある。従って、近年、水位の状況等を監視する様々な装置が開発されており、河床の土壌流出の状況を監視することができるようになった。例えば、河床監視システムとしては接触式と非接触式のものがある。接触式の監視システムでは、例えば、ツイストコードを用いて固定チューブを介して重りを河床に設置し、ツイストコードの繰り出し量を計測することで土壌流出の状況を測定する。しかし、このような監視方法は、被測定物に直接に接触して測定する必要があり、土砂詰まりや高い濃度の土砂などの原因によって、精度よくリアルタイムで河床構造の状況を把握することができない。なお、非接触式の監視システムでは、例えば、縦方向に等間隔で並ぶ複数の温度計を河床の断面に設置し、それぞれの温度計で計測された温度の変化によって、各温度計が設置された箇所の土壌流出の状況を推定する。しかし、温度計が河床の下に長期的に設置されると、不具合が発生する可能性があるので、正確に河床構造の状況を把握することができない。

前述の課題に鑑みて、洪水による河床や海床の土壌流出の状況をリアルタイムで把握できると共に、橋などの建造物の安全性を監視し、土石流の発生を監視することができ、かつ簡単な構造で、低コストで、寿命が長いという利点を有する、地形構造監視システムが必要とされている。

本発明は、内部に収容空間が形成され、複数の貫通孔が設けられ、少なくとも一部が地面の下に埋設される支持座体と、垂直方向に間隔をあけて並ぶように前記収容空間に収容されるとともに前記地面の下に埋設され、地形構造の変化によって前記地面から露出した場合、検知信号を送信する複数の検知装置と、前記検知信号を受けて処理する信号処理装置と、間隔をあけて前記検知装置のそれぞれに接続され、前記検知装置と前記信号処理装置を連結する信号伝送装置と、を備える地形構造監視システムを提供することを目的とする。

本発明の実施形態において、前記支持座体は、更に複数の仕切り板を備える。前記仕切り板は、前記収容空間を複数のサブ収容空間に分けて、前記検知装置のそれぞれは前記サブ収容空間に収容される。

本発明の実施形態において、前記検知装置は、加速度センサー、圧力センサー、振動センサー、温度センサー、サウンドセンサー、ジャイロセンサー、及びイメージセンサーからなる群より選ばれる。前記検知装置として、加速度センサーと振動センサーを用いると好適である。ただし、本発明の検知装置はそれに制限されることはない。土壌の流出で河床から露出した際に、当時の状況に対応する検知信号を生成することができるセンサーであれば、前記検知装置として利用可能である。例えば、前記検知装置が振動センサーであった場合、河床の土壌内に埋設されたままでは、静止している状態になるので、振動センサーで測定された数値は一定値になる。水流の影響で土壌が流出し、検知装置が水流にあたるように河床から露出した場合、水流の変化により振動センサーが変位または振動するため、測定された数値は変動の数値になる。従って、その変動の数値によって、前記検知装置が設置された箇所に土壌の流出があるか否かを判定することができる。

本発明の実施形態において、前記検知装置は、少なくとも１つのトンネルを有する本体と、前記トンネル内に設置される少なくとも１つの磁性部材と、前記本体に巻回され、その巻回方向は前記トンネルの延在方向に直交する誘導コイルと、を備え、地形構造の変化によって前記検知装置が前記地面から露出した場合、流体の影響を受けると、前記磁性部材が前記トンネル内で移動することで、前記検知信号として前記誘導コイルによって誘導電流を発生させる。

本発明の実施形態では、前記磁性部材は、磁性材料からなるボールであると好適である。

本発明の実施形態において、前記信号処理装置は、前記検知信号によって地面における構造の変化の状況を判断する。

すなわち、前記検知装置のそれぞれは、垂直方向に間隔をあけて並ぶように地面の下に埋設され、それぞれ所定の深さに位置する。そのため、地面に土壌流出が発生した際に、検知数値の変化によって、複数の検知装置のうち地面から露出した検知装置を検出することができる。それによって、前記信号処理装置で土壌流出の流出深度値を算出することが可能である。また、前記信号処理装置には、所定参考値が設定されている。前記流出深度値が前記所定参考値より大きい場合、前記信号処理装置は警告信号を発生させる。また、加速度センサー、圧力センサー、振動センサー、温度センサー、サウンドセンサー、ジャイロセンサー、及びイメージセンサーについても、地面の下に埋設されたままのものと、地面から露出したものとによって、区別可能な加速度、圧力、画像、音声、または温度信号を発生させることができるので、土壌流出の深さ、水流の流速、水位高度などを知ることができる。

本発明の実施形態において、前記地形構造監視システムは、更に重り部材を備える。その重り部材は、前記信号伝送装置の端部に接続され、重力の作用で前記信号伝送装置に接続される前記検知装置を引っ張ることで、前記検知装置のそれぞれは水流の中に垂直方向に配列した状態を維持し、所定の深さに位置する。

また、本発明のもう一つの実施形態において、地形構造監視システムは、内部に収容空間が形成され、複数の貫通孔が設けられ、少なくとも一部が地面の下に埋設される支持座体と、前記収容空間に収容され、地形構造の変化によって検知信号を送信する複数の検知装置と、前記検知信号を受けて処理する信号処理装置と、前記収容空間に収容され、間隔をあけて前記検知装置のそれぞれに接続され、前記検知装置と前記信号処理装置を連結する信号伝送装置と、前記信号伝送装置の端部に接続されて前記地面に設置され、地形構造の変化によって前記地面の沈みに伴って重力の作用で下方向に移動する重り部材と、を備える。

本発明の実施形態において、前記重り部材が前記地面の沈みに伴って下方向に移動する際に、前記検知装置のそれぞれは前記重り部材と共に下方向に移動する。

本発明の実施形態において、前記検知装置は、加速度センサー、圧力センサー、振動センサー、温度センサー、サウンドセンサー、ジャイロセンサー、及びイメージセンサーからなる群より選ばれる。前記検知装置として、加速度センサーと振動センサーを用いると好適である。ただし、本発明の検知装置はそれに制限されることはない。地形構造の変化によって検知信号を生成することができるセンサーであれば、前記検知装置として利用可能である。

本発明の実施形態において、前記検知装置は、少なくとも１つのトンネルを有する本体と、前記トンネル内に設置される少なくとも１つの磁性部材と、前記本体に巻回され、その巻回方向は前記トンネルの延在方向に直交する誘導コイルと、を備え、前記検知装置では、地形構造の変化によって流体の影響を受けると、前記磁性部材が前記トンネル内で移動することで、前記検知信号として前記誘導コイルによって誘導電流を発生させる。

本発明の実施形態において、前記磁性部材は、磁性材料からなるボールである。

本発明の実施形態において、前記信号処理装置は、前記検知信号によって地面における構造の変化の状況を判断する。

本発明に係る地形構造監視システムは、河床や海床の土壌流出の状況をリアルタイムで監視することができ、洪水による被害を未然に防ぐことが可能であるとともに、必要に応じて警告を出すことで、河川や海上の建造物（例えば、橋脚、堤防、石油プラットフォーム、洋上風力発電設備など）の安全性を確保することに貢献できる。

本発明の実施例１に係る地形構造監視システムを示す模式図。 本発明の実施例１に係る地形構造監視システムの一部を示す模式図。 本発明の実施例１に係る検知装置を示す斜視図。 本発明の実施例１に係るもう１つの態様の検知装置を示す斜視図。 本発明の実施例２に係る地形構造監視システムを示す模式図。 本発明の実施例２に係る地形構造監視システムを示す模式図。

以下、具体的な実施例に基づいて本発明の実施形態を説明する。当業者はこの明細書の記載によって本発明のメリットと効果を理解することができる。以下の図面は簡略化した図面であり、部材の数量と、形状と、サイズとは必要に応じて種々変更することができ、実際の構造は図面より複雑な場合もある。また、複数の実施例を組合せて、必要に応じて種々変更することができる。なお、この明細書の詳細内容についても、様々な観点や応用などに基づいて、本発明の原理に背かないことを前提として、種々変更することができる。

図１は本発明に係る地形構造監視システムを示す模式図である。図１に示すように、本発明に係る地形構造監視システム１００は、支持座体１と、複数の検知装置２と、信号処理装置３と、信号伝送装置４と、を備える。

支持座体１は、中空のケースであり、収容空間１１を有する。支持座体１の側壁には、収容空間１１に連通する複数の貫通孔１２が形成される。河床６の土壌または河川７の水流は貫通孔１２を通して収容空間１１に出入りすることができる。信号伝送装置４は、間隔をあけて検知装置２のそれぞれに接続される。信号伝送装置４に接続される検知装置２は、垂直方向に間隔をあけて並ぶように支持座体１の収容空間１１に収容される。信号伝送装置４は信号処理装置３に連結され、信号処理装置３は橋脚５に設置される。

支持座体１の材質は特に制限がないが、錆びにくい材料、例えば、プラスチックやステンレス鋼からなると好適である。貫通孔１２の数量とサイズは特に制限がない。河床６の土壌と河川７の水流が支持座体１の内部に出入り可能な貫通孔であれば良い。

また、図２は、もう一つの実施形態に係る支持座体１を示す断面図である。支持座体１は更に複数の仕切り板１３を備える。仕切り板１３は、収容空間１１に設置され、収容空間１１を複数のサブ収容空間１１１に分ける。サブ収容空間１１１のそれぞれには検知装置２が設けられている。仕切り板１３は、支持座体１の上端から入る水流が収容空間１１にある土壌を流出させることを防ぐことができるので、検知装置が河川７の水流に露出して誤作動することを防止するが可能になる。

この実施例では、図３に示すように、検知装置２は、本体２１と、複数のトンネル２２と、複数の磁性部材２３と、誘導コイル２４と、を備える。なお、本体２１はプラスチック材料から構成される。トンネル２２は本体２１に形成され、密閉の空間を形成する。磁性部材２３のそれぞれは、トンネル２２内に位置し、トンネル２２内で移動自在である。誘導コイル２４は、トンネル２２の延在方向に直交するように本体２１に巻回される。水流の影響によって検知装置２が振動する際に、磁性部材２３はトンネル２２内で移動する。誘導コイル２４に対する磁性部材２３の相対移動によって、電磁誘導の原理で誘導電流が発生する。それによって、検知装置２は検知信号を生成する。

また、もう一つの実施形態において、図４に示す検知装置２は、図３の検知装置２に似ていて、本体２１と、複数のトンネル２２と、複数の磁性部材２３と、誘導コイル２４と、を備える。図４に示すように、誘導コイル２４は、トンネル２２のそれぞれに巻回される。各トンネル２２に巻回される誘導コイル２４は、互いに直列回路または並列回路で接続されている。図３の検知装置２と同様に、水流の影響によって検知装置２が振動する際に、磁性部材２３はトンネル２２内で移動する。誘導コイル２４に対する磁性部材２３の相対移動によって、電磁誘導の原理で誘導電流が発生する。直列回路または並列回路で発生した誘導電流によって、検知信号が生成される。

なお、検知装置２のそれぞれは所定の深さに設置されるので、最初の状態では、各検知装置２は河床６の土壌に埋設されている。そのとき、磁性部材２３が静止している状態にあるので、誘導電流は発生しない。水流によって河床６に土壌流出が発生した場合、一部の検知装置２は河川７の水流に露出し、水流の影響で振動する。その際、検知数値の変化によって、水流に露出した検知装置２の有無を検出することができる。それによって、信号処理装置３で河床６における土壌流出の流出深度値を算出することができる。

また、検知装置２のそれぞれはケーシング（図示せず）を備える。そのケーシングは、本体２１と誘導コイル２４を保護し、長期に水に浸ることで錆びたり損傷したりすることを防ぐことができる。また、検知装置２の数量は特に制限がなく、隣接した検知装置２の間の距離も特に制限がないので、河床の深さや橋脚５の構造などに合わせて設置すればよい。

信号伝送装置４は複数の検知装置２のそれぞれに接続される。それによって、複数の検知装置２は垂直方向に配列するように、支持座体１の収容空間１１に収容される。

なお、信号処理装置３は、信号伝送装置４から伝送された検知装置２の検知信号を受信し、受信した検知信号を処理してから、河床６の流出深度値を出力する。次に、信号処理装置３は、無線または有線の送信手段で前記流出深度値を受信側に送信する。さらに具体的には、信号処理装置３は通信モジュールを備える。その通信モジュールは、所定時間間隔で流出深度値または水位高度値を読み取り、受信側に送信する。それによって、リアルタイムで土壌流出の深さへの監視が可能になり、流出深度値が所定参考値より大きい場合に、即時に警告信号を発生させて担当者に知らせることが可能である。

また、地形構造監視システム１００には、さらに重り部材８が備えられる。重り部材８は、信号伝送装置４の端部に接続され、河床６に設置される。河床６における地形構造の変化が発生した場合、重り部材８は河床６の沈みに伴って重力の作用で下方向に移動する。本発明の実施形態において、重り部材８が河床６の沈みに伴って下方向に移動する際に、検知装置２は重り部材８と共に下方向に沈み込む。

図５は、本発明のもう一つの実施形態に係る地形構造監視システムを示す図である。地形構造監視システム２００は、支持座体１と、複数の検知装置２と、信号処理装置３と、信号伝送装置４と、重り部材８と、を備える。

この実施例２では、支持座体１と、検知装置２と、信号処理装置３と、信号伝送装置４とは、実施例１に記載されたものとほぼ同じである。説明を簡略化するために、実施例２に適用できる前記実施例１に説明された内容については、詳しい説明を省略する。

この実施例では、重り部材８は、信号伝送装置４の端部に接続され、支持座体１の収容空間１１に収容され、収容空間１１内にある河床６の土壌上に設置される。重り部材８は、重力の作用で検知装置２を移動させることができる。

この実施例と実施例１との相違点を中心に説明する。信号伝送装置４に接続された検知装置２は、最初にすべてが収容空間１１に収容されるのではなく、河床６の土壌に埋設されていない。信号伝送装置４の端部に接続されている重り部材８は、河床６上に位置するので、信号処理装置３と一部の検知装置２は河川の水面上に設置されている。

図６に示すように、河床６に土壌流出が発生した場合、重り部材８は重力の作用で下方向に移動し、土壌流出後の河床６’の上に位置する。それと同時に、検知装置２は重り部材８の重力で収容空間１１を通して下方向に移動する。その際に、重り部材８の重力により水面下に沈む検知装置２は、水流の影響を受けて振動する。検知装置２は、振動することによって検知信号を生成する。信号処理装置３は、その検知信号に基づいて水面下に沈む検知装置２の数量を検出し、河床の深さの変化量と河床の深さを算出することができる。

次に、信号処理装置３は、同様に無線または有線の送信手段で前記流出深度値を受信側に送信する。さらに具体的には、信号処理装置３は通信モジュールを備える。その通信モジュールは、所定時間間隔で流出深度値または水位高度値を読み取り、受信側に送信する。それによって、リアルタイムで土壌流出の深さへの監視が可能になり、流出深度値が所定参考値より大きい場合に、即時に警告信号を発生させて担当者に知らせることが可能である。

上述のように、本発明に係る地形構造監視システムは、河床や海床の土壌流出の状況をリアルタイムで監視することができ、洪水による被害を未然に防ぐことが可能であるとともに、必要に応じて警告を出すことで、河川や海上の建造物（例えば、橋脚、堤防、石油プラットフォーム、洋上風力発電設備など）の安全性を確保することに貢献できる。

１００、２００ 地形構造監視システム
１ 支持座体
１１ 収容空間
１２ 貫通孔
１３ 仕切り板
１１１ サブ収容空間
２ 検知装置
２１ 本体
２２ トンネル
２３ 磁性部材
２４ 誘導コイル
３ 信号処理装置
４ 信号伝送装置
５ 橋脚
６、６’ 河床
７ 河川
８ 重り部材

Claims (10)

1. 地形構造監視システムであって、
   内部に収容空間が形成され、複数の貫通孔が設けられ、少なくとも一部が地面の下に埋設される支持座体と、
   垂直方向に間隔をあけて並ぶように前記収容空間に収容されるとともに前記地面の下に埋設され、地形構造の変化によって前記地面から露出した場合、検知信号を送信する複数の検知装置と、
   前記検知信号を処理する信号処理装置と、
   間隔をあけて前記検知装置のそれぞれに接続され、前記検知装置と前記信号処理装置を連結する信号伝送装置と、
   を備え、
   前記検知装置は、
   加速度センサー、圧力センサー、振動センサー、温度センサー、サウンドセンサー、ジャイロセンサー、及びイメージセンサーからなる群より選ばれ、
   少なくとも１つのトンネルを有する本体と、前記トンネル内に設置される少なくとも１つの磁性部材と、前記本体に巻回され、その巻回方向は前記トンネルの延在方向に直交する誘導コイルと、を備え、地形構造の変化によって前記検知装置が前記地面から露出した場合、流体の影響を受けると、前記磁性部材が前記トンネル内で移動することで、前記検知信号として前記誘導コイルによって誘導電流を発生させることを特徴とする地形構造監視システム。
2. 前記支持座体は、更に複数の仕切り板を備え、前記仕切り板は、前記収容空間を複数のサブ収容空間に分けて、前記検知装置のそれぞれは前記サブ収容空間に収容されることを特徴とする請求項１記載の地形構造監視システム。
3. 前記磁性部材は、磁性材料からなるボールであることを特徴とする請求項１記載の地形構造監視システム。
4. 前記信号処理装置は、前記検知信号によって地面における構造の変化の状況を判断することを特徴とする請求項１記載の地形構造監視システム。
5. 前記地形構造監視システムは、前記信号伝送装置の端部に接続される重り部材をさらに備えることを特徴とする請求項１記載の地形構造監視システム。
6. 地形構造監視システムであって、
   内部に収容空間が形成され、複数の貫通孔が設けられ、少なくとも一部が地面の下に埋設される支持座体と、
   検知信号を送信できる複数の検知装置と、
   前記検知信号を処理する信号処理装置と、
   前記収容空間に収容され、間隔をあけて前記検知装置のそれぞれに接続され、前記検知装置と前記信号処理装置を連結する信号伝送装置と、
   前記信号伝送装置の端部に接続されて前記地面に設置され、地形構造の変化によって前記地面の沈みに伴って重力の作用で下方向に移動する重り部材と、
   を備え、
   前記検知装置の少なくとも一部は、地形構造の変化が発生した場合、前記収容空間に収容され、前記検知信号を送信でき、
   前記検知装置は、少なくとも１つのトンネルを有する本体と、前記トンネル内に設置される少なくとも１つの磁性部材と、前記本体に巻回され、その巻回方向は前記トンネルの延在方向に直交する誘導コイルと、を備え、前記検知装置は、地形構造の変化によって流体の影響を受けると、前記磁性部材が前記トンネル内で移動することで、前記検知信号として前記誘導コイルによって誘導電流を発生させることを特徴とする地形構造監視システム。
7. 前記重り部材が前記地面の沈みに伴って下方向に移動する際に、前記検知装置は前記重り部材と共に移動することを特徴とする請求項６記載の地形構造監視システム。
8. 前記検知装置は、加速度センサー、圧力センサー、振動センサー、温度センサー、サウンドセンサー、ジャイロセンサー、及びイメージセンサーからなる群より選ばれ、地形構造の変化によって流体の影響を受けると、検知信号を生成することを特徴とする請求項６記載の地形構造監視システム。
9. 前記磁性部材は、磁性材料からなるボールであることを特徴とする請求項６記載の地形構造監視システム。
10. 前記信号処理装置は、前記検知信号によって地面における構造の変化の状況を判断することを特徴とする請求項６記載の地形構造監視システム。