WO2005033475A1

WO2005033475A1 - トンネル落盤監視システム、トンネル落盤監視方法及び土木構造物破損監視システム

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Publication number: WO2005033475A1
Application number: PCT/JP2003/012571
Authority: WO
Inventors: Atsushi Shirasawa; Hikaru Fukuda; Kei Suzuki
Original assignee: Hitachi, Ltd.
Priority date: 2003-10-01
Filing date: 2003-10-01
Publication date: 2005-04-14
Also published as: JPWO2005033475A1

Abstract

トンネル落盤監視システムや土木構造物破損監視システムは、ネットワーク３、複数の導電性塗布パターン４、複数のセンサネット端末５、既存施設６に設置される複数の中継基地局端末７、ルート基地局端末８及び遠隔監視装置９から構成される。導電性塗布パターン４は、内壁面２に塗布され、センサネット端末５によって所定の電圧を印加される。それによって、導電性塗布パターン４内を電流が流れる。そのとき、内壁面２の一部にひび割れが発生し、塗布された導電性塗布パターン４の少なくとも一部が切断されると、抵抗値が高くなって電流値が低くなる。その電流値データは、センサネット端末５によって測定され、センサネット端末５から中継基地局端末７、ルート基地局端末８及びネットワーク３を介して遠隔監視装置９に送信される。そして、遠隔監視装置９は、その電流値データからひび割れの発生箇所を推定し、表示する。

Description

明細書トンネル落盤監視システム、トンネル落盤監視方法及び土木構造物破損監視システム技術分野 '

本発明は、ひび割れの発生を監視し、そのひび割れが発生した箇所を推定するトンネル落盤監視システム、トンネル落盤監視方法及ぴ土木構造物破損監視システムに関する。背景技術

トンネルのや剥落などの事故が発生したことを契機にして、トンネルに対するひび割れ監視のニーズが高まつている。ただし、トンネルのひび割れ監視の実施には次のような問題点がある。

( 1 ) トンネルは、高速道路だけで約 1 0 0 0箇所あり、最も防災基準が高いクラスである A A級でさえ 3 0数箇所に及ぶ。まして、一般国道や県道を含めると、对象数が膨大である。

( 2 ) ひぴ割れ監視を行うシステムを構築するにあたっては、振動センサなどによる測定データを収集するためにネットワークを利用する必要があり、そこで、例えば、専用回線を使用するとなれば、配管や配線などを敷設する作業に多額の費用がかかる。また、一般回線を利用するにしても、多額の通信費がかかる。

( 3 ) ひぴ割れ監視を行うシステムを構築するにあたって大規模な工事を行った場合は、長期間に亘る車線規制が必要になり、費用も然ることながら一般利用者への影響も大きい。

これらの問題点に対応するために、比較的簡単にトンネルなどの構造物のひぴ割れを検出する技術が提案されている（例えば、特開平 1 0— 3 1 0 0 2号公報参照）。この技術は、トンネルなどの構造物本体の露出面にひぴ割れを検出する導電性部材を付着し、その導電性部材の電気的変ィ匕を検出することによって、構造物本体のひび割れを検出するものである。しかしながら、前記の技術においては、導電性部材を付着させる部分、すなわち、導電性塗布層をトンネルの天井にのみ設けている。そのため、トンネルの天井付近に生じたひぴ割れしカ検出することができなヽ。また、導電性塗布層には、一定間隔ごとの導電性の有無が確認できるようにするために、所定間隔をおいて導電性検出用パターンが設けられている。この導電性檢出用パターンは、 2個 1 組でその間の導電性の有無を検査できるように設置さるので、その個数及ぴひぴ割れの検査範囲の関係から考慮すると効率的であるとは言レ、難い。更に、各導電性検出用パターンは、直接又は中継地を介して集中監視室に接続されている。その集中監視室において、各導電性検出用パターン間導電性の有無が検查、視される。ここで、各導電性検出用パターンと、集中視室又は中継地とは、電線や別の導電性塗布層などの有線によつて接続されてレヽるため、トンネルの距離が長くなるほどその接続作業の負担が大きくなること力と考えられる。

そこで、本発明は、前記問題に鑑み、トンネル内部に簡単に設置することができ、ひび割れの検査を広範囲に対して効率よく行うことができるようなトンネル落盤監視手段、更には、土木構造物破損監視手段を提することを課題とする。発明の開示

前記課題を解決する本発明は、前記トンネルの内壁面に密着するように設置される複数の導通線と、その導通線の両端に接続するように設置されるセンサネット端末と、前記トンネルの外部に設置され、ネットワークを介して相互接続される基地局端末及び遠隔監視装置とから構成されるトンネル落盤監視システム、そのトンネル落盤監視システムにおけるトンネル落盤監方法、及ぴ、それらを一般の土木構造物に適用した土木構造物破損監視システムである。複数の導通線は、例えば、トンネルの内壁面に縦横の格子状に設置される。そして、それぞれの導通線ごとに設置されたセンサネット端末は、その導通緣に所定の電圧を印可し、それによつて導通線に流れる電流の大きさである電流條を測定し、その測定した電流値又はその電流値に所定の計算を施すことによって得られる計算値をセンサデータとして基地局端末に無線送信する。基地局端末は、センサネット端末から受信したセンサデータを、更にネットワークを介して道路管理施設などに設置された遠隔監視装置に送信する。遠隔監視装置は、基地局端末から受信したセンサデータを蓄積する。そして、その蓄積したセンサデータと所定の閾値とを比較することによってその一部が切断されたと推定される導電線があるとき、そのセンサデータが測定された導電線が交差する部分をひび割れが発生した箇所として推定する。そして、例えば、その推定したひび割れ箇所をディスプレイ画面などに表示する。

これによれば、例えば、トンネルの管理者は、遠隔監視装置のディスプレイ画面を見ることによって、推定されるひび割れの発生及ぴひぴ割れ箇所を知ることができる。また、実際にトンネルの内壁面を点検するとき、その表示データの印刷物を携帯することによって、推定されるひび割れ箇所を重点的に点検することができる。また、土木構造物についても同様である。

なお、請求の範囲における「第 1の制御手段」、「第 2の制御手段」、「第 3 の制御手段」は、発明を実施するための最良の？ f 態における「L S I」 .に相当する。また、請求の範囲における「センサデータ」、「センサデータ蓄積手段」は、発明を実施するための最良の形態における「電流値データ」、「電流値データ蓄積手段」に相当する。図面の簡単な説明

第 1図は、本発明の実施の形態に係るトンネルのィメージを示す図である。

第 2図は、本発明の実施の形態に係るトンネル落盤監視システムのネットワーク構成を示す図である。

第 3図は、本発明の実施の形態に係る導電性塗布パターンを示す図である。

第 4図は、本発明の実施の形態に係る導電性塗布パターンを示す図である。

第 5図（a ) は本発明の実施の形態に係るセンサネット端末のブロック構成を示す図であり、（b ) はセンサネット端末の^イメージを示す図である。

第 6図（a ) は本発明の実施の形態に係るルート基地局端末のブロック構成を示す図であり、（b ) はルート基地局端末の^ Iイメージを示す図である。

第 7図は、本発明の実施の形態に係る遠隔監視装置の機能プロック構成を示す図である。第 8図（a ) は本発明の実施の形態に係る O字型接続用センサネット端末の斜視図であり、（b ) は〇字型接続用センサネット端末の平面図である。

第 9図は、本発明の実施の形態に係る O字型接続を示す図である。

第 1 0図（a ) は本発明の実施の形態に係る 8字型接続用センサネット端末の斜視図であり、（b ) は 8字型接続用センサネット端末の平面図である。

第 1 1図は、本発明の実施の形態に係る 8 接続を示す図である。

第 1 2図は、本発明の実施の形態に係るセンサネット端末の接着箇所の断面図である。

第 1 3図は、本発明の実施の形態に係るひび割れ検出時の動作を示すフローチヤートである。発明を実施するための最良の形態

以下、本努明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。し力しながら、本発明はこれらの実施の形態に限定されるもので fまない。

《システムの構成と概要》

まず、トンネル落盤監視システムの構成と概要について説明する。

第 1図は、本発明の実施の形態に係るトンネルのィメージ図であり、トンネル落盤監視システムの構成要素の一部がトンネル 1の内側こあたる内壁面 2に設置されている様子を示している。導電性塗布パターン 4は、内壁面 2に縦横の格子状に設置されていて、内壁面 2を内側から覆うようになっている。個々の導電性塗布パターン⁴は、細長い形状になっていて、直接又は所定の膜材を介して間接的に内壁面 2に設置されている。センサネット端末 5は、その個々の導電性塗布パターン 4の一端に設けられている。トンネル 1の天井には、所定の間隔をおいて、照明灯や換気扇などの既存施設 6が取り付けられてレヽる。その既存施設 6の外部又は内部に中継基地局端末 7が設置されている。なお、各構成要素の機能などの説明は後記する。

次に、第 2図を参照して、本発明の実施の形態に係るトンネル落盤監視システムのネットワーク構成について説明する。第 2図のトンネノレ 1は、第 1図におけるトンネル 1の内側から内壁面 2を見たときのイメージを示している。トンネル監視システムは、ネットワーク 3、複数の導電性塗布パターン 4、複数のセンサネット端末 5、既存施設 6に設置される複数の中,継基地局端末 7、ルート基地局端末 8及び遠隔監視装置 9から構成される。ネットワーク 3は、ルート基地局端末 8と遠隔監視装置 9とを接続する通信網であり、具体的には、インターネット、公衆回線、携帯電話網などによって実現される。導電性塗布パターン 4は、内壁面 2に塗布され、センサネット端末 5によってその両端間に所定の電圧が印加される。それによつて、導電性塗布パターン 4内を電流が流れる。ところが、内壁面 2の一部にひび割れが発生し、そのひび割れの箇所に塗布された導電性塗布パターン 4の少なくとも一部が切断されると、抵抗値が高くなつて電流値が低くなる。センサネット端末 5は、所定のデータをセンサで入力し、無線通信によりそのデータを基地局端末に送信する機能を持つ。ここでは、特に、所定の時間（例えば、数時間）が経過するごとに、導電性塗布パターン 4に流れる電流値のデータ（以下、「電流値データ」という）を中継基地局端末 7に送信するものとする。従って、センサネット端末 5は、通常は省電力モード（スリープ状態）になっており、所定の時間ごとに稼動モードに移行することによって電流値データの測定及び送信を行う。なお、導電性塗布パターン 4及ぴセンサネット端末 5 の接続の詳細は後記する。中継基地局端末 7は、照明灯や換気扇などの既存施設 6の外部又は内部に設置される。これは、電力が常時供給される電源として既存施設 6が使用している電灯線などを共用するためであり、また、設置場所として安全カゝっ比較的容易に設置可能なためである。これによつて、中継基地局端末 7 の設置コストを節減することができる。この中継基地局端末 7は、センサネット端末 5や別の中継基地局端末 7から電流値データを受信し、その受信した電流値データを更に別の中継基地局端末 7やルート基地局端末 8に送信する。なお、センサネット端末 5が出力する電波の到達距離は数十 mなので、トンネル 1の長手方向に沿って数十 mの距離ごとに中継基地局端末 7を設置するものとする。また、第 2図において、中継基地局端末 7は 2つのアンテナを備えるように示されているが、 1つのアンテナであってもよい。

ルート基地局端末 8は、トンネル 1から離れた場所に設置され、トンネル 1が崩壌し Tもその安全が確保されるものとする。例えば、耐震構造を備えたビルなどに設置される。このルート基地局端末 8は、トンネル 1内の既存施設 6に設置された中継基地局端末 7から電流値データを受信し、その受信した電流値データをネットワーク 3経由で遠隔監視装置 9に送信する。遠隔監視装置 9は、所定の ±也域や道路の管理区域ごとに設けられてレヽる管理施設内に設置される。遠隔監視装置 9は、トンネルの監視を行うものであり、ここでは、特に、ルート基地局端末 8からネットワーク 3経由で電流値データを受信し、その受信した電流値データを蓄積すると共に、その蓄積した電流値データからトンネル 1のひぴ割れの発生及びひぴ割れ箇所を推定する。具体的には、 P C (Personal Computer) ゃサーバなどによって実現される。

《導電性塗布パターン》

続いて、第 3図及び第 4図を参照して、本発明の実施の形態に係る導電性塗布パターンについて説明する。第 3図に示すように、トンネル 1の内壁面 2 (第 1 図参照）には、トンネル 1の長手方向（以下、 X方向という）及びそれに直交する方向（以下、 Y方向という）に、導電性塗布パターン 4とセンサネット端末 5 との組み合わせであるセット Sが整然と設置されている。すなわち、 X方向には、セット S X 1、セット S X 2、 · · ·、セット S X 1 4が配置され、 Y方向には、セット S Y 1、セット S Y 2、 · · ·、セット S Y 8が配置されている。個々の導電性塗布パターン 4の大きさとしては、例えは、、パターン（導通線）の幅が数 c m、パターン全体の幅が数十 c m、パターン全体の長さが数 mという数値があげられる。導電性塗布パターン 4の材質としては、カーボンや金属があげられ、不燃性で抵抗値が低いものが望ましい。

実際に、トンネル 1の内壁面 2に導電性塗布パターン 4を塗布する手順は、以下のようになる。

( 1 ) Y方向に配置するセット S ( S Y 1など）の範囲に絶縁性塗料を塗布する。

( 2 ) Y方向に配置するセット S ( S Y 1など）の導電性塗布パターン 4を塗布する。 ' '

( 3 ) X方向に配置するセット S ( S X 1など）の範囲に絶縁性塗料を塗布する (4) X方向に配置するセット S (SX1など）の導電性塗布パターン 4を塗布する。

( 5 ) 導電性塗布パターン 4を覆うように絶縁性塗料を塗布する。

これによれば、塗布層としては、内壁面 2側から絶縁層、 Y方向導電層、絶縁層、 X方向導電層及び絶縁層の 5層構造になる。絶縁性塗料を塗布するのは、内壁面 2や導電性塗布パターン 4の間で短絡が発生するのを防止し、ひぴ割れの検出を確実に行うためである。なお、絶縁性塗料の材質としては、フエノール樹脂ゃシリコーン樹脂などがある。

第 4図に示すように、例えば、 X方向のセット SX5及ぴ SX6、並びに、 Y 方向のセット SY3、 SY4、 SY 5及び SY 6のセンサネット端末 5が測定した電流値が所定の閾値以下であるとすれば、各セットの導電性塗布パターン 4の少なくとも一部が切断されたことが考えられる。このとき、 X方向のセット SX 5及ぴ SX6と、 Y方向のセット SY3、 SY4、 S Y 5及ぴ S Υ 6とが交差する部分である Rがひび割れ可能性範囲であると考えられる。例えば、 Ρに示すようなひび割れパターンが想定される。

《端末の構成と概要》

次に、第 5図及び第 6図を参照して、センサネット端末及ぴルート基地局端末 (中継基地局端末を含む）の構成と概要を説明する。

第 5図は、本発明の実施の形態に係るセンサネット端末のブロック構成及ぴ外観イメージを示す図である。第 5図（a) に示すように、センサネット端末 5は、その中枢機能を実現する LS I (Large Scale Integrated Circuit, 大規模集積回路） 51、中継基地局端末 7 (第 2図など参照）とのデータの送受信を行うァンテナ 60、電流傲データを測定するセンサ 61、及ぴ、電源 62から構成される。源62は、 1次電池、充電可能な 2次電池、発電素子（太陽光発電素子、振動発電素子、マイクロ波発電素子など）又はこれらの組み合わせである。なお、センサネット端末 5自身は電源を持たず、他から電力の供給を受けるようにしてよい。 LS I 51は、アンテナ 60に接続され、中継基地局端末 7とのデータの送受信を制御する無線送受信回路 52、 LS I 51の全体制御を行う CPU ( Central Processing Unit) であるコントローラ回路 5 3、センサ 61が測定した電流値データを記録する不揮発性メモリ（例え Ϊま、フラッシュメモリ）である電流値データ記録回路 5 4、センサ 6 1が測定した電流値データを AZD ( Analog / Digital) 変換する A/D変換回路 5 5、プログラムを記録する R OM (Read Only Memory) であるプログラムメモリ 5 6、プログラムを実行するときのワーク用 R AM (Random Access Memory) である作業用メモリ 5 7、一定間隔の信号（クロック信号）を発生させるタイマ回路 5 8、及ぴ、電源 6 2から供給される電力を定のに調整すると共に、電力不要のときに電源を切断し、消費電力を抑制する制御を行う電源制御回路 5 9から構成される。 L S I 5 1は、 1チップに限定されるものではなく、複数チップを搭載し fこボード又は MC P ( Multi Chip Package) であってもよい。

第 5図（b ) に示すように、センサネット端末 5の外観は、アンテナ 6 0、センサネット端末 5本体及ぴセンサ 6 1に分かれており、センサネット端末 5本体上に L S I 5 1と電源 6 2とが設けられている。このセンサネット端末 5は、トンネル 1の内壁面 2などに設置されるので、防水対策を施しておくことが望ましい。例えば、アンテナ 6 0を榭月旨でコーティングすることによって、冬季における凍結を防止することが考えられる。また、センサネット端末 5全体に簡易な力バーを設けることによって、水分の付着を避けることが考えられる。更に、アンテナ 6 0が水に濡れた場合に電波が減衰しても、無線通信に問題が発生しないような距離間隔に基づく配置を行うようにしてもよ！/、。

第 6図は、本発明の実施の形態に係るルート基地局端末のプロック構成及び外観ィメージを示す図である。第 6図（ a ) に示すように、ルート基地局端末 8は、 L S I 7 1、中継基地局端末 7とのデータの送受信を行うァンテナ 8 0、ネットワーク 3に接続するネットワーク接続匿 8 1、及び、電源 8 2から構成される。 L S I 7 1は、アンテナ 8 0に接続され、中継基地局端末 7とのデータの送受信を制御する無線送受信回路 7 2、コントローラ回路 7 3、センサネット端末 5が測定、送信した電流値データを記録する不揮発メモリ（例えば、フラッシュメモリ）である電流値データ記録回路 7 4、ネットワークプロトコルに則ってネットワーク 3とのデータの送受信を制御するネットワークインタフェース制御回路 7 5、プログラムメモリ Ί 6、作業用メモリ 7 7、タイマ回路 7 8、及び、鼈源制御回路 7 9から構成される。

第 6図（b ) に示すように、ルート基地局端末 8の外観は、アンテナ 8 0、ル一ト基地局端末 8本体及ぴネットワーク接続機器 8 1に分力、れており、ルート基地局端末 8本体上に L S I 7 1と電源 8 2とが設けられている。

なお、以上の説明においては、センサネット端末 5と共通する部分（同一の名称）の詳細説明を割愛した。また、中継基地局端末 7は、第 6図のルート基地局端末 8の構成からネットワークインタフェース制御回路 7 5及ぴネットワーク接続 β 8 1を除いた構成を備える。

《遠隔監視装置の構成と概要》

第 7図を参照して、遠隔監視装置の構成と概要を説明する。第 7図に示すように、遠隔監視装置 9は、ネットワーク接続手段 9 1、電流値データ蓄積手段 9 2 、ひび割れ箇所推定手段 9 3及ぴひび割れ箇所表示手段 9 4から構成される。ネットワーク接続手段 9 1は、ネットワーク 3に接続するネットワーク接続 βであり、ネットワーク 3を介してルート基地局端末 8から鼋流値データを受信する機能を持つ。電流値データ蓄積手段 9 2は、ネットワーク接続手段 9 1が受信した電流値データを記憶、蓄積するものであり、不揮発性のハードディスク装置やフラッシュメモリによつて実現される。ひび割れ箇所推定手段 9 3は、電流値データ蓄積手段 9 2に蓄積された電流値データを入力、参照し、その電流値データと所定の閾値とを比較することによって、ひび割れ箇所を推定するものであり、 C P U (Central Processing Unit) や R AM (Random Access Memory) などによつて実現される。ひび割れ箇所表示手段 9 4は、ひび割れ箇所推定手段 9 3が推定したひび割れ箇所を表示するものであり、ディスプレイ画面などによって実現される。

«センサネット端末と導電性塗布パターンの接続》

続いて、第 8図乃至第 1 2図を参照して、トンネルの內壁面におけるセンサネット端末と導電性塗布パターンとの接続について説明する。

第 8図に示すように、センサネット端末 5には、アンテナ 6 0と、 4つの端子、すなわち、端子 T l、端子 Τ 2、端子 Τ 3及び端子 Τ 4とが付設されている。端子 T 1及び端子 Τ 2は、導電チェック用の端子であり、それぞれが導電性塗布パターン 4の両端に接続される。センサネット端末 5は、この端子 T 1及ぴ端子 T 2の間に所定の電圧を印加することによづて、導電性塗布パターン 4に電流を流す。そして、導電性塗布パターン 4に流れる電流値を測定する。端子 T 3はグランド用であり、端子 T 4は電源用である。すなわち、端子 T 3及ぴ端子 T 4は、センサネット端末 5に電力を供給するための端子である。これらの端子と、導電性塗布パターン 4との接続について第 9図に示す。第 9図は、導電性塗布パターン 4 (4 1、 4 2、 4 3 ) とセンサネット端末 5とがトンネル 1の内壁面 2 ( 第 1図など参照）に設置されたところを示している。導電チェック用の導電†生塗布パターン 4 1は、横長の U字形又は O字形になっていて、右側に位置するその両端にセンサネット端末 5の端子 T 1と端子 T 2とがそれぞれ接続されている。一方、グランド用の導電性塗布パターン 4 2は、上下方向に長く形成され、センサネット端末 5の端子 T 3に接続できるように右側に突出した部分を持つ。また、電源用の導電性塗布パターン 4 3も、上下方向に長く形成されるが、これは、センサネット端末 5の端子 T 4に接続できるように左側に突出した部分を持つ。なお、グランド用の導電性塗布パターン 4 2及ぴ電源用の導電性塗布パターン 4 3は、上側又は下側においてトンネル 1の既存施設 6 (第 1図など参照）が使用している電灯線などの既存の電源設備に接続される。第 9図に示した例では、センサネット端末 5が O字形の 1つの導電性塗布パターン 4 1を取り扱うので、このようなセンサネット端末 5を O字形用という。

別の例として、第 1 0図に示すセンサネット端末 5には、アンテナ 6 0と、 6 つの端子、すなわち、端子 T l、端子 Τ 2、端子 Τ 3、端子 Τ 4、端子 Τ 5及ぴ端子 Τ 6とが付設されている。端子 T 1及び端子 Τ 2、並びに、端子 Τ 3及ぴ端子 Τ 4がそれぞれ 2つ 1組で導電チェック用の端子になっている。また、端子 5 はグランド用であり、端子 6は電源用であり、 2つ 1組で電力供給用の端子になつている。第 1 1図は、導電性塗布パターン 4 (4 1 Α、 4 1 Β、 4 5、 4 6 ) とセンサネット端末 5とがトンネル 1の内壁面 2 (第 1図など参照）に設置されたところを示している。導電チェック用 Αの導電性塗布パターン 4 1 Αは、横長の U字形又は O字形になっていて、右側に位置するその両端にセンサネット端末 5の端子 T 1と端子 T 2とがそれぞれ接続されている。導電チェック用 Bの導電性塗布パターン 4 I Bも、横長の U字形又は O字形になっているが、これは、左側に位置するその両端にセンサネット端末 5の端子 T 3と端子 T 4とがそれぞれ接続されている。一方、グランド用の導電性塗布パターン 4 5は、上下方向に長く形成され、センサネット端末 5の端子 T 5がそのまま接続されている。電源用の導電性塗布パターン 4 6も、上下に長く形成されるが、これには、センサネット端末 5の端子 T 6がそのまま接続されている。導電性塗布パターン 4 1 Bの右側には、隣接する導電チェック用 Aの導電性塗布パターンが設置されている。なお、グランド用の導電性塗布パターン 4 5及び電源用の導電性塗布パターン 4 6 は、上側又は下側においてトンネル 1の既存施設 6 (第 1図など参照）が使用している電灯線などの既存の原設備に接続される。第 1 1図に示した例では、センサネット端末 5が O字形の 2つの導電性塗布パターン 4 1 A及ぴ 4 1 Bを取り扱うので、このようなセンサネット端末を 8字形用という。

第 1 2図は、本発明の実施の形態に係るセンサネット端末の接着箇所の断面図である。第 1 2図には、まず、トンネル 1の内壁面 2 (第 1図など参照）としてコンクリート 2 1が示されている。その上に導電性塗布パターン 4が塗布される

。この導電性塗布パターン 4の材質としては、カーボンや金属があげられる。次に、その上に導電性接着剤 1 0が塗布される。この導電性接着剤 1 0には、例えば、樹脂をベースにカーボンや金属を配合したペースト状の導電性樹脂が使用される。更に、その上にセンサネット端末 5の端子 Tが設置される。すなわち、導電性接着剤 1 0によって、導電性塗布パターン 4と端子 Tとが接着される。なお

、コンクリート 2 1と導電性塗布パターン 4との間に所定の膜材を設けるようにしてもよい。

《システムの動作》

第 1 3図のフローチャートに沿って、本発明の実施の形態に係るトンネル監視システムの動作について説明する（適宜第 2図、第 5図乃至第 7図参照）。ここで、ステップ S 2 0 1乃至 S 2 0 3は、各端末の動作を示し、ステップ S 2 0 4乃至 S 2 0 8は、遠隔監視装置 9の動作を示す。

まず、センサネット端末 5は、それ自身が接続している導電性塗布パターン 4 に流れる電流値を測定し、その電流値データを中継基地局端末 7に送信する（ステツプ S 2 0 1 ) 。センサネット端末 5は、通常省電力モード（スリープ状態）になっているが、タイマ回路 5 8のトリガによって所定の時間（例えば、数時間 ) ごとに稼動モードに移行し、電流値の測定、送信を行う。最初に、センサネット端末 5自身に付設されている導電チェック用の端子を介して、それ自身が接続している導電性塗布パターン 4の両端間に所定の «J£を印加する。次に、その印加した電圧によって導電性塗布パターン 4に流れる電流の大きさである電流値を測定する。そして、その測定した電流値を電流値データとして最寄りの中継基地局端末 7に無線送信する。そのとき、予めメモリなどに言己録されているセンサネット端末 5自身の識別情報又は位置情報を電流値データに含めるものとする。電流値データの送信が完了すると、再電力モードに戻る。

次に、中継基地局端末 7は、電流値データの受信及ぴ送信を行う（ステップ S 2 0 2 ) 。電流値データの受信は、主として、その電流値データを測定、送信するセンサネット端末 5から行う。ただし、他の中継基地局端末 7が出力する電波の強度が十分でなく、その電波がトンネル 1の外部のルート基地局端末 8まで到達できない場合があり、その場合には中継のために他の中継基地局端末 7から電流値データを受信する。電流値データの送信は、基本的には、ルート基地局端末 8に対して行う。ただし、中継基地局端末 7が出力する電波の強度が十分でなく、その電波がトンネル 1の外部のルート基地局端末 8まで到達できなレヽ場合があり、その場合には中継のために他の中継基地局端末 7に電流値データを送信する。いずれにしても、中継基地局端末 7は、センサネット端末 5が送信した電流値データを受信又は中継してルート基地局端末 8に無線送信する機能を持つ。続いて、ルート基地局端末 8は、中継基地局端末 7から電流値データを受信し、その受信した電流値データをネットワーク 3を介して遠隔監視装置 9に送信する（ステップ S 2 0 3 ) 。ルート基地局端末 8は、トンネル 1から離れた場所に設置され、トンネル 1が崩壊しても安全が確保され、トンネル 1を監視する機能を継続できるものとする。従って、電流値データを収集、中継する機能だけでなく、他の機能を持たせてもよレ、。例えば、所定の監視時間が経過しても、トンネル 1の内部に設置された中継基地局端末 7から電流値データを受信できないときには、トンネル 1に何らかの問題が発生したものと認識し、遠隔監視装置 9に警報情報を送信するようにしてもよい。

遠隔監視装置 9においては、ネットワーク接続手段 9 1がルート基地局端末 8 力ら送信された電流値データをネットワーク 3を介して受信し、その受信した電流値データを電流値データ蓄積手段 9 2が記録、蓄積する（ステップ S 2 0 4 ) 次に、ひび割れ箇所推定手段 9 3によって、電流値データ蓄積手段 9 2に蓄積された電流値データのチェック処理が行われる。具体的には、 1つの格子を形成する導電性塗布パターン 4に接続されたセンサネット端末 5のグループごとに最近測定された電流値と、所定の閾値との比較によって行われる (ステップ S 2 0 5 ) 。内壁面 2にひび割れが発生し、導電性塗布パターン 4の少なくとも一部が切断されたときには、その電気抵抗値が大きくなるので、その電流値は逆に小さくなる。従って、所定の閾値以下又は未満の電流値データがある力否かをチエツクする（ステップ S 2 0 6 ) 。なお、ー且チェックされた電流値データは、消去してもよいし、別途時間的変ィ匕の傾向などを調查するためにそのまま記録しておいてもよい。

所定の閾値以下又は未満の電流値データがあれば（ステップ S 2 0 6の Y e s ) 、内壁面 2にひび割れが発生していると推定し、内壁面 2におけるひぴ割れ箇所の推定を行う（ステップ S 2 0 7 ) 。具体的には、 1つの格子を形成する導電性塗布パターン 4に接続されたセンサネット端末 5の電流値データから、所定の閾値以下又は未満の電流値を測定したセンサネット端末 5の識別情報又は位置情報（以下、特定情報という）を抽出する。その抽出した特定情報を X方向と、 Y 方向とに分類する。その X方向の特定情報の 1つによって特定される導電性塗布パターン 4と、その Y方向の特定情報の 1つによって特定される導電性塗布パターン 4とが交差する部分が、ひぴ割れ箇所であると推定することができる。例えば、第 4図において、 X方向では、セット S X 5及び S X 6の電流値データが閾値以下であり、 Y方向では、セット S Y 3乃至 S Y 6の電流値データが閾値以下であるとすれば、セット S X 5及び S X 6の導電†生塗布パターン 4と、セット S Y 3乃至 S Y 6の導電性塗布パターン 4とが交差する部分 Rを、ひぴ割れが発生した可能性のある範囲として推定することができる。そして、ひび割れ箇所推定手段 9 3が推定したひび割れ箇所を、ひび割れ箇所表示手段 9 4に表示する（ステツプ S 2 0 8 ) 。例えば、第 4図のようなデータがひび割れ箇所表示手段 9 4 に表示される。このとき、アラームを鳴らすことによって、トンネルの管理者などに対してひび割れ箇所表示手段 9 4を見るように促してもよい。

これによつて、トンネルの管理者は、遠隔監視装置 9 ( ひぴ割れ箇所表示手段 9 4を見ることによって、ひび割れの発生及び推定されるひび割れ箇所を知ることができる。また、実際にトンネル 1の内壁面 2を点検、保守するとき、その表示データの印刷物を携帯することによって、推定されるぴ割れ箇所を重点的に点検することができる。

なお、—ステップ S 2 0 6において所定の閾値以下又は満の電流値データがなければ（ステップ S 2 0 6の N o ) 、その時点ではひぴ害！]れ箇所はないものと認識し、遠隔監視装置 9は処理を終了する。

以上本発明の実施の形態について説明したが、第 2図に示す各端末及び装置のそれぞれで実行されるプログラムをコンピュータによる崈み取り可能な記録媒体に記録し、この記録媒体に記録されたプログラムをコンヒ。ユータシステムに読み込ませ、実行することにより、本発明の実施の形態に係るトンネル落盤監視システムが実現されるものとする。ここでいうコンピュータシステムとは、 O S (

Operating System) などのソフトウェアや周辺機器などハードウエアを含むものである。

《その他の実施の形態 >

以上本発明について好適な実施の形態について一例を示したが、本発明は前記実施の形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範困で適宜変更が可能である。例えば、以下のような実施の形態が考えられる。

( 1 ) 前記実施の形態では、トンネル 1の内壁面 2に導電性塗料を塗布することによって形成される導電性塗布パターン 4を記載したが、導電性シートを使用してもよい。

( 2 ) 前記実施の形態では、センサネット端末 5が送信するデータを、電流値データとして記載したが、電気抵抗値であってもよいし、霞流値や電気抵抗値と所定の閾値との比較結果 (O K/N G) であってもよい。また、電流値や電気抵抗値に所定の計算を施すことによって得られる計算値であってもよい。更に、電流値や電気抵抗値が急に変化したことを通知するデータであってもよい。

( 3 ) 前記実施の形態では、センサネット端末 5に電力を供給する方法として、グランド用及び電源用の導電性塗布パターンによる方法を記載したが、センサネット端末 5自身に電源を持たせてもよレ、。例えば、円筒形ボタン電池ケースや、蓄電池を含む振動発電素子などを備えさせることが考えられる。

( 4) 前記実施の形態では、トンネル謹監視システムについて記載したが、そのシステムをいわゆる土木構造物の壁面のひぴ割れを監視する土木構造物破損監視システムに適用してもよい。例えば、橋梁やプラント建造物に適用することが考えられる。この場合、日照条件がよい壁面などにセンサネット端末 5を設置するときには、センサネット端末 5の電源として蓄電池を含む太陽電池パネルを使用することができる。産業上の利用可能性

本発明によると、例えば、トンネルの内壁面などに複数の導通線が縦横の格子状に設置されるので、ひび割れが発生したときに、その発生箇所を通過している縦方向の導通線及び横方向の導通線の少なくとも一部が切断され、例えば、それらの導通線の電流値データが小さくなる。従って、ひび割れ箇所の推定範囲を狭めることができ、内壁面の点検作業を効率的力つ重点的に行うことが可能になる。また、内壁面の広い範囲に導通線を設置することによって、広い範囲におけるひぴ割れの発生及ぴ推定されるひび割れ箇所を知ることができる。

更に、本発明によると、センサネット端末と、中継基地局端末と、基地局端末との間は、無線通信によってデータの送受信を行う。また、中基地局端末は、例えば、トンネルの換気扇や照明灯などの既存施設に設置され、その中継基地局端末に対する電力供給は電灯線などの既存電源によって行われる。従って、端末間の有線接続や新たなる電源の設置などの作業が不要であり、設置作業の負担を節減することができる。

Claims

請求の範囲

1 . トンネルの内壁面におけるひび割れの発生を監視し、そのひび割れが発生した箇所を推定するトンネル監視システムであって、

前記トンネル落盤監視システムは、前記トンネルの内壁面に密着するように設置される複数の導通線と、その導通線の両端に接続するように設置されるセンサネット端末と、前記トンネルの外部に設置され、ネトワークを介して相互接続される基地局端末及び遠隔監視装置とから構成され、

前記複数の導通線は、前記導通線が所定の方向へ平行に並ぶように複数配置された第 1の導通線群と、その第 1の導通線群に交差するように、前記導通線が前記所定の方向と異なる方向へに並ぶように複数配置された第 2の導通線群とから構成され、

前記センサネット端末は、前記導通線の両端に接続される少なくとも 2つ 1糸且の端子と、前記基地局端末と無線通信を行う第 1のアンテナと、前記端子を介して前記導通線の両端間に所定の電圧を印加し、その印加した電圧によつて前記導通線に流れる電流の大きさを示す電流値を測定し、その浪【J定した電流値又はその電流値に所定の計算を施すことによって得られる計算値をセンサデータとして前記基地局端末に前記第 1のアンテナを介して送信する第 1の制御手段とから構成され、

.前記基地局端末は、前記センサネット端末と無線通信を行う第 2のアンテナと、前記ネットワークと接続する第 1のネットワーク接続手段と、前記第 2のアンテナを介して前記センサネット端末から前記センサデータを受信し、その受信したセンサデータを前記第 1のネットワーク接続手段及び前記ネットワークを介して前記遠隔監視装置に送信する第 2の制御手段とから構成され、

前記遠隔監視装置は、前記ネットワークと接続する第 2のネットワーク接続手段と、前記ネットワーク及ぴ前記第 2のネットワーク接続手段を介して前記基地局端末からセンサデータを受信し、その受信したセンサデータを蓄積するセンサデータ蓄積手段と、その蓄積したセンサデータを入力し、その入力したセンサデータと所定の閾値とを比較することによってその一部が切断されたと推定される少なくとも 2つの前記導電線が交差する部分をひび割れが発生している箇所として推定するひび割れ箇所推定手段とから構成される

ことを特徴とするトンネル ¾監視システム。

2 . トンネルの内壁面におけるひび割れの発生を監視し、そのひぴ割れが発生した箇所を推定するトンネル落盤監視システムであって、

前記トンネル落盤監視システムは、 U字形を成して前記トンネルの内壁面に密着するように設置される複数の導通線と、その導通線の両端に接続するように設置されるセンサネット端末と、前記トンネルの外部に設置され、ネットワークを介して相互接続される基地局端末及び遠隔監視装置とら構成され、

前記複数の導通線は、前記導通線が所定の方向へ術に並ぶように複数配置された第 1の導通,暫と、その第 1の導通線群に交差するように、前記導通線が前記所定の方向と異なる方向へ亍に並ぶように複数配置された第 2の導通線群とから構成され、

前記センサネット端末は、前記導通線の両端に接続される少なくとも 2つ 1組の端子と、前記基地局端末と無線通信を行う第 1のアンテナと、前記端子を介して前記導通線の両端間に所定の電圧を印加し、その印 ί7口した電圧によつて前記導通線に流れる電流の'大きさを示す電流値データを測定し、その測定した電流値データを前記基地局端末に前記第 1のアンテナを介して送信する第 1の制御手段とから構成され、

前記基地局端末は、前記センサネット端末と無線通信を行う第 2のアンテナと、前記ネットワークと接続する第 1のネットワーク接続手段と、前記第 2のアンテナを介して前記センサネット端末から前記電流値データを受信し、その受信した電流値データを前記第 1のネットワーク接続手段及び前記ネットワークを介して前記遠隔監視装置に送信する第 2の制御手段とから構成され、

前記遠隔監視装置は、前記ネットワークと接続する第 2のネットワーク接続手段と、前記ネットワーク及び前記第 2のネットワーク接続手段を介して前記基地局端末から電流値データを受信し、その受信した電流値データを蓄積する電流値データ蓄積手段と、その蓄積した電流値データを入力、参照し、所定の閾値以下又は未満の電流値データが測定された少なくとも 2つの前記導電線が交差する部分をひぴ割れが発生している箇所として推定するひび割れ箇所推定手段と、その推定したひび割れ箇所を表示するひび割れ箇所表示手段とから構成されることを特徴とするトンネル落盤監視システム。

3 . 前記トンネル落盤監視システムは、更に、前記トンネルの内部に設置される中継基地局端末を備え、

前記センサネット端末の前記第 1の制御手段は、前記測定した電流値データを前記中継基地局端末に送信し、

前記中継基地局端末は、前記センサネット端末及び他の中継基地局端末と無線通信を行う第 3のアンテナと、前記第 3のアンテナを介して、前記センサネット端末及び他の中継基地局端末から前記電流値データを受信し、その受信した電流値データを更に他の中継基地局端末又は前記基地局端末に送信する第 ³の制御手段とから構成される

ことを特徴とする請求の範囲第 2項に記載のトンネノレ ¾監視システム。

4. 前記導通線は、導電性塗料の塗布又は導電性シートの貼付によつて形成されることを特徴とする請求の範囲第 2項又は第 3項に記載のトンネル落盤監視システム。

5 . 前記第 1の導通線群と、前記第 2の導通線群とは、相互に直交するように配置されるこ-とを特徴とする請求の範囲第 2項又は第 3項に記載のトンネル落盤監視システム。

6 . 前記トンネル落盤監視システムは、ひぴ割れ箇所を推定するために測定するデータとして、前記導通線の電流値データの代わりに、前記導通線の電気抵抗値データを使用することを特徴とする請求の範囲第 2項又は第 3項に記載のトンネル落盤監視システム。

7. 前記トンネル落盤監視システムは、更に、前記トンネルの内壁面に密着するように設置される電力供給用導通線を備え、

前記電力供給用導通線は、グランド用導通線と、電源用導通線と、そのグランド用導通線と電源用導通線との間に所定の電圧を印加する電源装置とから構成され、

前記センサネット端末は、更に、前記グランド用導通線及び電源用導通線に接続される 2つ 1組の端子を備える

ことを特徴とする請求の範囲第 2項又は第 3項に記載のトンネル落盤監視システム。

8. 前記センサネット端末は、更に、電源として、電池及び振動発電素子の少なくとも 1つを備えることを特徴とする請求の範囲第 2項又は第 3項に記載のトンネル落盤監視システム。

9. トンネルの內壁面に密着するように設置され、相互に交差する複数の導通線と、その導通線の両端に接続するように設置されるセンサネット端末と、前記トンネルの内部に設置される中継基地局端末と、前記トンネノレの外部に設置され、ネットワークを介して相互接続される基地局端末及び遠隔監視装置とから構成されるトンネル落盤監視システムにおけるトンネル落盤監視方法であって、前記センサネット端末が、

前記導通線の両端間に所定の電圧を印加し、その印加した flffiによつて前記導通線に流れる電流の大きさを示す電流値を測定するステップと、

その測定した電流値又はその電流値に所定の計算を施すことによつて得られる計算値をセンサデータとして前記基地局端末に直接又は前言己中継基地局端末を介して送信するステップと、

前記基地局端末が、

前記センサネット端末から直'接又は前記中継基地局端末を介して前記センサデータを受信するステップと、

その受信したセンサデ一タを前記ネットワークを介して前記遠隔監視装置に送信するステップと、

前記遠隔監視装置が、

前記基地局端末から前記ネットワークを介してセンサデータを受信し、その受信したセンサデータを蓄積するステップと、

その蓄積したセンサデータを入力し、その入力したセンサデータと所定の閾値とを比較することによってその一部が切断されたと推定される少なくとも 2つの前記導 ®^が交差する部分をひび割れが発生している箇所として推定するステツプと、を含むことを特徴とするトンネル落盤監視システムにおけるトンネル監視方法。

1 0 . U字形を成してトンネルの内壁面に密着するように設置され、相互に交差する複数の導通線と、その導通線の両端に接続するように設置されるセンサネット端末と、前記トンネルの內部に設置される中継基地局端末と、前記トンネルの外部に設置され、ネットワークを介して相互接続される基地局端末及び遠隔監視装置とから構成されるトンネル落盤監視システムに'おけるトンネル落盤監視方法であって、'

前記センサネット端末が、

前記導通線の両端間に所定の電圧を印加し、その印カロした電圧によって前記導通線に流れる電流の大きさを示す電流値データを測定するステップと、

その測定した電流値データを前記基地局端末に直接又は前記中継基地局端末を介して送信するステップと、

前記基地局端末が、

前記センサネット端末から直接又は前記中継墓地局端末を介して前記電流値データを受信するステップと、

その受信した電流値データを前記ネットワークを介して前記遠隔監視装置に送信するステップと、

前記遠隔監視装置が、

前記基地局端末から前記ネットワークを介して電流値データを受信し、その受信した電流値データを蓄積するステップと、 '

その蓄積した電流値データを入力、参照し、所定の閾値以下又は未満の電流値データが測定された少なくとも 2つの前記導電線が交差する部分をひび割れが発生している箇所として推定するステップと、

その推定したひび割れ箇所を表示するステツプと、

を含むことを特徴とするトンネル落盤監視システムにおけるトンネル ¾監視方法。

1 1 . 土木構造物の壁面におけるひぴ割れの発生を監視し、そのひび割れが発生した箇所を推定する土木構造物破損監視システムであって、前記土木構造物破損監視システムは、前曾己土木構造物の壁面に密着するように設置される複数の導通線と、その導通線の两端に接続するように設置されるセンサネット端末と、前記土木構造物の外部に設置され、ネットワーク.を介して相互接続される基地局端末及び遠隔監視装置とカら構成され、

前記複数の導通線は、前記導通線が所定方向へ ffに並ぶように複数配置された第 1の導通線群と、その第 1の導通線群に交差するように、前記導通線が前記所定の方向と異なる方向へ ffiに並ぶように複数配置された第 2の導通線群とから構成され、

前記センサネット端末は、前記導通線の两端に接続される少なくとも 2つ 1組の端子と、前記基地局端末と無線通信を行う第 1のアンテナと、前記端子を介して前記導通線の両端間に所定の電圧を印加し、その印加した電圧によつて前記導通線に流れる電流の大きさを示す電流値を測定し、ぞの測定した電流値又はその電流値に所定の計算を施すことによって得られる計算値をセンサデータとして前記基地局端末に前記第 1のアンテナを介して送信する第 1の制御手段とから構成され、

前記基地局端末は、前記センサネット端と無線通信を行う第 2のアンテナと、前記ネットワークと接続する第 1のネットワーク接続手段と、前記第 2のアンテナを介して前記センサネット端末から前己センサデータを受信し、その受信したセンサデ一タを前記第 1のネットワーク換続手段及ぴ前記ネットワークを介して前記遠隔監視装置に送信する第 2の制御段とから構成され、

前記遠隔監視装置は、前記ネットワークと接続する第 2のネットワーク接続手段と、前記ネットワーク及び前記第 2のネゾトワーク接続手段を介して前記基地局端末からセンサデータを受信し、その受信したセンサデータを蓄積するセンサデータ蓄積手段と、その蓄積したセンサデータを入力し、その入力したセンサデ —タと所定の閾値とを比較することによってその一部が切断されたと推定される少なくとも 2つの前記導電線が交差する部分をひび割れが発生している箇所として推定するひび割れ箇所推定手段とから構成される

ことを特徴とする土木構造物破損監視システム。

1 2 . 土木構造物の壁面におけるひび割れの努生を監視し、そのひぴ割れが発生した箇所を推定する土木構造物破損監視システムであって、

前記土木構造物破損監視システムは、 U字形を成して前記土木構造物の壁面に密着するように設置される複数の導通線と、その導通線の両端に接続するように設置されるセンサネット端末と、前記土木構造物の外部に設置され、ネットヮークを介して相互接続される基地局端末及び遠隔監視装置とから構成され、前記複数の導通線は、前記導通線が所定の方向へ TOに並ぶように複数配置された第 1の導通 »と、その第 1の導通線群に交差するように、前記導通錄が前記所定の方向と異なる方向へ TOに並ぶように複数配置された第 2の導通, とから構成され、

前記センサネット端末は、前記導通線の両端に接続される少なくとも 2つ 1組の端子と、前記基地局端末と無線通信を行う第 1のアンテナと、前記端子を介して前記導通線の両端間に所定の電圧を印加し、その印加した電圧によつて前記導通線に流れる電流の大きさを示す電流値データを測定し、その測定した電流値デ →を前記基地局端末に前記第 1のァンテナを介して送信する第 1の制御手段と力ら構成され、

前記遠隔監視装置は、前記ネットワークと接続する第 2のネットワーク接続手段と、前記ネットワーク及び前記第 2のネットワーク接続手段を介して前記基地局端末から電流値データを受信し、その受信した電流値データを蓄積する電流値データ蓄積手段と、その蓄積した電流値データを入力、参照し、所定の閾値以下又は未満の電流値データが測定された少なくとも 2つの前記導電線が交差する部分をひび割れが発生している箇所として推定するひび割れ箇所推定手段と、その推定したひび割れ箇所を表示するひび割れ箇所表示手段とから構成されることを特徴とする土木構造物破損監視システム。

1 3 . 前記土木構造物は、橋梁であることを特徴とする請求の範囲第 1 1項又は第 1 2項に記載の土木構造物破損監視システム。

1 4. 前記土木構造物は、プラント建造物であることを特徴とする請求の範囲第 1 1項又は第 1 2項に記載の土木構造物破損監視システム。