(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
地殻変動発生前に、ＧＰＳ（汎地球測位システム）受信機を利用して得られた調査対象地域の選択された測点における世界測地系の第１の座標データを記憶する第１の記憶手段と、
地殻変動発生後に、ＧＰＳ（汎地球測位システム）受信機を利用して得られた調査対象地域の選択された前記測点における世界測地系の第２の座標データを記憶する第２の記憶手段と、
少なくとも管きょ系統図を記憶する第３の記憶手段と、
前記第１の座標データと前記第２の座標データから地盤の変位を計算し、前記管きょ系統図に含まれる前記測点の地殻変動発生後の変位および位置を示す管きょ系統図を作成する制御手段と、
前記計算された変位データおよび作成された管きょ系統図を出力する手段と、
を備えた地盤変位測位システム。
【請求項２】
前記測点、前記地殻変動発生後の変位、前記地殻変動発生後の測点の位置は色分け表示される、請求項１に記載の地盤変位測位システム。
【請求項３】
前記制御手段は、前記第１の座標データと前記第２の座標データから隣接した測点間の水平距離差を求めて水平方向のひずみにより地盤の変位を計算する、請求項１に記載の地盤変位測位システム。
【請求項４】
前記制御手段は、前記第１の座標データと前記第２の座標データから隣接した測点間の標高距離差を求めて高さ方向のひずみにより地盤の変位を計算する、請求項１に記載の地盤変位測位システム。
【請求項５】
前記制御手段は、前記第１の座標データと前記第２の座標データから各測点の変位を計算する、請求項１に記載の地盤変位測位システム。
【請求項６】
前記制御手段は、前記第１の座標データと前記第２の座標データから隣接した測点間の３次元のひずみにより地盤の変位を計算する、請求項１に記載の地盤変位測位システム。
【請求項７】
前記制御手段は、前記変位を閾値と比較し、閾値よりも大きいひずみの測点間を管きょの被害の危険度の高い地域として識別する、請求項１に記載の地盤変位測位システム。
【請求項８】
前記制御手段は、前記第１の座標データと前記第２の座標データから個々の前記測点の変位を計算する、請求項１に記載の地盤変位測位システム。
【請求項９】
前記制御手段は、地殻変動発生前の各測点の第１の座標データ間を結ぶ変動前地形線図と、地殻変動発生後の各測点の第２の座標データ間を結ぶ変動後地形線図と含む３次元地盤変位図を作成する、請求項１に記載の地盤変位測位システム。
【請求項１０】
前記制御手段は、、前記作成された管きょ系統図から線図のみを抽出して３次元表示する、請求項１に記載の地盤変位測位システム。
【請求項１１】
前記測点は、マンホール蓋の芯またはマンホール中心である、請求項１から１０のいずれかに記載の地盤変位測位システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ＧＩＳ（Geographic Information System；地理情報システム）を利用するコンピュータにおいて実行される地盤変位測位システムに関し、より詳しくは地震等の地殻変動前後における地盤変位を測る地盤変位測位システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
下水道などの管きょ施設は都市の基幹施設であり、地震により機能が麻痺すると市民生活に与える影響は大きい。従って地震発生後に管きょの被害程度を早急に知ることは復旧作業に必要である。しかし、管きょ施設は基本的には地下に構築されているために、地震発生後に地上から目視してその被害程度を知ることは極めて困難である。従来、地震発生後の管きょ被害調査は、マンホールを通しての目視、またはテレビカメラによる撮像により行われている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
管きょ施設は各地域に網状に設置されているから、地震発生後に各管きょの被害を調査する作業は長期にわたり且つ多額の費用を必要とする問題がある。しかも、従来の管きょ被害調査の結果は必ずしも被害の実態を反映しているとは言えず、調査方法自体にも問題を抱えていた。さらに被害調査期間が長期化すると、管きょ復旧作業への開始が遅れて不自由な生活を長期間強いることになる。また、被害調査が不正確である場合には、優先的に復旧作業を開始すべき管きょを多数の管きょの中から誤って選択する不都合も生じる。このため、地震後における管きょ被害の特定、さらには優先的に復旧すべき管きょを迅速に特定できる地盤変位測位システムが所望されていた。
【０００４】
一方、管きょ被害と地盤ひずみには大きな相関関係があることが知られている。このため、地震発生前後における調査地域の地盤ひずみを知れば、該当する地域の管きょの被害状況を推定でき、下水道の場合にはその地域全体の流下能力の変化を推定することができる。
【０００５】
さらに近年、測量及び水路測量の成果を統一させる観点から基本測量及び公共測量の基準に関しては世界標準である世界測地系に従って測定しなければならないと測量法上規定された。さらに基本測量、公共測量以外の測量についても世界測地系に従うことが推奨されている。ＧＰＳ（汎地球測位システム）を使用して得られた測点の座標データは世界測地系により得られるため法上の要請にも合致している。
【０００６】
この発明は上述の事情を考慮してなされたもので、コンピュータを使用し、地震発生前後における地盤ひずみを計算することにより管きょ被害程度の推定を迅速、容易かつ正確に求めることを可能にした新規な地盤変位測位システムを提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明の地盤変位測位システムは、地殻変動発生前に、ＧＰＳ（汎地球測位システム）受信機を利用して得られた調査対象地域の選択された測点における世界測地系の第１の座標データを記憶する第１の記憶手段と、地殻変動発生後に、ＧＰＳ（汎地球測位システム）受信機を利用して得られた調査対象地域の選択された前記測点における世界測地系の第２の座標データを記憶する第２の記憶手段と、前記第１の座標データと前記第２の座標データから地盤の変位を計算する制御手段と、前記計算された変位データを出力する手段と、を備えている。
【０００８】
【発明の実施の形態】
まず、図１を参照してこの発明の地盤変位測位システムに関係する作業の概要を説明する。下水道など管きょ施設は都市に網目状に敷設され、生活の基本的インストラクチャを構成しているため市民生活への影響が大きく、地震など地殻変動後にはその被害状況の迅速的確な把握が期待されている。これら管きょ施設はマンホールが一定の距離以内の間隔に敷設され、メンテナンス等の利便に供されている。このマンホールの蓋またはマンホールの芯を被測量位置、換言すれば測点と定め、多数のマンホールから現実に測定されるべきマンホール（測点）を、地盤変位測定の見地から地域ごとに選択する。マンホールの蓋またはマンホールの芯を測点と定めたのは、マンホールは目印となり、地盤変動後にも発見し易く、マンホール間は管路として連絡されているためその測点の地盤変位は直接管きょの被害に関係している等の理由からである。地盤観測用マンホールの選定間隔は、下水道計画区域の広さ、区域の形状、土質、地盤特性を考慮のうえ地盤変位量が捉えられる距離間隔とし、地震後の維持管理を考慮したきめ細かさとする。例えばマンホール１０箇所ごとに１つの測点（約３００ｍ間隔に１箇所）とする。
【０００９】
図１の手順Ａにおいて、地震発生前に測点の経度、緯度、標高の座標データをＧＰＳ受信機により測定する。ＧＰＳ受信機は、公共測量作業において広く使用されておりＧＰＳ測量機を構成する機器として市販されている。ＧＰＳ受信機は測点に設置し、４つ以上のＧＰＳ衛星からの電波を受信し、衛星からの距離を測定して測点の位置を決定する。このＧＰＳ測量は精度を要求するため、干渉測位法のスタティク法を利用することができる。ＧＰＳ受信機により測定された測点の位置は世界測地系に従う緯度、経度、標高の第１の座標データとして得られる。ＧＰＳ受信機により得られた側点の第１の座標データはパーソナルコンピュータ（ＰＣ）に、直接入力または転送または記録媒体を介して記憶される。
【００１０】
図１の手順Ｂにおいて、地震などの地盤変動後に地盤変位、特に管きょ施設への被害状況を知るためにＧＰＳ受信機による測定が実施される。ＧＰＳ受信機による測定は、手順Ａにおいて選択されたマンホールの芯、即ち測点において手順Ａと同様な方法で行われる。このＧＰＳ測定の結果得られた測点の世界測地系に従う緯度、経度、標高のデータは第２の座標データとしてパーソナルコンピュータへ記憶される。世界測地系に従う測点の座標は、その測点の絶対座標を表すため地盤変動後に測定された当該測点の第１の座標と第２の座標との差を計算すればその測点の変位となる。
【００１１】
図１の手順Ｃにおいて、地盤変動後に手順Ｂが実行された結果、パーソナルコンピュータには、各測点における地盤変動前の第１の座標データと、地盤変動後における第２の座標データが記憶されている。パーソナルコンピュータは第１および第２の座標データに基づいて、各測点間の地盤ひずみの計算、地盤ひずみ対策が優先される管きょ、計算された地盤ひずみの３次元グラフィック表示など地盤変位処理動作を実行する。
【００１２】
図２は地盤変位処理動作を実行するための地盤変位測位システムのブロック図を示し、基本的にはパーソナルコンピュータ（ＰＣ）において実行される。このシステムにはアプリケーションソフト（例えばインフォマテックス社、ソフトの商品名スペシャル・インフォーメーション・システムＳＩＳ）としてＧＩＳ（地理情報システム）がインストールされており、地図情報の読出し、格納、表示、拡大、縮小、３次元化などの加工を行うことができる。図２において、処理装置１にはコンピュータ全体の制御を行う制御装置２、各測点における地盤変動前の第１の座標データを記憶する変動前記憶領域３０１、各測点における地盤変動後の第２の座標データを記憶する変動後記憶領域３０２、下水道など管きょ地図情報を表した系統図、各管路の工事に伴う地下埋設物等の情報を記載し各管路ごとに作成された完工図、国土地理院から発行された一般の地図情報をなどを記憶する地図情報記憶装置３０３を有する記憶装置３、外部記憶装置を備えている。入力装置４はキーボード４０１、マウスまたは光学的読取り装置（ＯＣＲ）４０２を含み、処理装置１に対して指示を与え、各種地図情報、座標データを取り込むことができる。制御装置２は、第１の座標データ、第２の座標データを所定の記憶領域に格納し、第１および第２の座標データに基づいて、各測点間の地盤ひずみの計算、地盤ひずみ対策が優先される管きょ、計算された地盤ひずみの３次元グラフィック表示など地盤変位処理動作を行い、指示に従って出力装置５のディスプレイ５０１またはプリンタ５０２へ出力する。
【００１３】
いま、ＰＣには前記第１の座標データと第２の座標データが記憶されているとする。ＰＣの制御装置２は、指示に従って地盤変位処理動作を行う。地盤変位処理動作は、地震発生前後における各測点または隣接する測点間の地盤の変位量を計算すると共に閾値と比較する変位計算動作、地震発生前後における各測点の変位を視覚的に表示する地盤変位表示動作を含む。
【００１４】
変位計算動作は、第１の座標データと第２の座標データから各測点の変位を計算する側点変位計算動作と、第１の座標データと第２の座標データから隣接した測点間の水平距離差を求めて水平方向のひずみにより地盤の変位を計算する水平変位計算動作と、第１の座標データと第２の座標データから隣接した測点間の標高距離差を求めて高さ方向のひずみにより地盤の変位を計算する高さ変位計算動作と、第１の座標データと第２の座標データから隣接した測点間の３次元のひずみにより地盤の変位を計算する３Ｄ（次元）変位計算動作を含む。さらに変位計算動作は、計算された各変位に基づいて水平変位率、高さ変位率、３Ｄ変位率等を計算する。隣接した２点間の測点の地震発生前後の相対変位を求める理由は、この相対変位が２測点を結ぶ管路の被害を直接反映するからである。地震発生前後において例え各２測点が大きく移動してもその２点間相対変位が無いまたは小さければ２測点間の管きょへの被害は小さいものとみなす。
【００１５】
例えば地震発生前に記憶されたある側点Ａの世界測地系に基づく第１の座標を（Ｘ1、Ｙ1、Ｚ1）とし、同測点Ａにける地震発生後の世界測地系に基づく第２の座標を（ｘ1、ｙ1、ｚ1）とすると、各座標の側点変位は（Ｘ1−ｘ1、Ｙ1−ｙ1、Ｚ1−ｚ1）となり、全測点変位δは、
【００１６】
【数１】
δ＝｛（Ｘ1−ｘ1）2＋（Ｙ1−ｙ1）2＋（Ｚ1−ｚ1）2｝1/2
となる。さらに測点Ａに隣接する測点Ｂの世界測地系に基づく第１の座標を（Ｘ2、Ｙ2、Ｚ2）とし、同測点Ｂにける地震発生後の世界測地系に基づく第２の座標を（ｘ2、ｙ2、ｚ2）とすると、２測点ＡＢ間の地震発生前の水平距離Ｈ1と地震発生後の水平距離Ｈ2は、
【００１７】
【数２】
Ｈ1＝｛（Ｘ2−Ｘ1）2＋（Ｙ2−Ｙ1）2｝1/2
Ｈ2＝｛（ｘ2−ｘ1）2＋（ｙ2−ｙ1）2｝1/2
となる。そこで水平変位δＨ＝Ｈ1−Ｈ2は、
【００１８】
【数３】
0003691454.tif 000002
になる。水平変位δＨが正の場合は地震発生により２測点間地盤の収縮を、負の場合は２測点間地盤の伸張を示す。なお、水平変位δＨは絶対値により表すこともできる。水平変位率は|δＨ|／Ｈ1により求められる。
【００１９】
測点Ａ、Ｂ間の高さ変位計算動作は、地震発生前の測点Ａ、Ｂ間高低差Ｖ1＝|Ｚ1−Ｚ2|と、地震発生後の測点Ａ、Ｂ間高低差Ｖ2＝|ｚ1−ｚ2|とを求め、高さ変位δＶ＝|Ｖ1−Ｖ2|として表される。高さ変位率はδＶ／Ｖ1の式により計算される。測点Ａ、Ｂ間の水平変位はδＨ、測点Ａ、Ｂ間の高さ変位はδＶにより求められるから、３Ｄ変位δ３Ｄは、
【００２０】
【数４】
δ３Ｄ＝｛δＨ2＋δＶ2｝2
として求められる。測点Ａ、Ｂ間の３Ｄ変位率は、
【００２１】
【数５】
δ３Ｄ／｛Ｈ12＋Ｖ12｝2
となる。
【００２２】
上述のように計算された水平変位δＨ、水平変位率、３Ｄ変位δ３Ｄ、３Ｄ変位率は所定の各閾値と比較され、対応する閾値を越える場合は２測点間地盤の収縮による該当する管きょの被害が甚大であるとして２測点間地盤を色分け表示等により識別できる。なお、各変位量または変位率の程度を危険度ランクとして識別することもできる。さらに各測点の計算値は必要に応じて表、グラフ化され、所定の統計学処理を行うことができ、これら計算値は記憶装置３に保存される。上述した各計算式は変位計算動作を実行する変位計算プログラム中に組み込まれており、制御装置２は指示に従って第１の座標データと第２の座標データから変位計算動作を実行する。
【００２３】
次に地盤変位表示動作について説明する。図３は地盤変動前後における測点の変位を３Ｄモデリングにより表示した模式図を示している。地震発生前の選択されたマンホールの芯である測点の位置（座標）Ｐ１〜Ｐ９は隣接する測点間が結線されて網目状に結ばれる。この網目状ラインは下水道などの管きょが埋設されている位置に対応している。地震発生後に測点の位置Ｐ１〜Ｐ９はＱ１〜Ｑ９へ変位したものとする。各測点の地震前後の変位は図３中に矢印により示されている。変位した各側点の位置Ｑ１〜Ｑ９は再び隣接する測点間が結線されて網目状に結ばれ、この網目状ラインは地震発生後の管きょの位置が示される。図３においては明らかではないが、各測点の地震前後の変位、地震前の測点間の網目状ラインおよび地震発生後の網目状ラインは異なる色彩により容易に識別できる。
【００２４】
図４は上記地盤変位表示動作をさらに詳細に説明するフロー図である。まず、ステップＳ１において地図情報記憶装置３０３から所望地域の管きょ系統図を読み出して画面に表示し、図５に示すように例えば測点の位置Ｐ１（第１の座標データ）を拡大して見やすくする。次にステップＳ２に移り、測点の近くに仮点を作成し、変位した測点の位置Ｑ１の第２の座標データを呼び出すと（または第２の座標データが入力されると）、その座標位置に仮点が移動する。測点の位置Ｐ１（第１の座標データ）と測点の位置Ｑ２（第２の座標データ）を結線すると測点の変位がベクトル表示される。測点の座標は世界座標系による３次元データであるからＰ１とＱ１を結ぶラインは３次元（３Ｄ）表示され得る。同様に別の測点の地盤変位前後の位置ＰｎとＱｎを結線した変位がベクトル表示される。
【００２５】
次にステップＳ３に移り、地震発生後の隣接する測点の位置（第２の座標データ）間を相互に結び、網目状ラインを作成する。図６の例では地震発生後の測点の位置Ｑｎは隣接する測点の位置Ｑ（ｎ−１）とＱ（ｎ＋１）に相互に結線されている。さらに図６において、水平変位（Ｌ）、水平変位率、高さ変位（Ｈ）、高さ変位率の計算値が例示されている。この結果、図７に示されるように、所望地域における系統図の各測点の地震発生前後における変位および地震発生後の位置の網目状ラインが作成され表示される。この例では地震発生前の隣接する測点の位置Ｐ間は特に結線されていない。これはベースとなる管きょ系統図に既存のマンホール間を結ぶ管きょが網目状ラインとして詳細に既に図示されているからである。勿論、選択された測点のみを抽出して地震発生前の隣接する測点間を結ぶ網目状ラインを作成することもできる。
【００２６】
ステップＳ４において「３Ｄウインドウボタン」を操作すると、図８に示すように網目状ライン、即ち地震発生前後における管きょの位置が３次元表示される。図８は模式化された図３に対応している。図８は、図７に示す管きょ系統図から線図（ベクトル）のみが抽出されて３次元表示される。３Ｄ表示画面は、Ｘ、Ｙ軸の倍率、高さの倍率を任意に調整して地盤ひずみを一方向に強調表示でき、また左右、前後、回転機能により所望の角度から視覚的に地盤ひずみを観察、検査することができる。さらに、３Ｄ表示と共に、計算された各測点間の相対変位、水平変位率、高さ変位率、３Ｄ変位率の数値を表示しても良い。
【００２７】
図５から図８において、選択された測点、地震発生前後の測点の変位、地震発生前の網目状ライン、地震発生後の網目状ラインなどは視覚的に容易に識別できるように色分け表示できる。また、識別可能な異なる線種、濃淡、太さを用いてライン表示しても良い。図６に○印中に示される番号は管きょ番号であり、この管きょ番号は、記憶装置３に別途に記憶された管きょの完工図（施設平面図）のアドレスでもあるので、当該管きょ番号から対応する完工図を表示画面に呼び出すことができ、該当する管きょの詳細な情報を得ることもできる。
【００２８】
上述した地盤変位表示動作はステップＳ１からＳ４まで段階的に説明したが、所望する地域の管きょ系統図、選択された測点の地震発生前後の第１の座標データと第２の座標データを指定することによりステップＳ１〜Ｓ４を順次自動的に実行させて図８に示す３Ｄ表示画面を得ることができる。この場合は、３Ｄ表示画面に至る各段階の画面が省略されるので図５〜図７の画面に示される検証もまた省略される。
【００２９】
【発明の効果】
この発明の地盤変位測位システムによれば、地震などの地盤変動前後の地盤の各測点の変位、隣接する測点間の地盤変動前後における相対的変位を容易に計算して表示することができる。従って、地盤変動から生じる地盤変位に依拠する埋設された管きょの被害状況を容易に把握することができ、被害復旧対策を的確に立てることができる。
【００３０】
また、測点はマンホール蓋の芯またはマンホール中心に選択されているので、地盤変動後も測点の位置を比較的容易に視認でき、さらにマンホールの下は管きょに直結しているので管きょの変位または被害状況を表す指標としても最適である。
【００３１】
また、隣接する測点間のひずみを閾値と比較して危険度の高い区域を峻別することができるので、優先的に危険度の高い地域に対策を講じることができる。また、各測点間の変位を網目状ラインとしてコンピュータの画面に３次元グラフィック表示できるので一目で対象地域の管きょの被害状況を把握することができ、しかも表示画面は拡大、回転など加工、編集が自在にできるため所望の視点から被害状況の観測、検討を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の地盤変位測位システムに関係する作業の概要を説明する図である。
【図２】  この発明の地盤変位測位システムの概略システム構成図である。
【図３】  地盤変動前後における測点の変位を３Ｄモデリングにより網目状に表示した模式図である。
【図４】  この発明の地盤変位測位システムにより実行される地盤変位表示動作の手順を示すフロー図である。
【図５】  地盤変位表示動作の表示画面を例示する図である。
【図６】  地盤変位表示動作の表示画面を例示する図である。
【図７】  地盤変位表示動作の表示画面を例示する図である。
【図８】  地盤変位表示動作の表示画面を例示する図である。
【符号の説明】
１    処理装置
２    制御装置
３    記憶装置
４    入力装置
５    出力装置
【図１】
0003691454.tif 000003
【図２】
0003691454.tif 000004
【図３】
0003691454.tif 000005
【図４】
0003691454.tif 000006
【図５】
0003691454.tif 000007
【図６】
0003691454.tif 000008
【図７】
0003691454.tif 000009
【図８】
0003691454.tif 000010