JP7094854B2 - 崩落斜面の監視方法及び崩落斜面の監視システム - Google Patents

Description

本発明は、落石や小規模崩壊などの崩落の恐れがある斜面（以下、崩落斜面という）の変動を監視する方法と崩落斜面の監視システムとに関する。

従来、崩落斜面の観測などの、伸縮計やトータルステーション等の計測器を用いた動態観測は、計測器と斜面の特定箇所の位置までの距離などの変動値を定量的に取得することはできるものの、「岩石が落下した」、「小動物が計測器にぶつかった（誤報）」などの定性的なデータを得ることはできない。
また、定性的な情報を得るために、ビデオカメラ等を設置することはあるものの、計測結果とは連携していないことが多い。
一方、作業者が立ち入ることが危険な斜面を、遠隔地もしくは無人飛行体に設けられた複数のビデオカメラを用いてステレオ撮影して、斜面の三次元モデルを作成し、この三次元モデルから土砂崩れが発生するおそれがある複数の箇所（危険箇所）の三次元座標データを取得するとともに、これら危険箇所の三次元座標データの変化から、監視対象斜面の変動を検知する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１６－１８０６８１号公報

しかしながら、特許文献１の方法では、ステレオ撮影した画像から三次元座標データを取得するのに多大な時間がかかるだけでなく、計測器と連携していないため、危険箇所以外での崩落については検知することができない、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、崩落斜面の変動を効率的に監視することができるとともに、斜面の変動発生時における視覚的な動きを把握することのできる方法と、崩落斜面の変動を監視する方法とそのシステムとを提供することを目的とする。

本発明は、崩落斜面の変動を監視する方法であって、崩落斜面の変動に対応する計測値である変動値を計測するとともに、前記崩落斜面の前記変動値の計測点を含む領域を撮影するステップと、前記変動値が異常値であるか否かを検知するステップと、前記変動値が異常値である場合に、前撮影された画像の中から、前記異常値が計測された時刻の前後に撮影された画像を取出すステップと、前記取出された複数の画像を比較して、前記崩落斜面に変動が発生したか否かを判定するステップと、を備え、前記変動値が異常値であるか否かを検知するステップでは、前記変動値が予め設定した変動閾値よりも大きい場合、及び、前記変動値と前回計測した変動値との差が予め設定された変動差閾値よりも大きい場合のいずれか一方の場合、または、両方の場合に、前記変動値を異常値とすることを特徴とする。
これにより、崩壊斜面における変動発生前後の変化、変動箇所の移動方向などを把握できるとともに、異常値の発生原因についても推定することができるので、崩落の予兆についても捉えることができる。

また、前記取出された画像を複数のメッシュに分割するとともに、各メッシュの色相（色味）が変化しているメッシュを、変動が発生している領域と判定するようにしたので、変動箇所の移動方向をより正確に把握できる。
また、前記変動が発生したか否かを判定するステップにて、変動が発生したと判定された場合には、変動発生前後の画像を表示するとともに、前記変動発生前後の画像を記憶するようにしたので、変動発生前後の変化を視覚的に把握できるとともに、変動のデータを蓄積できるので、崩落斜面の長期的な変動についても把握することができる。

また、本発明は、崩落斜面の変動を監視するシステムであって、崩落斜面の変動に対応する計測値である変動値を計測する計測器と、前記崩落斜面の前記変動値の計測点を含む領域を撮影する撮影手段と、前記撮影手段で撮影された画像を記憶する画像記憶手段と、前記変動値が異常値であるか否かを検知するとともに、前記変動値が異常値である場合には、変動発生信号を送信する異常値検知手段と、前記変動発生信号を受信したときに、前記画像記憶手段から、前記変動発生信号が発信された時刻の前後に撮影された画像を取出す画像取出手段と、前記取出された複数の画像を比較する画像比較手段と、前記画像比較手段の比較結果に基づいて、前記崩落斜面に変動が発生したか否かを判定する判定手段と、を備え、前記異常値検知手段は、前記変動値が予め設定した変動閾値よりも大きい場合、及び、前記変動値と前回計測した変動値との差が予め設定された変動差閾値よりも大きい場合のいずれかの場合、または、両方の場合に、前記変動値を異常値とすることを特徴とする。
このような構成を採ることにより、崩落斜面の変動発生時における視覚的な動きを効率よく把握することのできる崩落斜面監視システムを得ることができる。

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。

本実施の形態に係る崩落斜面監視システムを示す図である。 撮影画面と計測点の一例を示す図である。 画像の取出し方法を示す図である。 画像比較の一例を示す図である。 崩落斜面監視システムの動作を示すフローチャートである。 崩落斜面の変動を通知する通知画面の一例を示す図である。

図１は、崩落斜面監視システム１０を示す図で、崩落斜面監視システム１０は、計測器としてのレーザ距離計１１と、撮影手段としてのカラーカメラ１２と、画像記憶手段１３と、異常値検知手段１４と、計測値記憶手段１５と、画像取出手段１６と、判定手段１７と、変動データ記憶手段１８と、表示手段１９とを備え、崩落斜面Ｋの変動を監視する。
レーザ距離計１１とカラーカメラ１２とは、崩落斜面Ｋから離れた、崩落斜面Ｋが十分に観察できる箇所（以下、観測点）に設置される。
図２は、カラーカメラ１２の撮影画面の一例を示す図で、同図の枠内が画像比較を行う領域で、本例では、枠を複数のメッシュに分割し、各メッシュの色相が変化しているメッシュを、変動が発生している領域と判定する。
レーザ距離計１１は、レーザ距離計１１からみた崩落斜面Ｋの方向を前方としたとき、上下方向及び左右方向に回転可能な台座に設置されており、レーザ光を、同図の丸印で示すメッシュの中心点（以下、計測点という）を順次スキャンすることで、崩落斜面Ｋの変動に対応する計測値（以下、変動値という）である計測点とレーザ距離計１１との距離を計測する。
カラーカメラ１２は、崩落斜面Ｋの計測点を含む領域を撮影する。
画像記憶手段１３は、カラーカメラ１２で撮影された画像を撮影時刻順に保存する。
なお、本例では、計測点を３５個とし、レーザ距離計１１の計測頻度（各計測点の計測時間差）Δｔを３５分としたが、計測点数は９個以上とすることが好ましく、計測頻度としては１０分～１時間とすることが好ましい。
一方、画像の撮影間隔は、特に制約はないが、０．２秒～１秒程度とすることが好ましい。これにより、少ない画像数であっても、崩落斜面の変動を動画として見ることができる。すなわち、撮影間隔を０．５秒未満とすると、動画の動きは良くなるが保存する画像数が多くなる。逆に、撮影間隔が１秒を超えると、落石などを見逃すおそれがある。

異常値検知手段１４は、変動値が異常値であるか否かを検知するとともに、変動値が異常値である場合には、画像取出手段１６に変動発生信号を送信する。
本例では、計測された変動値Ｌ_kの大きさが予め設定しておいた変動閾値Ｌ₀よりも大きい場合の場合に、異常値であると検知するようにしているが、変動値Ｌ_kと前回計測した変動値Ｌ_k-1との差が予め設定された変動差閾値Ｋ₀よりも大きい場合に、異常値であると検知してもよい。あるいは、変動閾値Ｌ₀と変動差閾値Ｋ₀の両方を用いて、異常値の検知を行ってもよい。
計測値記憶手段１５は、計測値である変動値を計測時刻順に保存する。
画像取出手段１６は、異常値検知手段１４からの変動発生信号を受信したときに、変動発生信号が発信された時刻の前後に撮影された画像を画像記憶手段１３から取出す。
具体的には、図３に示すように、異常値を検出した時刻ｔ_k、及び、時刻ｔ_kの前後の時刻ｔ_k-1、ｔ_k-2、ｔ_k+1、ｔ_k+2において撮影した画像Ｇ_k-2～Ｇ_k+2と、異常値を検出した時刻ｔ_kよりも所定時間ΔＴだけ前の時刻ｔ_a＝ｔ_k－ΔＴに撮影した画像Ｇ_aと、時刻ｔ_kよりも所定時間ΔＴだけ後の時刻ｔ_b＝ｔ_k＋ΔＴに撮影した画像Ｇ_bとを、画像記憶手段１３から取出して、判定手段１７に送る。

判定手段１７は、画像比較部１７ａと判定部１７ｂとを備える。
画像比較部１７ａでは、画像取出手段１６から送られてきた画像Ｇ_a、画像Ｇ_k-2～Ｇ_k+2、及び、画像Ｇ_b画像を、それぞれ、複数のメッシュに分割するとともに、各メッシュの色相を比較し、判定部１７ｂでは、その比較結果から、崩落斜面Ｋに変動あったか否かを判定する。
図４（ａ）～（ｃ）は画像比較の一例を示す図で、例えば、斜面に落石があった場合には、（ａ）図に示すように、時刻ｔ_kの前後では、落石があった位置と石の落下した位置の各メッシュの色相が変化する。そして、落石が画面から消えた時刻である時刻ｔ_bに撮影した画像Ｇ_bでは、同図の背景の色を変化させた（暗くした）メッシュのように、落石があった位置のメッシュのみ色相が変化しているので、判定部１７ｂでは、崩落斜面Ｋに変動ありと判定する。
また、（ｂ）図に示すように、例えば、小動物が計測器にぶつかったために計測値が変化したような場合には、時刻ｔ_kの前後では、色相が変化するメッシュ（背景の色を暗くしたメッシュ）はあるが、ある程度時間が経過した時刻ｔ_bに撮影した画像Ｇ_bでは、色相が変化するメッシュがない場合には、判定部１７ｂでは、変動なしと判定する。
また、崩落斜面Ｋの小崩落があった箇所の近傍で再び小崩落があった場合には、（ｃ）図に示すように、異常値を検出した時刻ｔ_kよりも時刻ｔ_aに撮影した画像Ｇ_aでも、前記の小崩落があった箇所のメッシュの色相が変化している。そして、時刻ｔ_kの前後では、（ａ）図と同様に前記メッシュの隣接するメッシュから、落石があった位置と石の落下した位置の各メッシュの色相が変化し、落石が画面から消えた時刻である時刻ｔ_bに撮影した画像Ｇ_bでは、同図の背景の色を暗くしたメッシュのように、崩落斜面Ｋの小崩落があった箇所と落石があった位置のメッシュのみ色相が変化しているので、判定部１７ｂでは、崩落斜面Ｋに変動ありと判定する。
なお、（ａ）図～（ｃ）図では、色相が変化するメッシュの背景の色を変化させたが、（ｄ）図に示すように、色相が変化したメッシュを、背景はそのままで、メッシュ枠を異なる色（図面では太線）としてもよい。あるいは、色相が変化するメッシュを塗り潰してもよい。
変動データ記憶手段１８は、判定手段１７が「崩落斜面Ｋに変動あり」と判定したときの画像Ｇ_a、画像Ｇ_k-2～Ｇ_k+2、及び、画像Ｇ_b画像を保存する。
表示手段１９は、判定手段１７が「崩落斜面Ｋに変動あり」と判定したときの画像Ｇ_a、画像Ｇ_k-2～Ｇ_k+2、及び、画像Ｇ_b画像を、表示手段１９の表示画面１９Ｇに表示する。

次に、本発明による崩落斜面監視方法について、図５のフローチャートを参照して説明する。
まず、レーザ距離計１１により計測点までの距離を計測するとともに、カラーカメラ１２によりと崩落斜面Ｋの画像を撮影（ステップＳ１０）して、計測点のデータと画像のデータとを保存する（ステップＳ１１）。
次に、計測値が異常値であるか否かを判定する（ステップＳ１２）。なお、計測値の保存は、ステップＳ１２の終了後でもよい。
計測値が異常値でない場合には、ステップＳ１０に戻って、計測点までの距離の計測と崩落斜面Ｋの画像の撮影とを継続する。
ステップＳ１２にて、計測値が異常値であった場合、すなわち、異常値を検知した場合には、ステップＳ１３に進んで、異常値を検出した時刻ｔ_k、及び、時刻ｔ_kの前後の時刻ｔ_k-1、ｔ_k-2、及び、時刻ｔ_k+1、ｔ_k+2において撮影した画像Ｇ_k-2～Ｇ_k+2と、異常値を検出した時刻ｔ_kよりも所定時間ΔＴだけ前の時刻ｔ_a＝ｔ_k－ΔＴに撮影した画像Ｇ_aとを、画像記憶手段１３から取出す。なお、時刻ｔ_kと時刻ｔ_k+1との間隔である撮影間隔は、０．５～１秒で、距離の計測頻度Δｔ（１０分～１時間）よりも短い間隔であることは、前述した通りである。
次に、時刻ｔ_kから所定時間ΔＴだけ経過したか否かを判定（ステップＳ１４）し、所定時間ΔＴだけ経過したら、異常値を検出した時刻ｔ_kよりも所定時間ΔＴだけ後の時刻ｔ_b＝ｔ_k＋ΔＴに撮影した画像Ｇ_bを、画像記憶手段１３から取出す（ステップＳ１５）。

次に、ステップＳ１３とステップＳ１５で取出した画像Ｇ_a、画像Ｇ_k-2～Ｇ_k+2、及び、画像Ｇ_bを比較する（ステップＳ１６）。画像比較は、取出された画像を複数のメッシュに分割するとともに、各メッシュの色相を比較する。
次に、崩落斜面Ｋに変動が有ったか否かを判定する（ステップＳ１７）。
具体的には、図４（ａ），（ｃ）に示すように、時刻ｔ_k-2～ｔ_k+2に撮影した画像Ｇ_k-2～Ｇ_k+2のメッシュの色相の分布が、時刻ｔ_a＝ｔ_k－ΔＴに撮影した画像Ｇ_aのメッシュの色相の分布と異なり、かつ、時刻ｔ_b＝ｔ_k＋ΔＴに撮影した画像に撮影した画像Ｇ_bのメッシュの色相の分布が、時刻ｔ_a＝ｔ_k－ΔＴに撮影した画像Ｇ_aのメッシュの色相の分布と異なっている場合、崩落斜面Ｋに変動が有ったと判定する。
また、図４（ｂ）に示すように、画像Ｇ_k-2～Ｇ_k+2のメッシュの色相の分布が、時刻ｔ_a＝ｔ_k－ΔＴに撮影した画像Ｇ_aのメッシュの色相の分布と異なっていても、時刻ｔ_b＝ｔ_k＋ΔＴに撮影した画像に撮影した画像Ｇ_bのメッシュの色相の分布が、時刻ｔ_a＝ｔ_k－ΔＴに撮影した画像Ｇ_aのメッシュの色相の分布と同じならば、異常値は、崩落斜面Ｋの変動ではなく、誤報であると判定し、ステップＳ１０に戻って、計測点までの距離の計測と崩落斜面Ｋの画像の撮影とを継続する。
ステップＳ１７にて、崩落斜面Ｋに変動が有ったと判定された場合には、判定結果を表示するとともに、時刻ｔ_a＝ｔ_k－ΔＴに撮影した画像Ｇ_aと、時刻ｔ_k-2～ｔ_k+2に撮影した画像Ｇ_k-2～Ｇ_k+2（動画）と、時刻ｔ_b＝ｔ_k＋ΔＴに撮影した画像Ｇ_bとを表示手段１９の表示画面１９Ｇに表示し、画像Ｇ_k-2～Ｇ_k+2と、画像Ｇ_bと、時刻ｔ_k～ｔ_k+2における計測値と、時刻ｔ_b＝ｔ_k＋ΔＴにおける計測値とを変動データ記憶手段１８に保存する（ステップＳ１８）。
なお、崩落斜面Ｋに変動が有ったと判定された場合には、崩落斜面の変動を通知する通知画面を関係者に発信してもよい。図６は、通知画面の一例を示す図で、崩落箇所を表示した画像部１９１と、観測箇所や崩落の発生時間等を知らせる「地滑り変位速報」などの報告部１９２を備えた表示画面１９Ｇなどを発信すればよい。
あるいは、崩落の観測された箇所や崩落の発生時間等を知らせるメール等を関係者に発信してもよい。この場合には、画像解析で変動を捉えた動画を添付して送付することが好ましい。
また、崩落斜面Ｋに変動が有った場合には、スピーカーからの警告音、警告灯の発光等で、変動があった旨、関係者に伝達してもよい。

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、前記実施の形態では、計測器をレーザ距離計１１としたが、傾斜計や地震計などの他の計測器を用いてもよい。また、計測器として、カラーカメラを備えたトータルステーションを用いれば、レーザ距離計１１とカラーカメラ１２とを同じ箇所に配置できるとともに、崩落斜面の所定位置の角度についても計測することができる。また、赤外線カメラ等を使用すれば、夜間での監視も可能となる。
また、前記実施の形態では、計測器を１種類（距離計）としたが、複数種の計測器を配置するとともに、いずれかの計測器の計測値である変動値が予め設定された値を超えた場合に、変動発生信号を発信するようにしてもよい。
また、前記実施の形態では、色相が変化しているメッシュを変動が発生している領域としたが、色相に加えて色調（彩度と明度）についても、変動が発生しているか否かの判定基準に加えてもよい。

１０ 崩落斜面監視システム、１１ レーザ距離計、１２ カラーカメラ、
１３ 画像記憶手段、１４ 異常値検知手段、１５ 計測値記憶手段、
１６ 画像取出手段、１７ 判定手段、１７ａ 画像比較部、１７ｂ 判定部、
１８ 変動データ記憶手段、１９ 表示手段、Ｋ 崩落斜面。

Claims (4)

1. 崩落斜面の変動を監視する方法であって、
   前記崩落斜面の変動に対応する計測値である変動値を計測するとともに、前記崩落斜面の前記変動値の計測点を含む領域を撮影するステップと、
   前記変動値が異常値であるか否かを検知するステップと、
   前記変動値が異常値である場合に、前記撮影された画像の中から、前記異常値が計測された時刻の前後に撮影された画像を取出すステップと、
   前記取出された複数の画像を比較して、前記崩落斜面に変動が発生したか否かを判定するステップと、
   を備え、
   前記変動値が異常値であるか否かを検知するステップでは、
   前記変動値が予め設定した変動閾値よりも大きい場合、もしくは、前記変動値と前回計測した変動値との差が予め設定された変動差閾値よりも大きい場合のいずれかの場合、または、両方の場合に、前記変動値を異常値とすることを特徴とする崩落斜面監視方法。
2. 前記取出された画像を複数のメッシュに分割するとともに、各メッシュの内の色相が変化しているメッシュを、変動が発生している領域と判定することを特徴とする請求項１に記載の崩落斜面監視方法。
3. 前記変動が発生したか否かを判定するステップにて、変動が発生したと判定された場合には、変動発生前後の画像を表示するとともに、前記変動発生前後の画像を記憶することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の崩落斜面監視方法。
4. 崩落斜面の変動を監視する崩落斜面監視システムであって、
   前記崩落斜面の変動に対応する計測値である変動値を計測する計測器と、
   前記崩落斜面の前記変動値の計測点を含む領域を撮影する撮影手段と、
   前記撮影手段で撮影された画像を記憶する画像記憶手段と、
   前記変動値が異常値であるか否かを検知するとともに、前記変動値が異常値である場合には、変動発生信号を送信する異常値検知手段と、
   前記変動発生信号を受信したときに、前記画像記憶手段から、前記変動発生信号が発信された時刻の前後に撮影された画像を取出す画像取出手段と、
   前記取出された複数の画像を比較する画像比較手段と、
   前記画像比較手段の比較結果に基づいて、前記崩落斜面に変動が発生したか否かを判定する判定手段と、
   を備え、
   前記異常値検知手段は、前記変動値が予め設定した変動閾値よりも大きい場合、もしくは、前記変動値と前回計測した変動値との差が予め設定された変動差閾値よりも大きい場合のいずれかの場合、または、両方の場合に、前記変動値を異常値とすることを特徴とする崩落斜面監視システム。

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