JPH09196899A - 土壌移動状況検出方法、土壌内状況検出器、土壌内状況監視装置 - Google Patents

土壌移動状況検出方法、土壌内状況検出器、土壌内状況監視装置

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JPH09196899A
JPH09196899A JP8007458A JP745896A JPH09196899A JP H09196899 A JPH09196899 A JP H09196899A JP 8007458 A JP8007458 A JP 8007458A JP 745896 A JP745896 A JP 745896A JP H09196899 A JPH09196899 A JP H09196899A
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JP
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soil
detection sensor
elastic wave
water content
embedded
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JP8007458A
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Inventor
Takao Yoneyama
隆雄 米山
Minoru Yanagibashi
実 柳橋
Kenji Tsuchida
健二 土田
Shuji Nakajima
修二 中島
Yoshiyuki Sato
善之 佐藤
Tsunao Ishimatsu
綱男 石松
Jiro Tomitori
治郎 富取
Toru Ebisawa
徹 海老沢
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Engineering and Services Co Ltd
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Hitachi Engineering and Services Co Ltd
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2291/00Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/02Indexing codes associated with the analysed material
    • G01N2291/028Material parameters
    • G01N2291/02845Humidity, wetness

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  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
  • Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
  • Geophysics And Detection Of Objects (AREA)
  • Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 堤防決壊や土壌崩壊現象のモニターと予知を
実施するための、方法と装置を提供すること。 【解決手段】 堤防1に水分量検出センサ2と弾性波検
出センサ3を敷設し、堤防1内の水分量の変化率を処理
部7により算出する。さらに、処理部8により、堤防1
から発生する弾性波の発生変化量を算出する。監視部1
1にて、弾性波と水分量の変化率より堤防1の状態と決
壊の予知を行い、結果を表示する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、堤防の決壊や崖の
崩壊等の要因となる土壌中の水分量の自動検出を行う土
壌含有水分検出方法及び検出器並びに監視装置に関す
る。
【0002】
【従来の技術】土壌崩壊を検出する手法としては、たと
えば特開昭48−29204号公報に示されているよう
に土砂の圧力を検出し、土壌崩壊を予知する手法が従来
から用いられてきた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】特開昭48−2920
4号公報においては、土砂崩壊時の土砂圧力により、セ
ンサが傾斜するため、傾斜量から土砂崩壊を予知する方
法である。上述した土砂圧力による土壌の傾斜や土砂移
動に伴う歪みは、崩壊に近づいたときに変化するため、
早い時点からの崩壊を予知することには適してない。堤
防決壊時のメカニズムは川が増水し、さらに雨が堤防に
降り注いだ場合、堤防内の土壌中に水分が浸透して水分
量が増加するため、土壌が軟弱になり崩壊する(斜面崩
壊等の土壌崩壊現象のメカニズムもこのような場合が多
い)。土壌中の水分量が増加すると土壌中の圧力も上昇
する。浸透水分量を検出して堤防決壊を予知する技術は
見当らない。さらに、決壊に至る過程で土砂が移動する
ことは公知の事実である。土砂が移動する時、弾性波
(AE信号)が発生することも特徴である。本発明の目
的は、堤防の決壊等(斜面等の崩壊も含む)の予知に役
立つ、水分の浸透状況を自動的に検出可能な検出方法及
び検出器を提供することにある。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明は、土壌内に互い
に近接して埋込んだ水分量検出センサと、弾性波検出セ
ンサとの検出水分量及び検出弾性波をもとに、その埋込
み位置近傍の土壌の移動状況を検出するようにした土壌
移動状況検出方法を開示する。
【0005】更に本発明は、土壌内に互いに近接して埋
込んだ圧力検出センサと弾性波検出センサとの検出圧力
及び検出弾性波をもとに、その埋込み位置近傍の土壌移
動状況を求めることとした土壌移動状況検出方法を開示
する。
【0006】更に本発明は、土壌内に複数の水分量検出
センサと複数の弾性波検出センサとを埋込み、時系列で
の検出水分量及び時系列での検出弾性波をもとに、その
埋込み全体にわたる土壌移動状況を求めることとした土
壌移動状況検出方法を開示する。
【0007】更に本発明は、上記埋込み位置は、土壌内
の水平及び又は垂直方向とする土壌移動状況検出方法を
開示する。
【0008】更に本発明は、土壌内に埋込んだ水分量検
出センサと、該水分量検出センサに近接して埋込まれ、
土壌内を伝播又は土壌内に自然発生する弾性波を検出す
る弾性波検出センサと、上記水分量検出センサ及び弾性
波検出センサで検出した水分量及び弾性波とから埋込み
位置の水分浸透状況及びそれに伴う土壌移動状況を検出
する手段と、より成る土壌内状況検出器を開示する。
【0009】更に本発明は、土壌内に埋込んだ圧力検出
センサと、該圧力検出センサに近接して埋込まれ、土壌
内を伝播又は土壌内に自然発生する弾性波を検出する弾
性波検出センサと、上記圧力検出センサ及び弾性波検出
センサで検出した土壌内圧力及び弾性波とから埋込み位
置の土壌移動状況を検出する手段と、より成る土壌内状
況検出器を開示する。
【0010】更に本発明は、土壌内状況検出器を土壌内
の水平及び又は垂直方向に複数個埋込んでおき、各検出
器の上記検出する手段からの各部の土壌状況を取り込み
複数位置にわたる土壌状況を整理する手段を設けた、土
壌内状況監視装置を開示する。
【0011】更に本発明は、土壌内に埋込んだ水分量検
出センサと、該水分量検出センサに近接して埋込まれた
弾性波検出センサと、該2つのセンサ出力を取り込み監
視処理する監視部と、より成る土壌内状況監視装置を開
示する。
【0012】更に本発明は、土壌内に埋込んだ圧力検出
センサと、該圧力検出センサに近接して埋込まれた弾性
波検出センサと、該2つのセンサ出力を取り込み監視処
理する監視部と、より成る土壌内状況監視装置を開示す
る。
【0013】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施例を図面を
用いて説明する。土壌崩壊の判断パラメータとしての土
壌内浸透水分及び土壌内弾性波について図2で説明す
る。図2は川の増水や降雨により堤防内の水分量が時間
とともに増加し、それに併せて、堤防内の圧力は上昇し
弾性波が自然発生する様子を示す。弾性波の発生理由
は、圧力が上昇すると堤防内の砂や小石が動きやすくな
り、その砂や小石の動きによって互いにこすり合って、
浸透水分量の増加と共に弾性波が土壌内に発生すること
による(AE信号の放出)。図2に示すように、弾性波
のレベルは徐々に大きくなる。川の増水により、堤防に
さらに圧力が加わると、水分を多く含み、強度が低下し
た堤防内の土砂の動きは活発になり、堤防の決壊の原因
ともなる。浸透水分量と弾性波信号とをモニタすれば堤
防内の土石の動きを捕らえることができる。堤防決壊の
前には弾性波信号のレベルが急激に増加する。
【0014】図1に、かかる原理を利用した堤防決壊監
視装置のブロック図を示す。この装置は、水分量検出セ
ンサ2、弾性波検出センサ3、増幅器6a、6b、処理
部7及び8、9並びに表示部10を持つ監視部11から
成る。監視部11は地上側に近接して設置してある。堤
防1の土壌内に水分量検出センサ2と弾性波検出センサ
3を互いに近づけて埋め込む。前述したように川4が増
水した場合や雨5が降った場合、前記堤防1内の水分量
が増加するため、水分量検出センサ2の出力は増加す
る。一方、堤防1内の土砂が移動した場合、弾性波検出
センサ3の出力が増加する。前記水分量検出センサ2及
び弾性波検出センサ3の出力は増幅器6a、6bにて増幅さ
れる。次に、処理部7では、水分量検出センサ2の出力
を計測し、単位時間当たりの水分量変化量を算出する。
同様に処理部8では弾性波検出センサ3の出力を計測
し、単位時間当たりの弾性波変化量を算出する。上述し
たそれぞれの処理部7、8の出力は処理部9に送られ
る。処理部9では、堤防内の水分量の変化量と、弾性波
信号の発生量の変化量、及び双方の情報を組み合わせ、
堤防の状態と堤防決壊の予知及び決壊防止策や決壊に伴
う後処置の決定を行う。その結果を表示部10に表示し
て操作員に知らせる。
【0015】水分量検出センサ2は、2つの電極を持つ
容器であって、2つの電極の間に堤防内の浸透水分が自
然浸透するように形成されたものであり、電極間の電気
抵抗の変化又は誘電率の変化を電気信号として検出する
ものである。弾性波検出センサは、圧電素子と電極とよ
り成り、圧電素子で弾性波を検出し、電極から電気信号
として取り出すものである。
【0016】図3はステップS1〜S6より成る。処理部
9で実施する具体的な判定手法(アルゴリズム)の一例
である。最初にステップS1で水分量変化率を調べ、基
準値α1より小さく、ステップS2による弾性波変化量が
基準値β1より小さい場合は、堤防が『正常』と判定す
る。弾性波変化量がβ1より大きい場合は『ノイズ』と
判定する。たとえば、図2に示したように 、堤防の上
を自動車が通過した場合は、前記弾性波検出センサ3で
信号が検出されてしまうためである。水分量変化量が基
準値α1より大きく、弾性波変化量が 基準値β1より、
小きい場合はノイズではないため『注意1』と判定す
る。以降 、同じように水分量の変化量と弾性波の変化
量、双方の情報を総合判定して堤防の状態を図3に示す
ように『注意2』、『要注意』、『危険』に区別し判定
する。判定結果は図1に示す表示画面にて表示する。な
お、図3に示す基準値α、βをさらに多く設け、判定フ
ローを多くすれば、さらに詳細に堤防の状態を診断する
ことが可能である。
【0017】次に本発明の他の実施例について述べる。
川の増水や降雨により、堤防1内に水が浸透すると、堤
防1内の圧力(間隙水圧)が上昇することは上述した通
りである。従って、本実施の形態では、図1に示した水
分量検出センサ2に換え、圧力センサを堤防内に埋め込
み、堤防内の圧力変化を監視する。図4にシステム構成
例を示す。前記圧力センサ20の出力を増幅器21にて
増幅し、処理部22にて堤防1内の圧力変化量を調べ
る。弾性波検出手法については、図1の実施例と同様で
あるため、説明を省略する。
【0018】次に処理部9にて、堤防1内の圧力変化量
と堤防1から検出される弾性波信号の変化量、及び双方
の情報から、堤防の決壊をモニタするとともに、決壊時
期を予知する。
【0019】図5に堤防決壊までのデータ例を示す。堤
防内の圧力は堤防内の水分量の変化と、同一とはならな
いが、ほぼ水分量の変化と似たデータが得られる。図6
は前記処理部9にて実施する判定手法(アルゴリズム)
の一例である。最初に圧力量変化量を調べ、基準値γ1
より小さく、弾性波変化量が基準値β1より小さい場合
は、堤防が『正常』と判定する。弾性波変化量がβ1よ
り大きい場合は『ノイズ』と判定する。理由は前述した
通りである。圧力量変化量が基準値γ1より大きく、弾
性波変化量が基準値β1より、小きい場合はノイズでは
ないため『注意1』と判定する。以降、同じように圧力
量変化量と弾性波の変化量、双方の情報を総合判定して
堤防の状態を図6に示すように『注意2』、『要注
意』、『危険』に区別し判定する。判定結果は表示部1
0に表示する。
【0020】なお、図6に示す基準値γ、βをさらに多
く設け、判定フローを多くすれば、さらに詳細に堤防の
状態を診断することが可能である。図1及び図4に示し
た実施例では、センサをそれぞれ1個堤防に付設した例
を述べた。各センサを複数個用いれば、広範囲の堤防の
決壊をモニタできるようになる。ただし、センサを複数
個用い、図1、図4に示した構成のユニットを各センサ
毎に取り付けたのでは、装置の構成が膨大となり、コス
トが高くなる。その場合には、図7に示すように、各セ
ンサ以降にスキャン装置30を設け、規定時間ごとに各
センサ31a〜311の出力をコンピュータ32に取り
込み評価するようにすれば、低コストで広範囲の堤防決
壊のモニタと予知が可能となる。
【0021】
【発明の効果】本発明は堤防内の水分量の変化、あるい
は圧力の変化と堤防から検出される弾性波信号の変化
量、すなわち堤防決壊時に起こる物理的変化を各種セン
シング技術でモニタし、堤防の決壊を予知する技術であ
る。従って、高精度で堤防の状態モニタとその予知が可
能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は本発明の堤防決壊モニタ装置の実施の一
形態を示す図である。
【図2】図2は図1の実施の一形態を説明するための具
体的データ例図である。
【図3】図3は図1の実施の一形態での堤防の決壊をモ
ニタするためのアルゴリズム例図である。
【図4】図4は本発明の他の実施の一形態を示す図であ
る。
【図5】図5は図4の実施の形態を説明するための具体
的データ例図である。
【図6】図6は図4の実施の形態で堤防の決壊をモニタ
するためのアルゴリズム例図である。
【図7】図7は本発明の他の実施の形態を示す図であ
る。
【符号の説明】
1 堤防 2 水分量検出センサ 3 弾性波検出センサ 6a,6b 増幅器 7、8、9 処理部 10 表示部 11 監視部 20 圧力センサ 21 増幅器 22 処理部 30 スキャン装置 31a〜31l 各センサ 32 コンピュータ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 G01V 1/30 G01V 1/30 (72)発明者 中島 修二 茨城県日立市幸町三丁目2番2号 株式会 社日立エンジニアリングサービス内 (72)発明者 佐藤 善之 茨城県日立市幸町三丁目2番2号 株式会 社日立エンジニアリングサービス内 (72)発明者 石松 綱男 茨城県日立市幸町三丁目2番2号 株式会 社日立エンジニアリングサービス内 (72)発明者 富取 治郎 茨城県日立市幸町三丁目2番2号 株式会 社日立エンジニアリングサービス内 (72)発明者 海老沢 徹 茨城県日立市幸町三丁目2番2号 株式会 社日立エンジニアリングサービス内

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 土壌内に互いに近接して埋込んだ水分量
    検出センサと、弾性波検出センサとの検出水分量及び検
    出弾性波をもとに、その埋込み位置近傍の土壌の移動状
    況を検出するようにした土壌移動状況検出方法。
  2. 【請求項2】 土壌内に互いに近接して埋込んだ圧力検
    出センサと弾性波検出センサとの検出圧力及び検出弾性
    波をもとに、その埋込み位置近傍の土壌移動状況を求め
    ることとした土壌移動状況検出方法。
  3. 【請求項3】 土壌内に複数の水分量検出センサと複数
    の弾性波検出センサとを埋込み、時系列での検出水分量
    及び時系列での検出弾性波をもとに、その埋込み全体に
    わたる土壌移動状況を求めることとした土壌移動状況検
    出方法。
  4. 【請求項4】 上記埋込み位置は、土壌内の水平及び又
    は垂直方向とする土壌移動状況検出方法。。
  5. 【請求項5】 土壌内に埋込んだ水分量検出センサと、 該水分量検出センサに近接して埋込まれ、土壌内を伝播
    又は土壌内に自然発生する弾性波を検出する弾性波検出
    センサと、 上記水分量検出センサ及び弾性波検出センサで検出した
    水分量及び弾性波とから埋込み位置の水分浸透状況及び
    それに伴う土壌移動状況を検出する手段と、 より成る土壌内状況検出器。
  6. 【請求項6】 土壌内に埋込んだ圧力検出センサと、 該圧力検出センサに近接して埋込まれ、土壌内を伝播又
    は土壌内に自然発生する弾性波を検出する弾性波検出セ
    ンサと、 上記圧力検出センサ及び弾性波検出センサで検出した土
    壌内圧力及び弾性波とから埋込み位置の土壌移動状況を
    検出する手段と、 より成る土壌内状況検出器。
  7. 【請求項7】 請求項5又は6の土壌内状況検出器を土
    壌内の水平及び又は垂直方向に複数個埋込んでおき、各
    検出器の上記検出する手段からの各部の土壌状況を取り
    込み複数位置にわたる土壌状況を監視する手段を設け
    た、土壌内状況監視装置。
  8. 【請求項8】土壌内に埋込んだ水分量検出センサと、 該水分量検出センサに近接して埋込まれた弾性波検出セ
    ンサと、 該2つのセンサ出力を取り込み監視処理する監視部と、 より成る土壌内状況監視装置。
  9. 【請求項9】 土壌内に埋込んだ圧力検出センサと、 該圧力検出センサに近接して埋込まれた弾性波検出セン
    サと、 該2つのセンサ出力を取り込み監視処理する監視部と、 より成る土壌内状況監視装置。
JP8007458A 1996-01-19 1996-01-19 土壌移動状況検出方法、土壌内状況検出器、土壌内状況監視装置 Pending JPH09196899A (ja)

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