JP6773603B2 - 斜面崩壊早期警報システム - Google Patents

Description

本発明は、斜面の崩壊の危険度をリアルタイムで評価し、危険度が高くなったときに警報を実行する斜面崩壊早期警報システムに関する。

従来の斜面の監視システムとして、例えば本出願人により出願された特許文献１に開示されたものが知られている。この監視システムは、斜面に設置された複数の斜面崩壊感知装置（以下「感知装置」という）と、各感知装置から送信された計測データに基づき、斜面の崩壊の危険度をリアルタイムで評価する中央監視装置などを備えている。

各感知装置は、斜面の傾斜角を計測する第１及び第２傾斜計と、土壌の含水率を計測する土壌水分計と、それらの計測データを送信するための無線通信ユニットなどを備えている。第２傾斜計は、第１傾斜計の補完用として設けられており、第１傾斜計が転倒などで計測不能と判定された場合に、第２傾斜計の傾斜角が用いられる。

中央監視装置は、感知装置から送信された計測データに基づき、斜面の安定解析を行う。この安定解析では、第１又は第２傾斜計で計測された傾斜角から、各計測点における斜面の変位を算出し、この斜面の変位及び土壌水分計で計測された土壌の含水率とそれらの推移などに基づいて、斜面の崩壊に対する安全率を算出する。そして、算出した安全率が低下したときの推移などに基づいて警報が実行される。

特開２０１２−１５４７０８号公報

上述したように、この従来の監視システムでは、斜面に設置された複数の傾斜計で計測された傾斜角と土壌水分計で計測された土壌の含水率を用いて、斜面の崩壊に対する安全率を算出するとともに、算出した安全率の低下の推移などに基づいて警報が実行されるものの、それらの具体的な手法は確立されていない。例えば、傾斜計で計測された傾斜角から各計測点における斜面の変位を算出すると記載されているが、この斜面の変位の定義や傾斜角からの算出方法は明確でない。

また、各計測点における斜面の変位及び計測された土壌の含水率とそれらの推移などに基づいて、斜面の崩壊の安全率を算出すると記載されているが、その算出方法もまた明確ではない。特に、斜面内の複数の計測点においてそれぞれ得られた複数の斜面の変位をどのように集約・処理し、斜面全体の崩壊の安全率を算出するかについて、明確に示されていない。以上から、この従来の監視システムでは、斜面の面的な変状が斜面の崩壊の安全率に適切に反映されず、その結果、安全率の推移に基づいて実行される警報の安定性や信頼性を確保できないおそれがあり、この点において改善の余地がある。

本発明は、以上のような課題を解決するためになされたものであり、斜面の面的な変状を適切に反映させながら、斜面の崩壊の危険度を精度良く評価でき、その評価に基づいて、安定した信頼性の高い警報を実行することができる斜面崩壊早期警報システムを提供することを目的とする。

この目的を達成するために、本願の請求項１に係る発明は、斜面の崩壊の危険度をリアルタイムで評価し、危険度が高くなったときに警報を実行する斜面崩壊早期警報システムであって、斜面に設置され、斜面の変状を表す傾斜角を計測する多数の傾斜計と、多数の傾斜計によってそれぞれ計測された傾斜角の変化速度である多数の傾斜角速度を算出する傾斜角速度算出手段と、算出された多数の傾斜角速度の平均値を、斜面の崩壊の危険度を表す危険度パラメータとして算出する危険度パラメータ算出手段と、算出された危険度パラメータが所定の警報基準値に達したときに、警報を実行する警報手段と、を備えることを特徴とする。

この斜面崩壊早期警報システム（以下「警報システム」という）によれば、斜面に多数の傾斜計が設置され、各傾斜計によって斜面の変状を表す傾斜角が計測される。また、傾斜計ごとに、計測された傾斜角の変化速度である傾斜角速度が算出される。さらに、算出された多数の傾斜角速度の平均値を、斜面の崩壊の危険度を表す危険度パラメータとして算出するとともに、危険度パラメータが所定の警報基準値に達したときに、警報が実行される。

上記のように、本発明では、斜面の崩壊の危険度を表す危険度パラメータが、傾斜計で計測された傾斜角から算出された傾斜角速度に基づいて算出される。これは以下の理由による。図９に示すように、斜面に変状が発生し、最終的に崩壊に至る場合、斜面の変状が進行するにつれて傾斜角が増大するとともに、崩壊に近づくにつれて傾斜角の変化速度である傾斜角速度（図９における傾斜角の傾き）が増大するという特性が認められる。この特性から、傾斜角速度が小さいほど、斜面はより安定した状態にあり、傾斜角速度が大きいほど、斜面はより不安定で崩壊に近づいている状態を示す。

このような特性に基づき、本発明によれば、危険度パラメータを、多数の傾斜計で計測された傾斜角から算出された傾斜角速度を用いて算出する。これにより、斜面全体の面的な変状が危険度パラメータに良好に反映される。また、傾斜角速度の平均値を危険度パラメータとするので、傾斜計への動物の接触や傾斜計の誤作動などによって、算出された一部の傾斜角速度にばらつきなどが生じた場合でも、平均化により傾斜角速度のばらつきなどがある程度、吸収されることによって、危険度パラメータの精度を維持することができる。また、傾斜角速度の平均値を危険度パラメータとすることで、傾斜計の設置数にかかわらず、危険度パラメータを同一の警報基準値と比較することが可能になる。

以上から、本発明によれば、斜面の崩壊の危険度を表す危険度パラメータを、斜面の面的な変状を適切に反映させながら精度良く算出できるとともに、危険度パラメータが警報基準値に達したときに警報を実行することによって、誤報の少ない安定した信頼性の高い警報を実現することができる。

また、基本的に、危険度パラメータの算出に必要な計測データは傾斜計による傾斜角だけでよいので、斜面に設定される傾斜計を含む感知装置を簡略化でき、それにより装置コストや設置コストなどが削減されることによって、より多くの傾斜計を設置し、傾斜角の計測点を増やことが可能になる。その結果、より多くの計測点で得られたより多くの傾斜角速度を用いて、斜面の面的な変状をよりきめ細かく詳細に反映した危険度パラメータを算出でき、それにより、上述した本発明の利点をより良好に得ることができる。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の斜面崩壊早期警報システムにおいて、多数の傾斜計によって監視される斜面の範囲が全体領域として定められ、全体領域は複数の傾斜計をそれぞれ含む所定の複数の区分領域に区分されており、危険度パラメータ算出手段は、危険度パラメータとして、全体領域を対象とする全体危険度パラメータと、複数の区分領域をそれぞれ対象とする複数の区分危険度パラメータを算出し、警報手段は、全体危険度パラメータ及び複数の区分危険度パラメータの少なくとも１つが警報基準値に達したときに、警報を実行することを特徴とする。

この構成によれば、危険度パラメータとして、斜面の全体領域を対象とする全体危険度パラメータと、全体領域を区分した所定の複数の区分領域をそれぞれ対象とする複数の区分危険度パラメータが算出される。そして、算出された全体危険度パラメータ及び複数の区分危険度パラメータの少なくとも１つが警報基準値に達したときに、警報を実行する。これにより、斜面が全体的に崩壊する場合及び局所的に崩壊する場合のいずれにおいても、それぞれの危険度を精度良く評価でき、安定した信頼性の高い警報を実行することができる。

請求項３に係る発明は、請求項１又は２に記載の斜面崩壊早期警報システムにおいて、傾斜計ごとに、傾斜計によって監視される斜面の面積である監視面積があらかじめ設定されており、危険度パラメータ算出手段は、多数の傾斜角速度の平均値を、監視面積に応じた重みを加えた加重平均によって算出することを特徴とする。

この構成によれば、危険度パラメータは、傾斜計ごとに設定された監視面積に応じた重みを加えた傾斜角速度の加重平均によって算出される。これにより、斜面に多数の傾斜計が不規則に配置されている場合には、その影響を補償しながら、危険度パラメータを適切に算出することができる。

請求項４に係る発明は、請求項１ないし３のいずれかに記載の斜面崩壊早期警報システムにおいて、傾斜角速度算出手段によって算出された傾斜角速度が所定の上限値を上回ったときに、危険度パラメータの算出に用いる傾斜角速度を上限値に制限する傾斜角速度制限手段をさらに備えることを特徴とする。

前述したように、危険度パラメータは、多数の傾斜角速度を平均することによって算出されるため、傾斜計への動物の接触や傾斜計の誤作動などによって、一部の傾斜角速度にばらつきなどが生じた場合でも、傾斜角速度のばらつきなどがある程度、吸収され、危険度パラメータの精度が維持される。一方、傾斜角速度のばらつきなどが過大になると、その吸収を十分に行えず、危険度パラメータの精度に影響を及ぼす。この構成によれば、算出された傾斜角速度が所定の上限値を上回ったときに、その傾斜角速度を上限値に制限し、危険度パラメータの算出に用いるので、傾斜角速度の過大なばらつきなどの影響を抑制し、危険度パラメータの精度を維持することができる。

請求項５に係る発明は、請求項１ないし４のいずれかに記載の斜面崩壊早期警報システムにおいて、傾斜計ごとに、傾斜計の周囲における地盤の強度を表す地盤係数があらかじめ設定されており、危険度パラメータ算出手段は、地盤係数にさらに応じて、危険度パラメータを算出することを特徴とする。

この構成によれば、傾斜計ごとに設定された地盤係数にさらに応じて、危険度パラメータが算出されるので、各傾斜計の周囲における地盤の強度を反映させながら、危険度パラメータをより精度良く算出することができる。

請求項６に係る発明は、請求項５に記載の斜面崩壊早期警報システムにおいて、傾斜計の付近に設けられ、斜面の土壌中の水分を計測する土壌水分計をさらに備え、危険度パラメータ算出手段は、計測された土壌中の水分にさらに応じて、危険度パラメータを算出することを特徴とする。

斜面が崩壊する際、その兆候として、多くの場合、地中の水分（含水率）の上昇が認められる。この構成によれば、危険度パラメータを、土壌水分計で計測された土壌中の水分にさらに応じて算出するので、土壌中の実際の水分を反映させながら、危険度パラメータの算出をさらに精度良く行うことができる。

請求項７に係る発明は、請求項１ないし６のいずれかに記載の斜面崩壊早期警報システムにおいて、斜面における降雨強度を取得する降雨強度取得手段と、傾斜計による傾斜角のサンプリング周期を、降雨強度が所定値以下のときに所定の第１周期に設定し、降雨強度が所定値を超えたときに第１時間よりも短い所定の第２周期に変更する周期変更手段と、をさらに備えることをを特徴とする。

降雨強度と斜面の安定性は密接な関係にあり、降雨強度が大きいほど、斜面は不安定になりやすい。この構成によれば、取得された斜面の降雨強度が所定値を超え、斜面の安定性が低下していると推定されるときに、傾斜角のサンプリング周期をより短い第２周期に変更する。これにより、傾斜角に基づく傾斜角速度及び危険度パラメータの算出間隔を短縮し、その結果に基づく警報をより迅速に行うことができる。

本発明の第１実施形態による斜面崩壊早期警報システムの全体構成を概略的に示す図である。 傾斜計を含む斜面崩壊感知装置などの斜面への設置状況を示す図である。 斜面崩壊感知装置の構成を模式的に示す図である。 傾斜計を含むセンサモジュールの（ａ）斜面に設置された初期状態と（ｂ）斜面の変状発生後の状態を示す図である。 無線モジュールの構成を傾斜計などとともに模式的に示す図である。 崩壊警報処理に用いられる現場モデルの例を示す図である。 崩壊警報処理を示すフローチャートである。 崩壊警報処理で実行される傾斜角速度の算出処理を示すフローチャートである。 斜面の傾斜角及び傾斜角速度と斜面の変状から崩壊までの推移との関係を説明するための図である。 斜面が崩壊に至った事例における傾斜角の推移及び傾斜角速度と斜面の崩壊との関係を示す図である。 傾斜角速度に対する斜面の崩壊までの残余時間の分布を示す図である。 計測データのサンプリング周期の設定処理を示すフローチャートである。 本発明の第２実施形態において用いられる斜面崩壊感知装置の構成を模式的に示す図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態について説明する。図１に示すように、第１実施形態による警報システム１は、監視対象の斜面Ｓに設置された多数の斜面崩壊感知装置（以下「感知装置」という）２と、通信基地局３、中央監視装置４及び警報装置５などで構成されている。通信基地局３は斜面Ｓに、中央監視装置４は斜面Ｓから離隔した場所に、警報装置５は斜面Ｓの周辺の住戸Ｂに近い場所に、それぞれ設置されている。これらの構成要素２〜５は、無線ＷＬやインターネット回線ＩＮを介して順に接続されている。

図２に示す例では、感知装置２は、斜面Ｓを網羅するようにマトリックス状に配置されている。感知装置２の設置数及び配置は、斜面Ｓの状況、面積や形状などに応じて決定され、隣接する２つの感知装置２、２の間隔Ｓは、例えば２０〜３０ｍである。また、この斜面Ｓには、３つの通信基地局３と１つの雨量計１６が設けられている。

図３に示すように、各感知装置２は、センサモジュール１０及び無線モジュール１１を備えている。センサモジュール１０は、防水性のケース１２に傾斜計１３及び温度計１４（図５参照）を内蔵したものであり、斜面Ｓに打ち込んだＬ型アングルなどから成る支柱１８に固定され、地中に埋設されている。

傾斜計１３は、例えばＭＥＭＳ技術を利用した安価な省電力タイプのものであり、互いに直交する２軸（Ｘ軸及びＹ軸）回りの傾斜角（Ｘ軸傾斜角θＸ及びＹ軸傾斜角θＹ）を計測する。傾斜計１３の精度は例えば０．００２５度である。また、図２に示すように、傾斜計１３は、Ｘ軸が斜面Ｓの主要な傾斜方向に一致し、Ｙ軸が傾斜方向と直交する方向に一致するように設置されている。

以上の構成により、図４に示すように、感知装置１２を設置した（ａ）初期状態から、その周囲で斜面Ｓに変状（変動）が発生すると（同図（ｂ））、支柱１８及びそれと一体の傾斜計１３が傾動し、その傾斜角が傾斜計１３によって計測される。したがって、計測された傾斜角とその変化速度である傾斜角速度は、傾斜計１３の周囲における斜面Ｓの変状とその速度を表す。

また、図９を参照してすでに説明したように、傾斜角速度が小さいほど、斜面はより安定した状態にあり、傾斜角速度が大きいほど、斜面はより不安定で崩壊に近づいている状態を示す。したがって、傾斜計１３で計測された傾斜角と傾斜角速度に基づいて、斜面Ｓの崩壊の危険度を評価し、崩壊を予測することが可能であり、そのような技術的観点に基づき、後述する崩壊警報処理が行われる。

温度計１４は、傾斜計１３の周囲の温度を計測する。計測された温度は、主として傾斜計１３の計測データを補正するのに用いられる。傾斜計１３及び温度計１４は、ケーブル１７を介して無線モジュール１１内のマイコン２３に接続されており（図５参照）、各計測データは、Ａ／Ｄ変換された後、マイコン２３に入力される。また、傾斜計１３及び温度計１４による計測データのサンプリング周期（計測間隔）Ｔｓは、中央監視装置４からの制御信号によって制御される。

図３及び図５に示すように、無線モジュール１１は、防水ボックス１９に、無線通信ユニット２０、メモリ２１、電池２２及びマイコン２３などを組み込んだものであり、斜面Ｓに設置した支柱２４に取り付けられ、地上に配置されている。無線通信ユニット２０は、ユニット本体２０ａとアンテナ２０ｂを有しており、マイコン２３から出力され、Ａ／Ｄ変換された計測データを通信基地局３に無線ＷＬで送信するとともに、中央監視装置４からの制御信号を通信基地局３を介して無線ＷＬで受信する。

メモリ２１は、バックアップ用のものであり、ＳＤメモリなどの着脱式のメモリで構成され、マイコン２３から出力された計測データを記憶する。電池２２は、傾斜計１３や、無線通信ユニット２０及びマイコン２３などの電源として用いられる。マイコン２３は、感知装置２全体の動作を制御するものであり、マイコンチップで構成されている。以上の構成により、感知装置２は、装置自体が安価で消費電力が小さいとともに、斜面Ｓへの設置も容易に行えるので、低コストで設置・維持することが可能である。

雨量計１６は、斜面Ｓにおける降雨量Ｑrainを計測するものであり、その計測データは、雨量計１６の付近に配置された感知装置２から、傾斜計１３などの計測データとともに送信される。

通信基地局３は、感知装置２と中央監視装置４の間での計測データや制御信号の送受信を中継するものである。具体的には、各感知装置２及び雨量計１６から無線ＷＬで送信された計測データを受信するとともに、インターネット回線ＩＮを介して中央監視装置４に転送する。また、中央監視装置４からの制御信号を受信し、各感知装置２に転送する。図示しないが、通信基地局３の構成は、感知装置２の無線モジュール１１と基本的に同じであり、防水ボックス内に、無線通信ユニット、メモリ、電池及びマイコンなどを一体に組み込むとともに、支柱に取り付けたものである。感知装置２や雨量計１６の計測データは、中央監視装置４に転送される他、自身のマイコンに入力され、メモリに記憶される。

中央監視装置４は、警報システム１全体の動作を制御するものであり、監視サーバ６及び監視データベース７を備えている。監視データベース７は、感知装置２などから送信された計測データや監視サーバ６による演算結果などを記憶する。

監視サーバ６は、マイクロコンピュータで構成されており、雨量計１６の計測データに基づき、感知装置２などの計測データのサンプリング周期を設定し、それに基づく制御信号を出力する。また、傾斜計１３で計測された傾斜角に基づき、斜面Ｓの変状を常時、監視し、斜面Ｓの崩壊の危険度を評価するとともに、その結果に応じて警報を行うための崩壊警報処理を、後述するように実行する。この警報を指示するための制御信号は、中央監視装置４からインターネット回線ＩＮを介して警報装置５に送信される。

警報装置５は、斜面Ｓの周辺の住戸Ｂに近い場所に設置されており、中央監視装置４から送信された制御信号に基づき、住戸Ｂの住民に向けて、斜面Ｓの崩壊の危険度が高くなったことを警告するための警報を実行する。

以下、上述した崩壊警報処理において用いられる現場モデルについて、まず説明する。この現場モデルは、多数の傾斜計１３が設置された斜面Ｓを複数の領域に区分するとともに、各傾斜計１３及び各区分領域に対して、崩壊警報処理に必要なパラメータをあらかじめ設定したものである。例えば、図６は、図２に対応する現場モデルを示しており、この現場モデルは以下のように設定されている。

（１）全傾斜計１３に通し番号ｎを割り当てる（ｎ＝１〜Ｎ、Ｎ：傾斜計総数）。
（２）全傾斜計１３によって監視される斜面Ｓの範囲（全体領域）Ｔを定めるとともに、その面積（全体面積）Ａ０を決定する。
（３）全体領域Ｔを図６の左右方向に区分し、３つの区分領域（左領域Ｄ１、中領域Ｄ２及び右領域Ｄ３）とするとともに、各区分領域の面積を決定する。
（４）これらの区分領域Ｄ１〜Ｄ３をさらに図６の上下方向に３つに区分し、計９つの細区分領域（左細区分領域Ｄ１１〜Ｄ１３、中細区分領域Ｄ２１〜Ｄ２３、及び右細区分領域Ｄ３１〜Ｄ３３）とするとともに、各細区分領域の面積を決定する。この場合、いずれの細区分領域においても複数の傾斜計１３が含まれるようにする。

（５）傾斜計１３ごとに、その傾斜計１３によって監視される（監視を分担する）周囲の面積（以下「監視面積」という）Ａｎを設定する。
この場合、図６の例では、傾斜計１３がマトリックス状に間隔Ｓごとに配置されているため、監視面積Ａは基本的にＡ＝Ｓ×Ｓに設定される。また、例えば左細区分領域Ｄ１１では、中央の格子点に傾斜計１３が設置されていないため、その両側の傾斜計１３の監視面積Ａは、例えばＡ＝１．５Ｓ×Ｓに設定される。いずれの場合にも、監視面積Ａは、各領域に属する傾斜計１３に関するものの和が、その領域の全体面積に等しくなるように設定される。

（６）傾斜計１３ごとに地盤係数∂ｎを設定する。この地盤係数∂ｎは、各傾斜計１３の周囲における地盤の強度を表し、特に地質・土質条件を反映するものであり、例えば、傾斜計１３の周囲の地質・土質が強固で安定している条件では値１．０に設定され、地質・土質がより不安定な条件では、その度合が高いほど、値１．０を上回るより大きな値に設定される。

なお、地盤係数∂ｎに、傾斜計１３の周囲の微地形や植生の条件を反映させてもよい。この場合、例えば、傾斜計１３の周囲の地形が傾斜している条件や、植生が乏しい条件では、斜面Ｓがより不安定であるとして、地盤係数∂ｎはより大きな値に設定される。以上のように設定された現場モデルに関する各種のデータは、中央監視装置４の監視データベース７に記憶される。

次に、図７を参照しながら、崩壊警報処理について説明する。この崩壊警報処理は、感知装置２から傾斜計１３による傾斜角を含む計測データが入力されるごとに、すなわち計測データのサンプリング周期Ｔｓで、監視サーバ６において繰り返し実行される。本処理では、まずステップ１（「Ｓ１」と図示。以下同じ）において、すべての傾斜計１３について傾斜角速度Ｖｎを算出する。

この傾斜角速度Ｖｎの算出は、図８に示す処理によって行われる。この処理では、まず傾斜計１３の通し番号ｎを０にリセットした（ステップ２１）後、インクリメントする（ステップ２２）。

次に、傾斜計１３で計測されたＸ軸傾斜角θＸｎ及びＹ軸傾斜角θＹｎに基づき、Ｘ軸傾斜角速度ＶＸｎ及びＹ軸傾斜角速度ＶＹｎを算出する（ステップ２３）。具体的には、Ｘ軸傾斜角θＸｎの今回値θＸｎ（ｉ）と前回値θＸｎ（ｉ−１）との差を本処理の実行周期Ｔｓで除算した値を「度／ｈｒ（時）」単位に換算することによって、Ｘ軸傾斜角速度ＶＸｎを算出する。同様に、Ｙ軸傾斜角θＹｎの今回値θＹｎ（ｉ）と前回値θＹｎ（ｉ−１）との差を実行周期Ｔｓで除算した値を「度／ｈｒ」単位に換算することによって、Ｙ軸傾斜角速度ＶＹｎを算出する。

次に、算出したＸ軸傾斜角速度ＶＸｎとＹ軸傾斜角速度ＶＹｎを合成することによって、傾斜角速度Ｖｎを算出する（ステップ２４）。

次に、算出した傾斜角速度Ｖｎが所定の上限値ＶＬＭＴ（例えば１．０度／ｈｒ）よりも大きいか否かを判別する（ステップ２５）。この答えがＮＯで、Ｖｎ≦ＶＬＭＴのときには、後述するステップ２７に進む。一方、ステップ２５の答えがＹＥＳで、Ｖｎ＞ＶＬＭＴのときには、傾斜角速度Ｖｎが過大であり、その原因が、傾斜計１３の誤作動や動物の接触などによる支柱１８及び傾斜計１３の転倒などである可能性があるとして、その影響を抑制するために、傾斜角速度Ｖｎを上限値ＶＬＭＴに制限し（ステップ２６）、ステップ２７に進む。

このステップ２７では、通し番号ｎが傾斜計総数Ｎに等しいか否かを判別する。その答えがＮＯのときには、前記ステップ２２に戻り、通し番号ｎをインクリメントするとともに、ステップ２３以降における傾斜角速度Ｖｎの算出を繰り返す。そして、ステップ２７の答えがＹＥＳになり、すべての傾斜計１３について傾斜角速度Ｖｎの算出が完了したときに、図８の処理を終了する。

図７に戻り、ステップ２では、ステップ１で算出した傾斜角速度Ｖｎ、前述した現場モデルで設定された地盤係数∂ｎ及び監視面積Ａｎと全体面積Ａ０を用い、次式（１）によって、全体危険度パラメータＶalarm Ｔを算出する。この全体危険度パラメータＶalarm Ｔは、斜面Ｓの全体領域Ｔにおける崩壊の危険度を表す。

式（１）に示されるように、全体危険度パラメータＶalarm Ｔは、基本的に、すべての傾斜計１３について各傾斜角速度Ｖｎの絶対値｜Ｖｎ｜に監視面積／全体面積（＝Ａｎ／Ａ０）を乗算したものの積算値であり、すなわち監視面積Ａｎに比例する重みを加えた傾斜角速度Ｖｎ（絶対値）の加重平均値である。その次元は、傾斜角速度Ｖｎと同様、度／ｈｒである。このような算出方法により、全体危険度パラメータＶalarm Ｔを、傾斜角速度Ｖｎに基づき、その個々のばらつきを適切に吸収し、かつ各傾斜計１３の監視面積Ａｎを良好に反映させながら、精度良く算出することができる。また、傾斜角速度Ｖｎに地盤係数∂ｎが乗算されるので、全体危険度パラメータＶalarm Ｔには、傾斜計１３の周囲における地盤強度も良好に反映される。

次に、算出した全体危険度パラメータＶalarm Ｔが所定の警報基準値ＶＲＥＦＡ（例えば０．１度／ｈｒ）よりも大きいか否かを判別する（ステップ３）。この答えがＹＥＳで、Ｖalarm Ｔ＞ＶＲＥＦＡのときには、斜面Ｓ全体として崩壊の危険度が高くなっていると判定し、その危険状態を警告するための警報処理を実行する（ステップ４）。具体的には、監視サーバ６から警報装置５に警報を指示する制御信号が送信され、それに応じて警報装置５が作動することによって、斜面Ｓの周辺の住戸Ｂの住民に向けて警報が実行される。

前記ステップ３の答えがＮＯのときには、３つの区分領域（左領域Ｄ１、中領域Ｄ２及び右領域Ｄ３）を対象とする区分危険度パラメータＶalarm Ｄ１〜Ｄ３を、次式（２）によってそれぞれ算出する（ステップ５）。

この式（２）は、全体危険度パラメータＶalarm Ｔの算出用の前記式（１）と基本的に同じであり、右辺のａ〜ｂは、各区分領域内の傾斜計１３に割り当てられた通し番号ｎに相当し、ＡＤ０は各区分領域の全体面積である。これにより、区分危険度パラメータＶalarm Ｄ１〜Ｄ３は、各区分領域において得られた傾斜角速度Ｖｎ、地盤係数∂ｎ及び監視面積Ａｎを用いて、全体危険度パラメータＶalarm Ｔと同様に算出され、したがって、それぞれの区分領域Ｄ１〜Ｄ３における崩壊の危険度を適切に表す。

次に、算出した区分危険度パラメータＶalarm Ｄ１〜Ｄ３が前記警報基準値ＶＲＥＦＡよりも大きいか否かを判別する（ステップ６）。この答えがＹＥＳで、区分危険度パラメータＶalarm Ｄ１〜Ｄ３の少なくとも１つが警報基準値ＶＲＥＦＡを上回ったときには、その区分領域において崩壊の危険度が局所的に高くなっていると判定し、その危険状態を警告するために警報処理を実行する（ステップ４）。

一方、前記ステップ６の答えがＮＯで、区分危険度パラメータＶalarm Ｄ１〜Ｄ３がいずれも警報基準値ＶＲＥＦＡ以下のときには、次のステップ７以降において、細区分領域を対象とする危険度パラメータの算出と崩壊の危険度の判定を同様に行う。

まず、左細区分領域Ｄ１１〜Ｄ１３を対象とし、その区分危険度パラメータＶalarm Ｄ１１〜Ｄ１３を前記式（２）によって算出する（ステップ７）とともに、区分危険度パラメータＶalarm Ｄ１１〜Ｄ１３が警報基準値ＶＲＥＦＡよりも大きいか否かを判別する（ステップ８）。そして、区分危険度パラメータＶalarm Ｄ１１〜Ｄ１３の少なくとも１つが警報基準値ＶＲＥＦＡを上回ったときには、その細区分領域において崩壊の危険度が局所的に高くなっていると判定し、その危険状態を警告するために警報処理を実行する（ステップ４）。

同様に、中細区分領域Ｄ２１〜Ｄ２３を対象として、区分危険度パラメータＶalarm Ｄ２１〜Ｄ２３を算出するとともに、警報基準値ＶＲＥＦＡと比較し（ステップ９、１０）、その比較結果に応じて警報処理を実行する（ステップ４）。さらに、右細区分領域Ｄ３１〜Ｄ３３を対象として、区分危険度パラメータＶalarm Ｄ３１〜Ｄ３３を算出するとともに、警報基準値ＶＲＥＦＡと比較し（ステップ１１、１２）、その比較結果に応じて警報処理を実行し（ステップ４）、図７の崩壊警報処理を終了する。

ここで、上記の崩壊警報処理において、警報の要否の判定に用いられる警報基準値ＶＲＥＦＡの意義について説明する。前述したように、傾斜角速度は、その値が小さいほど、斜面がより安定した状態にあり、その値が大きいほど、斜面はより不安定で崩壊に近づいている状態を示す（図９参照）。

例えば図１０は、斜面が崩壊に至った事例における傾斜角（Ｘ軸傾斜角θＸ、Ｙ軸傾斜角θＹ、それらの合成値θＸＹ）の推移と傾斜角速度Ｖを示す。この例では、時刻ｔ１で傾斜角速度Ｖ＝０．０８３（度／ｈｒ）が計測され、その１２．０時間後の時刻ｔ２でＶ＝０．８９（度／ｈｒ）が計測されており、時刻ｔ１から１６．５時間後（時刻ｔ２から４．５時間後）の時刻ｔ３で、斜面が崩壊している。このように、ある傾斜角速度Ｖが計測されてから斜面が崩壊に至るまでの時間を「残余時間Ｔｒ」と定義し、傾斜角速度Ｖ（度／ｈｒ）と残余時間Ｔｒ（ｈｒ）の関係を整理すると、上記の例では、（Ｖ，Ｔｒ）＝（０．０８３，１６．５）（０．８９，４．５）が得られており、傾斜角速度Ｖが大きいほど、残余時間Ｔｒがより短くなるという特性が認められる。

また、図１１は、斜面が崩壊に至った上記の例を含む多数の事例について、傾斜角速度Ｖと残余時間Ｔｒをサンプリングし、両対数グラフにプロットしたものである。同図に示すように、残余時間Ｔｒは、傾斜角速度Ｖが大きいほど小さいという上記の特性を示すとともに、同一の傾斜角速度Ｖに対してある幅（ばらつき）をもって帯状に分布しており、この関係は次のように整理される。
・Ｖ＝０．０１（度／ｈｒ）→Ｔｒ＝１０〜３００ｈｒ
・Ｖ＝ ０．１（度／ｈｒ）→Ｔｒ＝ １〜１５ｈｒ
・Ｖ＝ １．０（度／ｈｒ）→Ｔｒ＝ ０．６〜５ｈｒ

この残余時間Ｔｒのばらつきは、斜面の地質・土質や地形、降雨状況などの相違によるものと考えられる。このため、このばらつきの範囲から、最も安全側を考慮して、残余時間Ｔｒの最小値を最短残余時間Ｔｒｍｉｎとして設定するとともに、最短残余時間Ｔｒｍｉｎの大きさを考慮して警戒レベルを段階的に設定すると、例えば次のようになる。警戒レベル１〜３の後のかっこ書きは、その警戒レベルに達したときに求められる対応を示す。
・Ｖ＝０．０１（度／ｈｒ）→Ｔｒｍｉｎ＝ １０ｈｒ→警戒レベル１（注意）
・Ｖ＝ ０．１（度／ｈｒ）→Ｔｒｍｉｎ＝ １ｈｒ→警戒レベル２（避難準備）
・Ｖ＝ １．０（度／ｈｒ）→Ｔｒｍｉｎ＝０．６ｈｒ→警戒レベル３（即避難）

このうち、前述した崩壊警報処理では、警戒レベル２が想定され、それに応じて警報基準値ＶＲＥＦＡが設定されている。すなわち、警戒レベル２に相当する傾斜角速度Ｖ（＝０．１（度／ｈｒ））を警報基準値ＶＲＥＦＡとして設定するとともに、傾斜計１３の計測データから算出される実際の傾斜角速度Ｖｎの平均値に相当する全体危険度パラメータＶalarm Ｔが警報基準値ＶＲＥＦＡを上回ったときに、警戒レベル２に達したとして、住民に避難の準備を促す内容の警報が実行される。

以上のように、本実施形態によれば、斜面Ｓに設置された多数の傾斜計１３で計測された傾斜角に基づいてそれぞれ傾斜角速度Ｖｎを算出し、前記式（１）により、すべての傾斜角速度Ｖｎを平均することによって、斜面Ｓの全体領域Ｔにおける崩壊の危険度を表す全体危険度パラメータＶalarm Ｔを算出するとともに、全体危険度パラメータＶalarm Ｔが所定の警報基準値ＶＲＥＦＡを上回ったときに警報を実行する（図７のステップ３、４）。これにより、斜面Ｓの面的な変状を適切に反映させながら、斜面Ｓの崩壊の危険度を精度良く評価できるとともに、その評価の結果に応じて安定した信頼性の高い警報を実行することができる。

また、式（１）と同様の前記式（２）により、全体領域Ｔを区分した３つの区分領域Ｄ１〜Ｄ３を対象として、区分危険度パラメータＶalarm Ｄ１〜Ｄ３を算出し、区分領域Ｄ１〜Ｄ３をさらに区分した細区分領域Ｄ１１〜Ｄ３３を対象として、区分危険度パラメータＶalarm Ｄ１１〜Ｄ３３を算出するとともに、これらの区分危険度パラメータＶalarm Ｄ１〜Ｄ３、Ｄ１１〜Ｄ３３の少なくとも１つが警報基準値ＶＲＥＦＡを上回ったときに、警報を実行する（図７のステップ６、８、１０、１２及び４）。これにより、斜面Ｓが全体的に崩壊する場合に加えて、斜面Ｓが区分領域 Ｄ１〜Ｄ３及び細区分領域Ｄ１１〜Ｄ３３のいずれかにおいて局所的に崩壊する場合においても、各区分領域における危険度を精度良く評価でき、より安定した信頼性の高い警報を実行することができる。

さらに、式（１）及び（２）により、全体危険度パラメータＶalarm Ｔ及び区分危険度パラメータＶalarm Ｄを、それぞれの傾斜計１３の監視面積Ａｎに応じた重みを加えた傾斜角速度Ｖｎの加重平均によって算出するので、斜面Ｓに傾斜計１３が不規則に配置されている場合には、その影響を補償しながら、危険度パラメータを適切に算出することができる。

また、算出された傾斜角速度Ｖが所定の上限値ＶＬＭＴを上回ったときに、その傾斜角速度Ｖを上限値ＶＬＭＴに制限し、危険度パラメータの算出に用いるので、傾斜角速度Ｖの過大なばらつきなどの影響を抑制し、危険度パラメータの精度を維持することができる。

さらに、危険度パラメータを算出する際に、傾斜計１３ごとに設定された地盤係数∂ｎが適用されるので、各傾斜計１３の周囲における地盤の強度を反映させながら、危険度パラメータをより精度良く算出することができる。

次に、図１２を参照しながら、傾斜計１３による傾斜角などの計測データのサンプリング周期Ｔｓを設定するサンプリング周期設定処理について説明する。この処理では、まずステップ３１において、周期短縮フラグＦＰＳが「１」であるか否かを判別する。この答えがＮＯのときには、雨量計１６で計測された降雨量Ｑrainに基づき、降雨強度Ｉrainを算出する（ステップ３２）。

次に、算出した降雨強度Ｉrainが所定値ＩＲＥＦ（例えば２０ｍｍ／ｈｒ）よりも大きいか否かを判別する（ステップ３３）。この答えがＮＯで、斜面Ｓにおける降雨強度Ｉrainが大きくないときには、周期短縮フラグＦＰＳを「０」にセットする（ステップ３４）とともに、サンプリング周期Ｔｓを通常時用の所定の第１周期Ｔ１（例えば１０分）に設定し（ステップ３５）、図１２の処理を終了する。

一方、前記ステップ３３の答えがＹＥＳで、降雨強度Ｉrainが大きい強雨時には、アップカウント式のタイマ値ＴＭＰＳを０にセットし（ステップ３６）、周期短縮フラグＦＰＳを「１」にセットする（ステップ３７）とともに、サンプリング周期Ｔｓを第１周期Ｔ１よりも短い強雨時用の所定の第２周期Ｔ２（例えば５分）に設定し（ステップ３８）、図１２の処理を終了する。

上記ステップ３７が実行されると、前記ステップ３１の答えがＹＥＳになり、その場合にはステップ３９に進み、タイマ値ＴＭＰＳが所定時間ＴＭＲＥＦ（例えば１時間）以上であるか否かを判別する。この答えがＮＯで、サンプリング周期Ｔｓを第２周期Ｔ２に設定した後、所定時間ＴＭＲＥＦが経過していないときには、前記ステップ３８に進み、サンプリング周期Ｔｓを第２周期Ｔ２に維持する。一方、前記ステップ３９の答えがＹＥＳで、サンプリング周期Ｔｓを第２周期Ｔ２に設定した後、所定時間ＴＭＲＥＦが経過したときには、前記ステップ３２以降に進み、降雨強度Ｉrainに応じて実行周期Ｔｓを設定する。

以上の設定処理により、サンプリング周期Ｔｓは、降雨強度Ｉrainが所定値ＩＲＥＦ以下のときには、通常の第１周期Ｔ１に設定され、降雨強度Ｉrainが所定値ＩＲＥＦを超えたときには、強雨時用のより短い第２周期Ｔ２に設定され、その状態が所定時間ＴＭＲＥＦ、維持される。これにより、斜面Ｓにおける強雨によって斜面Ｓの安定性が低下していると推定されるときに、傾斜角に基づく傾斜角速度Ｖ及び危険度パラメータＶalarm の算出間隔を短縮し、その結果に基づく警報をより迅速に行うことができる。

次に、本発明の第２実施形態について説明する。図１３は、第２実施形態で用いられる斜面崩壊感知装置（以下「感知装置」という）３２を示す。図２との比較から明らかなように、この感知装置３２は、第１実施形態の感知装置２に、地中に埋設された土壌水分計１５を追加したものである。土壌水分計１５は、例えば土壌中の含水率ｗを誘電率を介して計測するＴＤＲタイプのもので、その精度は±３％である。

土壌水分計１５は、ケーブル１７を介して無線モジュール１１内のマイコン２３に接続されている。土壌水分計１５による計測データは、Ａ／Ｄ変換された後、マイコン２３に入力されるとともに、傾斜計１３の計測データとともに、無線通信ユニット２０から送信される。

また、第２実施形態では、全体危険度パラメータＶalarm Ｔ及び区分危険度パラメータＶalarm Ｄは、それぞれ次式（３）及び（４）によって算出される。

ここで、式（３）（４）のＷｎは、各土壌水分計１５で計測された土壌の含水率ｗに応じて設定される水分係数であり、例えば、含水率ｗが斜面Ｓの変状に影響を及ぼさない想定される所定値以下のときには、値１．０に設定され、含水率ｗがこの所定値を超えたときには、その度合が高いほど、値１．０を上回るより大きな値に設定される。他の構成は、第１実施形態と同様である。

したがって、本実施形態によれば、前述した第１実施形態による効果を同様に得ることができるとともに、斜面の崩壊の兆候として通常、認められる地中の含水率の上昇をさらに加味しながら、全体危険度パラメータＶalarm Ｔ及び区分危険度パラメータＶalarm Ｄをより精度良く算出でき、それに基づいて実行される警報の安定性及び信頼性をさらに高めることができる。

なお、本発明は、説明した実施形態に限定されることなく、種々の態様で実施することができる。例えば、実施形態で説明した傾斜計１３の配置及び設置数などは、あくまで例示であり、斜面Ｓの状況に応じて適宜、設定することができる。このことは、現場モデルにおける領域の区分についても同様であり、実施形態で説明した以外の領域区分を行ってもよいことはもちろんである。

また、実施形態では、全体危険度パラメータＶalarm Ｔと比較される警報基準値ＶＲＥＦＡと、区分危険度パラメータＶalarm Ｄと比較される警報基準値ＶＲＥＦＡは、互いに同じ値に設定されているが、両者を異ならせてもよい、また、実施形態の警報基準値ＶＲＥＦＡの値は、前述したように設定された推奨値に対応しており、適宜、変更することが可能である。

さらに、実施形態では、斜面Ｓの崩壊の警戒レベルとして前述した警戒レベル２を想定し、警戒レベル２に相当する警報基準値ＶＲＥＦＡを設定するとともに、全体危険度パラメータＶalarm Ｔなどが警報基準値ＶＲＥＦを上回ったときに、避難を促す警報が実行される。本発明は、これに限らず実施でき、例えば、警戒レベル１〜３にそれぞれ相当する複数の基準値を設定し、全体危険度パラメータＶalarm Ｔなどがこれらの基準値を超えるごとに、警戒レベルに応じた注意喚起や警報を段階的に実行してもよい。

さらに、実施形態では、全体危険度パラメータＶalarm Ｔなどが警報基準値ＶＲＥＦを超えたときに、監視サーバ６から警報装置５に制御信号を送信し、これを作動させるように構成されているが、監視サーバ６から斜面Ｓを管理する管理事務所などに警報情報を提供し、それに応じた管理事務所などからの制御信号の送信によって、警報装置５を作動させるようにしてもよい。その他、本発明の趣旨の範囲内で、細部の構成を適宜、変更することが可能である。

１ 斜面崩壊早期警報システム
２ 斜面崩壊感知装置
５ 警報装置（警報手段）
６ 監視サーバ（傾斜角速度算出手段、危険度パラメータ算出手段、警報手段、 傾斜角速度制限手段、降雨強度取得手段、周期変更手段）
１３ 傾斜計
１５ 土壌水分計
１６ 雨量計（降雨強度取得手段）
３２ 斜面崩壊感知装置
Ｓ 斜面
θＸ Ｘ軸傾斜角（傾斜角）
θＹ Ｙ軸傾斜角（傾斜角）
Ｖ 傾斜角速度
Ｖalarm Ｔ 全体危険度パラメータ（危険度パラメータ）
Ｖalarm Ｄ 区分危険度パラメータ（危険度パラメータ）
ＶＲＥＦＡ 警報基準値
Ｔ 全体領域
Ｄ１〜Ｄ３ 区分領域
Ｄ１１〜Ｄ３３ 細区分領域（区分領域）
Ａ 監視面積
ＶＬＭＴ 上限値
∂ 地盤係数
ｗ 土壌の含水率（土壌中の水分）
Ｗ 水分係数
Ｉrain 降雨強度
ＩＲＥＦ 所定値
Ｔｓ サンプリング周期（傾斜角のサンプリング周期）

Claims (7)

1. 斜面の崩壊の危険度をリアルタイムで評価し、当該危険度が高くなったときに警報を実行する斜面崩壊早期警報システムであって、
   前記斜面に設置され、当該斜面の変状を表す傾斜角を計測する多数の傾斜計と、
   当該多数の傾斜計によってそれぞれ計測された傾斜角の変化速度である多数の傾斜角速度を算出する傾斜角速度算出手段と、
   当該算出された多数の傾斜角速度の平均値を、前記斜面の崩壊の危険度を表す危険度パラメータとして算出する危険度パラメータ算出手段と、
   当該算出された危険度パラメータが所定の警報基準値に達したときに、前記警報を実行する警報手段と、
   を備えることを特徴とする斜面崩壊早期警報システム。
2. 前記多数の傾斜計によって監視される前記斜面の範囲が全体領域として定められ、当該全体領域は複数の前記傾斜計をそれぞれ含む所定の複数の区分領域に区分されており、
   前記危険度パラメータ算出手段は、前記危険度パラメータとして、前記全体領域を対象とする全体危険度パラメータと、前記複数の区分領域をそれぞれ対象とする複数の区分危険度パラメータを算出し、
   前記警報手段は、前記全体危険度パラメータ及び前記複数の区分危険度パラメータの少なくとも１つが前記警報基準値に達したときに、前記警報を実行することを特徴とする、請求項１に記載の斜面崩壊早期警報システム。
3. 前記傾斜計ごとに、当該傾斜計によって監視される斜面の面積である監視面積があらかじめ設定されており、
   前記危険度パラメータ算出手段は、前記多数の傾斜角速度の平均値を、前記監視面積に応じた重みを加えた加重平均によって算出することを特徴とする、請求項１又は２に記載の斜面崩壊早期警報システム。
4. 前記傾斜角速度算出手段によって算出された傾斜角速度が所定の上限値を上回ったときに、前記危険度パラメータの算出に用いる傾斜角速度を前記上限値に制限する傾斜角速度制限手段をさらに備えることを特徴とする、請求項１ないし３のいずれかに記載の斜面崩壊早期警報システム。
5. 前記傾斜計ごとに、前記傾斜計の周囲における地盤の強度を表す地盤係数があらかじめ設定されており、
   前記危険度パラメータ算出手段は、前記地盤係数にさらに応じて、前記危険度パラメータを算出することを特徴とする、請求項１ないし４のいずれかに記載の斜面崩壊早期警報システム。
6. 前記傾斜計の付近に設けられ、前記斜面の土壌中の水分を計測する土壌水分計をさらに備え、
   前記危険度パラメータ算出手段は、前記計測された土壌中の水分にさらに応じて、前記危険度パラメータを算出することを特徴とする、請求項１ないし５のいずれかに記載の斜面崩壊早期警報システム。
7. 前記斜面における降雨強度を取得する降雨強度取得手段と、
   前記傾斜計による傾斜角のサンプリング周期を、前記降雨強度が所定値以下のときに所定の第１周期に設定し、前記降雨強度が前記所定値を超えたときに前記第１時間よりも短い所定の第２周期に変更する周期変更手段と、
   をさらに備えることを特徴とする、請求項１ないし６のいずれかに記載の斜面崩壊早期警報システム。

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