JPH11230791A - 監視装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】地中への埋設が簡単且つ容易で、しかも地盤又
は積雪部全体に変位がある場合でも的確に検出可能であ
り、地盤における土砂崩れや積雪地域における雪崩等の
災害の発生を事前に予知することにある。 【解決手段】観測範囲となる地中又は積雪部に適宜の距
離を存してそれぞれ埋設され、地盤又は積雪部の変位の
大きさ及び方向と検出部自身の傾き検出し、その検出デ
ータを無線により伝送可能な複数個のジャイロ式の検出
器と、これら各検出器側から伝送される検出データを収
集する基地局に設けられ、各測定ポイント毎の検出デー
タをリアルタイムで処理して地盤又は積雪部の移動量を
求め、この移動量をモニタリングして前記地盤又は積雪
部の状態を監視するデータ処理手段とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は地盤における土砂崩
れや積雪地域における雪崩等の災害の発生を事前に予知
可能な監視装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】大雨などによる地盤の緩みにより発生す
る土砂崩れや、積雪地域における雪崩などの災害発生を
事前に予知可能な地盤や雪崩監視システムの開発が急務
となっている。

【０００３】従来、地盤の緩みなどを検出する手段とし
ては、地中にワイヤーを張設しておき、該ワイヤーが地
盤の変動で切断されたことをもって検知するようにした
ものがある。しかし、この方式は広範囲に亘ってワイヤ
ーを張設しなければならないため、多くの手間と時間が
かかるばかりでなく、地盤の変位場所や変位方向を特定
することが難しく、しかもその変位度合を予測できない
という問題がある。

【０００４】そこで、最近では種々の測定計を用いた地
盤検出器が開発され、その一例として重りをスプリング
を介して水平にケースに支持するようにしたサーボ傾斜
計やパイプ歪計を用いて地盤の変位や地すべり面の深さ
及びすべり量を推定するようにしたものがある。

【０００５】上記サーボ傾斜計による地盤検出器は、地
中に設けられたボーリング孔にパイプを埋設すると共
に、このパイプ内にサーボ傾斜計を巻上げ可能に多段的
に挿入し、これらサーボ傾斜計の巻上げを行いながらス
プリングの変位により傾斜角を連続的に自動計測するよ
うにしたもので、側方変位を測定することで地盤や連続
地中壁の変位、つまり地すべりなどの計測が可能であ
る。

【０００６】また、パイプ歪計による地盤検出器は、地
中に設けられたボーリング孔に適宜の部位にひずみゲー
ジを貼付けた多数の塩化ビニールパイプを中間パイプで
継ぎ足しながら垂直に順次挿入し、その周囲に砂を充填
して固定するようにしたもので、深度毎に各塩化ビニー
ルパイプを検出器として順次切換えて曲げひずみ量を計
測することで、その量からすべりの大きさと深さが推定
可能である。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このような測
定計を用いた地盤検出器では、地すべり崩壊などの恐れ
のある場所に多数の測定計を設置しなければならないた
め、その設置作業に多くの手間と時間がかかる。特に各
箇所に設置された地盤検出器間を電源ケーブルや通信ケ
ーブルにより接続しなければならない。

【０００８】また、前者のサーボ傾斜計による地盤検出
器の場合には、可動部が必要となるため、全体の占める
スペースが大きくなり、後者のパイプ歪計による地盤検
出器の場合には、塩化ビニールパイプを中間パイプで継
ぎ足しながら垂直に順次挿入し、その周囲に砂を充填し
なければならないため、山間部など広範囲に亘って多数
設置することは困難である。

【０００９】さらに、上記サーボ傾斜計やパイプ歪計を
用いた地盤検出器においては、地盤の側方変位や曲げひ
ずみ量の計測は可能であるが、埋設された個々の地盤検
出器自身の位置が検出できないため、地盤全体が変位し
たような場合には検出することができない。

【００１０】本発明は上記のような事情に鑑みなされた
もので、地中への埋設が簡単且つ容易で、しかも地盤又
は積雪部全体に変位がある場合でも的確に検出可能な検
出器を用いて、地盤における土砂崩れや積雪地域におけ
る雪崩等の災害の発生を事前に予知することができる監
視装置を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は上記の目的を達
成するため、次のような手段により地盤及び雪崩監視装
置を構成する。

【００１２】請求項１に対応する発明は、観測範囲とな
る地中および又は積雪部に適宜の距離を存してそれぞれ
埋設され、地盤および又は積雪部の変位により外力が加
わるとその大きさ及び方向と検出部自身の傾きから衝撃
的加速度を検出し、その検出データを無線により伝送可
能な複数個のジャイロ式の検出器と、これら各検出器側
から伝送される検出データを収集する基地局に設けら
れ、各測定ポイント毎の検出データをリアルタイムで処
理して地盤および又は積雪部の移動量を求め、この移動
量をモニタリングして地盤および又は積雪部の状態を監
視するデータ処理手段とを備えたものである。

【００１３】従って、請求項１に対応する発明の監視装
置にあっては、広範囲に渡る多数の箇所に孔を掘ってジ
ャイロ式の検出器を埋めるだけでよいので、電源ケーブ
ルや、通信ケーブルなどの設置が不要となり、またジャ
イロ式の検出器は外力の大きさ、方向、衝撃力、検出器
自身の姿勢が検出可能なので、その検出データを処理し
て各測定ポイント毎の地盤および又は積雪部の移動量を
求めてモニタリングすることにより、地盤および又は積
雪部全体が変位したような場合でも的確に検出すること
ができる。

【００１４】請求項２に対応する発明は、請求項１に対
応する発明の監視装置において、前記データ処理手段は
各測定ポイント毎の地盤および又は積雪部の移動量を平
均化処理し、その平均値が所定値を超えるとアラーム信
号を出力する機能を有するものである。

【００１５】請求項３に対応する発明は、請求項１又は
請求項２に対応する発明の監視装置において、前記デー
タ処理手段は各測定ポイント毎の地盤および又は積雪部
の移動量をもとにその方向と大きさを求めてベクトル処
理し、そのベクトルに基いて等移動量線表示信号を出力
する機能を有するものである。

【００１６】請求項４に対応する発明は、請求項３に対
応する発明の監視装置において、前記データ処理手段は
等移動量線表示信号と各測定ポイント毎の地盤および又
は積雪部の移動量をもとに求められた全体の変化及び方
向を地図上にマッピング処理する機能を有するものであ
る。

【００１７】従って、請求項２乃至請求項４に対応する
発明の監視装置にあっては、上記請求項１の作用効果に
加えて、地盤や積雪部、あるいは地盤および積雪部が安
定状態なのか、すべりが加速状態で危険な状態なのかを
アラームや視角を通して的確に判別することができる。

【００１８】請求項５に対応する発明は、請求項１に対
応する発明の監視装置において、ジャイロ式の検出器は
駆動電源として太陽電池を備えたものである。

【００１９】従って、請求項５に対応する発明の監視装
置にあっては、上記請求項１の作用効果に加えて、太陽
電池を電源としているので低消費電力で済み、寿命が半
永久的でメインテナンスフリー化を図ることができる。

【００２０】請求項６に対応する発明は、請求項１に対
応する発明の監視装置において、地中および又は積雪部
に適宜の距離を存してそれぞれ埋設される複数個のジャ
イロ式の検出器はマトリクス状に配置されるものであ
る。

【００２１】従って、請求項６に対応する発明の地盤及
び雪崩監視装置にあっては、上記請求項１の作用効果に
加えて、地盤の力の方向、移動量、加速度が層全体とし
て検出できる。

【００２２】請求項７に対応する発明は、請求項１に対
応する発明の監視装置において、積雪部に埋設されるジ
ャイロ式の検出器は複数個の筒部を連結した筒体で構成
され、その最上部の筒部を降雪量に応じて伸縮自在に調
整可能にしたものである。

【００２３】従って、請求項７に対応する発明の監視装
置にあっては、上記請求項１の作用効果に加えて、軸方
向の歪み量と積雪との関係を予め試験により求めておけ
ば、積雪量も検出することができる。

【００２４】請求項８に対応する発明は、請求項１に対
応する発明の監視装置において、地中および又は積雪部
に適宜の距離を存してそれぞれ埋設される複数個のジャ
イロ式の検出器は線状に配置され、先端とデータ処理手
段との間に設置された検出器はその先の検出器のデータ
を受信し、自らの検出データとともに次の検出器あるい
はデータ処理手段へ発信する機能を有するものである。

【００２５】従って、請求項８に対応する発明の監視装
置にあっては、上記請求項１の作用効果に加えて、線状
に広がる監視地域に対して低出力の少数の検出器で効果
的な監視を行うことができる。

【００２６】

【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態を図面を
参照して説明する。

【００２７】図１は本発明による監視装置に用いられる
検出器の構成例を示すものである。

【００２８】図１において、１は地中に埋設される筒体
で、この筒体１は地中への埋設深さに応じて適宜長さの
筒部１ａを複数本連結したもので、この筒体１内には検
出部として３次元ソリッド型ジャイロ２が設けられ、支
持板３を介して筒体１の内壁面に取付け固定されてい
る。また、この筒体１内には３次元ソリッド型ジャイロ
２を駆動するためのバッテリ４及びジャイロ２より出力
される検出信号を増幅して演算する演算部５が設けられ
ている。

【００２９】一方、６は筒体１の上部開口部を閉塞する
蓋体で、この蓋体６の上面にはバッテリ４の充電用電源
として太陽電池７が取付けられている。また、蓋体６に
は演算部５で処理された検出信号を図示しない基地局に
送信する送信アンテナ８が取付けられている。

【００３０】上記ジャイロ２は図２に示すように三角柱
２ａの各側面に３軸方向の外力を検出する圧電素子２ｂ
がそれぞれ取付けられ、各圧電素子２ｂに加速度αが加
わると、その加速度に応じた大きさの電圧を発生するも
のであり、この電圧は演算部５に入力される。

【００３１】ここで、演算部５の機能について図３によ
り述べる。

【００３２】各圧電素子２ｂより加速度αに応じて発生
する電圧が入力されると、この電圧信号はアンプにより
演算処理に適した信号レベルに増幅され、その電圧信号
を基に演算を実行して加速度を求め、これらの値から変
位の大きさ、方向、衝撃力、検出器の姿勢を判別する。

【００３３】なお、上記では検出部として設けられたジ
ャイロ２の構成として圧電素子を用いたが、半導体歪み
センサーを用いてもよい。

【００３４】次にこのような構成および機能を有する検
出器を用いた地盤監視装置について説明する。

【００３５】まず、土砂崩れの可能性のある山間部など
の地中に検出器を適宜の距離を存して図４に示すように
マトリクス状にそれぞれ配し、図５に示すような状態で
埋設する。

【００３６】一方、図６は各検出器で検出された変位の
大きさ及び方向、衝撃力、検出器の姿勢などのデータを
基地局に伝送し、特定範囲の地盤の状態を監視するため
のシステム構成を示すブロック図である。

【００３７】図６（ａ）において、各検出器側はジャイ
ロ２、演算部５及び送信部（送信アンテナ）８から構成
され、基地局側は受信部９及びデータ処理部１０から構
成されている。

【００３８】基地局側のデータ処理部１０は、図６
（ｂ）に示すように各検出器による測定毎のデータを整
理するデータ整理部１０ａ、このデータ整理部１０ａで
整理されたデータに基いて各測定ポイント毎の移動量を
求める演算部１０ｂ、この演算部１０ｂで求められた移
動量の平均を求め、その平均値が所定の基準より大きい
ときアラーム１０ｄを起動する平均化処理部１０ｃ、演
算部１０ｂで求めた移動量をもとに変位の大きさ、方向
を判別する判別部１０ｅ、この判別部１０ｅで判別され
た変位の大きさ、方向に基づいてベクト処理するベクト
ル処理部１０ｆ、ベクトル処理された各ポイントのベク
トルに基いて等移動線を表示する表示手段１０ｇ、この
表示手段１０ｇにより表示された等移動線と判別部１０
ｅで判別された変位の大きさ、方向に基いてマッピング
処理するマッピング処理部１０ｈから構成されている。

【００３９】次に上記のような構成の地盤監視装置の作
用を述べる。

【００４０】まず、各検出器からのデータを基地局に伝
送する手段としてはマイクロ波による通信手段やＰＨＳ
回線を利用した通信手段などが考えられるが、何ずれに
しても各検出器で検出された３軸の加速度、傾きを示す
データを無線により伝送可能なものであればよい。

【００４１】いま、図４に示すようにマトリクス状に配
置された各検出器において、地盤の各測定ポイントで図
示矢印方向と大きさの変位が発生しているものとすれ
ば、ソリッド型３次元ジャイロ２及び演算部５により加
速度とその検出器自身の傾きとを検出し、これらのデー
タは送信アンテナ８より基地局に伝送される。

【００４２】基地局では、図６に示すように各検出器か
ら伝送されたデータを受信すると、データ処理部１０で
はデータ整理部１０ａにより各測定ポイン毎に３軸に対
応する加速度及び傾きデータを整理し、演算部１０ｂに
て各測定ポイン毎の移動量を求める。そして、この演算
部１０ｂで求められた各測定ポイン毎の移動量を平均化
処理部１０ｃにより平均化処理してその値が所定値を超
えるとアラーム１０ｄを発生して土砂崩れの可能性が高
いことを報知する。

【００４３】一方、判別部１０ｅにおいては、各測定ポ
イン毎の移動量の方向と大きさを判別してマッピング処
理部１０ｈに与えると共に、これらはベクトル処理部１
０ｆでベクトル処理され、等移動線表示部１０ｇにて等
移動線表示信号としてマッピング処理部１０ｈに加えら
れる。

【００４４】このマッピング処理部１０ｈでは、等移動
線表示信号により全体の変化と等移動線よりポイントを
検出し、また各測定ポイン毎の移動量の方向と大きさか
ら全体の変化と方向を地図上にマッピング処理して地盤
の変位状態を観測する。

【００４５】このように本実施の形態では、圧電素子や
半導体歪みセンサーを用いたソリッド型３次元ジャイロ
２と演算部５及び太陽電池７を電源とするバッテリ４と
を備え、且つ変位の大きさ、方向、衝撃力、検出器自身
の姿勢が検出可能な可動部を持たない検出器を監視した
い箇所の地中にボーリングされた孔に埋設し、この検出
器により検出されたデータを無線により基地局に伝送
し、基地局ではその受信データをデータ処理部１０によ
りリアルタイムで処理して各測定ポイント毎の移動量を
求め、この移動量を地図上にモニタリングして地盤の状
態を監視するようにしたものである。

【００４６】従って、山間部などの広範囲に亘る多数の
箇所に孔を掘って検出器を埋めるだけで、電源ケーブル
や、通信ケーブルなどの設置が不要となるので、検出器
を簡便に設置することができる。

【００４７】また、検出器にソリッド型３次元ジャイロ
２を使用しているので、可動部分がなく、且つ太陽電池
を電源としているので低消費電力で済み、寿命が半永久
的でメインテナンスフリー化を図ることができる。

【００４８】さらに、各検出器を図４に示すようにマト
リクス状に配置すれば、地盤の変位の方向、移動量、加
速度が層全体として検出でき、しかも層の移動加速度を
検出できるので、基地局では各ジャイロ２から無線によ
り伝送されてくる測定データを処理して各測定ポイント
毎の移動量を求めると共に、その移動量の平均値を求
め、この平均値が所定値を超えるとアラームを出した
り、また各測定ポイント毎の移動量の方向と大きさを判
別してベクトル化処理し、そのベクトルをもとに等移動
線表示すると共にマッピング処理により全体の変化と等
移動線よりポイントを検出し、また各測定ポイン毎の移
動量の方向と大きさから全体の変化と方向を地図上にマ
ッピング処理して地盤の変位状態を観測することによ
り、地盤が安定状態なのか、すべりが加速状態で危険な
状態なのかを判別できる。

【００４９】ここで、上記実施の形態において、検出器
を設置する場所は多岐にわたり、人や動物が検出器の近
傍を通過したり、接触したりする可能性があり、このよ
うな場合には検出器が異常を誤検出してしまう可能性が
ある。

【００５０】そこで、検出器による誤検出の防止対策と
しては、次のような手段を講じることで対応できる。

【００５１】（１）検出器の検出値が大きく変化した場
合、基地局側のデータ処理部において、一定時間（例え
ば５分間程度）データをサンプリングし、さらに継続す
る場合は地盤に異常があると判断する。

【００５２】（２）検出器の検出値が変化した場合、基
地局側のデータ処理部において、同じ程度の値が何回連
続して検出されたかをカウントし、一定回数（例えば３
回）以上の場合は地盤に異常があると判断する。

【００５３】（３）検出器が一定以上の衝撃値（Ｇ値）
を検出した場合には、検出回数が少なくとも、落石など
の異常として検出する。

【００５４】なお、上記機能は予め検出器の中に組込む
ことも可能であり、このようにしておけば、基地局側の
データ処理部において、モニタリング装置の簡素化が可
能である。

【００５５】上記実施の形態では、ソリッド型３次元ジ
ャイロ２を図５に示すように筒体１内に１段構成として
設けた検出器を地中に埋設したが、筒体１内の上部及び
下部にソリッド型３次元ジャイロ２を２段構成として設
けた検出器を地中に埋設することにより、表層部と浅深
部との層間すべりも検出することができる。

【００５６】また、上記実施の形態では、地盤の変位を
検出して土砂崩れなどを観測する場合について述べた
が、前述同様の検出器により積雪地域における積雪状態
を検出して雪崩の発生の有無を監視する場合にも適用す
ることができる。

【００５７】図７は積雪地域に埋設される検出器の状態
を示すものである。

【００５８】この検出器は、図７に示すように複数個の
筒部１ａを連結する場合、最上部の筒部１ｂを上下方向
に伸縮可能な構成としておき、この筒部１ｂを降雪量に
応じてその長さを調整して設置する。この場合、軸方向
の歪み量と積雪との関係を予め試験により求めておけ
ば、積雪量も検出可能である。

【００５９】なお、上記実施の形態では、検出器内に３
次元ソリッド型ジャイロとして圧電素子や光半導体を用
いる場合について述べたが、光ファイバー方式のセンサ
を用いたものであっても良い。

【００６０】また、河川や鉄道沿いのように監視すべき
地域が線状に延びている場合には、基地局に対して複数
個の検出器を適宜の間隔を存して線状に配設し、途中の
検出器を介して検出データを逐次転送可能にすることに
より、低出力の少数の検出器で効果的な監視を行うこと
ができる。

【００６１】さらに、検出器を耐水型とし、電源として
二次電池を用い、データ転送を有線で行うようにすれ
ば、川床、海底等の地盤監視を行うことができる。

【００６２】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、地中
への埋設が簡単且つ容易で、しかも地盤や積雪部全体に
変位がある場合でも的確に検出可能な検出器を用いて、
地盤における土砂崩れや積雪地域における雪崩等の災害
の発生を事前に予知することができる監視装置を提供で
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による監視装置の実施の形態における検
出器の要部を破断して示す構成図。

【図２】同実施の形態における検出器内に検出部として
設けられる圧電素子を用いた３次元ソリッド型ジャイロ
の構成例を示す斜視図。

【図３】同実施の形態における検出器内に設けられる演
算部の機能を説明するためのブロック図。

【図４】同実施の形態における検出器をマトリクス状に
配置した状態を示す図。

【図５】同実施の形態における検出器を地中に埋設した
状態を示す図。

【図６】本発明による監視装置の実施の形態のデータ処
理機能を説明するためのブロック図。

【図７】本発明による監視装置の実施の形態における検
出器を積雪部に埋設した状態を示す図。

【符号の説明】

１……筒体 １ａ，１ｂ……筒部 ２……３次元ソリッド型ジャイロ ２ａ……三角柱 ２ｂ……圧電素子 ３……支持板 ４……バッテリ ５……演算部 ６……蓋体 ７……太陽電池 ８……送信アンテナ ９……受信部 １０……データ処理部 １０ａ……データ整理部 １０ｂ……演算部 １０ｃ……平均化処理部 １０ｄ……アラーム １０ｅ……判別部 １０ｆ……ベクトル処理部 １０ｇ……表示手段 １０ｈ……マッピング処理部

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 観測範囲となる地中および又は積雪部に
   適宜の距離を存してそれぞれ埋設され、地盤および又は
   積雪部の変位により外力が加わるとその大きさ及び方向
   と検出部自身の傾きから衝撃的加速度を検出し、その検
   出データを無線により伝送可能な複数個のジャイロ式の
   検出器と、 これら各検出器側から伝送される検出データを収集する
   基地局に設けられ、各測定ポイント毎の検出データをリ
   アルタイムで処理して地盤および又は積雪部の移動量を
   求め、この移動量をモニタリングして地盤および又は積
   雪部の状態を監視するデータ処理手段とを備えたことを
   特徴とする監視装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の監視装置において、前記
   データ処理手段は各測定ポイント毎の地盤および又は積
   雪部の移動量を平均化処理し、その平均値が所定値を超
   えるとアラーム信号を出力する機能を有することを特徴
   とする監視装置。
3. 【請求項３】 請求項１又は請求項２記載の監視装置に
   おいて、前記データ処理手段は各測定ポイント毎の地盤
   および又は積雪部の移動量をもとにその方向と大きさを
   求めてベクトル処理し、そのベクトルに基いて等移動量
   線表示信号を出力する機能を有することを特徴とする監
   視装置。
4. 【請求項４】 請求項３記載の監視装置において、前記
   データ処理手段は等移動量線表示信号と各測定ポイント
   毎の地盤および又は積雪部の移動量をもとに求められた
   全体の変化及び方向を地図上にマッピング処理する機能
   を有することを特徴とする監視装置。
5. 【請求項５】 請求項１記載の監視装置において、ジャ
   イロ式の検出器は駆動電源として太陽電池を備えたこと
   を特徴とする監視装置。
6. 【請求項６】 請求項１記載の監視装置において、地中
   および又は積雪部に適宜の距離を存してそれぞれ埋設さ
   れる複数個のジャイロ式の検出器はマトリクス状に配置
   されることを特徴とする監視装置。
7. 【請求項７】 請求項１記載の監視装置において、積雪
   部に埋設されるジャイロ式の検出器は複数個の筒部を連
   結した筒体で構成され、その最上部の筒部を降雪量に応
   じて伸縮自在に調整可能にしたことを特徴とする監視装
   置。
8. 【請求項８】 請求項１記載の監視装置において、地中
   および又は積雪部に適宜の距離を存してそれぞれ埋設さ
   れる複数個のジャイロ式の検出器は線状に配置され、先
   端とデータ処理手段との間に設置された検出器はその先
   の検出器のデータを受信し、自らの検出データとともに
   次の検出器あるいはデータ処理手段へ発信する機能を有
   することを特徴とする監視装置。