(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
斜面の状態を監視する際に用いられ、
前記斜面外の位置に配置され、ＧＰＳ衛星からの電波を受けて該電波を基準ＧＰＳデータとして出力するＧＰＳ基準局と、
前記斜面内の位置に配置され、前記ＧＰＳ衛星からの電波を受けて該電波をＧＰＳデータとして出力する少なくとも一つのＧＰＳ局と、
前記基準ＧＰＳデータ及び前記ＧＰＳデータによってそれぞれ求められる前記ＧＰＳ基準局の位置を示す基準点位置情報及び前記ＧＰＳ局の位置を示す位置情報に基づいて前記斜面の変位を求めて斜面変位データとする監視センターとを有し、
前記ＧＰＳ基準局及び前記ＧＰＳ局の各々には、天空方向を仰角９０°として周囲を撮像するとともに、１６方位を示す情報が付加された画像を得る撮像手段を備え、
前記監視センターには、前記撮像手段によって得られた画像から前記ＧＰＳ電波を遮蔽する電波遮蔽物が存在するか否かを判定し、電波遮蔽物と認識された画像中の電波遮蔽物像の位置をマスク位置として、前記天空方向を仰角９０°とする１６方位座標に所定仰角度のピッチでマスク座標を生成するマスク座標生成手段を備え、
前記監視センターは前記ＧＰＳ基準局及び前記ＧＰＳ局毎に前記マスク座標中のマスク位置の方向から到来するＧＰＳ電波を禁止電波として、該禁止電波を除く他のＧＰＳ電波に応じた前記基準点位置情報及び前記位置情報を用いるようにしたことを特徴とする斜面監視システム。
【請求項２】
前記ＧＰＳ基準局及び前記ＧＰＳ局はネットワークによって前記監視センターに接続されていることを特徴とする請求項１に記載の斜面監視システム。
【請求項３】
前記撮像手段による撮像は、前記監視センターからの指令に応じて前記撮像が行なわれて、前記マスク座標が更新されることを特徴とする請求項２に記載の斜面監視システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、法面等の斜面の状態をＧＰＳ観測値に基づいて監視するための斜面監視システムに関し、特に、このような斜面監視システムに用いられるＧＰＳ受信機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、法面等の斜面、特に、不安定要素がある大規模な斜面では崩落の危険が常に付きまとう関係上、斜面を適切に維持管理する必要があり、斜面の維持管理においては、各種の保護工及び対策工が施されている。しかしながら、斜面を維持管理する際において、地山の風化、植生の遷移、及び保護工や対策工の老朽化等の要因がどのように斜面崩落にかかわっているか未だに不明な点が多い。このため、斜面の状態を常に監視して、事前に斜面崩落を予測することが行われている。
【０００３】
ところで、従来、ＧＰＳを用いて測位を行う際、ＧＰＳ受信機が以前受信できたＧＰＳ衛星の航法データ電波情報を予め記憶して、以前受信できていたＧＰＳ衛星の航法データ電波が周囲の環境により遮断された際、記憶していた航法電波データ情報に基づいて所定物の測定距離を推定して、以前受信できていたＧＰＳ衛星を使用可能とし、所定物の位置検出に必要なＧＰＳ衛星数を確保することによって、所定物の位置検出計算を行うようにした手法が知られている。
【０００４】
この手法では、例えば、ＰＲＮコードを同期制御できている状態を、受信中と判定して、ＧＰＳ受信機が位置検出を行うタイミングの際、各ＧＰＳ衛星の状態を判定して、受信中であれば、そのＧＰＳ衛星からＧＰＳ受信機までの距離測定において距離を判定し、受信したＧＰＳ衛星を使用可と判定する。
【０００５】
一方、使用不可と判定されたＧＰＳ衛星については、その衛星の航法データを受信していた期間が、一定時間（例えば１０分間）に連続しており、その期間の測定距離の変動率が限界値（例えば１０ｍ／秒）以内の時、遮断等で使用不可になった時点から２秒間を測定距離推定が可能と判定し、使用可とする。使用可能と判定した場合は、ＰＲＮコードの変化量をもとに測定距離を推定する。使用不可と判定した場合は、その判定以降、受信できるまで、このＧＰＳ衛星は使用不可のままとする（特許文献１参照）。
【０００６】
【特許文献１】
特開平９−１３３６５２号公報（段落（００１４）〜（００１６）、第１図）
【０００７】
このようなＧＰＳ測位を用いて、斜面の状態を監視しようとする際には、基準点と観測点との相対的位置の変位を計測して、その計測データ（観測データ）に応じて斜面の状態を監視しているものの、斜面の状態を監視する際には、微小な変位をも検出する必要がある関係上、観測データ自体の評価が極めて難しく、しかも天候等の外的要因によって観測データがばらつくことを考慮すると、専門的な知識を有しなければ、観測データから基準点と観測点との相対的位置の変位を精度よく求めることは難しい。
【０００８】
一方、法面等の斜面には、樹木が繁茂していることも多く、しかも電線等の支持物が設置されている場合もある。そして、これら樹木及び電線支持物等が電波遮蔽物となって、ＧＰＳ衛星から良好に電波を受信することができないことがある。つまり、ＧＰＳ受信機から見て低仰角のＧＰＳ衛星及び電波遮蔽物に対して見え隠れするＧＰＳ衛星からのＧＰＳ電波が、ＧＰＳ測位（例えば、基線解析）に含まれてしまうと、精度よく基準点と観測点との相対的位置の変位を求めることが難しい。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、特許文献１に記載された手法では、ＧＰＳ受信機が以前受信できたＧＰＳ衛星の航法データ電波情報を予め記憶して、以前受信できていたＧＰＳ衛星の航法データ電波が周囲の環境により遮断された際、記憶していた航法電波データ情報に基づいて所定物の測定距離を推定して、以前受信できていたＧＰＳ衛星を使用可能とするようにしているものの、このような測定距離の推定を行った場合には、斜面の変位を監視する際には、微小な変位をも監視しなければならない点を考慮すると、基準点と観測点との相対的位置の変位（つまり、斜面の変位）を精度よく監視できないという課題がある。
【００１０】
言い換えると、斜面の変位を監視する際には、その変位は極めて微小であるから、測定距離の推定によっては斜面の変位を精度よく測定することが難しいという課題がある。
【００１１】
本発明の目的は、電波遮蔽物が存在しても斜面の状態を精度よく監視することのできる斜面監視システムを提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、斜面の状態を監視する際に用いられ、前記斜面外の位置に配置され、ＧＰＳ衛星からの電波を受けて該電波を基準ＧＰＳデータとして出力するＧＰＳ基準局と、前記斜面内の位置に配置され、前記ＧＰＳ衛星からの電波を受けて該電波をＧＰＳデータとして出力する少なくとも一つのＧＰＳ局と、前記基準ＧＰＳデータ及び前記ＧＰＳデータによってそれぞれ求められる前記ＧＰＳ基準局の位置を示す基準点位置情報及び前記ＧＰＳ局の位置を示す位置情報に基づいて前記斜面の変位を求めて斜面変位データとする監視センターとを有し、前記ＧＰＳ基準局及び前記ＧＰＳ局の各々には、天空方向を仰角９０°として周囲を撮像するとともに、１６方位を示す情報が付加された画像を得る撮像手段を備え、前記監視センターには、前記撮像手段によって得られた画像から前記ＧＰＳ電波を遮蔽する電波遮蔽物が存在するか否かを判定し、電波遮蔽物と認識された画像中の電波遮蔽物像の位置をマスク位置として、前記天空方向を仰角９０°とする１６方位座標に所定仰角度のピッチでマスク座標を生成するマスク座標生成手段を備え、前記監視センターは前記ＧＰＳ基準局及び前記ＧＰＳ局毎に前記マスク座標中のマスク位置の方向から到来するＧＰＳ電波を禁止電波として、該禁止電波を除く他のＧＰＳ電波に応じた前記基準点位置情報及び前記位置情報を用いるようにしたことを特徴とする斜面監視システムが得られる。
【００１３】
このようにして、監視センターにＧＰＳ基準局及びＧＰＳ局の各々における天空方向を仰角９０°とし１６方位を示す座標上に所定仰角度のピッチで、ＧＰＳ電波を遮る電波遮蔽物の位置をマスク位置として規定したマスク座標を設定して、ＧＰＳ基準局及びＧＰＳ局毎にマスク座標中のマスク位置の方向から到来するＧＰＳ電波を禁止電波として、禁止電波を除く他のＧＰＳ電波に応じた基準点位置情報及び位置情報を用いて斜面変位データを生成するようにすれば、電波遮蔽物等が存在しても斜面の状態を精度よく監視することができることになる。
【００１４】
また、本発明では、前記ＧＰＳ基準局及び前記ＧＰＳ局の各々には、前記天空方向を仰角９０°として周囲を撮像するとともに、１６方位を示す情報が付加された画像を得る撮像手段が備えられ、前記監視センターには、前記撮像手段によって得られた画像から前記ＧＰＳ電波を遮蔽する電波遮蔽物が存在するか否かを判定し、電波遮蔽物と認識された画像中の電波遮蔽物像の位置をマスク位置として、前記天空方向を仰角９０°とする１６方位座標に所定仰角度のピッチでマスク座標を生成するマスク座標生成手段が備えられている。
【００１５】
このように、前記ＧＰＳ基準局及び前記ＧＰＳ局の各々が天空方向を仰角９０°として周囲を撮像して画像を得て、この画像から電波遮蔽物の位置を認識してマスク位置が規定されたマスク座標を生成するようにすれば、必要に応じてマスク座標を更新することができる。
【００１６】
なお、前記ＧＰＳ基準局及び前記ＧＰＳ局はネットワークによって前記監視センターに接続することが望ましい。このようにすれば、複数の斜面について一括して監視センターで監視できることになる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下本発明について図面を参照して説明する。なお、以下の説明において、その形状及び寸法等は特に限定的な記載がない限りは、これに限定するものではない。
【００１８】
図１を参照して、まず、図示の斜面監視システムは、複数の斜面監視装置１１−１〜１１−Ｎ（Ｎは２以上の整数）を備えており、これら斜面監視装置１１−１〜１１−Ｎは、例えば、監視センター１２に、光ケーブル通信回線等の有線通信回線１３を介して接続されている。斜面監視装置１１−１〜１１−Ｎは互いに異なる斜面に配置され、それぞれ斜面の状態を監視計測して観測データ（計測データ）として監視センター１２に送る。ここでは、斜面監視装置１１−１〜１１−Ｎが送出する観測データを、それぞれ第１〜第Ｎの観測データと呼ぶことにする。
【００１９】
監視センター１２にはコンピュータシステム１２ａ、表示装置等の出力装置（モニター）１２ｂ、入力装置１２ｃ、及びデータベース１２ｄが備えられており、後述するようにして、監視センター１２では、コンピュータシステム１２ａによって、各斜面監視装置１１−１〜１１−Ｎから得られた第１〜第Ｎの観測データに応じて斜面毎に後述するようにして斜面変位データを生成する。なお、監視センター１２は、斜面監視装置１１−１〜１１−Ｎから離れた地点に配置されており、遠隔的にこれら観測データを収集する。
【００２０】
斜面監視装置（ＧＰＳ計測装置）１１−ｎ（ｎは１からＮまでのいずれかの数）は、少なくとも２つのＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ）受信機（計測装置）を有しており、図示の例では、ＧＰＳ受信機１１ａ〜１１ｃを有している。この内の一つ、例えば、ＧＰＳ受信機１１ａは基準点受信機（ＧＰＳ基準局）として、斜面以外の地点（基準点）に配置されている。つまり、基準点受信機１１ａは斜面から離れて安定した地面に配置されている。
【００２１】
一方、他のＧＰＳ受信機１１ｂ及び１１ｃは斜面上に配置されている（斜面上には少なくとも一つのＧＰＳ受信機が配置される）。そして、ＧＰＳ受信機１１ａ〜１１ｃは、予め設定された時間間隔で少なくとも４つのＧＰＳ衛星からの電波（ＧＰＳ電波）を受信して、上記の時間間隔毎にＧＰＳデータを観測データとして出力する。なお、上記の時間間隔は、例えば、コンピュータシステム１２ａからの観測時間設定コマンドによって設定される。
【００２２】
これらＧＰＳ受信機１１ａ〜１１ｃは、通信装置として用いられる通信集約機１１ｄ又は無線集約機１１ｅに接続されており、通信集約機１１ｄは有線通信回線１３に接続されている。そして、通信集約機１１ｄは各観測データを有線通信回線１３を介して監視センター１２に送る。
【００２３】
また、無線集約機１１ｅは各観測データを、無線回線を介して無線中継機１６に送る。図１には無線中継機１６が一つ示されているが、実際には複数の無線中継機１６が配置されており、無線中継機１６毎に通信エリアが規定され、無線中継機１６は自己の通信エリア内に位置する無線集約機１１ｅから観測データを受けることになる。無線中継機１６は前述の有線通信回線１３に接続されており、無線中継機１６から監視センター１２に斜面毎の観測データが送られることになる。なお、各観測データにはＧＰＳ受信機を識別するための情報（ＧＰＳ受信機識別情報）が付加されている。
【００２４】
ここで、ＧＰＳ受信機１１ａに注目すると、ＧＰＳ受信機１１ａは、デジタルカメラ（図示せず）が備えられており、このデジタルカメラには、例えば、魚眼レンズが装着されて、魚眼レンズの中心軸は天空方向（鉛直方向）に向けられている。そして、デジタルカメラで撮像された画像は、観測データと同様にして監視センターに送られる。一方、コンピュータシステム１２ａには、斜面変位データを算出する機能の他に、図２に示すように、測位計算部２３、画像処理部２４、マスク座標設定部２５、及び記憶部２６を備えている。なお、ＧＰＳ受信機１１ｂ及び１１ｃも、ＧＰＳ受信機１１ａと同様に構成されている。つまり、デジタルカメラが備えられている。
【００２５】
ＧＰＳ受信機１１ａを基準点に設置した際には、監視センター１２から撮像指令に応じて、デジタルカメラで天空方向が撮像されて、画像データ（デジタル画像）を得る。前述のように、デジタルカメラには、魚眼レンズが装着されているから、天空方向を仰角９０°とすると、ほぼ地平線（つまり仰角０°）まで撮像することが可能である。このようにして得られたデジタル画像は監視センター（コンピュータシステム）に送られ、画像処理部２４に与えられる。そして、画像処理部２４では、デジタル画像（二値画像）に応じて電波遮蔽物が存在するか否かを判定する。つまり、画像処理部２４では、テンプレートマッチング手法を用いて、樹木及び電線・その支持物、建物等の電波遮蔽物を認識して、電波遮蔽物のみが示された処理済み画像を生成する。この際、画像処理部２４では、処理済み画像に１６方位を設定する。この１６方位は、デジタルカメラに予め設定されており、デジタル画像には１６方位を示す情報が付加されている。
【００２６】
このようにして得られた処理済み画像は、マスク座標設定部２５に与えられる。マスク座標設定部２５では、処理済み画像に応じてマスク座標を設定する。つまり、天空方向を仰角９０°として、例えば、１６方位×仰角１°のピッチで、処理済み画像中の電波遮蔽物像に対応して電波遮蔽物像の位置をマスク位置として、天空方向を仰角９０°とする座標を設定する（マスク座標を設定する）。
【００２７】
例えば、マスク座標設定部２５では、図３に示すマスク座標を設定する。このマスク座標では、図示のように、電波遮蔽物像の位置がマスク位置３１（図中ハッチングで示す）として、天空方向を仰角９０°とする１６方位座標に、１６方位×仰角１°のピッチで設定されている。そして、このマスク座標は記憶部２６に格納される。このようなマスク座標は、ＧＰＳ受信機１１ｂ及び１１ｃについても設定される。これらマスク座標をモニター上に表示するようにしてもよい。
【００２８】
監視センター１２（コンピュータシステム１２ａ）では、各ＧＰＳ受信機で受信したＧＰＳ衛星（図示せず）からＧＰＳ電波に応じて測位を行うことになるが、測位を行うに当たって、コンピュータシステム１２ａでは記憶部２６からマスク座標を読みだして、マスク座標のマスク位置の方向から到来する電波について禁止電波として、禁止電波を除くＧＰＳ電波を用いる。つまり、測位計算部２３では禁止電波を除く受信ＧＰＳ電波を用いて測位を行う。
【００２９】
測位計算部２３では、受信ＧＰＳ電波に応じて基準点の位置を測位して、基準点位置情報を得る。同様にして、ＧＰＳ受信機１１ｂ及び１１ｃに関して、禁止電波を除く受信ＧＰＳ電波に基づいて観測点位置情報を生成する。
【００３０】
このようにして得られた観測点位置情報は、各ＧＰＳ受信機の位置情報を、時間を追って３次元的に表しており、この基準点位置情報と他のＧＰＳ受信機から得られた位置情報（以下他の位置情報と呼ぶ）とに基づいて斜面の変位を時系列的にしかも３次元的に得ることができる。
【００３１】
監視センター１２（つまり、コンピュータシステム１２ａ）では、前述のようにして得られた基準点位置情報及び他の位置情報に基づいて、以下のようにして、斜面の変位データ（斜面変位データ）を得る。前述のように、各ＧＰＳ受信機１１ａ〜１１ｃからは、それぞれ基準点位置情報及び他の位置情報が、コンピュータシステム１１ａに与えられる。コンピュータシステム１２ａでは、基準点位置情報と他の位置情報とを用いて、予め定められた時間間隔毎に斜面変位データを求める。
【００３２】
この斜面変位データは横軸を時間、縦軸を変位として示され、モニター１２ｂ上に表示されるとともに、データベース１２ｄに斜面毎に格納される。斜面変位データは、例えば、図４（ａ）〜（ｃ）に示すように、南北方向、東西方向、及び鉛直方向の変位点列として表される（図４（ａ）は、南北方向、図４（ｂ）は東西方向、図４（ｃ）は鉛直方向の変位点列を示す）。
【００３３】
ところで、上述の斜面変位データは、各種外的要因（例えば、ＧＰＳ衛星の状態、電離層及び対流圏の影響、マルチパス、及び基線長さ）によってバラツキ（帯状にばらつく）を含んでおり、このような斜面変位データから斜面の状態を正確に把握・評価することは難しい。そこで、監視センター１２（つまり、コンピュータシステム１２ａ）では、斜面変位データに対してフィルタ処理及び平滑化処理を行って、処理済み変位データ（フィルタデータ）を生成する。
【００３４】
ここで、フィルタ処理及び平滑化処理について説明すると、ここでは、カルマンフィルタのアルゴリズムによって、状態ベクトルｘｎを推定する方法で、システムノイズの分散τ２及び観測ノイズの分散σ２、そして、次数ｋを推定して、ｘｎを離散的に求めて、対数尤度及びＡＩＣを用いて最適なｘｎを推定する。
【００３５】
つまり、状態空間モデルを、ｘｎ＝Ｆｎｘｎ−１＋Ｇｎνｎ，ｙｎ＝Ｈｎｘｎ＋ｗｎとする。ここで、ｘｎ：直接観測できない状態ベクトル（確率システムモデル）、νｎ：システムノイズ（平均０，分散共分散行列Ｑｎ）、ｙｎ：観測データ（観測モデル）、ｗｎ：観測ノイズ（平均０，分散共分散行列Ｒｎ）であり、Ｆｎ，Ｇｎ，Ｈｎはそれぞれガウス・マルコフ過程で定義された推移行列である。そして、この状態空間モデルを、確率差分方程式とする。Ｈｎｘｎ＝ｔｎとすると、ｙｎ＝ｔｎ＋ｗｎ（観測モデル），Δｋｔｎ＝νｎ（ｋ＝１の場合、Δｔｎ＝ｔｎ−ｔｎ−１＝νｎ，Δｋｔｎはｋ階の差分方程式）となる。
【００３６】
そして、カルマンフィルタによって、一期先予測（第１のステップ）、フィルタ（第２のステップ）、平滑化（第３のステップ）を一連の流れとして計算して、観測値ｙｎ＝｛ｙ１，ｙ２，…，ｙｎ｝が与えられた下の状態ｘｎ＝｛ｘ１，ｘ２，…，ｘｎ｝を求める。
【００３７】
このようにして、フィルタ処理及び平滑化処理を行った後、この処理済み変位データは前述の変位データとともにデータベース１２ｄに格納されるとともに、モニター１２ｂ上に表示される。この処理済み変位データは、図４（ａ）〜（ｃ）において、実線で示す線分として表されることになる。
【００３８】
上述のように、電波遮蔽物が存在する位置をマスク位置としてマスク座標を設定して、マスク位置の方向から到来するＧＰＳ電波を禁止電波として、ＧＰＳ測位を行うようにしたから、ＧＰＳ受信機から見て低仰角のＧＰＳ衛星及び電波遮蔽物に対して見え隠れするＧＰＳ衛星からのＧＰＳ電波を除外することができ、その結果、精度よく基準点と観測点との相対的位置の変位を求めることができることになる。
【００３９】
なお、マスク座標の設定は、入力装置１２ｃから入力される撮像指令に応じて行われる。つまり、この撮像指令を受けたＧＰＳ受信機では、デジタルカメラによって撮像が行われ、前述のようにして、マスク座標を得る。そして、デジタルカメラで撮像が行われる都度、マスク座標は更新されることになる。
【００４０】
このようにして、マスク座標を更新するようにすれば、ＧＰＳ受信機が設置された周囲環境の変化に応じてマスク座標を更新することができる結果、精度よく斜面の変位を求めることができることになる。なお、現在では、ある地点で受信できるＧＰＳ衛星の数は８〜９個であるから、前述のように、マスク座標を規定しても、斜面変位の計測に必要なＧＰＳ衛星数（例えば、４個以上）を十分に確保できる。
【００４１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、ＧＰＳ基準局及びＧＰＳ局の各々における天空方向を仰角９０°とし方位を示す座標上に、ＧＰＳ電波を遮る電波遮蔽物の位置をマスク位置として規定したマスク座標を設定して、マスク座標中のマスク位置の方向から到来するＧＰＳ電波を禁止電波として、禁止電波を除く他のＧＰＳ電波に応じてそれぞれ基準点位置情報及び位置情報を生成するようにしたから、電波遮蔽物等が存在しても斜面の状態（変位）を精度よく監視することができるという効果がある。
【００４２】
本発明では、ＧＰＳ基準局及び前記ＧＰＳ局毎に天空方向を仰角９０°として周囲を撮像して画像を得て、この画像から電波遮蔽物の位置を認識してマスク位置が規定されたマスク座標を生成するようにしたから、必要に応じてマスク座標を更新することができるという効果がある。
【００４３】
そして、ＧＰＳ基準局及びＧＰＳ局の各々は、監視センターからの指令に応じて撮像を行うようにしたから、監視センターからの指令に応じて容易にマスク座標を更新することができるという効果がある。
【００４４】
また、ＧＰＳ基準局及びＧＰＳ局をネットワークによって監視センターに接続するようにしたから、複数の斜面について一括して監視センターで監視できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明による斜面監視システムの一例を示すブロック図である。
【図２】  図１に示す斜面監視システムで用いられるＧＰＳ受信機の構成を示すブロック図である。
【図３】  ＧＰＳ受信機に設定されるマスク座標の一例を示す図である。
【図４】  図１に示す斜面監視システムで得られる観測データ及び処理済み変位データを示す図であり、（ａ）は南北方向を示す図、（ｂ）は東西方向を示す図、（ｃ）は鉛直方向を示す図である。
【符号の説明】
１１−１〜１１−Ｎ  斜面監視装置
１１ａ〜１１ｃ  ＧＰＳ受信機
１１ｄ  通信集約機
１１ｅ  無線集約機
１２  監視センター
１２ａ  コンピュータシステム
１３  有線通信回線
１６  無線中継機
２３  測位計算部
２４  画像処理部
２５  マスク座標設定部
２６  記憶部
【図１】
0003708514.tif 000002
【図２】
0003708514.tif 000003
【図３】
0003708514.tif 000004
【図４】
0003708514.tif 000005