KR100380861B1 - 지학적 변위 검출기 및 이를 사용한 감시 장치 - Google Patents

Abstract

관측 범위가 되는 지반 및 또는 적설부에 적당한 거리를 두고 복수의 검출기가 매설된다. 당해 복수의 검출기의 각각은, 지반 및 또는 적설부의 변위에 의해 외력이 가해지면 그 크기 및 방향과 검출부 자체의 경사로부터 충격적 가속도를 검출하는 자이로 센서와, 그 검출 데이터를 전송하는 송신부를 구비하고 있다. 기지국에서는 이들 복수의 검출기로부터 전송되는 검출 데이터를 수집하고, 각 측정 포인트마다의 검출 데이터를 실시간으로 처리하여 지반 및 또는 적설부의 이동량을 구하고, 이 이동량을 기초로 지반 및 또는 적설부의 상태를 판단한다.

Description

지학적 변위 검출기 및 이를 사용한 감시 장치 {GEOGRAPHICAL DISPLACEMENT SENSING UNIT AND MONITORING APPARATUS USING THE SAME}

본 발명은 지반이나 적설부의 변위, 지중의 수위 등의 지학적 변위를 검출하는 검출기 및 이를 사용하여 사태나 눈사태 등을 감시하는 감시 장치에 관한 것이다.

큰 비 등에 의해 지반아 느슨해짐에 따라 발생하는 토사 붕괴나, 적설지역에 있어서의 눈사태 등의 재해 발생을 사전에 예지(豫知) 가능한 시스템의 개발이 급선무로 되어 있다.

종래 지반의 느슨해짐 등을 검출하는 수단으로서는, 지상에 와이어를 펼쳐 설치하여 두고, 이 와이어가 지반의 변동으로 절단된 것을 가지고 검지하도록 한 것이 있다. 그러나, 이 방식은 광범위에 걸쳐 와이어를 펼쳐 설치하지 않으면 안되므로, 많은 수고와 시간이 걸릴 뿐만 아니라, 지반의 변위 장소나 변위 방향을 특정하기 어렵고, 나아가 그 변위 정도를 예측할 수 없다고 하는 문제가 있다.

그래서, 최근에는 여러 가지의 측정계를 사용한 지반 검출기가 개발되고, 그 일예로서 추를 스프링을 통해 수평으로 케이스에 지지하도록 한 서보 경사계나 파이프 왜계(歪計)를 사용하여 지반의 변위나 사태면의 깊이 및 미끄럼량을 추정하도록 한 것이 있다.

상기 서보 경사계에 의한 지반 검출기는, 지중에 설치된 보링공에 파이프를 매설하는 동시에, 이 파이프 내에 서보 경사계를 감아 올리는 것이 가능하게 다단적으로 삽입하고, 이들 서보 경사계의 감아올리기를 행하면서 스프링의 변위에 의해 경사각을 연속적으로 자동계측하도록 했으므로, 측방 변위를 측정함으로써 지반이나 연속지중벽의 변위, 즉 사태 등의 계측이 가능하다.

또, 파이프 왜계에 의한 지반 검출기는 지중에 설치된 보링공에 적당한 부위에 왜곡 게이지를 첨부한 다수의 염화 비닐 파이프를 중간 파이프로 이어 늘이면서 수직으로 차례로 삽입하고, 그 주위에 모래를 충전하여 고정하도록 한 것으로, 심도(深度)마다 각 염화 비닐 파이프를 검출기로서 차례로 전환하여 왜곡량을 측정함으로써, 그 양으로부터 미끄럼의 크기와 깊이가 추정 가능하다.

그러나, 이와 같은 측정계를 사용한 지반 검출기에서는, 사태 붕괴 등의 우려가 있는 장소에 다수의 측정계를 설치하지 않으면 안되므로, 그 설치 작업에 많은 수고와 시간이 걸린다. 특히, 각 개소에 설치된 지반 검출기 간을 전원 케이블이나 통신 케이블에 의해 접속하지 않으면 안된다.

또, 전자의 서보 경사계에 의한 지반 검출기의 경우에는, 가동부(可動部)가 필요해 지므로, 전체를 차지하는 스페이스가 커지고, 후자의 파이프 왜계에 의한 지반 검출기의 경우에는, 염화 비닐 파이프를 중간 파이프로 이어 늘이면서 수직으로 차례로 삽입하고, 그 주위에 모래를 충전하지 않으면 안되므로, 산간부 등 광범위에 걸쳐 다수 설치하는 것은 곤란하다.

또한, 상기 서보 경사계나 파이프 왜계를 사용한 지반 검출기에 있어서는, 지반의 측방 변위나 왜곡량의 계측은 가능하지만, 매설된 개개의 지반 검출기 자체의 위치를 검출할 수 없으므로, 지반 전체가 변위된 경우에는 검출할 수 없다.

그러므로, 지중에의 매설이 간단 또한 용이하고, 나아가 지반 또는 적설부 전체에 변위가 있는 경우라도 정확하게 검출 가능한 검출기를 사용하여, 지반에 있어서의 토사 붕괴나 적설지역에 있어서의 눈사태 등의 재해 발생을 사전에 예지할 수 있는 감시 장치 및 그것에 사용되는 검출기의 실현이 바람직하다.

또한, 지반의 변위를 설치장소에 좌우되지 않고 정확하게 검출할 수 있어, 지반에 있어서의 토사 붕괴 등의 재해 발생을 사전에 예지할 수 있는 지반 감시 장치 및 그것에 사용되는 검출기의 실현이 바람직하다.

그런데, 전술한 바와 같은 지반에 있어서의 토사 붕괴 등의 재해 발생을 사전에 예지하는 한 수단으로서, 예를 들면 산간부나 경사지에서의 강우의 침투 수위를 계측하거나, 지중에서의 수맥의 위치와 수맥으로부터의 침투상황을 계측하거나 하는 지중 수위 검출기를 사용하는 것이 고려된다. 이 지중 수위 검출기의 구성의 일예를 도 1에 나타냈다.

도 1에 있어서, (21)은 지면에 박아 넣어진 기초 콘크리트로, 이 기초 콘크리트(21)에는 지표측으로부터 지중으로 뚫리는 관통공이 형성되어 있다. 또, (22)는 기초 콘크리트(21)의 관통공을 통해 지중에 매설되는 통체로, 이 통체(22)는 지중에의 매설 깊이에 따라 적당한 길이로 변경되는 것으로, 이 축 방향에 따라 통체 내외를 관통하는 복수의 구멍이 형성되어 있다.

또, (23)은 기초 콘크리트(21) 상에 통체(22)를 중앙부로 하여 설치된 케이스로, 이 케이스(23) 내의 상단부에는 플로트 구동장치(24)가 설치되어 있다. 이 플로트 구동장치(24)는 선단에 플로트(25)가 부착된 와이어(26)를 통체(22) 내를 통해 연직(鉛直) 방향으로 이동 가능하게 지지하고, 통체(22) 내의 하부에 고이는 수위에 따라 플로트(25)가 상하동함으로써 와이어(26)를 감아 올리고 또는 감아 내리는 것이다.

또한, 케이스(23) 내의 하단부에는 플로트 구동장치(24)에 의해 감아 올리고 또는 감아 내리는 와이어(26)의 이동량으로부터 통체(22) 내의 바닥부에 고인 수위를 계측하는 계측기(27)와, 이 계측기(27)로 계측된 데이터를 지중에 매설된 출력 케이블(28)을 통해 도시하지 않은 기지국으로 전송하는 송신기(29)가 설치되어 있다.

이와 같은 구성의 지중 수위 검출기에 있어서, 강우 등으로 지표에 내리 쏟아진 빗물 등이 지중에 침투하면, 이 물은 통체(22)의 축 방향으로 가지는 구멍을 통해 통체(22) 내의 바닥부에 고인다. 이 통체(22) 내의 바닥부에 고인 수위는 계측기(27)에 의해 플로트(25)의 상하동에 따라 감아 올리고 또는 감아 내려지는 와이어(26)의 이동량으로부터 계측된다.

그러나, 이와 같은 지중 수위 검출기에서는 통체(22)의 바닥부에 고인 물만 계측할 수 있어, 어느 깊이의 지층으로부터 어느 정도의 물이 나오고 있는가를 판별할 수 없다고 하는 문제가 있다.

특히, 경사지 등의 사태지대에서는, 강우 등으로 지표에 내리 쏟아진 비 등이 어느 정도 지중에 침투하고, 또한 사태를 일으키기 쉬운 지층까지 빗물이 침투되어 있는지 여부를 계측할 수 있는 것이 중요하지만, 종래의 플로트 방식에 의한 수위 검출기에서는, 상 중 하층의 모든 지층으로부터 나온 물이 하부에 고이고, 이 수위를 계측하므로, 어느 깊이의 지층으로부터 얼마 만큼의 물이 나왔는가를 계측할 수 없어, 사태에 대하여 사전에 유효한 예측을 할 수 없는 것이 현상이다.

또, 플로트방식에 의한 수위 검출기에서는 플로트(25)가 삽입되어 있는 통체(22)에 변형이 생겨, 플로트(25)가 통체(22)의 내벽과 접촉하면, 플로트(25)의 상하동이 저해되어 수위의 정확한 계측이 곤란하게 된다는 문제도 있다.

또한, 설치 시에는 플로트(25)가 내벽에 접촉하지 않도록 연직 방향으로 정밀도 양호하게 보링할 필요가 있지만, 깊이가 수십m나 달할 때는 곤란하게 된다.

그러므로, 지중의 고함수(高含水) 지층의 위치와 그 크기를 고정밀도로 계측할 수 있는 지중 수위 검출기의 실현이 바람직하다.

한편, 눈사태를 검출하는 수단으로서는, 종래 눈사태가 발생하기 쉬운 장소에 적당한 간격을 두고 복수개의 지주(支柱)를 매설하고, 이들 각 지주의 적정 높이 위치 사이에 있는 저항을 가지는 와이어를 펼쳐 설치하여 항상 통전(通電) 상태로 해 두고, 눈사태에 의해 와이어가 단선됨으로써 변화하는 저항치를 검출하고, 이를 기지국에 유선에 의해 전송함으로써 눈사태의 발생을 검지하도록 하고 있다.

그러나, 이와 같은 눈사태 감시 시스템에 있어서는, 광범위에 걸쳐 와이어를 펼쳐 설치하지 않으면 안되므로, 많은 수고와 시간이 걸릴 뿐만 아니라, 눈사태의 발생 개소를 특정하는 것이 어렵고, 나아가 그 규모를 예측할 수 없다고 하는 문제가 있다.

또, 적설층의 이동 시에 지주 자체가 큰 하중에 의해 휨이 생기면, 지주가 손상되거나, 절곡(折曲)된 채의 상태로 되므로, 해빙 후에 일손에 의해 그 지주의 복윈이나 교환을 행하지 않으면 안된다.

또한, 지주 자체는 각각 기초에 부착되어 있지 않으므로, 눈사태가 발생한 경우에는 지주도 눈과 함께 흘러가 버리는 문제가 있다.

그러므로, 눈사태의 발생 개소와 그 규모의 특정을 행할 수 있는 동시에, 검출기가 눈의 중량이나 이동에 의해 휘더라도 해빙 후에 자동적으로 원래의 위치로 복귀시킬 수 있는 눈사태 감시 장치 및 그것에 사용되는 검출기의 실현이 바람직하다.

따라서, 본 발명의 목적은, 지중에의 매설이 간단 또한 용이하고, 나아가 지반 또는 적설부 전체에 변위가 있는 경우라도 정확하게 검출 가능한 검출기를 사용하여, 지반에 있어서의 토사 붕괴나 적설지역에 있어서의 눈사태 등의 재해 발생을 사전에 예지할 수 있는 감시 장치 및 그것에 사용되는 검출기를 제공하는 것에 있다.

또, 본 발명의 다른 목적은, 지반의 변위를 설치장소에 좌우되지 않고 정확하게 검출할 수 있어, 지반에 있어서의 토사 붕괴 등의 재해 발생을 사전에 예지할 수 있는 지반 감시 장치 및 그것에 사용되는 검출기를 제공하는 것에 있다.

또, 본 발명의 또 다른 목적은, 지중의 고함수 지층의 위치와 그 크기를 고정밀도로 계측할 수 있는 지중 수위 검출기를 제공하는 것에 있다.

또, 본 발명의 또 다른 목적은, 눈사태의 발생 개소와 그 규모의 특정을 행할 수 있는 동시에, 검출기가 눈의 중량이나 이동에 의해 휘더라도 해빙 후에 자동적으로 원래의 위치로 복귀시킬 수 있는 눈사태 감시 장치 및 그것에 사용되는 검출기를 제공하는 것에 있다.

본 발명의 한 관점에 의하면, 지반 중 또는 적설부 중에 매설되는 통부(筒部); 상기 통부에 있어서 상기 지학적 변위가 발생할 수 있는 대상 중의 소정 위치에 고정적으로 설치되어, 이 지학적 변위를 검출하는 센서 수단; 상기 센서 수단으로부터의 변위 정보를 전기 신호로 변환하는 연산 수단; 상기 연산 수단으로부터의 전기 신호를 소정 국(局)에 무선으로 송신하는 송신 수단; 그리고 상기 센서 수단, 연산 수단, 및 송신 수단의 구동원으로서 사용되는 배터리로서 이루어지는 지학적 변위를 검출하는 검출기가 제공된다.

또, 본 발명의 다른 관점에 의하면, 관측 범위가 되는 지반 및 또는 적설부에 적당한 거리를 두고 매설되는 복수의 검출기로서, 당해 복수의 검출기의 각각은 지반 및 또는 적설부의 변위에 의해 외력이 가해지면 그 크기 및 방향과 검출부 자체의 경사로부터 충격적 가속도를 검출하는 자이로 센서와, 그 검출 데이터를 전송하는 송신부를 구비하고 있는 검출기; 그리고 상기 복수의 검출기로부터 전송되는 검출 데이터를 수집하는 기지국에 설치되고, 각 측정 포인트마다의 검출 데이터를 실시간으로 처리하여 지반 및 또는 적설부의 이동량을 구하고, 이 이동량을 기초로 지반 및 또는 적설부의 상태를 판정하기 위한 데이터를 구하는 데이터 처리 수단으로 이루어지는 감시 장치가 제공된다.

또, 본 발명의 또 다른 관점에 의하면, 관측 범위가 되는 지반에 적당한 거리를 두고 매설되는 복수의 검출기로서, 당해 복수의 검출기의 각각은 이 검출기의 길이 방향으로 적당한 간격을 두고 설치된, 흙속의 수분을 전기 신호로서 검출하는 복수의 수위 검출계를 구비하고 있으며, 그 전기 신호가 변화하고 있는 수위 검출계까지의 위치를 흙속의 침투수의 수위로서 판별하는 검출기; 상기 복수의 검출기로부터 전송되는 검출 데이터를 수집하는 기지국에 설치되고, 각 측정 포인트마다의 검출 데이터를 실시간으로 처리하여 기준 수위와 비교하는 데이터 처리 수단; 그리고 상기 데이터 처리 수단에서의 비교 데이터에 따라 지반의 상태를 판정하는 판정 수단으로 이루어지는 지반 감시 장치가 제공된다.

또, 본 발명의 또 다른 관점에 의하면, 관측 범위가 되는 지반에 적당한 거리를 두고 매설되는 복수의 검출기로서, 당해 복수의 검출기의 각각은, 지반의 변위에 의해 외력이 가해지면 그 크기 및 방향과 검출부 자체의 경사로부터 충격적 가속도를 검출하는 자이로 센서와, 이 검출기의 길이 방향으로 적당한 간격을 두고 설치된, 흙속 또는 흙속 및 지상의 수위를 검출하는 복수의 수위 검출계와, 상기 자이로 센서에 의해 검출된 가속도치 및 상기 수위 검출계에 의해 검출된 수위 데이터를 연산 처리하는 연산부를 구비하고 있는 검출기; 상기 복수의 검출기로부터 전송되는 검출 데이터를 수집하는 기지국에 설치되고, 각 측정 포인트마다의 검출 데이터를 실시간으로 처리하여 각 측정 포인트마다의 기준 가속도치를 초과한 데이터와, 기준 수위를 초과한 데이터 또는 기준 수위를 초과한 데이터와 지상의 수위 데이터를 구하는 데이터 처리 수단; 그리고 상기 데이터 처리 수단으로 처리된 데이터를 기초로 사태의 발생 원인과 그 규모를 판정하는 판정 수단으로 이루어지는 지반 감시 장치가 제공된다.

또, 본 발명의 또 다른 관점에 의하면, 관측 범위가 되는 지반에 적당한 거리를 두고 매설되는 복수의 검출기로서, 당해 복수의 검출기의 각각은, 직교하는 2축의 경사각과 경사 방향을 검출하는 2축의 경사계와, 이 검출기의 길이 방향으로 적당한 간격을 두고 설치된, 흙속 또는 흙속 및 지상의 수위를 검출하는 복수의 수위 검출계와, 상기 경사계의 각도치, 상기 경사계의 데이터 및 수위 데이터를 연산 처리하는 연산부를 구비하고 있는 검출기; 상기 복수의 검출부로부터 전송되는 검출 데이터를 수집하는 기지국에 설치되고, 각 측정 포인트마다의 검출 데이터를 실시간으로 처리하여 각 측정 포인트마다의 기준 경사각을 초과한 데이터와, 기준 수위를 초과한 데이터 또는 기준 수위를 초과한 데이터 및 지상의 수위 데이터를 구하는 데이터 처리 수단; 그리고 상기 데이터 처리 수단으로 처리된 데이터를 기초로 사태의 발생 요인과 그 규모를 판정하는 판정 수단으로 이루어지는 지반 감시 장치가 제공된다.

또, 본 발명의 또 다른 관점에 의하면, 관측 범위가 되는 지반에 적당한 거리를 두고 매설되는 복수의 검출기로서, 당해 복수의 검출기의 각각은, 지반의 변위에 의해 외력이 가해지면 그 크기 및 방향과 검출부 자체의 경사로부터 충격적 가속도를 검출하는 자이로 센서와, 직교하는 2축의 경사각과 경사 방향을 검출하는 2축의 경사계와, 이 검출계의 길이 방향으로 적당한 간격을 두고 설치된, 흙속 또는 흙속 및 지상의 수위를 검출하는 복수의 수위 검출계와, 상기 자이로 센서의 각도치를 상기 경사계의 각도치에 따라 보정된 가속도치, 상기 경사계의 데이터 및 수위 데이터를 연산 처리하는 연산부를 구비하고 있는 검출기; 상기 복수의 검출기로부터 전송되는 검출 데이터를 수집하는 기지국에 설치되고, 각 측정 포인트마다의 검출 데이터를 실시간으로 처리하여 각 측정 포인트마다의 기준 가속도치를 초과한 데이터 중, 기준 경사각을 초과한 데이터와, 기준 수위를 초과한 데이터 또는 기준 수위를 초과한 데이터 및 지상의 수위 데이터를 구하는 데이터 처리 수단; 그리고 상기 데이터 처리 수단으로 처리된 데이터를 기초로 사태의 발생 요인과 그 규모를 판정하는 판정 수단으로 이루어지는 지반 감시 장치가 제공된다.

또, 본 발명의 또 다른 관점에 의하면, 지반에 매설되고, 주위면부에 지중의 고함수층(高含水層)으로부터 침투하는 물이 저류(貯溜)되는 복수의 공간부가 축 방향으로 적당한 간격을 두고 설치되는 통체; 그리고 상기 복수의 공간부에 저류되는 물을 전기 신호로서 각각 검출하는 복수의 수위 센서로 이루어지는 지중 수위 검출기가 제공된다.

또, 본 발명의 또 다른 관점에 의하면, 지반에 매설되고, 내통(內筒)과 다공질의 외통(外筒)으로 이루어지는 2중 구조의 통체; 상기 내통과 외통과의 사이에 축 방향으로 적당한 간격을 두고 설치된 복수의 간막이판에 의해 형성되는 복수의 작은 방; 그리고 지중의 고함수층으로부터 상기 외통을 통해 상기 복수의 작은 방으로 침투하는 물을 전기 신호로서 각각 검출하는 복수의 수위 센서로 이루어지는 지중 수위 검출기가 제공된다.

또, 본 발명의 또 다른 관점에 의하면, 지반에 매설되는 두꺼운 통체에 축 방향으로 적당한 간격을 두고, 또한 동일 주위면 상에 형성되는 복수의 구멍; 그리고 상기 복수의 구멍에 지중의 고함수층으로부터 침입하는 물을 전기 신호로서 각각 검출하는 복수의 수위 센서로 이루어지는 지중 수위 검출기가 제공된다.

또, 본 발명의 또 다른 관점에 의하면, 관측 범위가 되는 적설부에 적당한 거리를 두고 매설되는 복수의 검출기로서, 당해 복수의 검출기의 각각은, 적설층의 변위에 의해 외력이 가해지면 그 크기 및 방향과 검출부 자체의 경사로부터 충격적 가속도를 검출하는 자이로 센서와, 이 검출기의 길이 방향으로 적당한 간격을 두고 설치된, 적설층의 각 깊이에 있어서의 온도를 검출하는 복수의 온도계와, 상기 자이로 센서에 의해 검출된 가속도치 및 상기 각 온도계에 의해 검출된 온도 데이터를 연산 처리하는 연산부를 구비하고 있는 검출기; 상기 복수의 검출기로부터 전송되는 검출 데이터를 수집하는 기지국에 설치되고, 각 측정 포인트마다의 검출 데이터를 실시간으로 처리하여 각 측정 포인트마다의 기준 가속도치를 초과한 데이터와 기준 온도를 초과한 데이터를 구하는 데이터 처리 수단; 그리고 상기 데이터 처리 수단으로 처리된 데이터를 기초로 눈사태 발생의 가능성 또는 눈사태 발생의 유무와 그 규모를 판정하는 판정 수단으로 이루어지는 눈사태 감시 장치가 제공된다.

또, 본 발명의 또 다른 관점에 의하면, 관측 범위가 되는 적설부에 적당한 거리를 두고 매설되는 복수의 검출기로서, 당해 복수의 검출기의 각각은, 적설층의 변위에 의해 외력이 가해지면 그 크기 및 방향과 검출부 자체의 경사로부터 충격적 가속도를 검출하는 자이로 센서와, 직교하는 2축의 경사각과 경사 방향을 검출하는 2축의 경사계와, 이 검출기의 길이 방향으로 적당한 간격을 두고 설치된, 적설층의 각 깊이에 있어서의 온도를 검출하는 복수의 온도계와, 상기 자이로 센서의 각도치를 상기 경사계의 각도치에 따라 보정된 가속도치, 상기 경사계의 데이터 및 온도 데이터를 연산 처리하는 연산부를 구비하고 있는 검출기; 상기 복수의 검출기로부터 전송되는 검출 데이터를 수집하는 기지국에 설치되고, 각 측정 포인트마다의 검출 데이터를 실시간으로 처리하여 각 측정 포인트마다의 기준 가속도치를 초과한 데이터 중, 기준 경사각을 초과한 데이터와, 기준 온도를 초과한 데이터를 구하는 데이터 처리 수단; 그리고 상기 데이터 처리 수단으로 처리된 데이터를 기초로 눈사태 발생의 가능성 또는 눈사태 발생의 유무와 그 규모를 판정하는 판정 수단으로 이루어지는 눈사태 감시 장치가 제공된다.

도 1은 종래의 지중(地中) 수위 검출기를 나타낸 구성설명도.

도 2는 본 발명의 제1 실시형태에 관한 감시 장치에서 사용되는 검출기의 요부를 파단(破斷)하여 나타낸 구성도.

도 3 (A) 및 도 3 (B)는 이 실시형태에 있어서의 검출기 내에 검출부로서 설치되는 압전(壓電) 소자를 사용한 3차원 솔리드형 자이로 센서의 구성예를 나타낸 도면.

도 4는 광파이버 자이로 센서의 구성예를 나타낸 도면.

도 5는 링 레이저 자이로 센서의 구성예를 나타낸 도면.

도 6은 이 실시형태에 있어서의 검출기 내에 설치되는 연산부의 기능을 설명하기 위한 블록도.

도 7은 이 실시형태에 있어서의 검출기를 매트릭스형으로 배치한 상태를 나타낸 도면.

도 8은 이 실시형태에 있어서의 검출기를 지중에 매설한 상태를 나타낸 도면.

도 9 (A) 및 도 9(B)는 이 실시형태에 있어서의 데이터 처리 기능을 설명하기 위한 블록도.

도 10은 이 실시형태에 있어서의 검출기를 적설부에 매설한 상태를 나타낸 도면.

도 11은 본 발명의 제2 실시형태에 관한 지반 감시 장치에서 사용되는 검출기의 요부를 파단하여 나타낸 구성도.

도 12는 이 실시형태에 있어서의 검출기 내에 설치되는 자이로 센서, 2축의 경사계 및 수위 검출계로부터의 신호 처리 기능을 설명하기 위한 블록도.

도 13은 이 실시형태에 있어서의 검출기 내에 설치되는 연산부에서의 신호 처리 기능을 설명하기 위한 블록도.

도 14는 이 실시형태의 지반 감시 장치 전체의 데이터 처리계를 나타낸 블록도.

도 15는 도 14의 데이터 처리부의 기능을 설명하기 위한 블록도.

도 16은 이 실시형태에 있어서의 검출기가 산간부(山間部)의 경사면에 따라 배치된 일예를 나타낸 도면.

도 17은 이 실시형태에 있어서의 검출기를 지중에 매설한 상태를 나타낸 도면.

도 18은 도 14의 판정부에서의 제1 판정 처리를 설명하기 위한 플로 차트.

도 19는 동 판정부에서의 제2 판정 처리를 설명하기 위한 플로 차트.

도 20은 동 판정부에서의 제3 판정 처리를 설명하기 위한 플로차트.

도 21 (A)∼도 21 (C)는 본 발명의 제3 실시형태에 관한 지반 감시 장치에서사용되는 검출기를 지중에 매설한 상태를 나타낸 도면.

도 22는 이 실시형태에 있어서의 검출기 내의 수위 검출계로부터의 신호 처리 기능을 설명하기 위한 블록도.

도 23은 동 기지국측의 판정부에서의 판정 처리를 설명하기 위한 플로 차트.

도 24는 본 발명의 제4 실시형태에 관한 지반 감시 장치에서 사용되는 검출기의 신호 처리 기능을 설명하기 위한 블록도.

도 25는 본 발명의 제5 실시형태에 관한 지반 감시 장치에서 사용되는 검출기의 신호 처리 기능을 설명하기 위한 블록도.

도 26은 본 발명의 제6 실시형태에 관한 지중 수위(水位) 검출기의 일예를 나타낸 전체의 구성도.

도 27은 이 실시형태의 통체(筒體)의 상세한 구성을 나타낸 단면도.

도 28 (A)∼도 28 (C)는 이 실시형태에 있어서, 통체 내에 형성된 작은 방에 설치되는 수위 센서의 접속예를 나타낸 도면.

도 29는 이 실시형태에 있어서, 각 수위 센서로부터의 검출 신호에 따른 연산 처리를 설명하기 위한 플로 차트.

도 30은 이 실시형태에 있어서, 강우에 의한 지표로부터의 침투상태에 있을 때의 작용을 설명하기 위한 도면.

도 31은 이 실시형태에 있어서, 지중에서의 수맥으로부터의 침투상태에 있을 때의 작용을 설명하기 위한 도면.

도 32는 이 실시형태의 변형예로서의 통체의 일부를 나타낸 단면도.

도 33은 이 실시형태에 관한 지중 수위 검출기를 사용하여 사태(沙汰)를 감시하는 경우의 일예를 설명하기 위한 도면.

도 34 (A) 및 도 34 (B)는 이 실시형태에 관한 지중 수위 검출기를 사용하여 제방 붕괴를 감시하는 경우의 일예를 설명하기 위한 도면.

도 35는 본 발명의 제7 실시형태에 관한 눈사태 감시 장치에서 사용되는 검출기의 요부를 파단하여 나타낸 구성도.

도 36은 이 실시형태에 있어서의 검출기 내에 설치되는 자이로 센서, 2축의 경사계 및 온도계로부터 신호 처리 기능을 설명하기 위한 블록도.

도 37은 이 실시형태에 있어서의 검출기 내에 설치되는 연산부에서의 신호 처리 기능을 설명하기 위한 블록도.

도 38은 이 실시형태의 눈사태 감시 장치 전체의 데이터 처리계를 나타낸 블록도.

도 39은 도 38의 데이터 처리부의 기능을 설명하기 위한 블록도.

도 40은 이 실시형태에 있어서의 검출기가 산간부의 경사면에 따라 배치된 일예를 나타낸 도면.

도 41은 이 실시형태에 있어서의 검출기를 지중에 매설한 상태를 나타낸 도면.

도 42는 도 38의 판정부에서의 제1 판정 처리를 설명하기 위한 플로 차트.

도 43은 동 판정부에서의 제2 판정 처리를 설명하기 위한 플로 차트.

도 44는 동 판정부에서의 제3 판정 처리를 설명하기 위한 플로 차트.

도 45는 동 판정부에서의 제4 판정 처리를 설명하기 위한 플로 차트.

도 46 (A)∼도 46 (C)는 이 실시형태에 있어서의 검출기의 작용을 설명하기 위한 도면.

도 47은 본 발명의 제8 실시형태에 관한 눈사태 감시 장치에서 사용되는 검출기 내에 설치되는 자이로 센서 및 온도계로부터의 신호 처리 기능을 설명하기 위한 블록도.

도 48은 이 실시형태에 있어서의 검출기 내에 설치되는 연산부에서의 신호 처리 기능을 설명하기 위한 블록도.

다음에, 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태를 설명한다.

[제1 실시형태]

도 2는 본 발명의 제1 실시형태에 관한 감시 장치에 있어서 사용되는 검출기의 구성예를 나타낸 것이다.

도 2에 있어서, (100)은 검출기이고, 이 검출기(100)는 지중에 매설되는 통체(101)를 가진다. 이 통체(101)은 지중에의 매설 깊이에 따라 적당한 길이로 변경되므로, 이 통체(101) 내에는 검출부로서 3차원 솔리드형 자이로 센서(102)가 설치되고, 지지판(103)을 통해 통체(101)의 내벽면에 부착 고정되어 있다. 그리고, 자이로 센서(102)의 위치는, 지중의 희망 측정점에 따라 조정할 수 있다. 또, 이 통체(101) 내에는 3차원 솔리드형 자이로 센서(102)를 구동하기 위한 배터리(104) 및 자이로 센서(102)에 의해 출력되는 검출 신호를 증폭하여 연산하는 연산부(105)가 설치되어 있다.

한편, (106)은 통체(101)의 상부 개구부를 폐쇄하는 덮개체로, 이 덮개체(106)의 상면에는 배터리(104)의 충전용 전원으로서 태양 전지(107)가 부착되어 있다. 또, 덮개체(106)에는 연산부(105)에서 처리된 검출 신호를 도시하지 않은 기지국에 송신하는 송신 안테나(108)가 부착되어 있다.

상기 자이로 센서(102)는 도 3 (A)에 나타낸 바와 같이, 삼각주(102a)의 각 측면에 3축 방향의 외력을 검출하는 압전 소자(102b)가 각각 부착되고, 각 압전 소자(102b)에 가속도 α가 가해지면, 그 가속도에 따른 크기의 전압을 발생하는 진동 자이로 센서이고, 이 전압은 연산부(105)에 입력된다.

도 3 (B)에 자이로 센서(102)에 적용되는 검출회로의 일예를 나타냈다. 3개의 압전 소자(102b)는 2개의 검압용 압전 소자(L 및 R)와 1개의 귀환용 압전 소자(FB)로 이루어진다. 이 검출회로은 바이어스용 발진기(102c),위상보상회로(102d), L, R신호의 차동 앰프(102e), 교류출력동기 검파회로(102f), 직류 앰프(102g)를 구비하고 있다. 그리고, 이와 같은 회로 구성 아래, 출력되는 압전 소자 L과 압전 소자 R의 신호 레벨을 비교함으로써, 극성(極性)을 판별할 수 있고, 각(角) 속도를 검출할 수 있도록 되어 있다.

그리고, 상기에서는 압전 소자를 사용하고 있지만, 대신 반도체 왜곡 센서를 사용해도 된다. 상기에서는 자이로 센서로서 진동 자이로 센서(기계식 자이로 센서의 일종)를 사용하고 있지만, 이 이외의 기계식 자이로 센서를 사용해도 되고, 또는 광학식 자이로 센서(광(光)파이버 자이로 센서, 링 레이저 자이로 센서), 유체식(流體式) 자이로 센서 등을 사용해도 된다. 이 경우, 특히 유효하다고 생각되는 광파이버 자이로 센서 및 링 레이저 자이로 센서에 대하여, 각각 도 4 및 도 5를 사용하여 설명한다.

도 4에 나타난 광파이버 자이로 센서는 사냑효과를 이용함으로써 각 속도의 검출을 가능하게 한 레이트 센서이다. 광원(51)으로부터 발광되는 위상이 갖추어진 광(레이저광)은, 광파이버(52)를 통해 커플러(53)로 인도된다. 광은 커플러(53) 및

광집적회로(54)에 의해 분기(分岐)된 후, 각각 센싱 코일(55)의 양단에 입사된다. 센싱 코일(55)을 통과한 후, 되돌아 온 광은 재차 커플러(53)에 의해 합성되고, 검출부(56)에 의해 광 강도에 비례한 전기 신호로 변환된다. 정지(靜止) 시는 검출부(56)가 검출하는 광 강도는 일정하지만, 센싱 코일(55)에 각 속도가 가해지면 양 회전광에 위상차가 생겨 광 강도가 변동된다. 이 변동을 검출함으로써 각 속도가 구해지도록 되어 있다.

도 5에 나타난 링 레이저 자이로 센서도 상기와 마찬가지로, 사냑효과를 이용한 각 속도 검출 센서이다. 미러(61), 디더 장치(62), 캐소드(63), 애노드(64)에 의해 구성된 광학적 폐광로(閉光路) 내에서 레이저광을 포토다이오드(65)로부터 발생시켜, 광로 길이를 조정함으로써 공진(共振)상태를 형성한다. 그리고, 광로를 회전시키면 우회전의 레이저광과 좌회전의 레이저광이 서로 간섭호(干涉縞)를 생기게 하여, 각 속도에 비례한 주파수가 생긴다. 이를 검출부(66)에서 검출함으로써 각 속도를 구하도록 되어 있다.

여기에서, 도 2에 나타낸 연산부(105)이 기능에 대하여 도 6에 따라 설명한다.

자이로 센서(102)의 각 압전 소자(102b)로부터 가속도 α에 따라 발생하는 전압이 연산부(105)에 입력되면, 이 전압 신호는 앰프(105a)에 의해 연산 처리에 적합한 신호 레벨로 증폭되고, (105b)에서 그 전압 신호를 기초로 연산을 실행하여 가속도를 구하고, (105c)에서 이들의 값으로부터 변위의 크기, 방향, 충격력, 검출기(100)의 자세를 판별한다.

다음에, 이와 같은 구성 및 기능을 가지는 복수의 검출기(100)를 사용한 지반 감시 장치에 대하여 설명한다.

먼저, 토사 붕괴의 가능성이 있는 산간부 등의 지중에 복수의 검출기(100)를 적당한 거리를 두고 도 7에 나타낸 바와 같이 매트릭스형으로 각각 배치하여, 도 8에 나타낸 바와 같은 상태로 매설한다.

한편, 도 9 (A) 및 도 9 (B)는 각 검출기(100)에서 검출된 변위의 크기 및방향, 충격력, 검출기(100)의 자세 등의 데이터를 기지국으로 전송하여, 특정 범위의 지반 상태를 감시하기 위한 시스템 구성을 나타낸 블록도이다.

도 9 (A)에 있어서, 각 검출기(100)측은 자이로 센서(102), 연산부(105) 및 송신부(송신 안테나)(108)로 구성되고, 기지국측은 수신부(109) 및 데이터처리부 (110)로 구성되어 있다.

기지국측의 데이터처리부(110)는 도 9 (B)에 나타낸 바와 같이, 각 검출기(100)에 의한 측정마다의 데이터를 정리하는 데이터 정리부(110a), 이 데이터 정리부(110a)에서 정리된 데이터에 따라 각 측정 포인트마다의 이동량을 구하는 연산부(110b), 이 연산부(110b)에서 구해진 이동량의 평균을 구하고, 그 평균치가 소정의 기준보다 클때 얼람 발생 처리부(110d)를 기동(起動)하는평균화처리부(110c

), 연산부(110b)에서 구한 이동량을 기초로 변위의 크기, 방향을 판별하는 판별부(110e), 이 판별부(110e)에서 판별된 변위의 크기, 방향에 따라 벡터 처리하는 벡터 처리부(110f), 벡터 처리된 각 포인트의 벡터에 따라 등이동선을 표시하는 표시수단(110g), 이 표시수단(110g)에 의해 표시된 등이동선과 판별부(110e)에서 판별된 변위의 크기, 방향에 따라 매핑 처리하는 매핑 처리부(110h)로 구성되어 있다.

다음에, 상기와 같은 구성의 지반 감시 장치의 작용을 설명한다.

먼저, 각 검출기(100)의 데이터를 기지국으로 전송하는 수단으로서는 마이크로파에 의한 통신수단이나 PHS회선을 이용한 통신수단 등이 고려되지만, 어느 것으로 해도 각 검출기(100)에서 검출된 3축의 가속도, 경사를 나타내는 데이터를 무선에 의해 전송 가능한 것이면 된다.

지금, 도 7에 나타낸 바와 같이 매트릭스형으로 배치된 각 검출기(100)에 있어서, 지반의 각 측정 포인트에서 도시한 화살표 방향과 크기의 변위가 발생되고 있는 것으로 하면, 솔리드형 3차원 자이로 센서(102) 및 연산부(105)에 의해 가속도와 그 검출기(100) 자체의 경사를 검출하고, 이들의 데이터는 송신 안테나(108)로부터 기지국으로 전송된다.

기지국에서는 도 9 (A) 및 도 9 (B)에 나타낸 바와 같이, 각 검출기(100)로부터 전송된 데이터를 수신하면, 데이터 처리부(110)에서는 데이터 정리부(110a)에 의해 각 측정 포인트마다 3축에 대응하는 가속도 및 경사 데이터를 정리하고, 연산부(110b)에서 각 측정 포인트마다의 이동량을 구한다. 그리고, 이 연산부(110b)에서 구해진 각 측정 포인트마다의 이동량을 평균화 처리부(110c)에 의해 평균화 처리하고, 그 값이 소정치를 초과하면, 얼람 발생 처리부(110d)는 얼람 신호를 발생하여 토사 붕괴의 가능성이 높은 것을 알린다.

한편, 판별부(110e)에 있어서는, 각 측정 포인트마다의 이동량이 방향과 크기를 판별하여 매핑 처리부(110h)에 부여하는 동시에, 이들은 벡터 처리부(110f)에서 벡터 처리되고, 등이동선 표시부(110g)에서 등이동선 표시 신호로서 매핑 처리부(110h)에 가해진다.

이 매핑 처리부(110h)에서는, 등이동선 표시 신호에 의해 전체의 변화와 등이동선에 의해 포인트를 검출하고, 또 각 측정 포인트마다의 이동량의 방향과 크기로부터 전체의 변화와 방향을 지도 상에 매핑 처리하여 지반의 변위상태를 관측한다.

이와 같이 제1 실시형태에서는, 압전 소자나 반도체 왜곡 센서를 사용한 솔리드형 3차원 자이로 센서(102)와 연산부(105) 및 태양 전지(107)를 전원으로 하는 배터리(104)를 구비하고, 또한 변위의 크기, 방향, 충격력, 검출기(100) 자체의 자세가 검출 가능한 가동부를 갖지 않은 검출기(100)를 감시하고 싶은 개소의 지중에 보링된 구멍에 매설하고, 이 검출기(100)에 의해 검출된 데이터를 무선에 의해 기지국으로 전송하고, 기지국에서는 그 수신 데이터를 데이터 처리부(110)에 의해 실시간으로 처리하여 각 측정 포인트마다의 이동량을 구하고, 그 이동량을 지도 상에 모니터링하여 지반의 상태를 감시하도록 한 것이다.

따라서, 산간부 등의 광범위에 걸치는 다수의 개소에 구멍을 뚫어검출기(100

)를 메우는 것만으로, 전원 케이블이나, 통신 케이블 등의 설치가 불필요하게 되므로, 검출기(100)를 간편하게 설치할 수 있다.

또, 검출기(100)에 솔리드형 3차원 자이로 센서(102)를 사용하고 있으므로, 가동 부분이 없고, 또한 태양 전지를 전원으로 하고 있으므로 저소비 전력으로 되어, 수명이 반영구적으로 메인티넌스 프리화를 도모할 수 있다.

또한, 각 검출기(100)를 도 7에 나타낸 바와 같이, 매트릭스형으로 배치하면, 지반의 변위 방향, 이동량, 가속도를 층 전체로서 검출할 수 있고, 나아가 층의 이동 가속도를 검출할 수 있으므로, 기지국에서는 각 자이로 센서(102)로부터 무선에 의해 전송되어 오는 측정 데이터를 처리하여 각 측정 포인트마다의 이동량을 구하는 동시에, 그 이동량의 평균치를 구해, 이 평균치가 소정치를 초과하면 얼람을 내거나, 또 각 측정 포인트마다의 이동량의 방향과 크기를 판별하여 벡터화 처리하고, 그 벡터를 기초로 등이동선 표시를 하는 동시에 매핑 처리에 의해 전체의 변화와 등이동선으로부터 포인트를 검출하고, 또 각 측정 포인트마다의 이동량의 방향과 크기로부터 전체의 변화와 방향을 지도 상에 매핑 처리하여 지반의 변위상태를 관측함으로써, 지반이 안정상태인가, 미끄럼이 가속상태로 위험한 상태인가를 판별할 수 있다.

여기에서, 상기 제1 실시형태에 있어서, 검출기(100)를 설치하는 장소는 다기(多岐)에 걸쳐, 사람이나 동물이 검출기(100)의 근방을 통과하거나, 접촉하거나 할 가능성이 있고, 이와 같은 경우에는 검출기(100)가 이상(異常)을 오(誤)검출할 가능성이 있다.

그래서, 검출기(100)에 의한 오검출의 방지대책으로서는, 다음과 같은 수단을 강구함으로써 대응할 수 있다.

(1) 검출기(100)의 검출치가 크게 변화된 경우, 기지국측의 데이터 처리부에 서, 일정 시간(예를 들면 5분간 정도) 데이터를 샘플링하고, 더 계속되는 경우에는 지반에 이상이 있다고 판단한다.

(2) 검출기(100)의 검출치가 변화된 경우, 기지국측의 데이터 처리부에서, 동일 정도의 값이 몇회 연속하여 검출되었는가를 카운트하여, 일정 회수(예를 들면 3회) 이상의 경우에는 지반에 이상이 있다고 판단한다.

(3) 검출기(100)가 일정 이상의 충격치(G치)를 검출한 경우에는, 검출 회수가 적어도 낙석 등의 이상으로서 검출한다.

그리고, 상기 기능은 미리 검출기(100) 안에 내장하는 것도 가능하고, 이와 같이 해 두면, 기지국측의 데이터 처리부에서, 모니터링장치의 간소화가 가능하다.

상기 제1 실시형태에서는, 솔리드형 3차원 자이로 센서(102)를 도 8에 나타낸 바와 같이 통체(101) 내에 1단 구성으로 하여 설치한 검출기(100)를 지중에 매설했지만, 통체(1) 내의 상부 및 하부에 솔리드형 3차원 자이로 센서(102)를 2단 구성으로 하여 설치한 검출기(100)를 지중에 매설함으로써, 표층부와 천심부(淺深部)와의 층간 미끄럼도 검출할 수 있다.

도, 상기 제1 실시형태에서는, 지반의 변위를 검출하여 토사 붕괴 등을 관측하는 경우에 대하여 설명했지만, 전술과 동일한 검출기(100)에 의해 적설지역에서의 적설상태를 검출하여 눈사태의 발생 유무를 감시하는 경우에도 적용할 수 있다.

도 10은 적설지역에 매설되는 검출기(100)의 상태를 나타낸 것이다.

이 검출기(100)는 도 10에 나타낸 바와 같이, 최상부의 통부(101b)를 화살표로 나타낸 상하 방향으로 신축 가능한 구성으로 해 두고, 이 통부(101b)를 강설량에 따라 그 길이를 조정하여 설치한다. 이 경우, 축 방향의 왜곡량과 적설과의 관계를 미리 시험에 의해 구해 놓으면, 검출부 D를 통해 적설량을 검출하는 것도 가능하다. 그리고, 통체(101)에는 지반에 매설된 하부 통부(101a)가 설치되어 있으며, 검출부 D를 지지하고 있다.

또, 하천이나 철도변과 같이 감시해야 할 지역이 선형으로 뻗어 있는 경우에는, 기지국에 대하여 복수개의 검출기(100)를 적당한 간격을 두고, 선형으로 배설하고, 도중의 검출기(100)를 통해 검출 데이터를 차례로 전송 가능하게 함으로써,저출력의 소수 검출기(100)로 효과적인 감시를 행할 수 있다.

또한, 검출기(100)를 내수형(耐水型)으로 하고, 전원으로서 2차 전지를 사용하여, 데이터 전송을 유선으로 행하도록 하면, 강 바닥, 해저 등의 지반 감시를 행할 수 있다.

이와 같이, 제1 실시형태에 관한 발명에 의하면, 지중에의 매설이 간단 또한 용이하고, 나아가 지반이나 적설부 전체에 변위가 있는 경우라도 정확하게 검출 가능한 검출기(100)를 사용하여, 지반에서의 토사 붕괴나 적설지역에서의 눈사태 등의 재해 발생을 사전에 예지할 수 있는 감시 장치를 제공할 수 있다.

[제2 실시형태]

도 11은 본 발명의 제2 실시형태에 관한 지반 감시 장치에서 사용되는 검출기의 구성예를 나타낸 것이다.

도 11에 있어서, (200)은 검출기이고, 이 검출기(200)는 지중에 매설되는 통체(201)를 가진다. 이 통체(201)는 지중에의 매설 깊이에 따라 적당한 길이로 변경되므로, 이 통체(201) 내에는 검출부로서 솔리드형 자이로 센서(202) 및 2축의 경사계(203)가 통부(201a)의 내벽면에 부착 고정된 지지판(204)을 통해 각각 설치되어 있다. 또, 이 통부(201a) 내에는 구동 전원으로서 배터리(205), 자이로 센서(202), 경사계(203)로부터 출력되는 검출 신호를 증폭하여 연산하는 연산부(206) 및 이 연산부(206)에서 처리된 검출 신호를 송신하는 송신부(207)가 각각 통체(201)의 내벽면에 부착 고정된 지지판(204)을 통해 설치되어 있다.

또한, 통체(201)의 외주면에 복수개의 수위 검출계(208)가 축 방향으로 적당한 간격을 두고 각각 부착 고정되어 있다.

한편, (209)는 통체(201)의 상부 개구부를 폐쇄하는 덮개체로, 이 덮개체(209)의 상면에는 배터리(205)의 충전용 전원으로서 태양 전지(210)가 부착되어 있다. 또, 덮개체(209)에는 연산부(206)에서 처리된 검출 신호를 송신부(207)로부터 도시하지 않은 기지국에 전파로서 송신하는 송신 안테나(211)가 부착되어 있다.

상기 자이로 센서(202)는 도 3 (A)에 나타낸 바와 같이, 자이로 센서(102)와 동일한 것이다.

또, 상기 2축의 경사계(203)는 직교 2축의 경사 각도를 계측하고, 그 계측 신호는 연산부(206)에 입력한다.

또한, 수위 검출계(208)는 매설 부위의 흙속에 수분이 있으면 전기 저항이 변화되는 것을 검출하여 연산부(206)에 입력한다.

여기에서, 상기 자이로 센서(202), 경사계(203) 및 수위 검출계(208)의 각 기능과 연산부(206)의 기능에 대하여 도 12 및 도 13에 따라 설명한다.

도 12에 나타낸 바와 같이, 자이로 센서(202)의 각 압전 소자로부터 가속도 α에 따라 발생하는 전압이 입력되면, 이들의 전압 신호는 앰프에 의해 연산 처리에 적합한 신호 레벨로 증폭되어, S31a에서 그 전압 신호로부터 가속도를 연산에 의해 구한 후, S32a에서 각 축 방향의 가속도를 동시에 검출하고, 이들의 값으로부터 변위의 방향, 크기, 충격력, 검출기(200)의 자세를 판별한다. 그리고, S33a에서 지구의 자전에 따른 가속도를 컷한 후, S34a에서 수정된 변위, 가속도 및 충격력을출력 데이터 Fa로서 연산부(206)로 출력한다.

또, 2축의 경사계(203)에 의해 계측된 계측 신호는 앰프에 의해 연산 처리에 적합한 신호 레벨로 증폭되고, S31b에서 그 계측 신호로부터 직교하는 2축의 경사 각도와 경사 방향을 구하고, S32b에서 이들 각 축의 경사 각도와 경사 방향을 출력 데이터 Fb로서 연산부(206)로 출력한다.

또한, 수위 검출계(208)에서 검출된 검출 신호는 앰프에 의해 연산 처리에 적합한 신호 레벨로 증폭되고, S31c에서 그 값으로부터 각 센서의 전기 저항을 측정한 후, S32c에서 흙속의 수분으로 어느 센서까지 전기 저항이 변화(감소) 또는 도통했는가를 판별한다. 그리고 S33c에서 전기 저항치가 변화된 센서까지의 위치를 흙속의 침투수의 수위로서 판별하고, S34c에서 그 수위를 출력 데이터 Fc로서 연산부(206)로 출력한다.

한편, 연산부(206)에 이들 자이로 센서(202), 경사계(203) 및 수위 검출계(208)의 각 출력 데이터 Fa, Fb, Fc가 입력되면, 이 연산부(206)에서는 도 13에 나타낸 바와 같이, S41에서 자이로 센서(202)로부터의 데이터를 일정 시간마다 메모리에 기억하고, S42에서 그 데이터로부터 자이로의 가속도치를 적분하여 각도를 구한다.

또, S43에서 2축의 경사계로 구해진 각도치와 자이로 센서로 구해진 각도치를 비교하여, 오차가 있는 경우에는 자이로 센서의 각도치를 보정한다. S44에서 이 보정된 자이로 센서의 각도치를 재차 미분하여 가속도치를 계산하고, S45에서 이 가속도치를 메모리에 차례로 기억한다. 또한, S46에서 자이로 센서의 변위, 충격력, 위치 등의 다른 데이터를 동일하게 메모리에 기억한다.

그리고, S47에서 2축의 경사계의 데이터를 자이로 센서와 동기(同期)를 취하고, 일정 시간마다 메모리에 기억한다. 또, S48에서 수위 검출 센서의 데이터를 자이로 센서와 동기를 취하고, 일정 시간마다 메모리에 기억한다. S49에서 이들 메모리에 비축된 데이터를 일정 시간마다 송신부(207)로 출력한다.

한편, 도 14는 각 검출기(200)에서 검출된 자이로 센서(202)에 의한 변위, 가속도 및 충격력의 데이터, 경사계(203)에 의한 경사각과 방향의 데이터, 수위 검출계(208)에 의한 흙속의 수위 데이터를 기지국으로 전송하여, 특정 범위의 지반 상태를 감시하기 위한 시스템 구성을 나타내는 블록도이다.

도 14에 있어서, 각 검출계측은 자이로 센서(202), 2축의 경사계(203), 수위 검출계(208), 연산부(206) 및 송신부(207)로 구성되고, 기지국측은 수신부(212), 데이터 처리부(213) 및 판정부(214)로 구성되어 있다.

여기에서, 기지국측의 데이터 처리부(213)의 기능에 대하여 도 15에 따라 설명한다.

데이터 처리부(213)는 도 15에 나타낸 바와 같이, S61에서 자이로 센서(202)로부터의 계측 신호에 대하여 각 포인트 및 시간마다 변위, 가속도, 충격력에 대하여 데이터 정리한다. 이어서, S62에서 각 포인트에 가해지는 힘의 방향을 계산하여 S63에서 단위 시간당의 기준 가속도치와 비교 계산을 실시하고, S64에서 기준 가속치를 초과한 데이터를 정리하여 메모리에 기억한다. 그리고, S65에서 기준 가속도치를 초과한 데이터에서, 힘이 가해진 방향과 가속도치로부터 경사각을 계산한다.

또, 2축의 경사계(203)로부터의 계측 신호에 대하여 S66에서 각 포인트 및 시간마다 경사각과 방향에 대하여 데이터 정리한다. 이어서, S67에서 단위 시간당의 기준 경사각치와 비교 계산을 실시하고, S68에서 기준 경사각을 초과한 데이터를 정리하여 메모리에 기억한다.

또한, 수위 검출계(208)로부터의 계측 신호에 대하여 S69에서 각 포인트 및 시간마다 흙속의 수위 데이터를 정리한다. 이어서, S70에서 기준 수위와의 비교 계산을 실시하고, S71에서 기준 수위를 초과한 데이터를 정리하여 메모리에 기억한다. 그리고, S72에서 지상의 수위에 대해서도 동일하게 정리하여 메모리에 기억한다.

또, 판정부(214)는 이 데이터 처리부(213)에 의해 처리된 데이터를 기초로 상세를 후술하는 각종의 판정 처리가 실시되어, 사태의 발생 요인과 그 규모에 따라 그 취지를 경보 또는 표시하는 것이다.

다음에, 상기와 같은 구성의 지반 감시 장치의 작용을 설명한다.

먼저, 토사 붕괴의 가능성이 있는 산간부 등의 지중에 도 16에 나타낸 바와 같이 복수개의 검출기(200), 여기에서는 사태지대의 경사면에 따라 No.1∼No.5의 검출기(200)를 적당한 거리를 두고 각각 배치하고, 도 17에 나타낸 바와 같은 상태로 매설한다. 그리고, 부호 L1은 지층, L2는 점토층을 나타내고 있다.

이와 같은 상태로 매설된 각 검출기(200)에 있어서, 지반의 각 측정 포인트의 자이로 센서(202), 경사계(203) 및 수위 검출계(208)에서 각각 계측된 신호에 대하여 도 12에 나타낸 바와 같은 처리가 행해져 연산부(206)로 거두어 들여지면,이 연산부(206)에서는 도 13에 나타낸 바와 같은 연산에 의해 보정된 가속도치, 경사계(203)의 데이터 및 수위 검출계(208)의 데이터가 각각 송신부(207)로부터 송신 안테나(211)를 통해 기지국으로 전송된다.

기지국에서는, 도 14에 나타낸 바와 같이 각 검출기(200)로부터 전송된 데이터를 수신부(212)에 의해 수신하면, 데이터 처리부(213)에서는 이들의 데이터를 처리하여 도 14에 나타낸 바와 같이, 기준 가속치를 초과하 데이터와, 기준 경사각을 초과한 데이터 및 기준 수위를 초과한 데이터와, 지상 수위의 데이터에 대하여 각각 정리하고, 이들의 데이터는 판정부(214)로 거두어 들여진다.

여기에서, 판별부(214)에서의 각종 판정 처리에 대하여 도 18 내지 도 20에 따라 상세히 설명한다.

도 18에 나타낸 바와 같이, S91에서 기준 가속치를 초과한 자이로 센서(202)로부터의 데이터에 있어서, 힘이 가해진 방향, 경사각과, 경사계(203)으로부터 구한 방향, 경사각과를 비교한다. 그리고, S92에서 자이로 센서(202)로부터의 데이터와 경사계(203)로부터의 데이터가 거의 일치되고 있는지 여부를 판정하여, 양 데이터가 일치되고 있다고 판정되면, S93에서 수위 검출계(208)의 흙속의 데이터가 기준치를 초과하고 있는지 여부를 판정한다.

여기에서, 수위 검출계(208)의 흙속의 데이터가 기준치를 초과하고 있지 않다고 판정되면, S94에서 지상부에서의 이상 발생(낙석 등)으로 판단하고, S95에서 모든 검출기(200)가 기준치를 초과하고 있는지 여부를 판정한다.

그리고, S95에서 모든 검출기(200)가 기준치를 초과하고 있다고 판정되면,S96에서 대규모의 붕낙(崩落), 낙석이 발생했다고 판단하여, S97에서 비상 경보를 발령한다. 또, S95에서 모든 검출기(200)가 기준치를 초과하고 있지 않다고 판정되면, S98에서 상류 또는 하류 구역의 소수의 검출기(200)만 기준치를 초과하고 있는 것을 확인하여 소규모의 붕락, 낙석이 발생했다고 판정하고, S99에서 긴급 경보를 발령한다.

상기 S93에서 수위 검출계(208)의 흙속의 데이터가 기준치를 초과하고 있다고 판정되면, 도 19에 나타낸 바와 같은 판정 처리로 이행한다. 도 19에 나타낸 바와 같이, S100에서 지상의 수위 데이터가 기준치를 초과하고 있는지 여부를 판정한다.

여기에서, 지상의 수위 데이터가 기준치를 초과하고 있지 않다고 판정되면, S101에서 지하수에 의한 사태 발생으로 판단하고, S 102에서 모든 검출기(200)가 기준치를 초과하고 있는지 여부를 판정한다. 그리고, 이 사태가 S102에서 모든 검출기(200)가 기준치를 초과하고 있다고 판정되면, S103에서 대규모 사태 발생으로 판단하고, S104에서 비상 경보를 발령한다. 또, S102에서 모든 검출기(200)가 기준치를 초과하고 있지 않다고 판정되면, S105에서 상류 또는 하류 구역에서 소규모 사태 발생으로 판단하고, S106에서 긴급 경보를 발령하는 동시에, S107에서 사태 범위를 표시한다.

상기 S100에서 지상의 수위 데이터가 기준치를 초과하고 있다고 판정되면, S108에서 강우에 의한 사태 발생으로 판단하고, S109에서 모든 검출기(200)가 기준치를 초과하고 있는지 여부를 판정한다. 그리고, S109에서 모든 검출기(200)가 기준치를 초과하고 있다고 판정되면, S110에서 대규모 사태 발생으로 판단하고, S111에서 비상 경보를 발령한다. 또, S109에서 모든 검출기(200)가 기준치를 초과하고 있지 않다고 판정되면, S112에서 상류 또는 하류 구역에서 소규모 사태 발생으로 판단하고, S113에서 긴급 경보를 발령하는 동시에, S114에서 사태 범위를 표시한다.

한편, 도 18의 S92에 있어서, 자이로 센서(202)의 데이터와 경사계(203)의 데이터가 거의 일치되고 있지 않다고 판정되면, 도 20에 나타낸 바와 같은 판정 처리로 이행한다.

도 20에 있어서, S115에서 자이로 센서(202)로부터의 데이터가 기준치를 초과하고, 경사계(203)의 데이터가 기준치 이하로 되어 있는지 여부를 판정하여, 기준치 이하로 되어 있지 않으면 S116에서 수위 검출계(208)의 데이터가 기준치를 초과하고 있는지 여부를 판정하고, 초과하고 있지 않으면 S117로 이행하여 계속 계측을 실행하고, 초과하고 있으면 S118에서 요감시 데이터로서 메모리에 등록, 보존한다.

또, 상기 S115에서 자이로 센서(202)로부터의 데이터가 기준치를 초과하고, 경사계(203)의 데이터가 기준치 이하로 되어 있다고 판정되면, S119에서 자이로 센서(202)의 가속도치가 기준치를 초과하고 있는지 여부를 판정하여, 기준치를 초과하고 있지 않으면 S120에서 수위 검출계(208)의 흙속의 데이터가 기준치를 초과하고 있는지 여부를 판정하고, 초과하고 있지 않으면 S121에서 사태로 발전할 가능성이 적다고 판단하여, S122에서 메모리에 요감시 데이터를 등록, 보존한다. 또,S120에서 수위 검출계(208)의 흙속의 데이터가 기준치를 초과하고 있다고 판정되면, S123에서 사태로 발전할 가능성이 있다고 하여, S124에서 주의 경보를 발령한다.

상기 S119에 있어서, 자이로 센서(202)의 가속도치가 기준치를 초과하고 있다고 판정되면, S125에서 자이로 센서(202)의 충격치가 기준치를 초과하고 있는지 여부를 판정하여, 초과하고 있지 않으면 S126에서 경사계(203)의 경사 방향과 자이로 센서(202)의 힘의 방향이 일치되고 있는지 여부를 판정하고, 일치되고 있지 않으면 S127에서 센서 이상으로 판단한다.

또, S126에서 경사계(203)의 경사 방향과 자이로 센서(202)의 힘의 방향이 일치되고 있다고 판정되면, S128에서 모든 검출기(200)가 기준치를 초과하고 있는지 여부를 판정한다.

그리고, S128에서 모든 검출기(200)가 기준치를 초과하고 있다고 판정되면, S129에서 심층부 또는 광역에서 지반 전체가 이동되고 있는 것을 확인하여, S130에서 심층부 또는 광역의 사태로 판단하고, S131에서 긴급 경보를 발령한다.

또, S128에서 모든 검출기(200)가 기준치를 초과하고 있지 않다고 판정되면, S132에서 상류 또는 하류 구역에서 소규모의 사태 발생이라고 판단하고, S133에서 경계 경보를 발령한다.

또한, S125에서 자이로 센서(202)의 충격치가 기준치를 초과하고 있다고 판정되면, S134에서 충격 회수가 3회 이상 계속되고 있는지 여부를 판정한다. 여기에서, 3회 이상 계속되고 있다고 판정되면, S135에서 낙석으로 판단하고, 3회 이상계속되고 있지 않다고 판정되면, S136에서 동물의 접촉으로 판단한다.

이와 같이 본 실시형태에서는 변위, 가속도 및 충격력을 검출하는 자이로 센서(202), 직교하는 2축의 경사각과 경사 방향을 검출하는 2축의 경사계(203), 흙속 및 지상의 수위를 검출하는 수위 검출계(208)과, 이들 자이로 센서(202)의 각도치를 경사계(203)의 각도치에 따라 보정된 가속도치, 경사계(203)의 데이터 및 수위데이터를 연산 처리하는 연산부(206)와, 태양 전지(210)를 구동 전원으로 하는 배터리(205)를 구비한 검출기(200)를 감시하고 싶은 개소의 지중에 보링된 구멍에 매설하고, 이 검출기(200)에 의해 각각 검출된 각 데이터를 기지국으로 전송하고, 기지국에서는 그 수신 데이터를 데이터 처리부(213)에 의해 실시간으로 처리하여 각 측정 포인트마다의 기준 가속도치를 초과한 데이터 중, 힘이 가해진 방향과 가속도치로부터 경사 각도를 구해, 기준 경사각을 초과한 데이터와, 기준 수위를 초과한 데이터 및 지상의 수위 데이터를 구하고, 이 데이터 처리부(213)에 의해 처리된 각 데이터를 기초로 판정부(214)에서 각종의 판정 처리가 실시되어, 사태의 발생 요인과 그 규모에 따라 그 취지를 경보 또는 표시를 행하여 지반의 상태를 감시하도록 한 것이다.

따라서, 산간부 등의 광범위에 걸치는 다수의 개소에 구멍을 뚫어 검출기(200)를 메우는 것만으로, 지반의 변위를 설치 장소에 좌우되지 않고 정확하게 검출할 수 있어, 지반에 있어서의 토사 붕괴 등의 재해 발생을 사전에 예지할 수 있다.

[제3 실시형태]

다음에, 본 발명의 제3 실시형태에 관한 지반 감시 장치에서 사용되는 검출기의 구성예에 대하여 설명한다.

도 21 (A)∼도 21 (C)는 수위 검출계만을 구비한 검출기(200)를 지중에 매설한 상태를 나타낸 것이다. 도 21 (A)∼도 21 (C)에 나타낸 바와 같이, 통체(201)의 외주면에 복수개의 수위 검출계(208)가 축 방향으로 적당한 간격을 두고 각각 부착 고정되고, 또 통체(201) 내에는 도시하지 않지만 각 수위 검출계(208)로부터의 계측 신호를 거두어 들여 연산을 실행하는 연산부, 송신부 및 태양 전지를 전원으로 하는 배터리가 설치되어 있다.

여기에서, 연산부의 기능에 대하여 도 22에 따라 설명하면, 각 수위 검출계(208)에서 검출된 검출 신호는 앰프에 의해 연산 처리에 적합한 신호 레벨로 증폭되고, S141에서 그 값으로부터 각 센서의 전기 저항을 측정한 후, S142에서 흙속의 수분으로 어느 센서까지 전기 저항이 변화(감소) 또는 도통했는가를 판별한다. 그리고, S143에서 전기 저항치가 변화된 센서까지의 위치를 흙속의 침투수의 수위로서 판별하고, S144에서 그 수위를 출력 데이터로서 송신부로 출력한다.

도 21 (A)는 경사면에 매설된 검출기(200)에 있어서, 빗물이 지층 L1, 점토층 L2의 어느 것에도 침투하고 있지 않은 상태를 나타내고, 도 21 (B)는 강우에 의해 빗물이 지층 L1의 중층부까지 침투되어 있는 상태를 나타내고, 도 21 (C)는 빗물이 지층 L1의 전체층까지 달해 점토층 L2의 표면까지 침투되어 있는 상태를 나타내고 있다.

여기에서, 도 21 (A)의 상태에 있어서는, 모든 수위 검출계(208)의 전기 저항이 커지고 있지만, 도 21 (B)에 있어서는 지상으로부터 지층 L1의 중층부까지의 사이에 설치되어 있는 수위 검출계(208)의 전기 저항이 작고 또는 도통 상태로(검은 동그라미로 나타냄) 되고, 또한 도 21 (C)에 있어서는 지상으로부터 점토층 L2까지의 사이에 설치되어 있는 수위 검출계(208)의 전기 저항이 작고 또는 도통 상태로 (검은 동그라미로 나타냄)되어 있다. 이들의 신호는 연산부에 입력됨으로써 전술한 바와 같은 연산이 실행되어, 그 데이터가 송신부로부터 기지국측으로 송신된다.

한편, 기지극측의 데이터 처리부에서는 도 15의 수위 검출계에 대응하는 데이터 처리 S69∼S71이 실행되고, 또한 판정부에서는 도 23에 나타낸 바와 같은 판정 처리가 실행된다.

즉, 도 23에 있어서, S151에서 수위계의 흙속의 데이터와 기준치를 비교하고, S152에서 수위계의 흙속의 데이터는 기준치를 초과하고 있는지 여부를 판정하여, 흙속의 데이터가 기준치를 초과하고 있지 않다고 판정되면, S153으로 이행하여 계속 감시를 행한다. 또, 흙속의 데이터가 기준치를 초과하고 있다고 판정되면, S154에서 강우량이 규정치보다 많은지 여부를 판정한다.

그리고, S154에서 강우량이 규정치보다 많지 않다고 판정되면, S155에서 모든 검출기(200)가 기정치(旣定値)를 초과하고 있는지 여부를 판정하여, 모든 검출기(200)가 규정치를 초과하고 있으면, S156에서 지하수의 수위가 이상이라고 판단하고, S157에서 경계 경보를 발령한다. 또, S155에서 모든 검출기(200)가 기정치를 초과하고 있지 않다고 판정되면, S158에서 부분적인 출수(出水)라고 판단하고,S159에서 주의보를 발령한다.

한편, 상기 S154에서 강우량이 규정치보다 많다고 판정되면, S160에서 모든 검출기(200)가 기정치를 초과하고 있는지 여부를 판정한다.

그리고, S160에서 모든 검출기(200)가 규정치를 초과하고 있다고 판정되면, S161에서 강우에 의해 지중의 수위가 광범위하게 위험치에 달하고 있다고 판단하고, S162에서 대규모의 사태 발생의 가능성이 있다고 하여, S163에서 긴급 경보를 발령한다. 또, S160에서 모든 검출기(200)가 기정치를 초과하고 있지 않다고 판정되면, S164에서 강우에 의해 지중의 수위가 좁은 범위에서 위험치에 달하고 있다고 판단하고, S165에서 소규모의 사태 발생의 가능성이 있다고 하여, S166에서 경보 발령을 발령한다.

따라서, 이와 같이 수위 검출계(208)만을 센서로서 설치한 복수개의검출기(2

00)를 관측 범위가 되는 지중에 적당한 거리를 두고 각각 매설하고, 흙속의 수위를 측정하여 지중에 침투한 빗물의 침투도를 판별하고, 이를 기지국측에서 데이터 처리 및 판정 처리함으로써 붕락 등의 발생 유무 및 그 규모를 예측하는 것이 가능하게 된다.

상기와 같은 구성의 검출기(200)에 있어서, 지표로부터 노출되는 통체부에도 수위 검출계(208)를 설치하여 지표면의 빗물량(수위)을 측정하고, 이 측정 데이터를 기지국측으로 송신하여, 국지적인 호우에 의한 위험한 상태인지 여부의 판정을 행하도록 해도 된다. 이 경우, 지표로부터 노출되는 통체부에 부착되는 수위 검출계(208)에 대해서는, 직접 강우에 의해 새지 않도록 하기 위해 각 수위 검출계(208

)의 상부에 대응하는 통체부에 우산부가 형성된다.

한편, 기지극측의 데이터 처리부에서는 전술과 동일한 처리가 실행된 후, 도 19의 S100∼S114의 판정 처리가 실행된다.

이와 같이 수위 검출계만을 설치한 검출기(200)라도, 지반의 상태를 예측 판정하는 것이 가능하게 된다.

[제4 실시형태]

다음에, 본 발명의 제4 실시형태에 관한 지반 감시 장치에서 사용되는 검출기의 구성예에 대하여 설명한다.

도 24는 자이로 센서와 수위 검출계를 구비한 검출기(200)의 기능을 나타낸 것이다. 도 24에 있어서, 자이로 센서(202)의 각 압전 소자로부터 가속도 α에 따라 발생하는 전압이 입력되면, 이들의 전압 신호는 앰프에 의해 연산 처리에 적합한 신호 레벨로 증폭되고, S171a에서 그 전압 신호로부터 가속도를 연산에 의해 구한 후, S172a에서 각 축 방향의 가속도를 동시에 검출하고, 이들의 값으로부터 변위의 방향, 크기, 충격력, 검출기(200)의 자세를 판별한다. 그리고, S173a에서 지구의 자전에 따른 가속도를 컷한 후, S174a에서 수정된 변위, 가속도 및 충격력을 출력 데이터 Fa로서 연산부(206)로 출력한다.

또, 수위 검출계(208)에서 검출된 검출 신호는 앰프에 의해 연산 처리에 적합한 신호 레벨로 증폭되고, S171b에서 그 값으로부터 각 센서의 전기 저항을 측정한 후, S172b에서 흙속의 수분으로 어느 센서까지 전기 저항이 변화(감소) 또는 도통했는가를 판별한다. 그리고, S173b에서 전기 저항치가 변화되고 있는 센서까지의위치를 흙속의 침투수의 수위로서 판별하고, S174b에서 그 수위를 출력 데이터 Fc로서 연산부(206)로 출력한다.

한편, 연산부(206)에 이들 자이로 센서(202) 및 수위 검출계(208)의 각 출력 데이터 Fa, Fc가 입력되면, 이 연산부(206)에서는 S175에서 자이로 센서(202)로부터의 데이터를 일정 시간마다 메모리에 기억하고, S176에서 그 데이터로부터 자이로의 가속도치를 적분하여 각도를 구해, S177에서 그 각도치를 메모리에 기억한다.

또, S178에서 수위 검출 센서의 데이터를 자이로 센서와 동기를 취하고, 일정 시간마다 메모리에 기억한다. S179에서 이들 메모리에 비축된 데이터를 일정 시간마다 송신부로 출력한다.

한편, 각 검출기(200)에서 검출된 자이로 센서(202)에 의한 변위, 가속도 및 충격력의 데이터, 수위 검출계(208)에 의한 흙속의 수위 데이터가 기지국으로 전송되면, 기지국에서는 데이터 처리부에 의해 각 측정 포인트마다의 검출 데이터를 실시간으로 처리하여 각 측정 포인트마다의 기준 가속도치를 초과한 데이터와, 기준 수위를 초과한 데이터 또는 기준 수위를 초과한 데이터 및 지상의 수위 데이터를 구하고, 판정부에 의해 데이터 처리 수단으로 처리된 데이터를 기초로 각종의 판정 처리를 실행하여, 사태의 발생 요인과 그 규모에 따라 그 취지를 경보 또는 표시하여 지반의 상태를 감시한다.

이와 같이 자이로 센서(202)와 수위 검출계(208)를 설치한 검출기(200)라도, 설치 장소에 좌우되지 않고 사태 발생의 유무와 그 규모를 예측 판정하는 것이 가능하게 된다.

[제5 실시형태]

다음에, 본 발명의 제5 실시형태에 관한 지반 감시 장치에서 사용되는 검출기의 구성예에 대하여 설명한다.

도 25는 2축의 경사계와 수위 검출계를 구비한 검출기(200)의 기능을 나타낸 것이다. 도 25에 있어서, 2축의 경사계(203)에 의해 계측된 계측 신호는 앰프에 의해 연산 처리에 적합한 신호 레벨로 증폭되고, S181a에서 그 계측 신호로부터 직교하는 2축의 경사 각도와 경사 방향을 구해, S182a에서 이들 각 축의 경사 각도와 경사 방향을 출력 데이터 Fb로서 연산부(206)로 출력한다.

또, 수위 검출계(208)에서 검출된 검출 신호는 앰프에 의해 연산 처리에 적합한 신호 레벨로 증폭되고, S181b에서 그 값으로부터 각 센서의 전기 저항을 측정한 후, S182b에서 흙속의 수분으로 어느 센서까지 전기 저항이 변화(감소) 또는 도통했는가를 판별한다. 그리고, S183b에서 전기 저항치가 변화된 센서까지의 위치를 흙속의 침투수의 수위로서 판별하고, S184b에서 그 수위를 출력 데이터 Fc로서 연산부(206)로 출력한다.

한편, 연산부(206)에 이들 경사계(203) 및 수위 검출계(208)의 각 출력 데이터 Fb, Fc가 입력되면, 연산부(206)에서는, S185에서 경사계의 데이터를 일정 시간마다 메모리에 기억하고, S186에서 계속하여 수위 검출계(208)의 데이터를 경사계와 동기를 취하고, 일정 시간마다 메모리에 기억한다. 그리고, S187에서 메모리에 비축된 데이터를 일정 시간마다 송신부로 출력한다.

한편, 각 검출기(200)에서 검출된 수위 검출계(208)에 의한 흙속의 수위 데이터가 기지국으로 전송되면, 기지국에서는 데이터 처리부에 의해 각 측정 포인트마다의 검출 데이터를 실시간으로 처리하여 각 측정 포인트마다의 기준 가속도치를 초과한 데이터와, 기준 수위를 초과한 데이터 또는 기준 수위를 초과한 데이터 및 지상의 수위 데이터를 구하고, 판정부에 의해 데이터 처리 수단으로 처리된 데이터를 기초로 각종의 판정 처리를 실행하여, 사태의 발생 요인과 그 규모에 따라 그 취지를 경보 또는 표시하여 지반의 상태를 감시한다.

이와 같이 자이로 센서(202)와 수위 검출계(208)를 설치한 검출기(200)라도, 설치 장소에 좌우되지 않고 사태 발생의 유무와 그 규모를 예측 판정하는 것이 가능하게 된다.

그리고, 상기한 각 실시형태에 있어서, 기지국측의 판정부에 의한 데이터 판정 처리로서는 자이로 센서(202), 2축의 경사계(203) 및 수위 검출계(208)의 조합에 따라 여러 가지로 변형하여 실시할 수 있는 것이다.

이와 같이, 제2∼제5 실시형태에 관한 발명에 의하면, 지반의 변위를 설치 장소에 좌우되지 않고 정확하게 검출할 수 있어, 지반에 있어서의 토사 붕괴 등의 재해 발생을 사전에 예지할 수 있는 지반 감시 장치를 제공할 수 있다.

[제6 실시형태]

도 26은, 본 발명의 제6 실시형태에 관한 지중 수위 검출기의 일예를 나타낸 전체의 구성도이다.

도 26에 있어서, (300)은 검출기이고, 이 검출기(300)는 지중에 매설되는 통체(301)를 가진다. 이 통체(301)는 내통(301a) 및 외통(301b)으로 이루어지는 2중구조의 통체이고, 지중에의 매설 깊이에 따라 적당한 길이로 변경되는 것이다.

이 통체(301)는 도 27에 나타낸 바와 같이, 내통(301a)은 예를 들면 철제로 구성되고, 외통(301b)은 예를 들면 펀칭 메탈과 같은 다공질재로 구성되고, 이들 내통(301a)과 외통(301b)과의 사이에 축 방향으로 적당한 간격(예를 들면 2cm 간격)을 두고 설치된 복수의 원환형(圓丸形)의 간막이판(302)에 의해 작은 방이 각각 형성되어 있다. 이 경우, 각 간막이판(302)은 내통측이 높고, 외통측이 낮은 경사면으로 형성되어 있다.

그리고, 각 작은 방의 적당한 개소에 침투수 W의 출입을 원활하게 하기 위한 김빼기공(氣拔孔)을 형성해도 된다.

또, 통체(301)의 각 작은 방에 대응하는 내통(301a)의 외주면에는, 작은 방의 침투수 W를 검출하는 복수개의 수위 센서(303)가 각각 부착되고, 이들 수위 센서(303)의 출력 단자는 내통(301a)의 중공부(中空部) 내에 배선된 도시하지 않은 리드선에 각각 접속된다. 이 경우, 각 수위 센서(303)는 작은 방에 침투수 W가 고이면 예를 들면 전기 저항이 변화 또는 도통되는 것이 사용되고 있다.

여기에서, 하나의 작은 방에 대응시켜 설치되는 복수의 수위 센서(303)로서, 예를 들면 도 28 (A)에 나타낸 바와 같이, 180。 상이한 위치에 각각 대향하여 1쌍씩 모두 2쌍 설치되어 있다고 하면, 이들 각쌍의 수위 센서(303)의 출력 단자는 도 28 (B)에 나타낸 바와 같이 병렬로 접속하는 경우와, 도 28(C)에 나타낸 바와 같이 직렬로 접속하는 경우가 있다.

한편, 도 26에 있어서, (304)는 지상측의 통체(301)의 끝부분에 부착된 케이스로, 이 케이스(304) 내의 상단부에 전원(305) 및 통신 장치(306)가 설치되고, 또 하단부에는 연산 장치(307)가 설치되어 있다.

여기에서, 상기 전원(305)은 각 수위 센서(303), 연산 장치(307) 및 통신 장치(306)를 구동하는 전기 에너지를 공급하는 것이고, 연산 장치(307)는 각 수위 센서(303)의 번호와 온, 오프의 상태를 판별하는 기능과, 이 기능에 의해 판별된 온 상태의 수위 센서(303)의 번호에 따라 지표면으로부터의 거리와 영역(폭)을 구하는 연산 기능을 가지고 있다.

또, 통신 장치(306)는 연산 장치(307)에서 구해진 수위 검출 정보를 도시하지 않은 기지국으로 자국 번호와 함께 전송하는 것이다.

다음에, 상기와 같이 구성된 지중 수위 검출부(300)의 작용을 설명한다.

지금, 도 27에 나타낸 바와 같이 지중에 매설된 통체(301)의 고함수 지층에 대응하는 부분의 각 작은 방에 다공질의 외통(301b)으로부터 침투수가 유입되고 있는 것으로 한다.

이와 같은 상태에 있을 때, 도 29에 나타낸 바와 같이 각 수위 센서(303)에서 검출된 수위 검출 신호는 터미널(307a)을 통해 연산 장치(307)로 거두어 들여진다. 이 연산 장치(307)에서는 스텝 S7-1에서 센서 번호와 센서의 온, 오프 상태를 확인한다. 여기에서는, 도 27의 고함수 지층에 대응하는 위치의 수위 센서(303)는 온, 그 이외의 지중 및 저함수 지층에 대응하는 위치의 수위 센서(303)는 온 상태에 있다.

이 경우, 동일 축선 상에 각각 설치되어 있는 각 수위 센서(303)가 도 28(B)에 나타낸 바와 같이 병렬로 접속되어 있는 경우에는, 센서가 단점(單点)만 온이고, 그 상하 3∼4점이 오프 상태에 있을 때는 오검출로 하고, 이와는 반대로 센서가 단점만 오프이고, 그 상하 3∼4점이 온 상태에 있을 때는 연속으로 하여 판정한다.

또, 동일 축선 상에 각각 설치되어 있는 센서를 복수점마다 도 28 (C)에 나타낸 바와 같이 직렬로 접속되어 있는 경우에는, 1점이라도 오프 상태에 있으면 오검출로 하고, 각 점 모두가 온 상태에 있으면, 연속으로 하여 판정한다.

이 스텝 S7-1에서 확인된 온 상태에 있는 수위 센서의 번호를 스텝 S7-2로 수수(授受)하고, 여기에서 온 상태에 있는 센서 번호와 센서 간격 거리로부터 센서 번호 1로부터의 거리를 구한다.

스텝 S7-3에서는 스텝 S7-2에서 구해진 센서 번호 1로부터의 거리에, 지표면의 기준 센서 번호로부터의 거리를 가산 또는 감산함으로써, 스텝 S7-4에 의해 온 상태에 있는 센서의 지표면으로부터의 거리를 산출한다.

다른 센서에 대해서도 동일하게 실시한 후, 스텝 S7-5 에 의해 센서 온의 영역(폭)과 지표면으로부터의 거리를 산출한다.

따라서, 이와 같은 연산을 연산 장치(307)로 실행함으로써, 지중의 고함수 지층의 위치와 크기(범위)를 측정할 수 있다.

여기에서, 다른 계측예에 대하여 도 30 및 도 31에 따라 간단히 설명한다.

도 30은 강우에 의한 지표루부터의 침투 상태를 나타낸 것으로, 도시한 흑색 표시부의 수위 센서 S에 의해 침투 수위를 계측하여 연산 장치(307)에서 전술과 동일한 연산을 실행함으로써, 강우의 침투 상황과 점토층(미끄럼면)까지의 거리를 파악할 수 있다.

도 31은 지중에서의 수맥의 위치와 수맥으로부터의 침투 상태를 나타낸 것으로, 도시한 흑색표시부의 수위 센서 S가 온으로 되는 침투 수위를 계측하여 연산 장치(307)에서 전술과 동일한 연산을 실행함으로써, 점토층(미끄럼면)까지의 거리를 파악할 수 있다.

이와 같이, 제6 실시형태에서는 통체(301)를 구성하는 철제의 내통(301a)과 다공질재의 외통(301b)와의 사이에 축 방향으로 적당한 간격을 두고 설치되는 복수의 원환형의 간막이판(302)에 의해 작은 방을 형성하고, 이들 각 작은 방에 대응하는 내통(301a)의 외주면에 수위 센서(303)를 각각 설치하고, 작은 방의 침투수를 수위 센서(303)에 의해 검출하여 연산 장치(307)에 의해 각 작은 방마다의 수분 유무와 개소를 판정하고, 지중의 고함수 지층의 위치와 크기를 측정하도록 했으므로, 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.

(a) 고함수 지층의 지표로부터의 위치와 크기를 특정할 수 있다.

(b) 2중 원통 구조이고, 또한 외통이 다공질재로 구성되어 있으므로, 지중의 토사가 센서 부착부에 침입하기 어려워, 막힘 현상에 의한 오동작이 적다.

(c) 지중의 지층이 움직여 통체가 다소 휘더라도 수위 센서가 파괴되지 않는 한 계측이 가능해, 초(超)수명화를 도모할 수 있다.

(d) 가동 부분이 없으므로, 고장이 적어 메인티넌스 프리화를 도모할 수 있다.

(e) 수위계를 설치하는 경우, 설치를 위한 보링공이 완전히 수직 상태가 아니라도 위치, 계측이 가능하므로, 설치에 걸리는 시간, 비용을 경감할 수 있다.

그리고, 상기 제6 실시형태에서는 통체(301)를 구성하는 철제의 내통(301a)와 다공질재의 외통(301b)과의 사이에 축 방향으로 적당한 간격을 두고 설치되는 복수의 원환형의 간막이판(302)에 의해 작은 방을 형성하고, 이 작은 방에 수위 센서(303)를 설치하도록 했지만, 도 32에 나타낸 바와 같이, 예를 들면 철제 또는 플라스틱재로 이루어지는 두꺼운 통체(310)에 축 방향으로 적당한 간격을 두고 또한 동일 원주위 상에 복수의 구멍(310a)을 각각 형성하고, 이들 각 구멍(310a)의 바닥면측에 수위 센서(303)를 각각 설치하고, 이를 도 27과 동일한 구성으로 하여 지중에 매설하도록 해도 된다.

이와 같은 구성의 지중 수위 검출기(300)로서도, 전술과 동일한 작용 효과를 얻을 수 있다.

여기에서, 상기와 같은 구성의 지중 수위 검출기(300)를 사용하여 사태를 감시하는 경우의 일예를 설명한다.

도 33에 나타낸 바와 같이, 예를 들면 No. 1∼No.3의 지중 수위 검출기(300)가 경사지에 적당한 간격을 두고 매설된 상태에 있는 것으로 한다.

이와 같은 상태에 있어서, 각 지중 수위 검출기(300)는 빗물이 이른바 침투층면 La에 달하면 이 침투층면 La에 이르기까지의 센서가 온으로 되고, 또 빗물이 취약 지층면 Lb에 달하면 이 취약 지층면 Lb에 이르기까지의 센서가 온으로 된다. 또한 사태가 발생할 가능성이 높은 경보 지층면 Lc에 달하면 이 지층면 Lc에 이르기까지의 센서가 온으로 된다.

그리고, No. 1∼No. 3의 각 지중 수위 검출기(300)에 있어서는, 도 29에 나타낸 바와 같은 연산 처리에 의해 온 상태에 있는 센서 번호의 영역과 지표면으로부터의 거리를 산출하고, 그 정보는 통신 장치에 의해 기지국으로 전송된다.

기지국에서는, 이들의 정보를 수집하여 정보 처리를 행하고, 그 결과 예를 들면 No.1과 No.3의 지중 수위 검출기(300)만의 정보가 경보 지층면에 이르기까지 물이 침투되어 있다고 판정된 경우에는 요주의로 하고, No.1 내지 No. 3의 모든 지중 수위 검출기(300)의 정보가 경보 지층면에 이르기까지 물이 침투되어 있다고 판정된 경우에는 사태가 발생할 가능성이 크다고 하여 경보를 발령함으로써, 경사지 등의 사태 발생 지대의 재해 발생을 사전에 예지할 수 있다.

다음에, 상기와 같은 구성의 지중 수위 검출기(300)를 사용하여 제방 붕괴를 감시하는 경우의 일예를 설명한다.

도 34 (A), 도 34 (B)에 나타낸 바와 같이, 예를 들면 No.1∼No.4의 지중 수위 검출기(300)가 제방(390)에 적당한 거리를 두고 매설된 상태에 있는 것으로 한다.

이와 같은 상태에 있을 때, 호안(護岸)(391)의 일부가 파손 또는 열화되어 이 부분으로부터 제방 내로 하천(392)의 물이 침입하면, 이 물은 서서히 제방의 외측 방향으로 침투해 가고, 또한 그 침투 상태가 진행되면 제방(390)의 일부로부터 토사가 유출되어 균열이 생기고, 이윽고 제방이 파괴되어 수해로 진전되어 갈 가능성이 있다.

그래서, 전술한 바와 같이 제방(390)에 매설된 지중 수위 검출기(300)에 의해, 호안(391)의 파손 또는 열화부로부터 제방 내로 물이 침투되어 가는 과정에서 제방 내의 물을 검출하고, 그 취지를 감시소에 전송함으로써 제방이 붕괴되기 전에 재해의 발생을 사전에 예지할 수 있다.

이와 같이, 제6 실시형태에 관한 발명에 의하면, 지중의 고함수 지층의 위치와 그 크기를 고정밀도로 계측할 수 있는 지중 수위 검출기(300)를 제공할 수 있다.

[제7 실시형태]

도 35는 본 발명의 제7 실시형태에 관한 눈사태 감시 장치에서 사용되는 검출기의 구성예를 나타낸 것이다.

도 35에 있어서, (400)은 검출기이고, 이 검출기(400)는 지중에 매설되는 통체(401)를 가진다. 이 통체(401)는 지상측의 적설 깊이에 따라 정해지는 적당한 길이의 것이 사용되고, 그 지면에 가까운 적당한 개소를 2분할하는 동시에 이 분할부 상호간을 스프링 조인트(401a)에 의해 일체적으로 연결한 것이다.

이 통체(401) 내에는 검출부로서 솔리드형 자이로 센서(402) 및 2축의 경사계(403)가 내벽면에 부착 고정된 지지판(404)을 통해 각각 설치되어 있다. 또, 이 통체(401) 내에는 구동 전원으로서 배터리(405), 자이로 센서(402), 경사계(403)로부터 출력되는 검출 신호를 증폭하여 연산하는 연산부(406) 및 이 연산부(406)에서 처리된 검출 신호를 송신하는 송신부(407)가 통체(401)의 내벽면에 부착 고정된 지지판(404)을 통해 각각 설치된다.

또한, 이 통체(401)의 지상측에 위치하는 외주면에 복수개의 온도계(408)가 축 방향으로 적당한 간격을 두고 각각 부착되어 있다.

한편, (409)는 통체(401)의 상부 개구부를 폐쇄하는 덮개체로, 이 덮개체(409)의 상면에는 배터리(405)의 충전용 전원으로서 태양 전지(410)가 부착되어 있다. 또, 덮개체(409)에는 연산부(406)에서 처리된 검출 신호를 송신부(407)로부터 도시하지 않은 기지국에 전파로서 송신하는 송신 안테나(411)가 부착되어 있다.

상기 자이로 센서(402)는 도 3 (A)에 나타낸 자이로 센서(102)와 동일한 것이다.

또, 상기 2축의 경사계(403)는 직교 2축의 경사 각도를 계측하고, 그 계측 신호는 연산부(406)에 입력된다.

또한, 온도계(408)는 적설층의 깊이에 있어서의 온도를 검출하여 연산부(40

6)에 입력된다.

여기에서, 상기 자이로 센서(402), 경사계(403) 및 온도계(408)의 각 기능과 연산부(406)의 기능에 대하여 도 36 및 도 37에 따라 설명한다.

도 36에 나타낸 바와 같이, 자이로 센서(402)의 각 압전 소자로부터 가속도 α에 따라 발생하는 전압이 입력되면, 이들의 전압 신호는 앰프에 의해 연산 처리에 적합한 신호 레벨로 증폭되고, T31a에서 그 전압 신호로부터 가속도를 연산에 의해 구한 후, T32a에서 각 축 방향의 가속도를 동시에 검출하여, 이들의 값으로부터 변위의 방향, 크기, 충격력, 검출기(400)의 자세를 판별한다. 그리고, T33a에서지구의 자전에 따른 가속도를 컷한 후, T34a에서 수정된 변위, 가속도 및 충격력을 출력 데이터 Fa로서 연산부(406)로 출력한다.

또, 2축의 경사계(403)에 의해 계측된 계측 신호는 앰프에 의해 연산 처리에적합한 신호 레벨로 증폭되고, T31b에서 그 계측 신호로부터 직교하는 2축의 경사 각도와 경사 방향을 구해, T32b에서 이들 각 축의 경사 각도와 경사 방향을 출력 데이터 Fb로서 연산부(406)로 출력한다.

또한, 온도계(408)에서 검출된 검출 신호는 앰프에 의해 연산 처리에 적합한 신호 레벨로 증폭되고, T31c에서 그 값으로부터 적설층의 각 깊이에 있어서의 온도를 측정한 후, T32c에서 적설층 중의 온도가 깊이에 의해 어느 정도 변화(상승)했는가를 판별한다. 지상측에 대해서도 동일하게 실시한다. 그리고, T33c에서 적설층의 온도를 출력 데이터 Fc로서 연산부(406)로 출력한다. 마찬가지로 지상의 기온에 대해서도 출력한다.

한편, 연산부(406)에 이들 자이로 센서(402), 경사계(403) 및 온도계(408)의 각 출력 데이터 Fa, Fb, Fc가 입력되면, 이 연산부(406)에서는 도 37에 나타낸 바와 같이, T41에서 자이로 센서(402)로부터의 데이터를 일정 시간마다 메모리에 기억하고, T42에서 그 데이터로부터 자이로의 가속도치를 적분하여 각도를 구한다.

또, T43에서 2축의 경사계로 구해진 각도치와 자이로 센서로 구해진 각도치를 비교하여, 오차가 있는 경우에는 자이로 센서의 각도치를 보정한다. T44에서 이 보정된 자이로 센서의 각도치를 재차 미분하여 가속도치를 계산하고, T45에서 이 가속도치를 메모리에 차례로 기억한다. 또한, T46에서 자이로 센서의 변위, 충격력, 위치 등이 다른 데이터도 동일하게 메모리에 기억한다.

그리고, T47에서 2축의 경사계(403)의 데이터를 자이로 센서(402)와 동기를 취하고, 일정 시간마다 메모리에 기억한다. 또, T48에서 온도계(408)의 데이터를 자이로 센서(402)와 동기를 취하고, 일정 시간마다 메모리에 기억한다. T49에서 이들 메모리에 비축된 데이터를 일정 시간마다 송신부(407)로 출력한다.

한편, 도 38은 검출기(400)에서 검출된 자이로 센서(402)에 의한 변위, 가속도 및 충격력의 데이터, 경사계(403)에 의한 경사각과 방향의 데이터, 온도계(408)에 의한 적설층의 온도 데이터를 기지국으로 전송하여, 눈사태 발생의 유무와 그 규모를 감시하기 위한 시스템 구성을 나타낸 블록도이다.

도 38에 있어서, 각 검출계측은 자이로 센서(402), 2축의 경사계(403), 온도계(408), 연산부(406) 및 송신부(407)로 구성되고, 기지국측은 수신부(412), 데이터 처리부(413) 및 판정부(414)로 구성되어 있다.

여기에서, 기지국측의 데이터 처리부(413)의 기능에 대하여 도 39에 따라 설명한다.

데이터 처리부(413)는 도 39에 나타낸 바와 같이, T61에서 자이로 센서(402)로부터의 계측 신호에 대하여 각 포인트 및 시간마다 변위, 가속도, 충격력에 대하여 정리한다. 이어서, T62에서 각 포인트에 가해지는 힘의 방향을 계산하여 T63에서 단위 시간당의 기준 가속도치와 비교 계산을 실시하고, T64에서 기준 가속도치를 초과한 데이터를 정리하여 메모리에 기억한다. 그리고, T65에서 기준 가속도치를 초과한 데이터에 있어서, 힘이 가해진 방향과 가속도치로부터 경사각을 계산한다.

또, 2축의 경사계(403)로부터의 계측 신호에 대하여 T66에서 각 포인트 및 시간마다 경사각과 방향에 대하여 데이터 정리한다. 이어서, T67에서 단위 시간당의 기준 경사각치와 비교 계산을 실시하고, T68에서 기준 경사각을 초과한 데이터를 정리하여 메모리에 기억한다.

또한, 온도계(408)로부터의 계측 신호에 대하여 T69에서 각 포인트 및 시간마다 적설층의 각 깊이에 있어서의 온도 데이터를 정리한다. 이어서, T70에서 기준 온도와의 비교 계산을 실시하고, T71에서 기준 온도를 초과한 데이터를 정리하여 메모리에 기억한다. 그리고, T72에서 지상의 기온에 대해서도 동일하게 데이터 정리하여 메모리에 기억한다.

또, 판정부(414)는 이 데이터 처리부(413)에 의해 처리된 데이터를 기초로 상세를 후술하는 각종의 판정 처리가 실시되어, 눈사태의 발생 요인과 그 규모에 따라 그 취지를 경보 또는 표시하는 것이다.

다음에 상기와 같은 구성의 눈사태 감시 장치의 작용을 설명한다.

지금, 눈사태의 가능성이 있는 산간부 등의 지중에 도 40에 나타낸 바와 같이 복수개의 검출기(400), 여기에서는 눈사태가 일어나기 쉬운 경사면에 따라 No.1∼No.5의 검출기(400)를 적당한 거리를 두고 각각 배치하고, 도 41에 나타낸 바와 같은 상태로 매설되어 있는 것으로 한다. 여기에서, 검출기(400)의 스프링 조인트(401a)로부터 하방을 지반 속에 매설함으로써, 눈사태가 있어도 검출기(400) 자체는 유출되는 일이 없다.

이와 같은 상태로 매설된 각 검출기(400)에 있어서, 적설부의 각 측정 포인트의 자이로 센서(402), 경사계(403) 및 온도계(408)에서 각각 계측된 신호에 대하여 도 36에 나타낸 바와 같은 처리가 행해져 연산부(406)로 거두어 들여지면, 이 연산부(406)에서는 도 37에 나타낸 바와 같은 연산에 의해 보정된 가속도치, 경사계(403) 및 온도계(408)의 각 데이터가 각각 송신부(407)로부터 송신 안테나(411)를 통해 기지국으로 전송된다.

기지국에서는 각 검출기(400)로부터 전송된 데이터를 도 38에 나타낸 수신부(412)에 의해 수신하면, 데이터 처리부(413)에서는 이들의 데이터를 처리하여 도 39에 나타낸 바와 같이 기준 가속도치를 초과한 데이터와, 기준 경사각을 초과한 데이터 및 기준 온도를 초과한 데이터와 지상 온도의 데이터에 대하여 각각 정리하고, 이들의 데이터는 판정부(414)로 거두어 들여진다.

여기에서, 판별부(414)에서의 각종의 판별 처리에 대하여, 도 42 및 도 45에 따라 상세히 설명한다.

도 42에 나타낸 바와 같이, T91에서 기준 가속도치를 초과한 자이로 센서(402)로부터의 데이터에 있어서, 힘이 가해진 방향, 경사 각도, 경사계(403)로부터 구한 방향, 경사각을 비교하여, T92에서 자이로 센서(2)로부터의 데이터와 경사계(403)로부터의 데이터가 거의 일치되고 있는지 여부를 판정한다. 그리고, T92에서 양 데이터가 일치되고 있다고 판정되면, T93에서 온도계(408)에 의해 계측된 적설층의 온도 데이터가 기준치를 초과하고 있는지 여부를 판정한다.

여기에서, 온도계(408)의 적설층의 데이터가 기준치를 초과하고 있지 않다고판정되면, T94에서 지상부에서의 이상 발생(표층 눈사태)으로 판단하여, T95에서 모든 검출기(400)가 기준치를 초과하고 있는지 여부를 판정한다.

그리고, T95에서 모든 검출기(400)가 기준치를 초과하고 있다고 판정되면, T96에서 대규모의 표층 눈사태가 발생하고 있다고 판단하여, T97에서 비상 경보를 발령한다. 또, T97에서 모든 검출기(400)가 기준치를 초과하고 있지 않다고 판정되면, T98에서 소규모의 표층 눈사태가 발생하고 있다고 판단하여, T99에서 긴급 경보를 발령한다.

상기 T93에서 온도계(408)의 적설부의 온도 데이터가 기준치를 초과하고 있다고 판정되면, 도 43에 나타낸 바와 같은 판정 처리로 이행한다. 도 43에 나타낸 바와 같이, T100에서 지상의 기온 데이터가 기준치를 초과하고 있는지 여부를 판정한다.

여기에서, 지상의 기온 데이터가 기준치를 초과하고 있지 않다고 판정되면, T101에서 적설층 내부에서의 이상 발생으로 판단하여, T102에서 모든 검출기(400)가 기준치를 초과하고 있는지 여부를 판정한다. 그리고, T102에서 모든 검출기(400)가 기준치를 초과하고 있다고 판정되면, T103에서 대규모 눈사태 발생으로 판단하여, T104에서 비상 경보를 발령한다. 또, T102에서 모든 검출기(400)가 기준치를 초과하고 있지 않다고 판정되면, T105에서 상류 또는 하류 구역에서 소규모 눈사태 발생으로 판단하여, T106에서 긴급 경보를 발령하는 동시에, T107에서 눈사태 발생 범위를 표시한다.

상기 T100에서 지상의 기온 데이터가 기준치를 초과하고 있다고 판정되면,T108에서 기온 상승에 의한 심층 눈사태 발생으로 판단하여, T109에서 모든 검출기(400)가 기준치를 초과하고 있는지 여부를 판정한다. 그리고, T109에서 모든 검출기(400)가 기준치를 초과하고 있다고 판정되면, T110에서 대규모 심층 눈사태가 발생했다고 판단하여, T111에서 비상 경보를 발령한다. 또, T109에서 모든 검출기(400)가 기준치를 초과하고 있지 않다고 판정되면, T112에서 상류 또는 하류 구역에서 중규모의 심층 눈사태가 발생했다고 판단하여, T113에서 긴급 경보를 발령하는 동시에, T114에서 눈사태 발생 범위를 표시한다.

한편, 도 42의 T92에 있어서, 자이로 센서(402)의 데이터와 경사계(403)의 데이터가 거의 일치되고 있지 않다고 판정되면, 도 44에 나타낸 바와 같은 판정 처리로 이행한다.

도 44에 있어서, T115에서 자이로 센서(402)로부터의 데이터가 기준치를 초과하고, 경사계(3)의 데이터가 기준치 이하로 되어 있는지 여부를 판정하여, 기준치 이하로 되어 있지 않으면 T116에서 온도계(408)의 데이터가 기준치를 초과하고 있는지 여부를 판정하고, 초과하고 있지 않으면 T117로 이행하여 계속 계측을 실행하고, 초과하고 있으면 T118에서 요감시 데이터로서 메모리에 등록, 보존한다.

또, 상기 T115에서 자이로 센서(402)로부터의 데이터가 기준치를 초과하고, 경사계(403)의 데이터가 기준치 이하로 되어 있다고 판정되면, T119에서 자이로 센서(402)의 가속도치가 기준치를 초과하고 있는지 여부를 판정하여, 기준치를 초과하고 있지 않으면 T120에서 적설층의 온도계(408)의 온도 데이터가 기준치를 초과하고 있는지여부를 판단하고, 초과하고 있지 않으면 T121에서 눈사태로 발전할 가능성이 적다고 판단하여, T122에서 메모리에 요감시 데이터를 등록, 보존한다. 또, T120에서 온도계(408)의 적설층의 온도 데이터가 기준치를 초과하고 있다고 판정되면, T123에서 눈사태로 발전할 가능성이 있다고 하여, T124에서 주의 경보를 발령한다.

상기 T119에 있어서, 자이로 센서(402)의 가속도치가 기준치를 초과하고 있다고 판정되면, 도 45에 나타낸 바와 같은 판정 처리로 이행한다.

도 45에 있어서, T125에서 자이로 센서(402)의 충격치가 기준치를 초과하고 있는지 여부를 판정하여, 초과하고 있지 않으면 T126에서 경사계(403)의 경사 방향과 자이로 센서(402)의 힘의 방향이 일치되고 있는지 여부를 판정하고, 일치되고 있지 않으면 T127에서 센서 이상으로 판단한다.

또, T126에서 경사계(403)의 경사 방향과 자이로 센서(402)의 힘의 방향과 일치되고 있다고 판정되면, T128에서 모든 검출기(400)가 기준치를 초과하고 있는지 여부를 판정한다.

그리고, T128에서 모든 검출기(400)가 기준치를 초과하고 있다고 판정되면, T129에서 심층부 또는 광역에서 적설층 전체가 이동하고 있는 것을 확인하고, T130에서 심층부 또는 광역의 눈사태로 판단하여, T131에서 긴급 경보를 발령한다.

또, T128에서 모든 검출기(400)가 기준치를 초과하고 있지 않다고 판정되면, T132에서 상류 또는 하류 구역에서 중규모의 눈사태가 발생했다고 판단하여, T133에서 경계 경보를 발령한다.

또한, T125에서 자이로 센서(402)의 충격치가 기준치를 초과하고 있다고 판정되면, T134에서 충격 회수가 3회 이상 계속되고 있는지 여부를 판정한다. 여기에서, 3회 이상 계속되고 있다고 판정되면, T135에서 낙석으로 판단하고, 3회 이상 계속되고 있지 않다고 판정되면, T136에서 동물 등의 접촉으로 판단한다.

이와 같이 제7 실시형태에서는, 변위, 가속도 및 충격력을 검출하는 자이로 센서(402), 직교하는 2축의 경사각과 경사 방향을 검출하는 2축의 경사계(403), 적설층 및 지상의 온도를 검출하는 온도계(408)와, 이들 자이로 센서(402)의 각도치를 경사계(403)의 각도치에 따라 보정된 가속도치, 경사계(403)의 데이터 및 온도 데이터를 연산 처리하는 연산부(406)와, 태양 전지(410)를 구동 전원으로 하는 배터리(405)를 구비한 검출기(400)를 적설이 많은 산간부 등의 경사지에 매설하고, 이들 검출기(400)에 의해 각각 검출된 각 데이터를 기직국으로 전송하고, 기지국에서는 그 수신 데이터를 데이터 처리부(413)에 의해 실시간으로 처리하여 각 측정 포인트마다의 기준 가속도치를 초과한 데이터 중, 힘이 가해진 방향과 가속도치로부터 경사 각도를 구해, 기준 경사각을 초과한 데이터와, 기준 온도를 초과한 데이터 및 지상의 온도 데이터를 구하고, 이 데이터 처리부(413)에 의해 처리된 각 데이터를 기초로 판정부(414)에서 각종의 판정 처리가 실시되고, 눈사태의 발생 요인과 그 규모에 따라 그 취지를 경보 또는 표시를 행하여 눈사태의 발생 유무를 감시하도록 한 것이다.

따라서, 적설층의 변위를 설치 장소에 좌우되지 않고 정확하게 검출할 수 있어, 눈사태에 의한 재해의 발생을 사전에 예지할 수 있다.

또, 제7 실시형태에 있어서의 검출기(400)로서는 통체(401)를 2분할하고 그분할부 상호간을 스프링 조인트(401a)에 의해 일체적으로 연결하는 구성으로 하고 있으므로, 도 46 (A)에 나타낸 바와 같이 미리 스프링 조이트부가 지상측에 있도록 매설해 두는 것만으로, 도 46 (B)에 나타낸 바와 같이 적설층의 이동에 의해 통체(1)에 하중이 걸리고, 스프링 조인트(401a)에 압곡력(押曲力)이 작용하여 휨이 발생해도, 적설층이 녹으면 도 46 (C)에 나타낸 바와 같이 스프링 조인트부는 탄성력에 의한 복귀 작용에 의해 원래의 상태로 되돌아간다.

따라서, 종래와 같이 검출기 자체가 눈의 중량에 의해 휨이 발생해도, 해빙 후에 일손에 의해 복원이나 교환을 행할 필요가 없어, 그 보수 점검이 불필요하게 된다.

또, 눈사태가 발생한 경우라도, 스프링 조인트부의 쿠션 작용에 의해 검출기(400)가 눈과 함께 흘러가는 일이 없어진다.

또한, 검출기(400)는 구동 전원으로서 태양 전지를 구비하고 있으므로, 저소비 전력으로 되어, 수명이 반영구적으로 메인티넌스 프리화를 도모할 수 있다.

[제8 실시형태]

다음에, 본 발명의 제8 실시형태에 관한 눈사태 감시 장치에서 사용되는 검출기의 구성예에 대하여 설명한다.

도 47 및 도 48은 자이로 센서와 온도계를 구비한 검출기(400)의 기능을 나타낸 것이다, 도 47에 있어서, 자이로 센서(402)의 각 압전 소자로부터 가속도 α 에 따라 발생하는 전압이 입력되면, 이들의 전압 신호는 앰프에 의해 연산 처리에 적합한 신호 레벨로 증폭되고, T141a에서 그 전압 신호로부터 가속도를 연산에 의해 구한 후, T142a에서 각 축 방향의 가속도를 동시에 검출하고, 이들의 값으로부터 변위의 방향, 크기, 충격력, 검출기(400)의 자세를 판별한다. 그리고, T143a에서 지구의 자전에 따른 가속도를 컷한 후, T144a에서 수정된 변위, 가속도 및 충격력을 출력 데이터 Fa로서 연산부(406)로 출력한다.

또, 온도계(408)에서 검출된 온도 검출 신호는 앰프에 의해 연산 처리에 적합한 신호 레벨로 증폭되고, T141b에서 그 값으로부터 적설층의 각 깊이에 있어서의 온도를 측정한 후, T142b에서 적설층 중의 온도가 어느 정도 변화(상승)했는가를 판별한다. 지상측의 온도에 대해서도 동일하게 실시한다. 그리고, T143b에서 적설층의 온도 및 지상측의 기온을 출력 데이터 Fc로서 연산부(406)로 출력한다.

한편, 연산부(406)에 이들 자이로 센서(402) 및 온도계(408)의 각 출력 데이터 Fa, Fc가 입력되면, 이 연산부(406)에서는 도 48에 나타낸 바와 같이, T151에서 자이로 센서(402)로부터의 데이터를 일정 시간마다 메모리에 기억하고, T152에서 그 데이터로부터 자이로의 가속도치를 적분하여 각도를 구한다. 그리고, T153에서 계산된 각도치를 가속도치와 마찬가지로 메모리에 기억한다.

또, T154에서 온도계의 데이터를 자이로 센서와 동기를 취하고, 일정 시간마다 메모리에 기억한다. T155에서 이들 메모리에 비축된 데이터를 일정 시간마다 송신부로 출력한다.

한편, 각 검출기(400)에서 검출된 자이로 센서(402)에 의한 변위, 가속도 및 충격력의 데이터, 온도계(408)에 의한 적설층의 각 깊이에 있어서의 온도 데이터가 기지국으로 전송되면, 기지국에서는 데이터 처리부에 의해 각 측정 포인트마다의 검출 데이터를 실시간으로 처리하여 각 측정 포인트마다의 기준 가속도치를 초과한 데이터와, 기준 온도를 초과한 온도 데이터 또는 기준 온도를 초과한 데이터 및 지상의 기온 데이터를 구하고, 판정부에 의해 데이터 처리 수단으로 처리된 데이터를 기초로 각종의 판정 처리를 실행하여, 눈사태의 발생 요인과 그 규모에 따라 그 취지를 경보 또는 표시하여 지반의 상태를 감시한다.

이와 같이 자이로 센서(402)와 온도계(408)를 설치한 검출기(400)라도, 설치 장소에 좌우되지 않고 눈사태의 발생 유무와 그 규모를 예측 판정하는 것이 가능하게 된다.

이와 같이, 제7∼제8 실시형태에 관한 발명에 의하면, 눈사태의 발생 개소와 그 규모의 특정을 행할 수 있는 동시에, 검출기(400)가 눈의 무게나 이동에 의해 휨이 발생해도 해빙 후에 자동적으로 원래의 위치로 복귀시킬 수 있는 눈사태 감시 장치를 제공할 수 있다.

본 발명은 전술한 각 실시형태에 한정되지 않고, 그 요지의 범위에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하다.

본 발명에 의하면, 지중에의 매설이 간단 또한 용이하고, 나아가 지반 또는 적설부 전체에 변위가 있는 경우라도 정확하게 검출 가능한 검출기를 사용하여, 지반에 있어서의 토사 붕괴나 적설지역에 있어서의 눈사태 등의 재해 발생을 사전에 예지할 수 있는 감시 장치 및 그것에 사용되는 검출기를 제공할 수 있다.

또, 본 발명에 의하면, 지반의 변위를 설치장소에 좌우되지 않고 정확하게검출할 수 있어, 지반에 있어서의 토사 붕괴 등의 재해 발생을 사전에 예지할 수 있는 지반 감시 장치 및 그것에 사용되는 검출기를 제공할 수 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 지중의 고함수 지층의 위치와 그 크기를 고정밀도로 계측할 수 있는 지중 수위 검출기를 제공할 수 있다.

또, 본 발명에 의하면, 눈사태의 발생 개소와 그 규모의 특정을 행할 수 있는 동시에, 검출기가 눈의 중량이나 이동에 의해 휘더라도 해빙 후에 자동적으로 원래의 위치로 복귀시킬 수 있는 눈사태 감시 장치 및 그것에 사용되는 검출기를 제공할 수 있다.

Claims (29)

1. 지중에 매설한 통체,

   상기 통체의 종방향으로, 소정 간격으로 상기 통체상에 배열되고, 전기 신호의 형태로 침투수의 존재를 검출할 수 있는 다수의 수위 센서 및

   상기 다수의 수위 센서로부터의 전기 신호에 기초하여 지중 수위를 구하는 연산장치

   를 포함하는 지중수위검출기.
2. 제1항에서,

   상기 통체는 원통형이고, 종방향의 간격을 따라 배열되어 침투수가 유입되는 다수의 공간을 가지고, 상기 다수의 수위 센서를 상기 다수의 공간에 각각 구비하는 지중수위검출기.
3. 제2항에서,

   인가되는 힘의 크기 및 방향과 그 경사에 따른 변위, 가속도, 각도치 및 경사각으로 이루어진 군으로부터 선택한 적어도 하나의 특징적인 측정치를 검출하기 위한 또다른 센서를 더 포함하며,

   상기 연산장치는 상기 또다른 센서의 검출 결과에 기초하여 지반의 변위를 구하는 지중수위검출기.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에서,

   상기 연산장치로부터 구한 데이터를 상기 지중수위검출기의 외부로 전송하기 위한 송신부를 더 포함하는 지중수위검출기.
5. 제4항에서,

   상기 원통형 통체는,

   내부 원통과 다공성 외부 원통으로 이루어진 이중벽 구조체, 및

   종방향의 적당한 간격으로 상기 내부 원통과 상기 다공성 외부 원통 사이에 배열된 다수의 간막이판

   을 포함하여, 상기 다수의 공간을 형성하는 지중수위검출기.
6. 제5항에서,

   상기 각 다수의 간막이판은 경사져 있어서, 상기 내부 원통측의 한쪽 단부가 상기 외부 원통측의 다른쪽 단부보다 높은 지중수위검출기.
7. 제4항에서,

   상기 다수의 공간은 상기 원통형 통체상에 형성된 다수의 빈공간 및 상기 빈공간으로 유입하는 침투수를 검출하는 상기 다수의 수위 센서에 의하여 채워지는 지중수위검출기.
8. 제7항에서,

   상기 빈공간 각각은 경사져 있어서 내부 원통측의 한쪽 단부가 외부 원통측의 다른쪽 단부보다 높은 지중수위검출기.
9. 제1항에서,

   인가되는 힘의 크기 및 방향에 따른 변위, 가속도, 각도치 및 경사각으로 이루어진 군으로부터 선택한 적어도 하나의 특징적인 측정치를 검출하기 위한 또다른 센서를 더 포함하며,

   상기 연산장치는 상기 또다른 센서의 검출 결과에 기초하여 지반의 변위를 구하는 지중수위검출기.
10. 제9항에서,

    상기 연산장치로부터 구한 데이터를 상기 지중수위검출기의 외부로 전송하기 위한 송신부를 더 포함하는 지중수위검출기.
11. 제10항에서,

    상기 통체는 원통형으로서,

    내부 원통과 다공성 외부 원통으로 이루어진 이중벽 구조체, 및

    종방향의 적당한 간격으로 상기 내부 원통과 상기 다공성 외부 원통 사이에 배열된 다수의 간막이판

    을 포함해서, 상기 다수의 공간을 형성하는 지중수위검출기.
12. 제11항에서,

    상기 각 다수의 간막이판은 경사져 있어서, 상기 내부 원통측의 한쪽 단부는 상기 외부 원통측의 다른쪽 단부보다 높은 지중수위검출기.
13. 제10항에서,

    원통형인 상기 통체상에 형성된 다수의 빈공간 및 상기 빈공간으로 유입하는 침투수를 검출하는 상기 다수의 수위 센서에 의하여 다수의 공간이 채워지는 지중수위검출기.
14. 제13항에서,

    상기 빈공간 각각은 경사져 있어서 내부 원통측의 한쪽 단부는 외부 원통측의 다른쪽 단부보다 높은 지중수위검출기.
15. 지중에 매설한 통체,

    상기 통체의 종방향으로, 소정 간격으로 상기 통체상에 배열되고, 전기 신호의 형태로 침투수의 존재를 검출할 수 있는 다수의 수위 센서,

    상기 다수의 수위 센서로부터의 전기 신호에 기초하여 지중 수위를 구하는 연산장치 및

    상기 연산장치로부터 구한 데이터를 외부로 전송하는 송신부

    를 포함하는 지중수위검출기 그리고

    상기 지중수위검출기로부터 전송받은 상기 데이터를 수신하여 상기 수신된 데이터를 참조 데이터와 비교하여, 상기 지중수위검출기를 매설한 곳에서의 지반 상태를 결정하는 수단

    을 포함하는 지반감시장치.
16. 제15항에서,

    상기 통체는 원통형이고, 종방향의 간격을 따라 배열되어 침투수가 유입되는 다수의 공간을 가지고, 상기 다수의 수위 센서는 상기 다수의 공간에 각각 구비되는 지반감시장치.
17. 제15항 또는 제16항에서,

    인가되는 힘의 크기 및 방향과 그 경사에 따른 변위, 가속도, 각도치 및 경사각으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 특징적인 측정치를 검출하기 위한 또다른 센서를 더 포함하며, 상기 연산장치는 상기 또다른 센서의 검출 결과에 기초하여 지반의 변위를 구하는 지반감시장치.
18. 제17항에서,

    상기 통체는,

    내부 원통과 다공성 외부 원통으로 이루어진 이중벽 구조체, 및

    종방향의 적당한 간격으로 상기 내부 원통과 상기 다공성 외부 원통 사이에 배열된 다수의 간막이판

    을 포함하여, 상기 다수의 공간을 형성하는 지반감시장치.
19. 제18항에서,

    상기 다수의 간막이판 각각은 경사져 있어서 상기 내부 원통측의 한쪽 단부가 상기 외부 원통측의 다른쪽 단부보다 높은 지반감시장치.
20. 제17항에서,

    상기 다수의 공간은 상기 원통형 통체상에 형성된 다수의 빈공간 및 상기 빈공간으로 유입하는 침투수를 검출하는 상기 다수의 수위 센서에 의하여 채워지는 지반감시장치.
21. 제20항에서,

    상기 빈공간 각각은 경사져 있어서, 상기 내부 원통측의 한쪽 단부는 상기 외부 원통측의 다른쪽 단부보다 높은 지반감시장치.
22. 제16항에서,

    상기 원통형 부재는,

    내부 원통과 다공성 외부 원통으로 이루어진 이중벽 구조체 및

    종방향의 적당한 간격으로 상기 내부 원통과 상기 다공성 외부 원통 사이에 배열된 다수의 간막이판

    을 포함하여, 상기 다수의 공간을 형성하는 지반감시장치.
23. 제22항에서,

    상기 다수의 간막이판 각각은 경사져 있어서, 상기 내부 원통측의 한쪽 단부가 상기 외부 원통측의 다른쪽 단부보다 높은 지반감시장치.
24. 제16항에서,

    상기 다수의 공간은 상기 원통형 부재상에 형성된 다수의 빈공간 및 상기 빈공간으로 유입하는 침투수를 검출하는 상기 다수의 수위 센서에 의하여 채워지는 지반감시장치.
25. 제24항에서,

    상기 빈공간 각각은 경사져 있어서, 상기 내부 원통측의 한쪽 단부는 상기 외부 원통측의 다른쪽 단부보다 높은 지반감시장치.
26. 제15항에서,

    상기 지반에 매설된 상기 지중수위검출기와 각각 동일한 다수의 지중수위검출기를 포함하며, 상기 다수의 수위 센서는 적당한 간격을 두고 배치된 지반감시장치.
27. 제26항에서,

    상기 다수의 지중수위검출기는 매트릭스 형태로 배열된 지반감시장치.
28. 삭제
29. 삭제