JP7105119B2

JP7105119B2 - 地震観測システム

Info

Publication number: JP7105119B2
Application number: JP2018121560A
Authority: JP
Inventors: 吾郎三輪田; 光一中塚; 利弘堂地; 英明永坂
Original assignee: Obayashi Corp; Chuden Cti Co Ltd
Current assignee: Obayashi Corp; Chuden Cti Co Ltd
Priority date: 2018-06-27
Filing date: 2018-06-27
Publication date: 2022-07-22
Anticipated expiration: 2038-06-27
Also published as: JP2020003283A

Description

本発明は、地震観測システムに関する。

構造物（例えば建物）の地震観測システムとして、複数の層（階）に設置した複数の地震センサ（例えば加速度計）と、各地震センサとケーブルで接続されたデータ収録装置とを備え、地震センサから出力される信号に基づいて、地震動による建物の被害（損傷）状況を観測するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１３－２５４２３９号公報

上述したような地震観測システムでは、地震センサとデータ収録装置をケーブルで接続しているため、建物の階数が多いほど（すなわち高層になるほど）、ケーブル量が増えたり、配線距離が長くなったりするという問題があった。また、既存建物に地震観測システムを組み込む場合、ケーブル配線のために内装の一時撤去が必要であり、コスト増大の要因となっていた。

また、地震センサとデータ収録装置との間の通信を無線で行うようにすることも考えられるが、距離が離れている場合や、各層が防火区画となっている場合などにおいて、通信が困難になるおそれがあった。

本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、コストの低減及び通信性能の向上を図ることにある。

かかる目的を達成するため、本発明の地震観測システムは、複数の層を有する構造物の地震観測システムであって、前記複数の層にそれぞれ設けられた複数の地震センサと、前記複数の地震センサ毎に設けられ、対応する前記地震センサから出力される信号を発信する複数の発信機と、前記複数の層を貫通する導体と、前記導体を介して、前記信号を受信する受信機であって、前記発信機の単位グループ毎に単一の受信機と、を備え、前記導体は、前記発信機及び前記受信機と有線ケーブルで直接接続されていないことを特徴とする。
また、複数の層を有する構造物の地震観測システムであって、前記複数の層にそれぞれ設けられた複数の地震センサと、前記複数の地震センサ毎に設けられ、対応する前記地震センサから出力される信号を発信する複数の発信機と、前記複数の層を貫通する導体と、を備え、前記複数の発信器は、複数の単位グループに分けられており、前記単位グループには、少なくとも二つの前記発信器が属しており、前記導体を介して、前記信号を受信する受信機であって、前記発信機の前記単位グループ毎に単一の受信機と、を備え、前記導体は、前記発信機及び前記受信機と有線ケーブルで直接接続されていない、ことを特徴とする。
このような地震観測システムによれば、コストの低減及び通信性能の向上を図ることができる。

かかる地震観測システムであって、前記単位グループは、前記受信機に対応する前記発信機が所定数を超えないように設定されていることが望ましい。
このような地震観測システムによれば、受信機への通信集中を避けることができる。

かかる地震観測システムであって、前記発信機と前記受信機との間の前記信号の通信は無線により行われ、前記単位グループ毎に、前記無線に使用される周波数が異なることが望ましい。
このような地震観測システムによれば、異なる単位グループの発信機と受信機との間では通信が行われないので、受信機への通信集中を避けることができる。

かかる地震観測システムであって、前記複数の層は、防火区画された層であり、隣接する前記層の境界部には貫通孔が設けられており、前記導体は、前記貫通孔を貫通して配置され、前記導体と前記貫通孔との間の隙間は防火材で塞がれていることが望ましい。
このような地震観測システムによれば、防火区画された層の間でも通信を行うことが可能であるので、この場合、特に効果的である。また、導体を配置した際にも、防火区画に維持することができる。

かかる地震観測システムであって、前記導体は、前記構造物のＥＰＳ部位、又は、ＰＳ部位を貫通していることが望ましい。
このような地震観測システムによれば、通信性能をより高めることができる。

かかる地震観測システムであって、前記導体は、或る層と前記或る層とは別の層の前記ＥＰＳ部位を連結する電線であることが望ましい。
このような地震観測システムによれば、ＥＰＳ部位に配置された電線を無線通信に利用でき、配線工事等が不要であるので、コストを低減することができる。

本発明によれば、コストの低減及び通信性能の向上を図ることができる。

第１比較例の地震観測システムの構成を示す図である。第２比較例の地震観測システムの構成を示す図である。第３比較例の地震観測システムの構成を示す図である。第１実施形態の地震観測システムの構成を示す図である。導体４０の配置による無線通信性能の違いについての説明図である。第１実施形態の変形例を示す図である。第２実施形態の地震観測システムの構成を示す図である。本発明の地震観測システムを適用した実施例の説明図である。

以下、本発明の一実施形態について図面を参照しつつ説明する。本実施形態の地震観測システムについて説明する前に、まず比較例について説明する。

＝＝＝比較例＝＝＝
＜＜第１比較例＞＞
図１は、第１比較例の地震観測システムの構成を示す図である。

図１に示す地震観測システムは、建物１０に設けられたシステムであり、地震センサ２００と、データ収録装置３００と、有線ケーブル４００とを備えている。

建物１０は、１０階（＋ＰＨＦ室）建ての建物である。また、建物１０は、エレベータシャフト１２とＥＰＳ室１４（ＥＰＳ部位に相当）を備えており、エレベータシャフト１２を除いて、各階の室などが防火区画されている。例えば、建物１０の上下に隣接する階（層）は床１１で防火区画されている。なお、エレベータシャフト１２は、エレベータ（不図示）が昇降するための縦（上下）に長い空間である。ＥＰＳ室１４は、建物１０において電気設備の幹線（ケーブル・配管配線）などを縦に通すために区画された小空間のスペースである。また、ＰＨＦ室は、屋上に造られた階段室・昇降機塔などの室のことである。

地震センサ２００は、建物１０の各階にそれぞれ設けられている。そして、地震センサ２００は、その設置位置（階）における地震時の加速度を検出して出力する。

データ収録装置３００は、各階の地震センサ２００と有線ケーブル４００によって通信可能に接続されている。データ収録装置３００は、建物１０の最下層（１階）に設けられており、記憶部とＣＰＵ（演算処理部）とを有している。記憶部はデータ等を記録する部位であり、例えば、ハードディスクやメモリなどで構成されている。また、記憶部には、各地震センサ２００により検出された検出データ等を用いて建物１０の応答計算を行う応答計算プログラムや、応答値に基づいて建物１０の被害レベルを判定する判定プログラムなどが予め記憶されている。ＣＰＵは、プログラムに基づいて各種の演算を行う。

そして、データ収録装置３００は、複数の地震センサ２００から検出データ（信号）を受け取って記録するとともに、上記のプログラム等を用いて、検出データを分析し、その分析結果から、建物１０の被災評価を行う。

また、データ収録装置３００は、インターネット回線等を介して外部サーバ５０と通信可能に接続されており、外部サーバ５０との間でデータ（信号）の送受信を行う。これにより、外部サーバ５０で被災評価を診断できる。なお、データ収録装置３００と外部サーバ５０との接続は有線であってもよいし、無線であってもよい。また、この例では、データ収録装置３００で建物１０の被災評価を行なうこととしているが、これには限られず、外部サーバ５０で建物１０の被災評価を行ってもよい。

有線ケーブル４００は、導電性を有するケーブルであり、ＥＰＳ室１４を通って各階へと配線されている。有線ケーブル４００は、地震センサ２００毎に（すなわち、各階の地震センサ２００に対応して）設けられている。有線ケーブル４００の一端は地震センサ２００に接続され、他端はデータ収録装置３００に接続されている。

この第１比較例の場合、各階の地震センサ２００と、データ収録装置３００との間に、それぞれ、有線ケーブル４００が必要になる。このため、建物１０が高層になるほど、ケーブル量が増加する。また配線距離も長くなる。また、建物１０が既存建物の場合は、ケーブル配線のために内装の一時撤去が必要であり、手間やコストがかかる。

＜＜第２比較例＞＞
図２は、第２比較例の地震観測システムの構成を示す図である。なお、建物１０の構成は、図１と同じである。

第２比較例の地震観測システムは、子機２０と親機３０とを備えている。

子機２０は、第１比較例の地震センサ２００に加え、地震センサ２００の出力信号を無線で送信する無線送信部（不図示：発信機に相当）を備えている。すなわち、子機２０は、設置位置（階）の地震時の加速度を検出する地震センサ２００として機能するとともに、地震センサ２００から出力される信号を発信する発信機としても機能する。子機２０は、各階にそれぞれ配置されている。

親機３０は、第１比較例のデータ収録装置３００に加え、子機２０から出力された信号を無線で送受信する無線通信部（不図示：受信機に相当）を有している。また、親機３０は、第１比較例と同様に外部サーバ（不図示）と、有線又は無線で通信可能である。

この第２比較例の場合、建物１０の防火区画された床や壁が無線通信の障害となるため、図２に示すように、異なる階に配置された子機２０と親機３０と間におけるデータの送受信が困難になる。なお、図２の○印は、送受信可能であることを示し、△印は、送受信可能であるが電波が弱いことを示し、×印は、送受信不可であることを示している。

＜＜第３比較例＞＞
図３は、第３比較例の地震観測システムの構成を示す図である。なお、建物１０の構成は、図１と同じである。

第３比較例では、エレベータシャフト１２（防火区画されていない貫通空間）の各階に相当する位置にそれぞれ子機２０を設けている。また、親機３０をエレベータシャフト１２の近くに設けている。子機２０及び親機３０の構成は、第２比較例と同じである。

この第３比較例の場合、エレベータシャフト１２に床がない（防火区画されていない）ため、第２比較例（図２）の場合よりも通信性能が向上している。しかし、依然として無線通信可能な距離は限定される。

＝＝＝第１実施形態＝＝＝
＜＜地震観測システムの構成について＞＞
図４は、第１実施形態の地震観測システムの構成を示す図である。前述の比較例と同一構成の部分には同一符号を付し説明を省略する。

本実施形態の地震観測システムは、子機２０と、親機３０と、導体４０とを備えている。

子機２０は、各階のＥＰＳ室１４にそれぞれ（合計１０台）配置されている。

親機３０は、建物１０の上下方向のほぼ中央（６階のＥＰＳ室１４）に配置されている。すなわち、１０台の子機２０に対して、親機３０が１台設けられている。

導体４０は、各階のＥＰＳ室１４の床（境界部に相当）を上下に貫通して設けられている。換言すると、導体４０は上階（上層）のＥＰＳ室１４と下階（下層）のＥＰＳ室１４を連結している。より具体的には、図４の拡大部分に示すように、床１１には上下方向（鉛直方向）に貫通する貫通孔１１ａが形成されており、当該貫通孔１１ａを導体４０が貫通している。また、導体４０と貫通孔１１ａとの間の隙間は、防火材１００で塞がれている。これにより、床１１（貫通孔１１ａ）に導体４０を貫通させた際においても、上層と下層を防火区画に維持することができる。

導体４０は、導電性を有するケーブル（電線）であればよく、例えば、電源ケーブルでもよいし、通信用のケーブル（ＬＡＮケーブルなど）でもよい。また、導体４０は、被覆されていてもよいし、被覆されていなくてもよい。なお、図に示すように、導体４０は各子機２０及び親機３０と有線ケーブルで直接接続されていない。ＥＰＳ室１４には、通常、各種のケーブルが上下に貫通して配置されているので、新たなケーブルの準備や配線工事が不要であり、コストを低減することができる。

本実施形態では、このように、建物１のＥＰＳ室１４を上下に貫通するように導体４０を配置している。こうすることにより、子機２０から発せられた電磁波によって、当該電磁波に応じた電圧電動が導体４０内に発生する。そして、この電圧変動によって導体４０の周りに発生する磁界及び電界の変動を親機３０で受信できる。このように、子機２０及び親機３０と接続されていない導体４０を無線通信に利用でき、無線通信可能な距離が第２比較例や第３比較例と比べて大幅に増す。

図５は、導体４０の配置による無線通信性能の違いについての説明図である。

例えば、図５の左側に示すように、大空間室に導体４０（及び子機２０）を配置した場合、電磁波が拡散するため無線通信を補助する導体４０方向への電界強度が低くなり、無線通信機能が低下する。

これに対し、図５の右側に示すように、ＥＰＳ室１４のような小空間室に導体４０を配置すると、電磁波の拡散が小さく、導体４０方向への電界強度が高くなり、無線通信性能が高くなる。

このように、本実施形態では、導体４０をＥＰＳ室１４のような小空間に配置しているので、無線による通信性能をより高めることができる。なお、小空間の室（部位）としてはＥＰＳ室１４には限られない。例えば、給水・排水設備の配管スペース（ＰＳ室：ＰＳ部位に相当）であってもよい。

＜第１実施形態の変形例＞
図６は、第１実施形態の変形例を示す図である。

この変形例では、建物１０に３台の親機３０（親機３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ）が配置されている。そして、無線通信可能な周波数帯の内で無線通信する親機３０と子機２０をグループ分けしている。なお、無線通信可能な周波数帯が、例えば、２．４５ＧＨｚであれは、２．４ＧＨｚ～２．５ＧＨｚの帯域で無線通信可能である。

親機３０Ａは、３台の親機３０のうち最も上（具体的には９階）に配置されており、複数の子機２０のうちの上部のもの（具体的には８階～１０階の３台の子機２０）と無線通信を行う。本変形例では、このグループ（単位グループ）の通信周波数を２．４０ＧＨｚに設定している。

親機３０Ｂは、３台の親機３０のうちの中央（具体的には６階）に配置されており、複数の子機２０のうちの中央部分のもの（具体的には５階～７階の３台の子機２０）と無線通信を行う。本変形例では、このグループ（単位グループ）の通信周波数を２．４４ＧＨｚに設定している。

親機３０Ｃは、３台の親機３０のうち最も下（具体的には３階）に配置されており、複数の子機２０のうちの下部のもの（具体的には１階～４階の４台の子機２０）と無線通信を行う。本変形例では、このグループ（単位グループ）の通信周波数を２．４８ＧＨｚに設定している。

以上の構成により、異なるグループの親機３０と子機２０との間（例えば、７階の子機２０と親機３０Ａとの間、８階の子機２０と親機３０Ｂとの間、４階の子機２０と親機３０Ｂとの間、５階の子機２０と親機３０Ｃとの間など）では周波数が異なるので無線通信が行われない。一方、同じグループの親機３０と子機２０との間では、導体４０を介して無線通信が行われる。

このように、変形例では、親機３０を３台（親機３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ）設けている。そして、一台の親機３０に対応する子機２０が所定数（この例では４台）を超えないようにグループ（単位グループ）を設定している。また、単位グループ毎に無線通信に使用する周波数を異ならせている。こうすることにより、特定の親機３０への通信集中を避けることができ、より多くの階（層）に対応することができるようになる。

＝＝＝第２実施形態＝＝＝
図７は、第２実施形態の地震観測システムの構成を示す図である。第１実施形態と同一構成の部分には同一符号を付し説明を省略する。

第２実施形態では、エレベータシャフト１２に複数の子機２０、親機３０、導体４０が設けられている。なお、第２実施形態の導体４０は、エレベータシャフト１２のエレベータ用のケーブル、あるいは、電源ケーブルなどである。

第２実施形態においても、導体４０は子機２０及び親機３０とは接続されていない。この第２実施形態の場合も、第１実施形態と同様に、導体４０を介して、親機３０と子機２０との間で通信を行うことができる。

なお、第２実施形態では建物１０を上下に貫通する部位（導体４０を設ける部位）がエレベータシャフト１２であったがこれには限られず、例えば、階段室（図８の非常用階段室１６参照）であってもよい。この場合、各階の階段室の隙間（例えば、踊り場と階段で囲まれた隙間）を通るように導体４０を上下方向に沿って配置すればよい。こうすることで、親機３０と各子機２０との間で同様に無線通信することが可能である。

＝＝＝実施例＝＝＝
図８は、本発明の地震観測システムを適用した実施例の説明図である。

この実施例における建物１０´は、１１階（＋ＰＨＦ室）建ての建物であり、非常用階段室１６を除いて各階の室等が防火区画されている。また、ＥＰＳ室１４には、上端から下端まで各階の床１１を導体４０が貫通している。貫通部分における構成は図４と同じである。

図中の単位dBmは、電波強度であり、値が大きいほど（ここでは値がマイナスなので、絶対値が小さいほど）無線通信性能が高いことを示している。例えば、－１００dBm以下では無線通信が不通となる（×印）。また、－１００dBmより大きく－９０dBm以下の範囲では、通信が不通とはならないものの、通信エラー率が高まり、通信に時間を要する（図２、図３の△印に相当）。また、－９０ｄBmより大きければ通信可能である（図２、図３の○印に相当）。

この実施例では、非常用階段室１６、オフィスフロア１８、ＥＰＳ室１４において、それぞれ図８のように子機２０、親機３０を配置して通信の評価を行った。

オフィスフロア１８（防火区画有り、導体４０無し）では、５階に親機３０を設置している。この場合、親機３０は、上下に隣接する階（この例では一つ上の６階）の子機２０と通信が可能（－８０．６ｄBm）であり、その上の階（７階）の子機２０とは通信不可であった。すなわち、この条件（防火区画有り、導体４０無し）の場合、無線による通信可能な範囲は１層間となった。

非常用階段室１６（防火区画無し、導体４０無し）では、１階に親機３０を設置している。この場合、親機３０は、８階に配置した子機２０と通信が可能（－８７．９ｄBm）であり、９階に設置した子機２０とは通信不可能であった。すなわち、この条件（防火区画無し、導体４０無し）の場合、無線による通信可能な範囲は７層間となった。

ＥＰＳ室１４（防火区画有り、導体４０有り）においても、１階に親機３０を設置しているが、導体４０を設けていることにより、子機２０を最上層（１１階）に配置した場合でも通信可能（－７７．６ｄBm）であった。すなわち、この条件（防火区画有り、導体４０有り）の場合、無線による通信可能な範囲は１０層間以上となった。

このように、無線通信の障害となるような防火区画された層であっても、層間を貫通する導体４０を設けることにより、防火区画の無い非常用階段室１６よりも無線通信性能が高い結果が得られた。よって、導体４０を設けることにより無線による通信性能が向上できることが確認された。

＝＝＝その他の実施形態について＝＝＝
上記実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に、本発明にはその等価物が含まれることはいうまでもない。特に、以下に述べる実施形態であっても、本発明に含まれるものである。

＜子機２０について＞
前述の実施形態では、子機２０は、地震センサの機能とデータ送信部（発信機）の機能とを備えていたが、地震センサとデータ送信部が別体に設けられていてもよい。

また、前述の実施形態では、建物１０の各階に子機２０を設けていたが、これには限らない。例えば、奇数階（１階、３階、５階・・）のみに子機２０を設置して、偶数階は上下の奇数階のデータで補完するようにしてもよい。

＜親機３０について＞
前述の実施形態では、親機３０は、データ収録装置の機能とデータ通信部（受信機）の機能とを備えていたが、データ収録装置とデータ通信部が別体に設けられていてもよい。

＜ＥＰＳ室１４（ＥＰＳ部位）について＞
前述の実施形態では、子機２０及び親機３０をＥＰＳ室１４（ＥＰＳ部位）に設置していたが、電話回線を収容するＭＤＦ室、ＭＤＦ室から分岐された配線を収容するＩＤＦ室、および、変圧器、配電盤を収容する電気室等に設置してもよい。

１０建物
１１床
１１ａ貫通孔
１２エレベータシャフト
１４ＥＰＳ室（ＥＰＳ部位）
１６非常用階段室
１８オフィスフロア
２０子機
３０親機
４０導体
５０外部サーバ
１００防火材
２００地震センサ
３００データ収録装置
４００有線ケーブル

Claims

複数の層を有する構造物の地震観測システムであって、
前記複数の層にそれぞれ設けられた複数の地震センサと、
前記複数の地震センサ毎に設けられ、対応する前記地震センサから出力される信号を発信する複数の発信機と、
前記複数の層を貫通する導体と、
前記導体を介して、前記信号を受信する受信機であって、前記発信機の単位グループ毎に単一の受信機と、
を備え、
前記導体は、前記発信機及び前記受信機と有線ケーブルで直接接続されていない、
ことを特徴とする地震観測システム。
複数の層を有する構造物の地震観測システムであって、
前記複数の層にそれぞれ設けられた複数の地震センサと、
前記複数の地震センサ毎に設けられ、対応する前記地震センサから出力される信号を発信する複数の発信機と、
前記複数の層を貫通する導体と、
を備え、
前記複数の発信器は、複数の単位グループに分けられており、
前記単位グループには、少なくとも二つの前記発信器が属しており、
前記導体を介して、前記信号を受信する受信機であって、前記発信機の前記単位グループ毎に単一の受信機と、
を備え、
前記導体は、前記発信機及び前記受信機と有線ケーブルで直接接続されていない、
ことを特徴とする地震観測システム。
請求項１又は請求項２に記載の地震観測システムであって、
前記単位グループは、前記受信機に対応する前記発信機が所定数を超えないように設定されている、
ことを特徴とする地震観測システム。
請求項１乃至請求項３の何れかに記載の地震観測システムであって、
前記発信機と前記受信機との間の前記信号の通信は無線により行われ、
前記単位グループ毎に、前記無線に使用される周波数が異なる、
ことを特徴とする地震観測システム。
請求項１乃至請求項４の何れかに記載の地震観測システムであって、
前記複数の層は、防火区画された層であり、
隣接する前記層の境界部には貫通孔が設けられており、
前記導体は、前記貫通孔を貫通して配置され、
前記導体と前記貫通孔との間の隙間は防火材で塞がれている、
ことを特徴とする地震観測システム。
請求項１乃至請求項５の何れかに記載の地震観測システムであって、
前記導体は、前記構造物のＥＰＳ部位、又は、ＰＳ部位を貫通している、
ことを特徴とする地震観測システム。
請求項６に記載の地震観測システムであって、
前記導体は、或る層と前記或る層とは別の層の前記ＥＰＳ部位を連結する電線である、ことを特徴とする地震観測システム。