(57)【要約】  さまざまな、土の種類である土種について、土種及び密度を推定することができる土質判定装置等を提供する。  本発明の一態様に係る土質判定装置は、振動を計測する振動センサによって測定対象の土である対象土の振動が測定された振動データをもとに、前記対象土の振動の周波数の特徴を表す周波数特徴を算出する周波数特徴算出手段と、土が含む水分の量を測定する水分計によって測定された前記対象土が含む水分の量である水分量と、算出された前記周波数特徴とをもとに、土質記憶手段が記憶する、複数の土の種類である土種の、複数の密度についての、水分量と周波数特徴との関係を表す土質モデルを使用して、前記対象土の土種と密度とを推定する土質判定手段と、を備える。
2016136213.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動を計測する振動センサによって測定対象の土である対象土の振動が測定された振動データをもとに、前記対象土の振動の周波数の特徴を表す周波数特徴を算出する周波数特徴算出手段と、
土が含む水分の量を測定する水分計によって測定された前記対象土が含む水分の量である水分量と、算出された前記周波数特徴とをもとに、土質記憶手段が記憶する、複数の土の種類である土種の、複数の密度についての、水分量と周波数特徴との関係を表す土質モデルを使用して、前記対象土の土種と密度とを推定する土質判定手段と、
を備える土質判定装置。
【請求項２】
前記土質判定手段は、前記水分量及び前記周波数特徴の少なくともいずれかに基づいて、前記土質記憶手段が前記土質モデルを記憶する土種である候補土種と、前記対象土との近さを表す誤差を算出し、算出した前記誤差を使用して、前記対象土に含まれる１つ以上の前記候補土種を、前記対象土の土種として導出する
請求項１に記載の土質判定装置。
【請求項３】
前記土質判定手段は、１つ以上の前記候補土種に加えて、前記誤差を使用して、前記候補土種が前記対象土に含まれる割合である混合比を、前記対象土の土種として算出する
請求項２に記載の土質判定装置。
【請求項４】
前記土質判定手段は、算出された前記周波数特徴に基づいて、前記対象土の密度を推定し、測定された前記水分量と算出された前記周波数特徴とに基づいて、前記対象土の土種を推定する
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の土質判定装置。
【請求項５】
前記土質記憶手段は、単位時間当たり所定量の水を加えながら計測された前記水分量の推移をさらに含む前記土質モデルを記憶し、
前記土質判定手段は、算出された前記周波数特徴に基づいて、前記対象土の密度を推定し、複数回測定された前記水分量と、降水量を測定する降水計から受信した、前記水分量が測定された際の前記降水量とに基づいて、前記対象土の土種を推定する
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の土質判定装置。
【請求項６】
前記土質判定手段は、算出された前記周波数特徴に基づいて、前記対象土の土種を推定し、測定された前記水分量と算出された前記周波数特徴とに基づいて、前記対象土の密度を推定する
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の土質判定装置。
【請求項７】
前記土質記憶手段は、単位時間当たり所定量の水を加えながら計測された前記水分量の推移をさらに含む前記土質モデルを記憶し、
前記土質判定手段は、算出された前記周波数特徴に基づいて、前記対象土の土種を推定し、複数回測定された前記水分量と、降水量を測定する降水計から受信した、前記水分量が測定された際の前記降水量とに基づいて、前記対象土の密度を推定する
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の土質判定装置。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか１項に記載の前記土質判定装置と、
前記振動センサと、
前記水分計と、を含み、
前記土質判定装置は、前記土質記憶手段をさらに備える
土質判定システム。
【請求項９】
振動を計測する振動センサによって測定対象の土である対象土の振動が測定された振動データをもとに、前記対象土の振動の周波数の特徴を表す周波数特徴を算出し、
土が含む水分の量を測定する水分計によって測定された前記対象土が含む水分の量である水分量と、算出された前記周波数特徴とをもとに、複数の土の種類である土種の、複数の密度についての、水分量と周波数特徴との関係を表す土質モデルを使用して、前記対象土の土種と密度とを推定する、
土質判定方法。
【請求項１０】
コンピュータに、
振動を計測する振動センサによって測定対象の土である対象土の振動が測定された振動データをもとに、前記対象土の振動の周波数の特徴を表す周波数特徴を算出する周波数特徴算出処理と、
土が含む水分の量を測定する水分計によって測定された前記対象土が含む水分の量である水分量と、算出された前記周波数特徴とをもとに、複数の土の種類である土種の、複数の密度についての、水分量と周波数特徴との関係を表す土質モデルを使用して、前記対象土の土種と密度とを推定する土質判定処理と、
を実行させる土質判定プログラムを記憶する記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、土を判定する技術に関し、特に、土の種類である土種と密度とを判定する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
土の密度を推定する技術が、例えば特許文献１によって開示されている。【０００３】
特許文献１に記載の判定装置では、施工現場で用いる土の乾燥密度-体積含水率の関係を表す曲線が予め作成される。施工現場では土壌に電磁波を透過させ、透過電磁波を測定する。特許文献１の判定装置は、透過電磁波の特性に基づいて体積含水率を測定する。そして、その判定装置は、あらかじめ作成しておいた乾燥密度−体積含水率の曲線に基づいて、施工現場の土壌の乾燥密度を推計する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−０１０５６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述のあらかじめ作成された曲線が表す、乾燥密度−体積含水率の関係は、施工現場で用いる土の場合にのみ成り立つ。あらかじめ作成された曲線が表す、乾燥密度−体積含水率の関係は、他の種類の土では成り立たない。特許文献１の技術では、さまざまな種類の土について、密度を推定することはできない。【０００６】
本発明の目的の１つは、さまざまな、土の種類である土種について、土種及び密度を推定することができる土質判定装置等を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様に係る土質判定装置は、振動を計測する振動センサによって測定対象の土である対象土の振動が測定された振動データをもとに、前記対象土の振動の周波数の特徴を表す周波数特徴を算出する周波数特徴算出手段と、土が含む水分の量を測定する水分計によって測定された前記対象土が含む水分の量である水分量と、算出された前記周波数特徴とをもとに、土質記憶手段が記憶する、複数の土の種類である土種の、複数の密度についての、水分量と周波数特徴との関係を表す土質モデルを使用して、前記対象土の土種と密度とを推定する土質判定手段と、を備える。【０００８】
本発明の一態様に係る土質判定方法は、振動を計測する振動センサによって測定対象の土である対象土の振動が測定された振動データをもとに、前記対象土の振動の周波数の特徴を表す周波数特徴を算出し、土が含む水分の量を測定する水分計によって測定された前記対象土が含む水分の量である水分量と、算出された前記周波数特徴とをもとに、土質記憶手段が記憶する、複数の土の種類である土種の、複数の密度についての、水分量と周波数特徴との関係を表す土質モデルを使用して、前記対象土の土種と密度とを推定する。【０００９】
本発明の一態様に係る記録媒体は、コンピュータに、振動を計測する振動センサによって測定対象の土である対象土の振動が測定された振動データをもとに、前記対象土の振動の周波数の特徴を表す周波数特徴を算出する周波数特徴算出処理と、土が含む水分の量を測定する水分計によって測定された前記対象土が含む水分の量である水分量と、算出された前記周波数特徴とをもとに、土質記憶手段が記憶する、複数の土の種類である土種の、複数の密度についての、水分量と周波数特徴との関係を表す土質モデルを使用して、前記対象土の土種と密度とを推定する土質判定処理とを実行させる土質判定プログラムを記憶する。本発明は、上記記録媒体が記憶する土質判定プログラムによっても実現できる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明には、さまざまな、土の種類である土種について、土種及び密度を推定することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、本発明の第１の実施形態に係る土質判定システムの構成の一例を表すブロック図である。
【図２】図２は、本発明の第１の実施形態に係る土質判定システムの動作全体の例を表すフローチャートである。
【図３】図３は、本発明の第１の実施形態に係る土質判定システムの、密度推定処理の動作の例を表すフローチャートである。
【図４】図４は、本発明の第１の実施形態に係る土質判定システムの、土種判定処理の動作の例を表すフローチャートである。
【図５】図５は、本発明の第１の実施形態に係る土質判定システムの、土種判定処理の動作の例を表すフローチャートである。
【図６】図６は、共振周波数−水分量モデル及び計測の結果の例を模式的に表す図である。
【図７】図７は、本発明の第１の実施形態に係る土質判定システムの、土種判定処理の動作の他の例を表すフローチャートである。
【図８】図８は、本発明の第１の実施形態に係る土質判定システムの、土種モデル生成処理の動作の例を表すフローチャートである。
【図９】図９は、本発明の第２、第３、及び第４に係る実施形態の土質判定システムの構成の例を表すブロック図である。
【図１０】図１０は、本発明の第２の実施形態に係る土質判定システムの動作全体の例を表すフローチャートである。
【図１１】図１１は、本発明の第２の実施形態に係る土質判定システムの、土種判定処理の動作の例を表すフローチャートである。
【図１２】図１２は、本発明の第２の実施形態に係る土質判定システムの、土種判定処理の動作の例を表すフローチャートである。
【図１３】図１３は、本発明の第５の実施形態に係る土質判定システムの構成の例を表すブロック図である。
【図１４】図１４は、本発明の第３、及び第４の実施形態に係る土質判定システムの動作の例を表すフローチャートである。
【図１５】図１５は、本発明の第３、及び第４の実施形態に係る土質判定システムの動作の例を表すフローチャートである。
【図１６】図１６は、本発明の第３、及び第４の実施形態に係る土質判定システムの動作の例を表すフローチャートである。
【図１７】図１７は、本発明の第３、及び第４の実施形態に係る土質判定システムの、土種判定処理の動作の例を表すフローチャートである。
【図１８】図１８は、本発明の第３の実施形態に係る土質判定システムの、密度推定処理の動作の一例を表すフローチャートである。
【図１９】図１９は、本発明の第４の実施形態に係る土質判定システムの、密度推定処理の動作の例を表すフローチャートである。
【図２０】図２０は、本発明の第５の実施形態に係る土質判定システムの動作全体の例を表すフローチャートである。
【図２１】図２１は、本発明の第５の実施形態に係る土質判定システムの、土種判定処理の動作の例を表すフローチャートである。
【図２２】図２２は、本発明の第５の実施形態に係る土質判定システムの、密度推定処理の動作の例を表すフローチャートである。
【図２３】図２３は、本発明の第６、及び第７の実施形態に係る土壌崩壊危険度変化検知システムの構成の例を表すブロック図である。
【図２４】図２４は、本発明の第６、及び第７の実施形態に係る検知システムの、モデル化を行う動作の一例を表すフローチャートである。
【図２５】図２５は、本発明の第６、及び第７の実施形態に係る検知システムの、三軸圧縮試験の動作の例を表すフローチャートである。
【図２６】図２６は、本発明の第６、及び第７の実施形態に係る検知システムの、加水加振試験の処理の動作の例を表すフローチャートである。
【図２７】図２７は、本発明の第６、及び第７の実施形態に係る検知システムの、監視時の動作の例を表すフローチャートである。
【図２８】図２８は、本発明の第８の実施形態に係る土質判定装置の構成の例を表すブロック図である。
【図２９】図２９は、本発明の各実施形態に係る土質判定装置を実現することができる、コンピュータのハードウェア構成の一例を表す図である。
【図３０】図３０は、本発明の第１の実施形態に係る、回路によって実装された土質判定システムの構成の一例を表すブロック図である。
【図３１】図３１は、本発明の第２、第３、及び第４の実施形態に係る、回路によって実装された土質判定システムの構成の例を表すブロック図である。
【図３２】図３２は、本発明の第５の実施形態に係る、回路によって実装された土質判定システムの構成の例を表すブロック図である。
【図３３】図３３は、本発明の第８の実施形態に係る、回路によって実装された土質判定装置の構成の例を表すブロック図である。
【図３４】図３４は、本発明の第８の実施形態に係る土質判定装置の動作の例を表すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下では、本発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。まず、本発明が利用される斜面崩壊予兆検知の原理について説明し、その後、本発明の実施の形態について説明する。
【００１３】
＜＜斜面崩壊予兆検知の原理＞＞
斜面の安定は、斜面方向に働くせん断応力と、その力による滑落を阻止するせん断強さとの関係で評価することができる。このせん断応力は、土砂に加わる重力と斜面勾配角度とによって表現することができる。対して、せん断強さは、土壌がもつ粘着力と、垂直応力に基づく抵抗力とに分類できる。この垂直応力は、土塊の重力と斜面勾配角度と、有効摩擦係数とによって決まる。土塊は、例えば、土の粒子と、粒子間の隙間に介在する間隙空気と、間隙水とによって構成される。土塊の重量を支える抗力として、土粒子による垂直抗力、間隙空気圧、及び間隙水圧が作用する。ただし、この力のうち、せん断強さに寄与するのは土粒子による垂直抗力のみである。そのため、せん断強さを算出する際には、間隙水圧と間隙空気圧とを重力から差し引くことによって得られる、見かけの垂直応力を用いなければならない。含水比が大きくなると、この見かけのせん断応力は小さくなる。さらに、この垂直応力に乗じて評価される有効摩擦係数及び粘着力は、斜面が滑落するときにせん断応力とせん断強さとが釣り合うように設定される係数である。この値も、土壌の含水比の上昇とともに減少することがわかっている。このため、土壌の含水比が増加すると、せん断応力が大きくなり、そして、せん断強さが小さくなるため、斜面崩壊が起こる。
【００１４】
以上から、含水比の増加を検出することによって、斜面崩壊を予知できることがわかる。含水比の変化を、振動の減衰率の変化に置き換えて検知する手法において、計測対象の斜面の土の土種、密度の推定ができれば、安全監視に用いるモデルを選定することができる。なお、土種は、土の種類を表す。本発明の各実施形態では、土種及び密度の少なくともいずれかが異なる土壌に対して、前述の含水比に応じて変化する、せん断強さ及びせん断応力に影響するパラメータが、あらかじめ計測される。そして、計測されたパラメータは、振動の減衰率との関数モデルとして、データベースに保存される。そして、本発明の各実施形態では、データベースに保存されている関数モデルに基づいて、計測対象である、斜面の土の、土種及び密度が推定される。
【００１５】
＜第１の実施形態＞
次に、本発明の第１の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１６】
図１は、本実施形態の土質判定システム１の構成の一例を表すブロック図である。
【００１７】
図１を参照すると、本実施形態の土質判定システム１は、振動センサ１０１と、水分計１０２と、土質判定装置１０とを含む。振動センサ１０１及び水分計１０２は、土質判定装置１０と、通信可能に接続されている。土質判定システム１は、さらに、出力装置１０９を含んでいてもよい。土質判定装置１０は、周波数特徴算出部１０４と、土質情報記憶部１０６と、土質判定部１０７と、出力部１０８とを含む。出力部１０８には、出力装置１０９が、通信可能に接続されている。なお、図１及び他の図に示す、本発明のいずれかの実施形態に係るシステム及び装置の構成において、データが送信される方向は、描かれている矢印の方向に限定されない。
【００１８】
振動センサ１０１は、測定対象である土の振動を検知（すなわちセンシング）するセンサである。振動センサ１０１は、検知によって得られた、対象土の振動を表す時系列データを、土質判定装置１０に出力する。振動センサ１０１として、振動を検出する、既存のさまざまなセンサが適用可能である。振動センサ１０１は、例えば、加速度を測定する加速度センサであってもよい。振動センサ１０１は、他の種類の物理量を測定するセンサであってもよい。振動センサ１０１は、例えば所定時間毎に測定した対象土の加速度の時系列データを出力してもよい。振動センサ１０１は、測定した加速度の時系列データに基づいて、対象土の他の物理量（例えば、速度又は変位）を算出し、算出した物理量の時系列データを出力してもよい。変位は、例えば、対象土の、振動センサ１０１に設定されている基準位置からの変位（例えば距離）である。本発明の各実施形態では、測定対象である土を、「対象土」又は「推定対象土」と表記する。また、対象土の種類を、「対象土種」又は「推定対象土種」と表記する。上述のように、土種は、土の種類を表す。
【００１９】
水分計１０２は、対象土の水分量を計測するセンサである。水分計１０２として、土の中の水分量を計測する、既存のさまざまなセンサが適用可能である。
【００２０】
周波数特徴算出部１０４は、振動センサ１０１が検知した振動の時系列データを受信する。周波数特徴算出部１０４は、受信した、振動の時系列データをもとに、対象土の振動の周波数の特徴を表す周波数特徴を算出する。
【００２１】
周波数特徴は、例えば、共振周波数である。周波数特徴算出部１０４が振動の時系列データから共振周波数を算出する方法として、既存の様々な方法を適用することができる。周波数特徴は、例えば、振幅の大きさが他の周波数における振幅の大きさに卓越している周波数である、卓越周波数であってもよい。その場合、例えば、周波数特徴算出部１０４は、振動の時系列データをもとに、周波数と振幅との関係を算出する。周波数特徴算出部１０４は、算出された周波数と振幅との関係における振幅のピークを抽出する。周波数特徴算出部１０４は、抽出されたピークのうち、最も振幅が大きいピークが算出された周波数を、卓越周波数としてもよい。周波数特徴算出部１０４は、他の方法によって、卓越周波数を算出してもよい。周波数特徴は、対象土の振動を表す、他の周波数や他の特徴であってもよい。以下では、周波数特徴算出部１０４が、周波数特徴として、共振周波数を算出するよう設計されている場合について説明する。周波数特徴算出部１０４が、周波数特徴として、卓越周波数を算出するよう設計されている場合についての説明は、以下の説明の「共振周波数」を「卓越周波数」と読み替えることによって得られる。
【００２２】
以下の説明では、１回の測定によって得られる振動の時系列データを、「振動データ列」と表記する。周波数特徴算出部１０４は、例えば、複数の振動データ列の各々について、共振周波数を算出すればよい。周波数特徴算出部１０４は、振動データ列毎の共振周波数の、平均値及び分散を算出すればよい。周波数特徴算出部１０４は、さらに、算出した平均値及び分散を使用して、対象土の共振周波数を設定する。周波数特徴算出部１０４は、算出した平均値を、対象土の共振周波数にしてもよい。
【００２３】
土質情報記憶部１０６は、土種と密度との組み合わせ毎に、共振周波数と水分量との関係を表す、共振周波数−水分量モデルを記憶する。言い換えると、土質情報記憶部１０６は、あらかじめ定められた複数の土種について、あらかじめ定められた複数の密度毎に、共振周波数−水分量モデルを記憶する。共振周波数−水分量モデルは、共振周波数と水分量との関係を表す関数によって表されていてもよい。共振周波数−水分量モデルは、共振周波数の値と水分量の値とが関連付けられている、変換テーブルによって表されていてもよい。本発明の各実施形態の説明では、共振周波数−水分量モデルは、関数によって表される。以下の説明において、土質情報記憶部１０６に格納されている、共振周波数−水分量モデル、及び、後述される水分量−降水時間モデルなどを、「土質情報」と表記する。土質情報記憶部１０６が記憶する共振周波数−水分量モデル等のデータを、「データベース」と表記することもある。土質情報記憶部１０６に共振周波数−水分量モデル等の土質情報が格納されており、対象土と比較される土種を、「比較対象土種」と表記する。
【００２４】
土質判定部１０７は、共振周波数に基づいて、対象土の密度を推定する。
【００２５】
土質判定部１０７は、さらに、算出された共振周波数と、水分計１０２によって計測された水分量と、共振周波数−水分量モデルとに基づいて、対象土種が、比較対象土種のどれであるか、又は、どの比較対象土種の組み合わせであるかを判定する。土質判定部１０７は、さらに、対象土種に含まれる比較対象土種の、比較対象土種ごとの比率（以下、「混合比」とも表記）を算出してもよい。対象土種は、比較対象土種の組み合わせである土種モデルによって表される。土種モデルは、比較対象土種の組み合わせと、その組み合わせに含まれる比較対象土種の比率とによって表されていてもよい。
【００２６】
出力部１０８は、推定された対象土の密度と、判定された対象土種とを、出力装置１０９に出力する。出力部１０８は、出力装置１０９ではなく、例えば、斜面が崩壊する危険度の変化を検知する土壌崩壊危険度変化検知システム４００が含む、土種及び密度に基づいて斜面の危険度を推定するモジュールなどに出力してもよい。
【００２７】
出力装置１０９は、例えば、ディスプレイ装置などである。
【００２８】
次に、本実施形態の土質判定システム１の動作について、図面を参照して詳細に説明する。
【００２９】
図２は、本実施形態の土質判定システム１の動作全体の例を表すフローチャートである。
【００３０】
まず、振動センサ１０１が、対象土の振動を検知（センシング）する。そして、周波数特徴算出部１０４は、振動センサ１０１による検知によって得られた振動の時系列データ（すなわち振動センサデータ）を取得する（ステップＳ１０１）。周波数特徴算出部１０４は、得られた時系列データを使用して、共振周波数を算出する（ステップＳ１０２）。
【００３１】
次に、土質判定部１０７が、対象土の密度を推定する密度推定処理を行う（ステップＳ１０３）。密度推定処理については、後で詳細に説明する。
【００３２】
次に、土質判定部１０７は、水分計１０２によって、水分量の変化を計測する（ステップＳ１０４）。すなわち、土質判定部１０７は、複数回、水分計１０２によって水分量を計測する。言い換えると、土質判定部１０７は、水分量の変化を、水分計１０２から取得する。水分量が計測される際、周波数特徴算出部１０４が、振動センサ１０１による振動の計測と共振周波数の算出とを行う。
【００３３】
次に、土質判定部１０７は、水分量と、密度と、共振周波数−水分量モデルとに基づいて、対象土種を判定する土種判定処理を行う（ステップＳ１０５）。土種判定処理については、後で詳細に説明する。
【００３４】
次に、出力部１０８が、土種と密度とを、例えば出力装置１０９に出力する（ステップＳ１０６）。本実施形態では、出力される土種はステップＳ１０５において判定された土種である。また、出力される密度は、ステップＳ１０３において推定された密度である。
【００３５】
なお、以下で説明する他の実施形態の動作の説明では、土種と密度とを出力する動作の説明は、省略する。
【００３６】
次に、本実施形態の土質判定システム１の、密度推定処理の動作について、図面を参照して詳細に説明する。
【００３７】
図３は、本実施形態の土質判定システム１の、密度推定処理の動作の例を表すフローチャートである。
【００３８】
まず、土質判定部１０７は、水分計１０２により初期の水分量を計測する（ステップＳ２０１）。
【００３９】
次に、土質判定部１０７は、まだ比較対象として選択されていない土種を、比較対象として選択する（ステップＳ２０２）。土質判定部１０７は、例えば、代表的な土種を選択してもよい。土質判定部１０７は、全土種の平均である平均土種を選択してもよい。その場合、土質情報記憶部１０６は、平均土種の、複数の密度についての、共振周波数−水分量モデルを記憶していればよい。
【００４０】
土質判定部１０７は、密度パターンから、まだ比較対象として選択されていない密度を、比較対象として選択する（ステップＳ２０３）。密度パターンは、土質情報記憶部１０６によって、選択された土種の共振周波数−水分量モデルが記憶されている、複数の密度を表す。
【００４１】
土質判定部１０７は、選択された土種の、選択された密度における、共振周波数−水分量モデルを使用して、計測した水分量に対する共振周波数を特定する。そして、特定した、選択した土種の、選択した密度における、特定した共振周波数と、ステップＳ１０２において計算した、推定対象土の共振周波数との差である、共振周波数差を算出する（ステップＳ２０４）。
【００４２】
次に、土質判定部１０７は、共振周波数差と、最小共振周波数差とを比較する（ステップＳ２０５）。土質判定部１０７は、最初に選択した密度については、ステップＳ２０５の動作を行わずに、後述するステップＳ２０６及びステップＳ２０７の動作を行ってもよい。土質判定部１０７は、最小共振周波数差の初期値として、あらかじめ実験的に算出した、十分大きい値を設定してもよい。
【００４３】
算出した共振周波数差が最小共振周波数差以上である場合（ステップＳ２０５においてＮＯ）、土質判定システム１の動作は、ステップＳ２０８に進む。
【００４４】
算出した共振周波数差が最小共振周波数差より小さい場合（ステップＳ２０５においてＹＥＳ）、土質判定部１０７は、最小共振周波数差を、算出した共振周波数差になるように更新する（ステップＳ２０６）。すなわち、土質判定部１０７は、最小共振周波数差の値を、算出した共振周波数差の値に変更する。さらに、土質判定部１０７は、推定密度を、選択されている密度に更新する（ステップＳ２０７）。すなわち、土質判定部１０７は、推定密度を、選択されている密度に変更する。
【００４５】
全密度パターンについての比較が終了していない場合（ステップＳ２０８においてＮＯ）、土質判定システム１は、ステップＳ２０３からの動作を繰り返す。
【００４６】
全密度パターンについての比較が終了した場合（ステップＳ２０８においてＹＥＳ）、土質判定部１０７は、最小共振周波数差があまりにも大きい場合、密度が適切に推定されなかったと見なして、比較対象の土種の選択からやり直してもよい。すなわち、土質判定部１０７は、最小共振周波数差と、あらかじめ設定されている閾値である、必要最小共振周波数差とを比較する。最小共振周波数差が、必要最小共振周波数差より大きい場合（ステップＳ２０９においてＮＯ）、土質判定システム１は、ステップＳ２０２からの動作を繰り返す。最小共振周波数差が、必要最小共振周波数差以下である場合（ステップＳ２０９においてＹＥＳ）、土質判定システム１は、図３に示す動作を終了する。以上により、土質判定部１０７は、算出される共振周波数差が最も小さい密度を、推定密度として選択する。
【００４７】
次に、本実施形態の土質判定システム１の、土種判定処理の動作について、図面を参照して詳細に説明する。
【００４８】
図４及び図５は、本実施形態の土質判定システム１の、土種判定処理の動作の例を表すフローチャートである。図４及び図５に示す例では、土質判定システム１によって判定される推定土種は、多くて２つの土種の組み合わせである。
【００４９】
図４を参照すると、土質判定部１０７は、比較対象土種から、土種を選択する（ステップＳ３０１）。ステップＳ３０１における比較対象土種は、土質情報記憶部１０６に共振周波数−水分量モデルが格納されている全ての土種である。
【００５０】
次に、土質判定部１０７は、対象土種が選択されている土種である場合の、共振周波数の予測誤差を算出する（ステップＳ３０２）。土質判定部１０７は、例えば、ステップＳ１０４において計測された水分量の変化と共振周波数の変化との関係を表すデータと、選択されている土種の、推定された密度における、共振周波数−水分量モデルとの差を、予測誤差として算出する。
【００５１】
上述のように、ステップＳ１０４において得られるデータは、例えば、計測された水分量、及び、その水分量が計測された際に算出された共振周波数の、複数の組み合わせである。土質判定部１０７は、例えば、計測された水分量毎の、算出された共振周波数と、共振周波数−水分量モデルの関数によって算出される共振周波数との差の２乗平均を、予測誤差として算出してもよい。土質判定部１０７は、例えば、計測された水分量毎の、算出された共振周波数と、共振周波数−水分量モデルの関数によって算出される共振周波数との差の２乗平均の平方根を、予測誤差として算出してもよい。
【００５２】
図６は、共振周波数−水分量モデル及び計測の結果の例を模式的に表す図である。図６における３本の直線は、土種Ａ、Ｂ、及びＣの、水分量に対する共振周波数の関係（すなわち共振周波数−水分量モデル）を表す。また、円形は、計測の結果（すなわち判定対象土データ）を表す。計測の結果は、土種Ｂの直線に最も近い。従って、土質判定部１０７は、第１土種として、土種Ｂを採用する。
【００５３】
次に、土質判定部１０７は、算出した予測誤差と、第１最小予測誤差との比較を行う（ステップＳ３０３）。土質判定部１０７は、最初に選択された土種については、ステップＳ３０３の動作を行わず、ステップＳ３０４及びステップＳ３０５の動作を行ってもよい。土質判定部１０７は、第１最小予測誤差の初期値として、十分大きい値を設定してもよい。
【００５４】
予測誤差が第１最小予測誤差以上である場合（ステップＳ３０３においてＮＯ）、土質判定システム１が行う次の動作は、ステップＳ３０６の動作である。
【００５５】
予測誤差が第１最小予測誤差より小さい場合（ステップＳ３０３においてＹＥＳ）、土質判定部１０７は、第１最小予測誤差を、ステップＳ３０２において算出された予測誤差に更新する（ステップＳ３０４）。すなわち、土質判定部１０７は、第１最小誤差を、ステップＳ３０２において算出された予測誤差に変更する。土質判定部１０７は、さらに、第１土種を、選択された土種に更新する（ステップＳ３０５）。すなわち、土質判定部１０７は、第１土種を、選択された土種に変更する。
【００５６】
全比較対象土種についての比較が終了していない場合（ステップＳ３０６においてＮＯ）、土質判定システム１は、ステップＳ３０１からの動作を繰り返す。
【００５７】
全比較対象土種についての比較が終了した場合（ステップＳ３０６においてＹＥＳ）、土質判定部１０７は、第１土種である土種のみからなる第１モデルを、推定土種として採用する（ステップＳ３０７）。
【００５８】
さらに、土質判定部１０７は、比較対象土種から、第１土種を除外する（ステップＳ３０８）。ステップＳ３０８の次の動作は、図５に示すステップＳ３０９の動作である。
【００５９】
図５を参照すると、まず、土質判定部１０７が、比較対象土種から、まだ選択されていない土種を選択する（ステップＳ３０９）。
【００６０】
次に、土質判定部１０７は、第１モデルと、選択された土種との混合比（以下、０より大きく１より小さい実数である、ｋと表記）と、混合比がｋである場合の予測誤差とを算出する（ステップＳ３１０）。土質判定部１０７は、第１モデルのモデル関数をｋ倍し、選択された土種のモデル関数を（１−ｋ）倍し、それらを足す。モデル関数は、上述の、共振周波数−水分量モデルを表す関数である。土質判定部１０７は、足すことによって得られたモデル関数を使用して、判定対象の土の計測された水分量における共振周波数を予測する。そして、土質判定部１０７は、予測誤差が最小となるｋ及び予測誤差を算出する。土質判定部１０７は、ステップＳ３０２における予測誤差を算出する方法と同じ方法で、予測誤差を算出する。
【００６１】
次に、土質判定部１０７は、ステップＳ３１０において算出した予測誤差と、第２最小予測誤差とを比較する（ステップＳ３１１）。なお、土質判定部１０７は、ステップＳ３０９において最初に選択された土種について、ステップＳ３１１の動作を行わず、ステップＳ３１２からステップＳ３１４までの動作を行ってもよい。土質判定部１０７は、第２最小予測誤差の初期値を、十分大きい値に設定しておいてもよい。
【００６２】
算出された予測誤差が第２最小予測誤差以上である場合（ステップＳ３１１においてＮＯ）、土質判定システム１が次に行う動作は、ステップＳ３１５の動作である。
【００６３】
算出された予測誤差が第２最小予測誤差より小さい場合（ステップＳ３１１においてＹＥＳ）、土質判定部１０７は、第２最小予測誤差を、算出された予測誤差に更新する（ステップＳ３１２）。すなわち、土質判定部１０７は、第２最小予測誤差を、算出された予測誤差に変更する。また、土質判定部１０７は、第２土種を、選択された土種に更新する（ステップＳ３１３）。すなわち、土質判定部１０７は、第２土種を、選択された土種に変更する。さらに、土質判定部１０７は、推定混合比を、算出された混合比に更新する（ステップＳ３１４）。すなわち、土質判定部１０７は、推定混合比を、算出された混合比に変更する。推定混合比は、第１モデル（図４及び図５の例では、上述のように、ステップＳ３０７において推定土種として採用された土種）と第２土種との混合比の推定値を表す。推定混合比に従った、推定土種と第２土種との混合が、第２モデルである。
【００６４】
比較が完了していない比較対象土種が存在する場合（ステップＳ３１５においてＮＯ）、土質判定システム１は、ステップＳ３０９からの動作を繰り返す。
【００６５】
全ての比較対象土種についての比較が完了した場合（ステップＳ３１５においてＹＥＳ）、土質判定部１０７は、推定土種として採用されている第１モデルと、第２モデルとの、どちらが対象土種に近いかを判定する。すなわち、土質判定部１０７は、第１最小予測誤差と第２最小予測誤差とを比較する（ステップＳ３１６）。
【００６６】
第２最小予測誤差が第１最小予測誤差以上である場合（ステップＳ３１６においてＮＯ）、土質判定システム１は、図４及び図５に示す土種判定処理の動作を終了する。その場合、対象土種として推定された土種（すなわち推定土種）は、第１モデル（すなわち、第１土種）である。
【００６７】
第２最小予測誤差が第１最小予測誤差より小さい場合（ステップＳ３１６においてＹＥＳ）、推定混合比に従った、第１モデルと第２土種との混合である第２モデルを、推定土種として採用する（ステップＳ３１７）。そして、土質判定システム１は、図４及び図５に示す土種判定処理の動作を終了する。
【００６８】
図６に示す例では、例えば、土Ａと土Ｂとが混合された第２モデルが、推定土種として採用される。
【００６９】
土質判定部１０７は、同様のプロセスによって、３つの土種が混合されているモデル（第３モデル）、又は、３以上の数の土種が混合されているモデルを、推定土種の候補として生成し、生成したモデルの中から推定土種を選択してもよい。
【００７０】
図７は、本実施形態の土質判定システム１の、Ｍ以下の数の土種が混合されているモデルから推定土種を選択する場合における、土種判定処理の動作の一例を表すフローチャートである。土質判定システム１は、図７に示す動作を行うことによって、推定土種を推定してもよい。
【００７１】
図７を参照すると、土質判定部１０７は、まず、第１モデルを推定する。土質判定部１０７は、モデルの番号であるＮを１にする（ステップＳ３２１）。そして、土種情報記憶部１０６に共振周波数−水分量モデルが格納されている全土種を、第１比較対象土種にする（ステップＳ３２２）。
【００７２】
そして、土質判定部１０７は、土種モデル生成処理の動作を行う（ステップＳ３２３）。ステップＳ３２３における土種モデル生成処理の動作については、後で詳細に説明する。土質判定部１０７は、土種モデル生成処理によって、第Ｎモデルを生成し、第Ｎモデルによる共振周波数の予測誤差である第Ｎ最小予測誤差を算出する。第Ｎモデルは、第Ｎ土種と、第Ｎ−１モデルが生成された後の比較によって採用された推定土種との、第Ｎ混合比による混合である。土種モデル生成処理によって、第Ｎモデル（第Ｎ土種及び第Ｎ混合比）と、第Ｎ最小予測誤差とが得られる。最初のステップＳ３２３の動作によって、第１モデルと、第１最小予測誤差が算出される。上述のように、第１モデルは、第１土種である。そして、第１混合比は、第１モデルにおける第１土種の比率であり、１である。
【００７３】
最初にステップＳ３２３の動作が行われた後、土質判定システム１は、ステップＳ３２４の動作を行わず、ステップＳ３２５及びステップＳ３２６の動作を行ってもよい。土質判定部１０７は、推定土種予測誤差の初期値として、通常第１最小予測誤差より大きいと判定されるような、十分大きい値をあらかじめ設定しておいてもよい。
【００７４】
Ｎが１である場合、土質判定部１０７は、第１モデルを推定土種として採用する（ステップＳ３２５）。そして、土質判定部１０７は、第１最小予測誤差を、推定土種予測誤差にする（ステップＳ３２６）。推定土種予測誤差は、採用されている推定土種による共振周波数の予測誤差である。
【００７５】
Ｎが２以上である場合、土質判定部１０７は、第Ｎ最小予測誤差と、推定土種予測誤差とを比較する（ステップＳ３２４）。第Ｎ最小予測誤差は、生成された第Ｎモデルによって予測される共振周波数と、ステップＳ１０４において算出された共振周波数との差の大きさを表す値である。
【００７６】
第Ｎ最小予測誤差が推定土種予測誤差以上である場合（ステップＳ３２４においてＮＯ）、土質判定システム１は、次に、ステップＳ３２７の動作を行う。
【００７７】
第Ｎ最小予測誤差が推定土種予測誤差より小さい場合（ステップＳ３２４においてＹＥＳ）、土質判定部１０７は、第Ｎモデルを、推定土種として採用する（ステップＳ３２５）。そして、土質判定部１０７は、推定土種予測誤差を、第Ｎ最小予測誤差に更新する（ステップＳ３２６）。すなわち、土質判定部１０７は、推定土種予測誤差を、第Ｎ最小予測誤差に変更する。
【００７８】
次に、土質判定部１０７は、ＮとＭとを比較する（ステップＳ３２７）。ＮがＭ以上である（図７に示す例ではＮとＭが等しい）場合（ステップＳ３２７においてＮＯ）、土質判定システム１は、図７に示す、土種判定処理を終了する。その場合、Ｍ以下の数の土種の混合である各モデルの中で、共振周波数の予測誤差が最も小さいモデルが、推定土種として採用される。
【００７９】
ＮがＭより小さい場合（ステップＳ３２７においてＹＥＳ）、土質判定部１０７は、第Ｎ比較対象土種から第Ｎ土種を除外することによって、第Ｎ＋１比較対象土種を生成する（ステップＳ３２８）。Ｎが１であり、Ｍが２以上である場合、ＮはＭより小さい。その場合、土質判定部１０７は、第１比較対象土種から第１土種を除外することによって、第２比較対象土種を生成する。そして、土質判定部１０７は、Ｎに１を加算する（ステップＳ３２９）。さらに、土質判定システム１は、ステップＳ３２３以降の動作を繰り返す。
【００８０】
次に、本実施形態の土質判定システム１の、ステップＳ３２３における、土種モデル生成処理の動作について、図面を参照して詳細に説明する。
【００８１】
図８は、本実施形態の土質判定システム１の、土種モデル生成処理の動作の例を表すフローチャートである。
【００８２】
図８を参照すると、土質判定部１０７は、第Ｎ比較対象土種から、まだ選択されていない土種を選択する（ステップＳ３３１）。次に、土質判定部１０７は、最も新しく推定土種として採用されている土種と、選択された土種との混合比と、予測誤差とを算出する（ステップＳ３３２）。ステップＳ３３２における混合比と予測誤差との算出方法は、図５に示すステップＳ３１０における混合比と予測誤差との算出方法と同様である。
【００８３】
ステップＳ３３１において選択された土種が、第Ｎ比較対象土種から最初に選択された土種である場合、土質判定部１０７は、次のステップＳ３３３の動作を行わず、ステップＳ３３４からステップＳ３３６までの動作を行ってもよい。土質判定部１０７は、第Ｎ最小予測誤差の最小値として、十分大きい値を設定しておいてもよい。
【００８４】
土質判定部１０７は、算出された予測誤差と、第Ｎ最小予測誤差とを比較する（ステップＳ３３３）。算出された予測誤差が第Ｎ最小予測誤差以上である場合（ステップＳ３３３においてＮＯ）、土質判定部１０７は、次に、ステップＳ３３７の動作を行う。
【００８５】
算出された予測誤差が第Ｎ最小予測誤差より小さい場合（ステップＳ３３３においてＹＥＳ）、土質判定部１０７は、第Ｎ最小予測誤差を、算出した予測誤差に更新する（ステップＳ３３４）。すなわち、土質判定部１０７は、第Ｎ最小予測誤差を、算出した予測誤差に変更する。そして、土質判定部１０７は、第Ｎ土種を、選択された土種に更新する（ステップＳ３３５）。すなわち、土質判定部１０７は、第Ｎ土種を、選択された土種に変更する。さらに、土質判定部１０７は、第Ｎ推定混合比を、算出された混合比に更新する（ステップＳ３３６）。すなわち、土質判定部１０７は、第Ｎ推定混合比を、算出された混合比に変更する。
【００８６】
土質判定部１０７は、全第Ｎ比較対象土種についての比較が完了したか判定する（ステップＳ３３７）。第Ｎ比較対象土種に、まだ比較が完了していない土種が存在する場合、すなわち、第Ｎ比較対象土種に、まだ選択されていない土種が存在する場合（ステップＳ３３７においてＮＯ）、土質判定システム１は、ステップＳ３３１からの動作を繰り返す。第Ｎ比較対象土種についての比較が完了した場合、すなわち、第Ｎ比較対象土種の全ての土種が選択された場合（ステップＳ３３７においてＹＥＳ）、土質判定システム１は、図８に示す動作を終了する。
【００８７】
以上で説明した本実施形態には、さまざまな、土の種類である土種について、土種及び密度を推定することができるという効果がある。
【００８８】
その理由は、土質判定部１０７が、振動センサ１０１によって対象土の振動が測定された結果と、水分計１０２によって対象土が含む水分が測定された結果とに基づいて、対象土の密度を推定し、対象土の土種を判定するからである。
【００８９】
＜第２の実施形態＞
次に、本発明の第２の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００９０】
図９は、本実施形態の土質判定システム１Ａの構成の例を表すブロック図である。
【００９１】
図９に示す土質判定システム１Ａの構成と、図１に示す第１の実施形態の土質判定システム１の構成とを比較すると、本実施形態の土質判定システム１Ａは、土質判定装置１０の代わりに土質判定装置１０Ａを含む。図９に示す土質判定装置１０Ａの構成と、図１に示す第１の実施形態の土質判定装置１０の構成とを比較すると、本実施形態の土質判定装置１０Ａは、さらに、水分特性算出部１０５を含む。本実施形態の土質判定システム１Ａは、以下で説明する相違を除き、第１の実施形態の土質判定システム１と同じである。本実施形態の土質判定システム１Ａの構成要素は、以下で説明する相違を除き、第１の実施形態の土質判定システム１の、同じ番号が付与されている構成要素と同じである。
【００９２】
水分特性算出部１０５は、水分計１０２による測定結果から、水分量の変化速度と、水分量の初期値とを算出する。
【００９３】
本実施形態の土質情報記憶部１０６は、前述の複数の土質の、前述の複数の密度について、さらに、水分量−降水時間モデルを記憶する。水分量−降水時間モデルは、例えば、単位時間当たり、あらかじめ決められている量の水分が加えながら測定された水分量に基づいて導出された、土質及び密度毎に、水分量と降水時間との関係を表す、例えば関数である。言い換えると、水分量−降水時間モデルは、単位時間当たり、あらかじめ決められている量の水分が加えながら測定された水分量の推移を表す。水分量−降水時間モデルは、水分量、及び、その水分量に関連付けられた降水時間の、複数の組み合わせを含む、テーブルによって表されていてもよい。本発明の各実施形態の説明では、水分量−降水時間モデルは、関数によって表される。本発明の他の実施形態における水分量−降水時間モデルは、本実施形態の水分量−降水時間モデルと同じである。
【００９４】
本実施形態の土質判定部１０７は、水分計１０２によって測定された水分量と、水分量−降水時間モデルとをもとに、密度を推定する。本実施形態の土質判定部１０７は、水分計１０２によって測定された水分量の変化と、水分量−降水時間モデルとをもとに、土種を判定する。その際、土質判定部１０７は、予測誤差として、水分量−降水時間モデルに基づく水分量の予測誤差を算出する。
【００９５】
図１０は、本実施形態の土質判定システム１Ａの動作全体の例を表すフローチャートである。
【００９６】
まず、振動センサ１０１が、対象土の振動を検知（センシング）する。そして、周波数特徴算出部１０４は、振動センサ１０１による検知によって得られた振動の時系列データ（すなわち振動センサデータ）を取得する（ステップＳ４０１）。周波数特徴算出部１０４は、得られた時系列データを使用して、共振周波数を算出する（ステップＳ４０２）。
【００９７】
次に、土質判定部１０７が、対象土の密度を推定する密度推定処理を行う（ステップＳ４０３）。ステップＳ４０１からステップＳ４０３までの動作は、図２に示す、ステップＳ１０１からステップＳ１０３までの動作と同じである。ステップＳ４０３における密度推定処理の動作は、図３に示す、第１の実施形態の土質判定システム１の密度推定処理の動作と同じである。従って、これらのステップの動作に関する詳細な説明は省略する。
【００９８】
次に、水分特性算出部１０５は、水分計１０２によって、水分量の変化を計測する（ステップＳ４０４）。すなわち、水分特性算出部１０５は、複数回、水分計１０２によって水分量を計測する。水分特性算出部１０５は、水分量の変化を、水分計１０２から取得する。
【００９９】
次に、水分特性算出部１０５は、水分量の初期値及び変化速度を算出する（ステップＳ４０５）。本実施形態及び本発明の他の実施形態では、対象土に対して、例えば単位時間当たり、上述の、あらかじめ決められている量の水分が加えられる。水分特性算出部１０５は、降水時間に応じた、対象土の水分量の推移を表す関数を推定してもよい。水分特性算出部１０５は、対象土の、水分量及び降水時間の、複数の組み合わせを算出してもよい。
【０１００】
なお、例えば、降水時に、野外に存在する対象土の水分量の変化が計測される場合、対象土に、降水量を測定する降水計（図示されない）が設置されていればよい。そして、水分特性算出部１０５は、水分量の計測の際、さらに、降水計から降水量の測定値を受信してもよい。水分特性算出部１０５は、受信した、降水計による測定値をもとに、単位時間当たり、上述のあらかじめ決められている量の水分が加えられている場合の、対象土の水分量の初期値及び変化量を算出してもよい。
【０１０１】
次に、土質判定部１０７が、土種判定処理を行う（ステップＳ４０６）。ステップＳ４０６における土種判定処理については、後で詳細に説明する。土質判定部１０７は、ステップＳ４０６の土種判定処理において、推定土種を導出する。すなわち、土質判定部１０７は、ステップＳ４０６の土種判定処理において、対象土を構成する、土種及びその土種の比率を推定する。
【０１０２】
次に、本実施形態の土質判定システム１Ａの、ステップＳ４０６における土種判定処理の動作について、図面を参照して詳細に説明する。
【０１０３】
図１１及び図１２は、本実施形態の土質判定システム１Ａの、土種判定処理の動作の例を表すフローチャートである。
【０１０４】
図１１及び図１２に示す土種判定処理のＳ５０１からステップＳ５１７までの動作は、ステップＳ５０２及びステップＳ５１０の動作と予測誤差の種類とを除き、それぞれ、図４及び図５に示す、ステップＳ３０１からステップＳ３１７の動作と同じである。
【０１０５】
土質判定部１０７は、ステップＳ３０１の動作と同様に、比較対象土種から、まだ選択されていない土種を選択する（ステップＳ５０１）。
【０１０６】
次に、土質判定部１０７は、土質情報記憶部１０６に格納されている、選択された土種の、推定された密度における、水分量−降水時間モデルを読み出す。そして、土質判定部１０７は、ステップＳ４０５において導出された、水分量の初期値及び変化速度と、選択された土種の、推定された密度における、水分量−降水時間モデルとを使用して、水分量の予測誤差を算出する（ステップＳ５０２）。水分量−降水時間モデルが直線で表される場合、土質判定部１０７は、例えば、ステップＳ４０５において導出された、水分量の変化速度と、水分量−降水時間モデルにおける、水分量の変化量との差の大きさを、水分量の予測誤差として導出する。水分量−降水時間モデルが必ずしも直線で表されない場合、土質判定部１０７は、例えば、水分量−降水時間モデルにおいて、水分量が、ステップＳ４０５において導出された水分量の初期値である時刻を特定する。そして、土質判定部１０７は、水分量−降水時間モデルにおいて、特定した時刻から、所定の長さの時間が経過した後における水分量を特定する。また、土質判定部１０７は、ステップＳ４０５において測定された水分量の変化速度又は水分量の測定値に基づいて、水分量の初期値が観測される時刻から、所定の長さの時間が経過した後における水分量を特定する。そして、土質判定部１０７は、水分量−降水時間モデルをもとに特定した水分量と、ステップＳ４０４において取得した水分計１０２による測定結果を基に特定した水分量との差の大きさを、水分量の予測誤差として導出する。
【０１０７】
図１１に示すステップＳ５０３から図１２に示すステップＳ５０９までの動作は、それぞれ、図４に示すステップＳ３０３から図５に示すステップＳ３０９までの動作と同じである。従って、これらのステップの動作の説明を省略する。
【０１０８】
図１２に示すステップＳ５１０において、土質判定部１０７は、ステップＳ５０２における動作と同様に、水分量−降水時間モデルを、予測誤差の導出に使用する。また、土質判定部１０７は、ステップＳ５０２における予測誤差の導出方法と同様の方法によって、予測誤差を導出される。
【０１０９】
また、土質判定部１０７は、水分量−降水時間モデルをもとに、ステップＳ３１０における混合比を算出する手順と同様の手順に従って、混合比を算出する。すなわち、土質判定部１０７は、第１モデルと、選択された土種との混合比（以下、０より大きく１より小さい実数である、ｋと表記）と、混合比がｋである場合の予測誤差とを算出する土質判定部１０７は、第１モデルのモデル関数をｋ倍し、選択された土種のモデル関数を（１−ｋ）倍し、それらを足す。モデル関数は、上述の、水分量−降水時間モデルを表す関数である。土質判定部１０７は、足すことによって得られたモデル関数を使用して、判定対象の土の計測された水分量の変化速度（又は水分量の初期値からの単位時間当たりの変化量）を予測する。そして、土質判定部１０７は、予測誤差が最小となるｋ及び予測誤差を算出する。
【０１１０】
ステップＳ５１１からステップＳ５１７までの動作は、予測誤差が、水分量−降水時間モデルに基づく予測誤差であることを除いて、それぞれ、図５に示す、ステップＳ３１１からステップＳ３１７までの動作と同じである。従って、これらのステップの動作の説明を省略する。なお、水分量−降水時間モデルに基づく予測誤差は、ステップＳ５０２及びステップＳ５１０において算出される、例えば、上述の、水分量の変化量の予測誤差を表す。
【０１１１】
第１の実施形態と同様に、土質判定部１０７は、第２モデルを生成するプロセスと同様のプロセスによって、さらに別のモデル（第３モデル等）を生成してもよい。その場合、土質判定部１０７は、さらに、そのモデルを生成する前に推定土種として選択されているモデルと、生成されたモデルとから、推定土種を選択する。土質判定部１０７は、別のモデルの生成と、推定土種の選択とを、所定回数繰り返してもよい。
【０１１２】
以上で説明した本実施形態には、第１の実施形態と同じ効果がある。その理由は、第１の実施形態の効果が生じる理由と同じである。
【０１１３】
＜第３の実施形態＞
次に、本発明の第３の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【０１１４】
図９は、本実施形態の土質判定システム１Ａの構成の例を表すブロック図である。本実施形態の土質判定システム１Ａの構成は、第２の実施形態の土質判定システム１Ａの構成と同じである。本実施形態の土質判定システム１Ａの各構成要素は、以下の相違を除き、第２の実施形態の土質判定システム１Ａの、同じ符号が付与されている構成要素と同じである。
【０１１５】
本実施形態の土質情報記憶部１０６は、複数の土種について、あらかじめ定められた複数の密度毎に、共振周波数−水分量モデルを記憶する。
【０１１６】
本実施形態の土質判定部１０７は、水分計１０２によって測定された水分量と、共振周波数−水分量モデルとをもとに、土種を判定する。本実施形態の土質判定部１０７は、水分計１０２によって測定された水分量の変化と、共振周波数−水分量モデルとをもとに、密度を推定する。その際、土質判定部１０７は、予測誤差として、共振周波数−水分量モデルに基づく共振周波数の予測誤差を算出する。
【０１１７】
次に、本実施形態の土質判定システム１Ａの動作について、図面を参照して詳細に説明する。
【０１１８】
図１４、図１５、及び図１６は、本実施形態の土質判定システム１Ａの動作の例を表すフローチャートである。
【０１１９】
まず、振動センサ１０１が、対象土の振動を検知（センシング）する。そして、周波数特徴算出部１０４が、振動センサ１０１による検知によって得られた振動の時系列データ（すなわち振動センサデータ）を取得する（ステップＳ６０１）。
【０１２０】
周波数特徴算出部１０４は、ステップＳ６０１において得られた時系列データを使用して、共振周波数を算出する（ステップＳ６０３）。ステップＳ６０３における周波数特徴算出部１０４の動作は、図２に示すステップＳ１０２における、第１の実施形態の周波数特徴算出部１０４の動作と同じである。
【０１２１】
次に、土質判定部１０７が、対象土種に最も近い土種である第１土種を判定する土種判定処理を行う（ステップＳ６０４）。土質判定部１０７は、ステップＳ６０４における土種判定処理において、第１土種（すなわち、第１土種からなる第１モデル）を判定する。ステップＳ６０４における土種判定処理については、後で詳細に説明する。
【０１２２】
次に、水分特性算出部１０５は、水分計１０２によって、水分量の変化を計測する（ステップＳ６０５）。すなわち、水分特性算出部１０５は、複数回、水分計１０２によって水分量を計測する。水分特性算出部１０５は、水分量の変化を、水分計１０２から取得する。ステップＳ６０５における水分特性算出部１０５の動作は、第１の実施形態の土質判定部１０７の、図２に示すステップＳ１０４の動作と同じである。
【０１２３】
次に、水分特性算出部１０５は、水分量の初期値及び変化速度を算出する（ステップＳ６０６）。本実施形態では、対象土に対して、例えば単位時間当たり、上述の、あらかじめ決められている量の水分が加えられる。水分特性算出部１０５は、降水時間に応じた、対象土の水分量の推移を表す関数を推定する。ステップＳ６０６における水分特性算出部１０５の動作は、図１０に示すステップＳ４０５における、第２の実施形態の水分特性算出部１０５の動作と同じである。
【０１２４】
次に、土質判定部１０７は、密度推定処理を行う（ステップＳ６０７）。土質判定部１０７は、ステップＳ６０７の密度推定処理において、対象土種が第１土種（すなわち第１モデル）である場合における対象土の密度を推定する。土質判定部１０７は、第１モデルの密度を推定する過程において、第１モデルの最小予測誤差（以下、第１最小予測誤差と表記）を算出する。密度推定処理については、後で詳細に説明する。
【０１２５】
次に、土質判定部１０７は、ステップＳ６０４において判定された土種（すなわち第１土種）からなる第１モデルを、推定土種にする（ステップＳ６０８）。すなわち、土質判定部１０７は、第１モデルを、推定土種として採用する。さらに、土質判定部１０７は、ステップＳ６０７において推定された密度を、推定土種の密度にする（ステップＳ６０９）。
【０１２６】
そして、土質判定部１０７は、第１土種を、選択対象土種から除外する（ステップＳ６１０）。本実施形態の土質判定システム１Ａの、ステップＳ６１０の次の動作は、図１５に示す、ステップＳ６１１の動作である。
【０１２７】
次に、土質判定部１０７は、選択対象土種から、まだ選択されていない土種を選択する（ステップＳ６１１）。
【０１２８】
次に、土質判定部１０７は、推定土種として採用されている第１モデルと、選択された土種との混合比（すなわち比率）を設定する。土質判定部１０７は、例えば、あらかじめ定められている複数の混合比を含む選択対処混合比から、まだ選択されていない混合比を選択してもよい（ステップＳ６１２）。
【０１２９】
次に、土質判定部１０７は、選択した混合比による、推定土種として採用されているモデルと選択された土種との混合である土種について、密度を推定する密度推定処理を行う（ステップＳ６１３）。ステップＳ６１３において、土質判定部１０７は、密度を推定する。密度を推定する際、土質判定部１０７は、推定された密度における予測誤差（本実施形態では、共振周波数の予測誤差）を算出する。ステップＳ６１３の密度推定処理の終了時における、推定密度が、推定された密度であり、最小予測誤差が、推定された密度における予測誤差である。
【０１３０】
土質判定部１０７は、ステップＳ６１１において最初に選択された土種と、ステップＳ６１２において最初に設定された比率との組み合わせについて、ステップＳ６１４の動作を行わず、ステップＳ６１５からステップＳ６１８までの動作を行ってもよい。土質判定部１０７は、第２最小予測誤差の初期値として、十分大きい値をあらかじめ設定しておいてもよい。その場合、土質判定部１０７は、ステップＳ６１４の動作の結果、ステップＳ６１１において最初に選択された土種と、ステップＳ６１２において最初に設定された比率との組み合わせについて、ステップＳ６１５からステップＳ６１８までの動作を行う。
【０１３１】
ステップＳ６１４において、土質判定部１０７は、ステップＳ６１３において算出された予測誤差（すなわち、ステップＳ６１３において推定された密度における予測誤差）と、第２最小予測誤差とを比較する。その予測誤差が第２最小予測誤差以上である場合（ステップＳ６１４においてＮＯ）、土質判定システム１Ａは、次に、ステップＳ６１９の動作を行う。
【０１３２】
ステップＳ６１３において算出された予測誤差が第２最小予測誤差より小さい場合（ステップＳ６１４においてＹＥＳ）、土質判定部１０７は、第２最小予測誤差を、ステップＳ６１３において算出された予測誤差に更新する（ステップＳ６１５）。すなわち、土質判定部１０７は、第２最小予測誤差を、ステップＳ６１３において算出された予測誤差に変更する。次に、土質判定部１０７は、第２土種を、選択されている土種に更新する（ステップＳ６１６）。すなわち、土質判定部１０７は、第２土種を、選択されている土種に変更する。次に、土質判定部１０７は、第２土種の密度を、推定された密度に更新する（ステップＳ６１７）。すなわち、土質判定部１０７は、第２土種の密度を、推定された密度に変更する。さらに、土質判定部１０７は、推定比率を、設定されている比率に更新する（ステップＳ６１８）。すなわち、土質判定部１０７は、推定比率を、設定されている比率に変更する。
【０１３３】
ステップＳ６１９において、土質判定部１０７は、全選択対象比率についての、密度推定処理及びステップＳ６１４における判定が終了したか否かを判定する（ステップＳ６１９）。すなわち、土質判定部１０７は、全選択対象比率が、ステップＳ６１２において設定されたか否かを判定する。判定が行われていない選択対象比率が存在する場合（ステップＳ６１９においてＮＯ）、土質判定システム１Ａは、ステップＳ６１２以降の動作を繰り返す。
【０１３４】
全選択対象比率についての判定が終了した場合（ステップＳ６１９においてＹＥＳ）、土質判定部１０７は、全選択対象土種についての、密度推定処理及びステップＳ６１４における判定が終了したか否かを判定する（ステップＳ６２０）。すなわち、土質判定部１０７は、全選択対象土種がステップＳ６１１において選択されたか否かを判定する。まだ判定が行われていない選択対象土種が存在する場合（ステップＳ６２０においてＮＯ）、土質判定システム１Ａは、ステップＳ６１１以降の動作を繰り返す。全選択対象土種についての、密度推定処理及びステップＳ６１４における判定が終了した場合（ステップＳ６２０においてＹＥＳ）、土質判定システム１Ａは、次に、図１６に示す、ステップＳ６２１の動作を行う。
【０１３５】
図１６を参照すると、ステップＳ６２１において、土質判定部１０７は、第１モデルの最小予測誤差と、第２最小予測誤差とを比較する。第２最小予測誤差が第１モデルの最小予測誤差以上である場合（ステップＳ６２１においてＮＯ）、土質判定システム１Ａは、図１６に示す動作を終了する。その場合、推定土種は、第１モデルである。そして、推定密度は、第１モデルの密度として推定された密度である。
【０１３６】
第２最小予測誤差が第１モデルの最小予測誤差より小さい場合（ステップＳ６２１においてＹＥＳ）、土質判定部１０７は、推定土種として、第２モデルを採用する（ステップＳ６２２）。すなわち、土質判定部１０７は、推定土種を、第２モデルに変更する。第２モデルは、推定比率による、第１モデルと第２土種との混合である。さらに、土質判定部１０７は、推定密度として、第２モデルの密度を採用する（ステップＳ６２３）。すなわち、土質判定部１０７は、推定密度を、第２モデルの密度に変更する。
【０１３７】
第１の実施形態と同様に、土質判定部１０７は、第２モデルを生成するプロセスと同様のプロセスによって、さらに別のモデル（第３モデル等）を生成してもよい。その場合、土質判定部１０７は、さらに、そのモデルを生成する前に推定土種として選択されているモデルと、生成されたモデルとから、推定土種を選択する。土質判定部１０７は、別のモデルの生成と、推定土種の選択とを、所定回数繰り返してもよい。
【０１３８】
次に、本実施形態の土質判定システム１Ａの、土種判定処理の動作について、図面を参照して詳細に説明する。
【０１３９】
図１７は、本実施形態の土質判定システム１Ａの、土種判定処理の動作の例を表すフローチャートである。
【０１４０】
図１７を参照すると、まず、水分計１０２が水分量を計測する（ステップＳ７０１）。例えば水分特性算出部１０５は、水分計１０２によって計測された水分量を受信し、受信した水分量を、土質判定部１０７に送信する。
【０１４１】
次に、土質判定部１０７は、選択対象土種から、土種を選択する（ステップＳ７０２）。ステップＳ７０２における選択対象土種は、共振周波数−水分量モデルが土質情報記憶部１０６に格納されている土種である。
【０１４２】
次に、土質判定部１０７は、密度パターンから、まだ選択されていない密度を選択する（ステップＳ７０３）。ステップＳ７０３における密度パターンは、選択された土種について、土質情報記憶部１０６が、共振周波数−水分量モデルを記憶している密度の集合である。
【０１４３】
次に、土質判定部１０７は、共振周波数−水分量モデルに基づいて共振周波数を予測する。すなわち、土質判定部１０７は、選択された土種の選択された密度における、共振周波数−水分量モデルを使用して、水分量がステップＳ７０１において測定された水分量である場合の、共振周波数を導出する。そして、土質判定部１０７は、共振周波数の予測誤差（すなわち共振周波数差）として、ステップＳ６０３において算出した、対象土の共振周波数と、共振周波数−水分量モデルに基づいて予測した共振周波数との差を算出する（ステップＳ７０４）。
【０１４４】
土質判定部１０７は、ステップＳ７０２において最初に選択された土種と、ステップＳ７０３において最初に選択された土種との組み合わせについて、次のステップＳ７０５の動作を行わず、ステップＳ７０６及びステップＳ７０７の動作を行ってもよい。土質判定部１０７は、最小共振周波数差として、十分大きい値をあらかじめ設定しておいてもよい。その場合、土質判定部１０７は、ステップＳ７０５の動作の結果、ステップＳ７０６及びステップＳ７０７の動作を行う。
【０１４５】
ステップＳ７０５において、土質判定部１０７は、ステップＳ７０４において算出した共振周波数差と、最小共振周波数差とを比較する。算出した共振周波数差が最小共振周波数差以上である場合（ステップＳ７０５においてＮＯ）、土質判定システム１Ａは、次に、ステップＳ７０８の動作を行う。
【０１４６】
算出された共振周波数差が最小共振周波数差より小さい場合（ステップＳ７０５においてＹＥＳ）、土質判定部１０７は、最小共振周波数差を、算出した共振周波数差に更新する（ステップＳ７０６）。すなわち、土質判定部１０７は、最小共振周波数差を、算出した共振周波数差に変更する。さらに、土質判定部１０７は、推定土種を、選択した土種に更新する（ステップＳ７０７）。すなわち、土質判定部１０７は、推定土種を、選択した土種に変更する。
【０１４７】
ステップＳ７０８において、土質判定部１０７は、全密度パターンについての、ステップＳ７０５における比較が完了したか否かを判定する。すなわち、土質判定部１０７は、密度パターンの全ての密度が、選択されたか否かを判定する。比較が行われていない密度パターンが存在する場合、すなわち、選択されていない密度パターンが存在する場合（ステップＳ７０８においてＮＯ）、土質判定システム１Ａは、ステップＳ７０３以降の動作を繰り返す。
【０１４８】
全密度パターンについての比較が完了した場合（ステップＳ７０８においてＹＥＳ）、ステップＳ７０９において、土質判定部１０７は、全選択対象土種についての、ステップＳ７０５における比較が完了したか否かを判定する。すなわち、土質判定部１０７は、全ての選択対象土種が選択されたか否かを判定する。比較が完了していない選択対象土種が存在する場合、すなわち、選択されていない選択対象土種が存在する場合（ステップＳ７０９においてＮＯ）、土質判定システム１Ａは、ステップＳ７０２以降の動作を繰り返す。全選択対象土種についての比較が完了した場合、すなわち、全ての選択対象土種が選択された場合（ステップＳ７０９においてＹＥＳ）、土質判定システム１Ａは、図１７に示す土種判定処理の動作を終了する。図１７に示す土種判定処理の動作が終了した際、算出された共振周波数が最も小さい土質が、推定土質として採用されている。
【０１４９】
次に、本実施形態の土質判定システム１Ａの密度推定処理の動作について、図面を参照して詳細に説明する。
【０１５０】
図１８は、本実施形態の土質判定システム１Ａの、密度推定処理の動作の一例を表すフローチャートである。
【０１５１】
図１８を参照すると、まず、土質判定部１０７は、密度パターンから、まだ選択されていない密度を、比較対象として選択する（ステップＳ８０１）。ステップＳ８０１における密度パターンは、密度推定処理の対象である土質についての、共振周波数−水分量モデルが土質情報記憶部１０６に格納されている密度の集合である。例えば、図１８に示す密度推定処理が、図１４に示すステップＳ６０７において行われる密度推定処理である場合、密度推定処理の対象である土質は、ステップＳ６０４において判定された土種（すなわち第１土種）である。例えば、図１８に示す密度推定処理が、図１５に示すステップＳ６１３において行われる密度推定処理である場合、密度推定処理の対象である土質は、第１土種と、ステップＳ６１１において選択された土種との混合である。その場合の、第１土種と、ステップＳ６１１において選択された土種とが混合される混合比は、ステップＳ６１２において設定された混合比である。さらに、この場合、土質判定部１０７は、混合されている全ての土質の密度は同一であると見なす。
【０１５２】
次に、土質判定部１０７は、共振周波数−水分量モデルによって、共振周波数の予測誤差を算出する（ステップＳ８０３）。ステップＳ８０３における共振周波数の予測誤差の算出方法は、図４に示すステップＳ３０２における、共振周波数の予測誤差を算出する方法と同様である。土質判定部１０７は、例えば、ステップＳ６０５において取得された水分量において、その水分量が取得された際に算出された共振周波数と、共振周波数−水分量モデルによって、その水分量に対して定まる共振周波数との差の大きさを算出する。
【０１５３】
土質判定部１０７は、ステップＳ８０１において最初に選択された密度に対して、ステップＳ８０４の動作を行わず、ステップＳ８０５及びステップＳ８０６の動作を行ってもよい。土質判定部１０７は、最小予測誤差の初期値として、十分大きい値をあらかじめ設定しておいてもよい。その場合、土質判定部１０７は、ステップＳ８０１において最初に選択された密度に対して、ステップＳ８０４の結果として、ステップＳ８０５及びステップＳ８０６の動作を行う。
【０１５４】
ステップＳ８０４において、土質判定部１０７は、算出された予測誤差と、最小予測誤差とを比較する（ステップＳ８０４）。算出された予測誤差が最小予測誤差以上である場合（ステップＳ８０４においてＮＯ）、土質判定部１０７は、次に、ステップＳ８０７の動作を行う。
【０１５５】
算出された予測誤差が最小予測誤差より小さい場合（ステップＳ８０４においてＹＥＳ）、土質判定部１０７は、最小予測誤差を、算出した予測誤差に更新する（ステップＳ８０５）。すなわち、土質判定部１０７は、最小予測誤差を、算出した予測誤差に変更する。さらに、土質判定部１０７は、推定密度を、選択されている密度に更新する（ステップＳ８０６）。すなわち、土質判定部１０７は、推定密度を、選択されている密度に変更する。
【０１５６】
ステップＳ８０７において、土質判定部１０７は、全密度パターンについて、比較が終了したか否かを判定する。すなわち、土質判定部１０７は、密度パターンに含まれる全ての密度が、ステップＳ８０１において選択されたか否かを判定する。密度パターンに含まれる密度に、比較が終了していない密度（すなわち、ステップＳ８０１において選択されていない密度）が存在する場合（ステップＳ８０７においてＮＯ）、土質判定システム１Ａは、ステップＳ８０１からの動作をやり直す。全密度パターンについての比較が終了した場合、すなわち、密度パターンに含まれる全ての密度がステップＳ８０１において選択された場合（ステップＳ８０７においてＹＥＳ）、土質判定システム１Ａは、図１８に示す動作を終了する。図１８に示す動作が終了する際、密度パターンの中で、共振周波数の予測誤差が最も小さい密度が、推定密度として選択される。
【０１５７】
以上で説明した本実施形態には、第１の実施形態と同じ効果がある。その理由は、第１の実施形態の効果が生じる理由と同じである。
【０１５８】
＜第４の実施形態＞
次に、本発明の第４の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【０１５９】
図９は、本実施形態の土質判定システム１Ａの構成の例を表すブロック図である。本実施形態の土質判定システム１Ａの構成は、第３の実施形態の土質判定システム１Ａの構成と同じである。本実施形態の土質判定システム１Ａは、以下で説明する相違を除き、第３の実施形態の土質判定システム１Ａと同じである。
【０１６０】
本実施形態の土質情報記憶部１０６は、複数の土種について、さらに、水分量−降水時間モデルを記憶する。
【０１６１】
本実施形態の土質判定部１０７は、水分計１０２によって測定された水分量と、共振周波数−水分量モデルとをもとに、土種を判定する。本実施形態の土質判定部１０７は、水分特性算出部１０５によって算出された水分量の初期値及び変化速度と、水分量−降水時間モデルとをもとに、密度を推定する。その際、土質判定部１０７は、予測誤差として、共振周波数−水分量モデルに基づく水分量の予測誤差を算出する。
【０１６２】
次に、本実施形態の土質判定システム１Ａの動作について、図面を参照して詳細に説明する。
【０１６３】
図１４、図１５、及び、図１６は、本実施形態の土質判定システム１Ａの動作全体の例を表すフローチャートである。
【０１６４】
本実施形態の土質判定システム１Ａの水分特性算出部１０５は、ステップＳ６０５において、第２の実施形態の水分特性算出部１０５による、図１０に示すステップＳ４０４における動作と同様の動作を行う。
【０１６５】
本実施形態の土質判定部１０７による、図１４に示すステップＳ６０７及び図１５に示すステップＳ６１３における密度推定処理は、第３の実施形態の土質判定部１０７による密度推定処理と異なる。本実施形態の土質判定部１０７は、図１４に示すステップＳ６０７及び図１５に示すステップＳ６１３における密度推定処理において、予測誤差として、共振周波数−水分量モデルに基づく水分量の予測誤差を算出する。本実施形態の土質判定部１０７による密度推定処理については、後で詳細に説明する。
【０１６６】
以上で説明したステップの動作を除き、図１４、図１５、及び、図１６に示す、本実施形態の土質判定システム１Ａの各ステップの動作は、第３の実施形態の土質判定システム１Ａの、同じ符号が付与されているステップの動作と同じである。なお、本実施形態の土質判定システム１Ａの、ステップＳ６０４における土種判定処理の動作も、図１７に示す、第３の実施形態の土質判定システム１Ａの土種判定処理の動作と同じである。従って、本実施形態の土質判定システム１Ａの動作のうち、第３の実施形態の土質判定システム１Ａの動作と同じ動作については、説明を省略する。
【０１６７】
次に、本実施形態の土質判定システム１Ａの、密度推定処理の動作について、図面を参照して詳細に説明する。
【０１６８】
図１９は、本実施形態の土質判定システム１Ａの、密度推定処理の動作の例を表すフローチャートである。
【０１６９】
土質判定部１０７は、密度パターンから、比較対象として、まだ選択されていない密度を選択する（ステップＳ９０１）。ステップＳ９０１の動作は、図１８に示す、ステップＳ８０１の動作と同じである。
【０１７０】
次に、土質判定部１０７は、密度を推定する対象の土質の、選択された密度の水分量−降水時間モデルにおける、水分量の初期値を、算出された初期値に設定する（ステップＳ９０２）。
【０１７１】
次に、土質判定部１０７は、水分量−降水時間モデルによって、水分量の予測誤差を算出する（ステップＳ９０３）。ステップＳ９０３における水分量の予測誤差の算出方法は、図４に示すステップＳ３０２における水分量の予測誤差の算出方法と同様である。
【０１７２】
ステップＳ９０４からステップＳ９０７までの動作は、それぞれ、図１８に示す、ステップＳ８０４からステップＳ８０７までの動作と同じである。従って、これらのステップの動作についての説明を省略する。
【０１７３】
図１９に示す密度推定処理の終了時において、密度パターンの中で、水分量の予測誤差が最も小さい密度が、推定密度として選択される。
【０１７４】
以上で説明した本実施形態には、第１の実施形態と同じ効果がある。その理由は、第１の実施形態の効果が生じる理由と同じである。
【０１７５】
＜第５の実施形態＞
次に、本発明の第５の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【０１７６】
図１３は、本実施形態の土質判定システム１Ｂの構成を表すブロック図である。
【０１７７】
図１３に示す土質判定システム１Ｂの構成と、図９に示す第３の実施形態の土質判定システム１Ａの構成とを比較すると、本実施形態の土質判定システム１Ｂは、土質判定装置１０Ａの代わりに土質判定装置１０Ｂを含む。図１３に示す土質判定装置１０Ｂの構成と、図９に示す第３の実施形態の土質判定装置１０Ａの構成とを比較すると、本実施形態の土質判定装置１０Ｂは、さらに、変動幅算出部１０３を含む。本実施形態の土質判定システム１Ｂは、以下で説明する相違を除き、第３の実施形態の土質判定システム１Ａと同じである。本実施形態の土質判定システム１Ｂの構成要素は、以下で説明する相違を除き、第３の実施形態の土質判定システム１Ａの、同じ番号が付与されている構成要素と同じである。
【０１７８】
変動幅算出部１０３は、振動センサ１０１によって測定された、対象土の振動を表す振動センサデータを、振動センサ１０１から受信する。変動幅算出部１０３は、振動センサ１０１によって測定された、対象土の振動を表す振動センサデータの、パワースペクトル密度を算出する。変動幅算出部１０３は、振動センサ１０１によって測定された、対象土の振動を表す振動センサデータの、変動幅（振幅）を算出してもよい。
【０１７９】
本実施形態の土質情報記憶部１０６は、複数の土種の各々について、共振周波数と、その共振周波数におけるパワースペクトル密度との組み合わせである、パワースペクトルモデルを記憶する。土種のパワースペクトルモデルは、例えば、密度と水分量とのさまざまな組み合わせにおいて測定された振動データから導出された共振周波数の中で、パワースペクトル密度が最も大きい、共振周波数とパワースペクトル密度の組み合わせである。振動データを測定する、密度の範囲及び水分量の範囲は、あらかじめ決められていればよい。
【０１８０】
本実施形態の土質判定部１０７は、共振周波数におけるパワースペクトル密度の比に基づいて、土種が対象土種に含まれるか否かを判定する。
【０１８１】
また、本実施形態の土質判定部１０７は、水分量の変化速度の差に基づいて、密度を推定する。
【０１８２】
次に、本実施形態の土質判定システム１Ｂの動作について、図面を参照して詳細に説明する。
【０１８３】
図２０は、本実施形態の土質判定システム１Ｂの動作全体の例を表すフローチャートである。
【０１８４】
まず、振動センサ１０１が、対象土の振動を検知（センシング）する。そして、変動幅算出部１０３が、振動センサ１０１による検知によって得られた振動の時系列データ（すなわち振動センサデータ）を取得する（ステップＳ１００１）。
【０１８５】
変動幅算出部１０３は、振動センサ１０１によって測定された、対象土の振動を表す振動センサデータの、パワースペクトル密度を算出する（ステップＳ１００２）。
【０１８６】
周波数特徴算出部１０４は、ステップＳ１００１において得られた時系列データを使用して、共振周波数を算出する（ステップＳ１００３）。ステップＳ１００３における周波数特徴算出部１０４の動作は、図２に示すステップＳ１０２における、第１の実施形態の周波数特徴算出部１０４の動作と同じである。
【０１８７】
次に、土質判定部１０７は、土種判定処理を行う（ステップＳ１００４）。ステップＳ１００４の土種判定処理において、土質判定部１０７は、比較対象土種の中から、共振周波数におけるパワースペクトル密度の値に基づく判定基準に合致する土種を、モデル土種として採用する。モデル土種は、対象土に含まれると判定された土種である。土種判定処理については、後で詳細に説明する。
【０１８８】
水分特性算出部１０５は、水分計１０２によって、水分量の変化を計測する（ステップＳ１００５）。すなわち、水分特性算出部１０５は、複数回、水分計１０２によって水分量を計測する。水分特性算出部１０５は、水分量の変化を、水分計１０２から取得する。
【０１８９】
次に、水分特性算出部１０５は、取得した水分量の変化から、水分量の初期値及び変化速度を算出する（ステップＳ１００６）。以下の説明において、ステップＳ１００６において算出された水分量の変化速度を、「対象変化速度」と表記する。対象変化速度は、対象土の水分量の変化速度である。
【０１９０】
次に、土質判定部１０７は、モデル土種の中から、まだ選択されていないモデル土種を選択する（ステップＳ１００７）。
【０１９１】
土質判定部１０７は、選択されたモデル土種について、密度推定処理を行う（ステップＳ１００８）。土質判定部１０７は、ステップＳ１００８の密度推定処理において、ステップＳ１００７において選択されたモデル土種の密度を推定する。ステップＳ１００８の密度推定処理については、後で詳細に説明する。
【０１９２】
土質判定部１０７は、全モデル土種が、ステップＳ１００７において選択されたか否かを判定する。まだ選択されていないモデル土種が存在する場合（ステップＳ１００９においてＮＯ）、土質判定システム１Ｂは、ステップＳ１００７からの動作を繰り返す。
【０１９３】
全ての選択対象土種についての判定が終了した場合、すなわち、全てのモデル土種が選択された場合（ステップＳ１００９においてＹＥＳ）、土質判定部１０７は、モデル土種として選択された土種の各々の、混合比（比率とも表記）を算出する（ステップＳ１０１０）。土質判定部１０７は、ステップＳ１０１０において、例えば、モデル土種として選択された土種を選択対象土種として使用した、第１の実施形態の土種判定処理と同様の動作によって、モデル土種の各々の混合比を算出してもよい。土質判定部１０７は、ステップＳ１０１０において、例えば、モデル土種として選択された土種を選択対象土種として使用した、第２の実施形態の土種判定処理と同様の動作によって、モデル土種の各々の混合比を算出してもよい。土質判定部１０７は、他の方法によって、モデル土種の各々の混合比を算出してもよい。
【０１９４】
次に、本実施形態の土質判定システム１Ｂの土種判定処理の動作について、図面を参照して詳細に説明する。
【０１９５】
図２１は、本実施形態の土質判定システム１Ｂの、ステップＳ１００４における、土種判定処理の動作の例を表すフローチャートである。
【０１９６】
図２１を参照すると、まず、土質判定部１０７は、比較対象土種から、まだ選択されていない土種を選択する（ステップＳ１１０１）。ステップＳ１１０１における比較対象土種は、土質情報が土質情報記憶部１０６に格納されている土種である。
【０１９７】
次に、土質判定部１０７は、選択された土種の共振周波数における、選択された土種のパワースペクトル密度と、対象土のパワースペクトル密度の比（以下、ピーク比と表記）を算出する（ステップＳ１１０２）。具体的には、土質判定部１０７は、例えば、選択された土種の及び対象土の、選択された土種の共振周波数におけるパワースペクトル密度のうち、大きい方の値を小さい方の値で割ることによって、ピーク比を算出する。その場合、選択された土種の及び対象土の、選択された土種の共振周波数におけるパワースペクトル密度の差が小さいほど、ピーク比の値が１に近くなる。選択された土種の及び対象土の、選択された土種の共振周波数におけるパワースペクトル密度の差が大きいほど、ピーク比の値は大きくなる。後述される本発明の他の実施形態におけるピーク比も、本実施形態のピーク比と同じである。選択された土種の、共振周波数及びその共振周波数におけるパワースペクトル密度は、土質情報記憶部１０６に、その選択された土種のパワースペクトルモデルとして格納されている。対象土のパワースペクトル密度は、ステップＳ１００２において、変動幅算出部１０３によって算出される。土質判定部１０７は、変動幅算出部１０３によって算出された対象土のパワースペクトル密度において、選択された土種の上述の共振周波数におけるパワースペクトル密度を特定すればよい。
【０１９８】
次に、土質判定部１０７は、算出したピーク比と、あらかじめ定められている、ピーク比に関する閾値とを比較する（ステップＳ１１０３）。ピーク比が閾値より小さくない場合（ステップＳ１１０３においてＮＯ）、土質判定システム１Ｂは、次に、ステップＳ１１０５の動作を行う。
【０１９９】
ピーク比が閾値より小さい場合（ステップＳ１１０３においてＹＥＳ）、土質判定部１０７は、選択されている土種を、モデル土種として採用する（ステップＳ１１０４）。
【０２００】
次に、土質判定部１０７は、全比較対象土種についての、ステップＳ１１０３の判定が終了したか否かを判定する。すなわち、土質判定部１０７は、全ての比較対象土種が選択されたか否かを判定する。比較対象土種に比較が終了していない土種が存在する場合、すなわち、まだ選択されていない比較対象土種が存在する場合（ステップＳ１１０５においてＮＯ）、土質判定システム１Ｂは、ステップＳ１１０１からの動作を繰り返す。
【０２０１】
全比較対象土種についての比較が終了した場合、すなわち、全ての比較対象土種が選択された場合（ステップＳ１１０５においてＹＥＳ）、土質判定システム１Ｂは、モデル土種として採用された土種が存在するか否かを判定する（ステップＳ１１０６）。
【０２０２】
モデル土種として採用された土種が存在する場合（ステップＳ１１０６においてＹＥＳ）、土質判定システム１Ｂは、図２１に示す土種判定処理の動作を終了する。
【０２０３】
モデル土種として採用された土種が存在しない場合（ステップＳ１１０６においてＮＯ）、土質判定部１０７は、土種情報記憶部１０５に、対象土のモデル土種の情報が格納されていないとみなしてもよい。すなわち、土質判定部１０７は、対象土が、土質情報が格納されている土質情報記憶部１０６に土種を含まないとみなしてもよい。その場合、土質判定部１０７は、例えば、土質情報を生成する装置（図１３においては図示されない）から、新たな比較対象土種の土質情報を取得してもよい（ステップＳ１１０７）。土質判定部１０７は、取得した土質情報を、土質情報記憶部１０６に格納してもよい。そして、土質判定システム１Ｂは、ステップＳ１１０１からの動作を繰り返してもよい。
【０２０４】
次に、本実施形態の土質判定システム１Ｂの、密度推定処理の動作について、図面を参照して詳細に説明する。
【０２０５】
図２２は、本実施形態の土質判定システム１Ｂの、密度推定処理の動作の例を表すフローチャートである。
【０２０６】
図２２に示す密度推定処理の動作の開始時において、１つのモデル土種が選択されている。
【０２０７】
土質判定部１０７は、選択されたモデル土種の、水分量−降水時間モデルが土質情報記憶部１０６に格納されている複数の密度（すなわち密度パターン）から、まだ選択されていない密度を選択する（ステップＳ１２０１）。
【０２０８】
土質判定部１０７は、選択されたモデル土種の、選択された密度の水分量−降水時間モデルにおける、水分量の初期値を、ステップＳ１００６において算出された水分量の初期値に設定する（ステップＳ１２０２）。
【０２０９】
土質判定部１０７は、選択されたモデル土種の、選択された密度の水分量−降水時間モデルを使用して、設定した水分量の初期値における、水分量の変化速度を算出する（ステップＳ１２０３）。対象土の水分量の変化速度は、ステップＳ１００６において算出されている。
【０２１０】
次に、土質判定部１０７は、選択されたモデル土種の変化速度と、対象土の変化速度との差（以下、「変化速度差」と表記）の大きさ（すなわち絶対値）を算出する（ステップＳ１２０４）。
【０２１１】
ステップＳ１２０１において選択された密度が、選択されたモデル土種の密度パターンの中で最初に選択された密度である場合、土質判定部１０７は、ステップＳ１２０５の動作を行わず、ステップＳ１２０６及びステップＳ１２０７の動作を行ってもよい。土質判定部１０７は、最小変化速度の初期値として、十分大きい値をあらかじめ設定しておいてもよい。その場合、ステップＳ１２０５の動作の結果として、土質判定部１０７は、ステップＳ１２０６及びステップＳ１２０７の動作を行う。
【０２１２】
ステップＳ１２０５において、土質判定部１０７は、算出した変化速度差と、最小変化速度差とを比較する。算出した変化速度差が最小変化速度差以上である場合（ステップＳ１２０５においてＮＯ）、土質判定システム１Ｂは、次に、ステップＳ１２０８の動作を行う。
【０２１３】
算出した変化速度差が最小変化速度差より小さい場合（ステップＳ１２０５においてＹＥＳ）、土質判定部１０７は、最小変化速度差を、算出された変化速度差に更新する（ステップＳ１２０６）。すなわち、土質判定部１０７は、最小変化速度差を、算出された変化速度差に変更する。さらに、土質判定部１０７は、推定密度を、選択されている密度に更新する（ステップＳ１２０７）。すなわち、土質判定部１０７は、推定密度を、選択されている密度に変更する。
【０２１４】
そして、ステップＳ１２０８において、土質判定部１０７は、全密度パターンについての、ステップＳ１２０５における比較が終了したか否かを判定する。すなわち、全ての密度パターンが、ステップＳ１２０１において選択されたか否かを判定する。密度パターンに、比較が終了していない密度が存在する場合、すなわち、密度パターンに、まだ選択されていない密度が存在する場合（ステップＳ１２０８においてＮＯ）、土質判定システム１Ｂは、ステップＳ１２０１からの動作を繰り返す。全密度パターンについての比較が終了した場合、すなわち、密度パターンの全ての密度が選択された場合（ステップＳ１２０８においてＹＥＳ）、土質判定システム１Ｂは、図２２に示す動作を終了する。図２２に示す動作の終了時において、選択されているモデル土種の推定密度として、上述の変化速度差が最も小さい密度が選択されている。
【０２１５】
以上で説明した本実施形態には、第１の実施形態と同じ効果がある。その理由は、第１の実施形態の効果が生じる理由と同じである。
【０２１６】
＜第６の実施形態＞
次に、本発明の第６の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【０２１７】
図２３は、本実施形態の、土壌崩壊危険度変化検知システム４００の構成の例を表すブロック図である。土壌崩壊危険度変化検知システム４００は、第１から第５までのいずれかの実施形態に係る土質判定システムを含む。上述の各実施形態に係る土質判定システムは、後述される、データベース４１２、土種−密度判定モジュール４１５及び実斜面計測装置４２１に相当する。以下の説明において、土壌崩壊危険度変化検知システム４００を、「検知システム４００」と略記する。
【０２１８】
図２３を参照すると、検知システム４００は、三軸圧縮試験装置４１８と、プランター４１９と、検知装置４２０と、ディスプレイ４１７と、実斜面計測装置４２１とを含む。検知装置４２０は、三軸圧縮試験装置４１８、プランター４１９、ディスプレイ４１７、及び、実斜面計測装置４２１と、通信可能に接続されている。検知装置４２０は、さらに、試験条件１及び試験条件２を検知装置４２０に入力する、例えば端末装置（図示されない）と、通信可能に接続されている。
【０２１９】
三軸圧縮試験装置４１８は、応力センサ４０１と、応力センサ４０２とを含む。
【０２２０】
プランター４１９は、水分計４０３と、振動センサ４０４と、間隙水圧計４０５とを含む。
【０２２１】
検知装置４２０は、粘着力−内部摩擦角算出モジュール４０６と、粘着力−内部摩擦角モデル化モジュール４０７と、含水比対応化モジュール４０８とを含む。検知装置４２０は、さらに、共振周波数算出モジュール４０９と、減衰率算出モジュール４１０と、重量−間隙水圧モデル化モジュール４１１とを含む。検知装置４２０は、さらに、データベース４１２と、土種−密度判定モジュール４１５と、斜面安全率算出判定モジュール４１６とを含む。検知装置４２０は、１つの装置によって実現されていてもよい。検知装置４２０は、検知装置４２０が含むモジュール及びデータベース４１２の少なくともいずれかを含む、複数の装置によって実現されていてもよい。
【０２２２】
実斜面計測装置４２１は、振動センサ４１３と、水分計４１４とを含む。振動センサ４１３及び水分計４１４は、ともに、斜面の一地点において、例えば深さ１０ｃｍ（ｃｅｎｔｉｍｅｔｅｒｓ）の位置に埋設される。
【０２２３】
検出システム４００が含む各装置は、概略、以下のように動作する。
【０２２４】
三軸圧縮試験装置４１８は、粘着力、及び内部摩擦角を算出するための試験を実施する。
【０２２５】
プランター４１９は、土塊重量、及び体積含水率をモデル化するためのデータを取得する。
【０２２６】
検知装置４２０は、三軸圧縮試験装置４１８及びプランター４１９を使った試験を通して得られたデータから、修正フェレニウス法による斜面安定解析式に用いられる粘着力、内部摩擦角、土塊重量、及び間隙水圧をモデル化する。検知装置４２０は、さらに、データベース４１２に、土種及び密度毎に、モデルデータを格納する。検知装置４２０は、さらに、実斜面のデータから実斜面の土種及び密度を判定し、判定の結果に基づいて、データベース４１２から適切なモデルを選択する。検知装置４２０は、さらに、選択したモデルに基づいて、実斜面データを元に斜面の安全率を算出する。検知装置４２０は、さらに、算出された安全率に基づいて状態変化を推定し、推定された状態変化に応じて、ディスプレイ４１７に表示する表示内容を変更する。
【０２２７】
ディスプレイ４１７は、推定された状態変化に応じた表示内容を表示する。
【０２２８】
以下では、検知システム４００が含む各装置の各要素について、さらに詳しく説明する。
【０２２９】
応力センサ４０１及び応力センサ４０２は、三軸圧縮試験装置４１８にセットされ圧縮される土塊の、剪断時の応力を計測する。
【０２３０】
水分計４０３は、プランター４１９にセットされ、加水及び加振が行われる、土種、密度、及び含水比が設定されている土塊の、水分量を測定する。
【０２３１】
振動センサ４０４は、プランター４１９にセットされる上述の土塊の、振動を計測する。振動センサ４０４は、具体的には、振動センサ４０４が設置されている場所にある土塊の例えば加速度を、例えば所定時間毎に測定すればよい。振動センサ４０４が測定する物理量は、加速度に限られない。振動センサ４０４は、例えば、測定した加速度の時系列データを出力すればよい。振動センサ４０４が出力するデータは、加速度の時系列データに限られない。振動センサ４０４は、測定した物理量（例えば加速度）に基づいて他の物理量（例えば速度又は振動センサ４０４においてあらかじめ定められている基準位置からの変位）の時系列データを算出してもよい。振動センサ４０４は、測定した物理量に基づいて算出した物理量の時系列データを出力してもよい。
【０２３２】
間隙水圧計４０５は、プランター４１９にセットされる上述の土塊の、間隙水圧を計測する。
【０２３３】
プランター４１９は、さらに、図示されない重量計によって、上述の土塊の重量を測定する。
【０２３４】
粘着力−内部摩擦角算出モジュール４０６は、土種、締固め度、及び含水比の各々を振る形で設定された試験条件１に基づいて実施された、三軸圧縮試験によるデータを元に、粘着力及び内部摩擦角を算出する。
【０２３５】
減衰率算出モジュール４１０は、同様に土種、締固め度、及び含水比を振る形で設定された試験条件２に基づいてプランター４１９を使って実施された、加水加振試験によるデータを元に、減衰率を算出する。
【０２３６】
含水比対応化モジュール４０８は、含水比、水分量、及び減衰率を、関連付ける。
【０２３７】
粘着力−内部摩擦角モデル化モジュール４０７は、含水比をキーとして使用して、水分量及び減衰率によって、粘着力及び内部摩擦角をモデル化する。
【０２３８】
共振周波数算出モジュール４０９は、プランター４１９を使って実施された加水加振試験によるデータを元に、共振周波数を算出する。
【０２３９】
重量−間隙水圧モデル化モジュール４１１は、減衰率によって、重量及び間隙水圧をモデル化する。
【０２４０】
データベース４１２には、粘着力、内部摩擦角、重量、及び間隙水圧のモデル関数と、水分量の変化と、共振周波数とが、土種及び密度毎に格納される。
【０２４１】
土種−密度判定モジュール４１５は、実斜面において計測された振動データ及び水分量の値に基づいて、実斜面の安全監視に用いるモデルをデータベース４１２から選択する。
【０２４２】
斜面安全率算出判定モジュール４１６は、判定された土種及び密度に条件が一致するモデルを用いて斜面の安全率を算出し、算出された安全率によって安全度を判定する。
【０２４３】
振動センサ４１３は、斜面の振動を計測する。振動センサ４１３は、振動センサ４０４が測定する物理量と同じ物理量を測定すればよい。そして、振動センサ４１３は、振動センサ４０４が出力する時系列データと同じ物理量の時系列データを出力すればよい。振動センサ４１３が測定する物理量は、振動センサ４１３が測定する物理量と異なっていてもよい。その場合、振動センサ４１３は、測定した物理量に基づいて、振動センサ４１３が出力する時系列データと同じ物理量の時系列データを出力するように構成されていればよい。
【０２４４】
水分計４１４は、斜面の水分量を計測する。
【０２４５】
次に、本実施形態の検知システム４００の動作について、図面を参照して詳細に説明する。
【０２４６】
図２４は、本実施形態の検知システム４００の、三軸圧縮試験及び加水加振試験の結果に基づいてモデル化を行う動作（すなわちモデル学習）の一例を表すフローチャートである。
【０２４７】
まず、試験条件として設定されている、土種及び密度の全ての組み合わせのうち、まだ選択されていない、土種及び密度の組み合わせを選択する（ステップＳ１４０１）。
【０２４８】
試験条件として指定されている含水比から、まだ選択されていない含水比を選択する（ステップＳ１４０２）。
【０２４９】
選択された、土種、密度、及び含水比が指定されている試験条件に従って、三軸圧縮試験装置４１８によって三軸圧縮試験が実施される（ステップＳ１４０３）。三軸圧縮試験については、後で詳細に説明する。検知装置４２０は、実施された三軸圧縮試験によって得られた粘着力及び内部摩擦角を、含水比の関数としてモデル化する（ステップＳ１４０４）。
【０２５０】
試験条件の全ての含水比が選択されていない場合（ステップＳ１４０５においてＮＯ）、ステップＳ１４０２からステップＳ１４０４までの動作が繰り返される。試験条件の全ての含水比が選択された場合（ステップＳ１４０５においてＹＥＳ）、検知システム４００は、次に、ステップＳ１４０６の動作を行う。
【０２５１】
土種及び密度が指定されている試験条件に従って、プランター４１９を用いて加水加振試験が実施される（ステップＳ１４０６）。加水加振試験については、後で詳細に説明する。検知装置４２０は、実施された加水加振試験によって得られた土塊重量及び間隙水圧を、土塊重量及び間隙水圧が得られるのと同時に取得された振動データの特徴量である減衰率によってモデル化する（ステップＳ１４０７）。検知装置４２０は、さらに、含水比をキーとして、粘着力及び内部摩擦角を、各含水比における減衰率と関連付けることによって、粘着力及び内部摩擦角を減衰率によってモデル化する（ステップＳ１４０８）。
【０２５２】
検知装置４２０は、得られたモデルのデータであるモデルデータをデータベース４１２に格納する（ステップＳ１４０９）。
【０２５３】
試験条件として設定されている、土種及び密度の組み合わせの少なくともいずれかについて、モデルが生成されていない場合（ステップＳ１４１０においてＮＯ）、ステップＳ１４０１以降の動作が繰り返される。試験条件として設定されている、土種及び密度の組み合わせについて、モデルが生成された場合（ステップＳ１４１０においてＹＥＳ）、図２４に示す動作は終了する。
【０２５４】
次に、本実施形態の検知システム４００の、三軸圧縮試験の動作について、図面を参照して詳細に説明する。
【０２５５】
図２５は、実施形態の検知システム４００の、三軸圧縮試験の動作の例を表すフローチャートである。図２５のフローチャートには、三軸圧縮試験において、三軸圧縮試験装置４１８の操作を行う作業者の動作も含まれる。
【０２５６】
まず、作業者は、試験条件に従って含水比が調整されている土塊である、含水比調整土塊を作成する（ステップＳ１５０１）。
【０２５７】
作業者は、作成した土塊を三軸圧縮試験装置４１８にセットする（ステップＳ１５０２）。
【０２５８】
例えば作業者による指示に従って、三軸圧縮試験装置４１８は、セットされた土塊を圧縮する（ステップＳ１５０３）。三軸圧縮試験装置４１８は、セットされた土塊の、剪断時の応力を計測する（ステップＳ１５０４）。試験回数が、粘着力及び内部摩擦角の算出に必要な試験回数である必要回数より少ない場合（ステップＳ１５０５においてＮＯ）、ステップＳ１５０２からステップＳ１５０４までの動作が繰り返される。試験回数は、ステップＳ１５０２からステップＳ１５０４までの動作によって表される試験が行われた回数である。試験回数が必要回数以上である場合（ステップＳ１５０５においてＹＥＳ）、検知装置４２０は、試験を繰り返すことによって得られたデータを使用して、粘着力及び内部摩擦角を算出する（ステップＳ１５０６）。
【０２５９】
試験サンプル数が、モデル化に必要なサンプル数より小さい場合（ステップＳ１５０７においてＮＯ）、ステップＳ１５０１以降の動作が繰り返される。試験サンプル数は、例えば、得られた粘着力及び内部摩擦係数の組み合わせである。試験サンプル数が、モデル化に必要なサンプル数以上である場合（ステップＳ１５０７においてＹＥＳ）、図２５に示す三軸圧縮試験の処理は終了する。
【０２６０】
次に、本実施形態の検知システム４００の、加水加振試験の処理の動作について、図面を参照して詳細に説明する。
【０２６１】
図２６は、本実施形態の検知システム４００の、加水加振試験の処理の動作の例を表すフローチャートである。
【０２６２】
図２６に示す加水加振試験の処理が開始される際、例えば、検知システム４００を操作する作業者によって、プランター４１９に土塊がセットされている。
【０２６３】
試験回数が１である場合（ステップＳ１６０１においてＮＯ）、検知システム４００は、ステップＳ１６０３から動作を開始する。試験回数は、ステップＳ１６０３からステップＳ１６０８までの動作である試験が行われた回数である。試験回数が２以上である場合（ステップＳ１６０１においてＹＥＳ）、例えば、上述の作業者が、所定量の水を土塊に加える操作である加水を行う（ステップＳ１６０２）。プランター４１９に、所定量の水を土塊に加える加水装置が取り付けられ、その加水装置が加水を行ってもよい。土塊に加えられる水の量は、試験条件によって指定される含水比に従って定められる。
【０２６４】
次に、プランター４１９の水分計４０３は、土塊に含まれる水分の量である土中水分量を計測する（ステップＳ１６０３）。計測された土中水分量は、検知装置４２０に送信される。
【０２６５】
次に、間隙水圧計４０５が、土塊の間隙水圧を計測する（ステップＳ１６０４）。計測された間隙水圧は、検知装置４２０に送信される。
【０２６６】
次に、例えば、作業者が、プランター４１９に取り付けられている、土塊に振動を与える振動発生装置（図示されない）によって、土塊に振動を加える、加振を行う（ステップＳ１６０５）。
【０２６７】
検知装置４２０は、振動センサ４０４が土塊の振動を計測することによって得られる振動データを、振動センサ４０４から取得する（ステップＳ１６０６）。
【０２６８】
次に、検知装置４２０は、得られたデータを使用して、共振周波数を算出する（ステップＳ１６０７）。検知装置４２０は、得られたデータを使用して、さらに、減衰率を算出する（ステップＳ１６０８）。
【０２６９】
試験回数が指定されている回数である指定回数より少ない場合（ステップＳ１６０９においてＮＯ）、検知システム４００は、ステップＳ１６０１からステップＳ１６０８までの動作（すなわち試験）を繰り返す。試験回数が指定回数以上である場合（ステップＳ１６０９においてＹＥＳ）、検知システム４００は、図２６に示す動作を終了する。
【０２７０】
以上で説明した、図２４、図２５、及び図２６の動作によって、土種及び密度毎に、粘着力、内部摩擦角、土塊重量、及び間隙水圧の減衰率によるモデルと、加水時の水分変化データ及び共振周波数とがデータベース４１２に格納される。
【０２７１】
次に、本実施形態の検知システム４００の、監視時の動作について、図面を参照して詳細に説明する。
【０２７２】
図２７は、本実施形態の検知システム４００の、監視時の動作の例を表すフローチャートである。
【０２７３】
実斜面計測装置４２１は、監視対象である斜面（以下、監視対象斜面と表記）に設置されている、振動センサ４１３及び水分計４１４によって、監視対象斜面の振動及び水分量のデータを計測する（ステップＳ１３０５）。検知装置４２０は、監視対象斜面の土の性質を表すモデルである、監視用モデルを決定する（ステップＳ１３０６）。検知装置４２０は、決定した監視用モデルを用いて、監視対象斜面の安全率を算出し、ディスプレイ４１７に、算出した安全率を表す表示を行う（ステップＳ１３０７）。例えば、作業者は、ディスプレイ４１７に表示される表示を監視することによって、監視対象斜面の監視を行う。作業者は、ディスプレイ４１７に表示される表示を、監視対象斜面の監視に利用する。
【０２７４】
次に、ステップＳ１３０６における、監視用モデルを決定する動作について、さらに詳しく説明する。ステップＳ１３０６の動作は、主に、土種−密度判定モジュール４１５によって行われる。
【０２７５】
土種−密度判定モジュール４１５は、実斜面計測装置４２１の振動センサ４１３から、振動センサデータを取得する。土種−密度判定モジュール４１５は、取得した振動センサデータを使用して、共振周波数を算出する。その際、土種−密度判定モジュール４１５は、振動センサデータを複数回取得する。そして、土種−密度判定モジュール４１５は、１回に取得した振動センサデータに対して、１つの共振周波数を算出する。土種−密度判定モジュール４１５は、共振周波数の平均値と分散とを算出する。土種−密度判定モジュール４１５は、算出した共振周波数の平均値と分散とを使用して、１つの共振周波数を設定する。土種−密度判定モジュール４１５は、算出した共振周波数と、データベース４１２に格納されている、さまざまな密度についての共振周波数とを比較することによって、監視対象斜面の土（すなわち、本実施形態における対象土）の密度を推定する。
【０２７６】
具体的には、土種−密度判定モジュール４１５は、まず、対象土と比較される土種を、データベース４１２にモデルが格納されている土種から選択する。土種−密度判定モジュール４１５は、さらに、データベース４１２にモデルが格納されている密度パターンから、密度を選択する。土種−密度判定モジュール４１５は、選択された密度における、選択された土種の共振周波数と、対象土の共振周波数との差（すなわち共振周波数差）を算出する。
【０２７７】
土種−密度判定モジュール４１５は、算出した共振周波数差と、記憶している最小共振周波数差とを比較する。算出した共振周波数差が最小共振周波数より小さい場合、土種−密度判定モジュール４１５は、最小共振周波数差として、算出した共振周波数差を記憶する。そして、土種−密度判定モジュール４１５は、推定密度として、選択されている密度を記憶する。
【０２７８】
土種−密度判定モジュール４１５は、選択された土種に対して最初に選択された密度については、算出した共振周波数差と記憶している最小共振周波数差との比較を行わない。そして、土種−密度判定モジュール４１５は、最小共振周波数差として、算出した共振周波数差を記憶する。そして、土種−密度判定モジュール４１５は、推定密度として、選択されている密度を記憶する。
【０２７９】
土種−密度判定モジュール４１５は、密度パターンに含まれる全ての密度について、密度を選択する動作以降の動作を繰り返す。密度パターンに含まれる全ての密度についての動作の繰り返しの後、最小共振周波数差が例えば所定の閾値より大きい場合、適切な推定密度が推定されなかったと判定し、データベース４１２に格納されているモデルデータの取得（例えば土種の選択）からやり直す。
【０２８０】
以上の、密度の推定の後、土種−密度判定モジュール４１５は、対象土と比較される土種を、第１土種の候補として、データベース４１２に、共振周波数−水分量モデルなどのモデル（以下、土質モデルと表記）が格納されている土種から選択する。
【０２８１】
データベース４１２には、土種及び密度毎に、共振周波数−水分量モデルが格納されている。土種−密度判定モジュール４１５は、共振周波数−水分量モデルをもとに、計測された、対象土の水分量における共振周波数を予測する。また、土種−密度判定モジュール４１５は、水分計４１４によって取得した計測データと、振動センサ４１３による計測値を使用して算出された共振周波数とから、予測誤差を算出する。
【０２８２】
選択されている土種が、第１土種の候補として最初に選択された土種である場合、土種−密度判定モジュール４１５は、算出した予測誤差を、第１最小予測誤差として記憶する。さらに、土種−密度判定モジュール４１５は、選択されている土種を、第１土種として記憶する。選択されている土種が、第１土種の候補として最初に選択された土種ではない場合、土種−密度判定モジュール４１５は、算出した予測誤差と第１最小予測誤差とを比較する。予測誤差が第１最小予測誤差より小さい場合、土種−密度判定モジュール４１５は、算出した予測誤差を、第１最小予測誤差として記憶する。さらに、土種−密度判定モジュール４１５は、選択されている土種を、第１土種として記憶する。
【０２８３】
土種−密度判定モジュール４１５は、第１土種の候補として、データベース４１２に土質モデルが格納されている全ての土種が選択されるまで、第１土種の候補としての土種の選択以降の動作を繰り返す。データベース４１２に土質モデルが格納されている全ての土種が第１土種の候補として選択され、以上の比較が完了した後、土種−密度判定モジュール４１５は、第１土種として記憶している土種を、第１モデルである第１土種として採用する。土種−密度判定モジュール４１５は、さらに、第１モデルを、対象土の土種として推定される推定土種にする。
【０２８４】
次に、土種−密度判定モジュール４１５は、第２モデルにおいて、第１モデルに追加される第２土種の候補として、データベース４１２に土質モデルが格納されている土種を選択する。第２モデルは、推定土種としての第１モデルと、第１モデルに含まれない土種である第２土種との混合である。土種−密度判定モジュール４１５は、第２土種の候補として、第１モデルの第１土種を選択しない。
【０２８５】
土種−密度判定モジュール４１５は、第１土種のモデル関数をｋ（ｋは０より大きく１より小さい実数）倍する。モデル関数は、土質モデルを表す関数である。土種−密度判定モジュール４１５は、第２モデルの候補として選択された土種のモデル関数を（１−ｋ）倍する。土種−密度判定モジュール４１５は、それらの関数が足された関数に基づいて、計測された水分量における、判定対象土の共振周波数を予測する。土種−密度判定モジュール４１５は、共振周波数の予測誤差が最小化されるように、ｋ及び予測誤差を算出する。
【０２８６】
選択されている土種が、第２土種の候補として最初に選択された土種である場合、土種−密度判定モジュール４１５は、算出した予測誤差を、第２最小予測誤差として記憶する。さらに、土種−密度判定モジュール４１５は、比率として、ｋを記憶する。
選択されている土種が、第２の土種の候補として最初に選択された土種ではない場合、土種−密度判定モジュール４１５は、算出した予測誤差と、第２最小予測誤差とを比較する。そして、算出した予測誤差が第２最小予測誤差より小さい場合、土種−密度判定モジュール４１５は、算出した予測誤差を、第２最小予測誤差として記憶する。土種−密度判定モジュール４１５は、第２土種として、選択されている土種を記憶する。さらに、土種−密度判定モジュール４１５は、比率として、ｋを記憶する。
【０２８７】
土種−密度判定モジュール４１５は、推定土種に含まれる土種（この例では第１モデルに含まれる第１土種）を除く、データベース４１２に土質モデルが格納されている全ての土種について、第２土種の候補としての選択から上述の比較までの動作を繰り返す。その後、土種−密度判定モジュール４１５は、第２土種として記憶している土種を、第２土種として採用する。そして、土種−密度判定モジュール４１５は、比率ｋによる、推定土種（この例では第１モデル）と第２土種の混合を、第２モデルとして採用する。
【０２８８】
さらに、土種−密度判定モジュール４１５は、以下のように、生成した第２モデルと推定土種との比較の結果に応じた推定土種の更新を行う。すなわち、土種−密度判定モジュール４１５は、推定土種の最小予測誤差（この例では第１最小予測誤差）と、第２モデルの最小予測誤差である第２最小予測誤差とを比較する。土種−密度判定モジュール４１５は、新しく生成した、複数の土種の混合である土種モデル（この例では第２モデル）の最小予測誤差が、推定土種（この例では第１モデル）の最小予測誤差より小さい場合、新しく生成したモデルを新しい推定土種にする。例えば、第２最小予測誤差が第１最小予測誤差より大きい場合、土種−密度判定モジュール４１５は、第２モデルを、新しい推定土種にする。
【０２８９】
土種−密度判定モジュール４１５は、同様のプロセスによって、第３モデル以降の土種モデルを生成し、生成したモデルと推定土種との比較の結果に応じた推定土種の更新を行ってもよい。
【０２９０】
斜面安全率算出判定モジュール４１６は、導出された比率に従って、土種の土質モデルの係数を設定し、設定された係数に従って、推定土種の土質モデルを生成する。斜面安全率算出判定モジュール４１６は、生成した土質モデルを、監視に用いる。斜面安全率算出判定モジュール４１６は、振動センサ４１３による計測の結果である時系列データを減衰率に変換する。そして、斜面安全率算出判定モジュール４１６は、減衰率によってモデル化された粘着力、内部摩擦角、土塊重量、間隙水圧、及び、それらを用いて算出された安全率を、状態として、ディスプレイ４１７に逐次表示する。
【０２９１】
＜第７の実施形態＞
次に、本発明の第７の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【０２９２】
図２３は、本実施形態の検知システム４００の構成の例を表すブロック図である。本実施形態の検知システム４００の構成は、第６の実施形態の検知システム４００の構成と同じである。従って、詳細な説明を省略する。以下では、主に、本実施形態の検知システム４００と、第６の実施形態の検知システム４００との相違点について、説明する。
【０２９３】
次に、本実施形態の検知システム４００の動作について、図面を参照して詳細に説明する。
【０２９４】
図２４は、本実施形態の検知システム４００の、モデル化を行う動作の一例を表すフローチャートである。本実施形態の検知システム４００の、モデル化を行う動作は、第６の実施形態の検知システム４００の、モデル化を行う動作と同じである。
【０２９５】
図２５は、本実施形態の検知システム４００の、三軸圧縮試験の動作の例を表すフローチャートである。本実施形態の検知システム４００の、三軸圧縮試験の動作は、第６の実施形態の検知システム４００の、三軸圧縮試験の動作と同じである。
【０２９６】
図２６は、本実施形態の検知システム４００の、加水加振試験の処理の動作の例を表すフローチャートである。本実施形態の検知システム４００の、加水加振試験の処理の動作は、第６の実施形態の検知システム４００の、加水加振試験の処理の動作と同じである。
【０２９７】
図２７は、本実施形態の検知システム４００の、監視時の動作の例を表すフローチャートである。本実施形態の検知システム４００の、監視時の動作は、ステップＳ１３０６における、監視用モデルを決定する方法を除いて、第６の実施形態の検知システム４００の、監視時の動作と同じである。以下では、本実施形態における監視用モデルを決定する方法について詳細に説明する。
【０２９８】
土種−密度判定モジュール４１５は、振動センサ４１３から取得した時系列データをもとに、共振周波数を算出する。共振周波数の算出方法は、第６の実施形態の共振周波数の算出方法と同じである。土種−密度判定モジュール４１５は、算出された共振周波数と、データベース４１２に格納されているさまざまな土種の共振周波数のデータとを比較することによって、対象土の土種を判定する。
【０２９９】
具体的には、土種−密度判定モジュール４１５は、対象土と比較される土種を、データベース４１２に土質モデルが格納されている土種から選択する。土種−密度判定モジュール４１５は、選択された土種の共振周波数における、対象土のパワースペクトル密度の値の比（以下、ピーク比と表記）を算出する。本実施形態におけるピーク比の算出方法は、第５の実施形態におけるピーク比の算出方法と同じである。土種−密度判定モジュール４１５は、算出したピーク比と、あらかじめ設定されている閾値とを比較する。ピーク比が閾値より小さい場合、選択されている土種を、対象土に含まれる土種であるモデル土種として採用する。閾値は、固定であってもよい。土種−密度判定モジュール４１５が、振動が測定された時系列データをもとに算出した振動幅に応じて、閾値を設定してもよい。
【０３００】
土種−密度判定モジュール４１５は、データベース４１２に土質モデルが格納されている全ての土種が選択されるまで、以上の動作を繰り返す。その後、モデル土種として採用された土種が存在しない場合、検知システム４００は、データベース４１２に格納される土質モデルを新たに生成してもよい。
【０３０１】
次に、土種−密度判定モジュール４１５は、水分計４１４より検知（すなわちセンシング）されたデータをもとに、水分量の初期値及び変動速度を算出する。土種−密度判定モジュール４１５は、算出された水分量の初期値及び変動速度をもとに、例えば以下のように、モデル土種の各々の密度を推定する。
【０３０２】
土種−密度判定モジュール４１５は、採用されたモデル土種から、対象土と比較される比較対象として、選択されていない土種を選択する。土種−密度判定モジュール４１５は、さらに、選択された土種の土質モデルがデータベース４１２に格納されている密度（密度パターン）から、選択されていない密度を選択する。土種−密度判定モジュール４１５は、選択された土種の選択された密度における水分量が、対象土の水分量と同じである状態における、選択された土種の水分量の変化速度を算出する。土種−密度判定モジュール４１５は、算出した、選択された土種の水分量の変化速度と、水分計４１４によって測定された結果をもとに算出された、対象土の水分量の変化速度との差の絶対値（以下、変化速度差と表記）を算出する。
【０３０３】
選択されている密度が、選択された土種について、最初に選択された密度である場合、土種−密度判定モジュール４１５は、算出した変化速度差を、最小変化速度差として記憶する。土種−密度判定モジュール４１５は、さらに、選択されている密度を、推定密度として記憶する。
【０３０４】
選択されている密度が、選択された土種について、最初に選択された密度はない場合、土種−密度判定モジュール４１５は、算出した変化速度差と、最小変化速度差とを比較する。算出した変化速度差が最小変化速度差より小さい場合、土種−密度判定モジュール４１５は、算出した変化速度差を、最小変化速度差として記憶する。土種−密度判定モジュール４１５は、さらに、選択されている密度を、推定密度として記憶する。
【０３０５】
密度パターンに含まれる全ての密度について、変化速度差の比較及び最小変化速度などの更新が終了した後、土種−密度判定モジュール４１５は、推定密度として記憶している密度を、選択されている土種の推定密度にする。
【０３０６】
土種−密度判定モジュール４１５は、以上のように、採用されたモデル土種の全てについて、推定密度を推定する。さらに、土種−密度判定モジュール４１５は、モデル土種の各々が対象土に含まれている比率（すなわち含有比率）を算出する。
【０３０７】
斜面安全率算出判定モジュール４１６は、導出された比率に従って、土種の土質モデルの係数を設定し、設定された係数に従って、推定土種の土質モデルを生成する。斜面安全率算出判定モジュール４１６は、生成した土質モデルを、監視に用いる。斜面安全率算出判定モジュール４１６は、計測された振動センサの時系列データを減衰率に変換する。そして、斜面安全率算出判定モジュール４１６は、減衰率によってモデル化された粘着力、内部摩擦角、土塊重量、間隙水圧、及び、それらを用いて算出された安全率を、状態として、ディスプレイ４１７に逐次表示する。
【０３０８】
＜第８の実施形態＞
次に、本発明の第８の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。本実施形態は、本発明の最小構成を表す。
【０３０９】
図２８は、本実施形態の土質判定装置１０Ｃの構成の例を表すブロック図である。
【０３１０】
図２８を参照すると、本実施形態の土質判定装置１０Ｃは、周波数特徴算出部１０４と、土質判定部１０７と、を備える。周波数特徴算出部１０４は、振動を計測する振動センサによって測定対象の土である対象土の振動が測定された振動データをもとに、前記対象土の振動の特徴を表す周波数である周波数特徴を算出する。土質判定部１０７は、土が含む水分の量を測定する水分計によって測定された前記対象土が含む水分の量である水分量と、算出された前記周波数特徴とをもとに、例えば土質情報記憶部（図２８に図示されない）が記憶する、土質モデルを使用して、前記対象土の土種と密度とを推定する。土質モデルは、複数の土の種類である土種の、複数の密度についての、水分量と周波数特徴との関係を表す。言い換えると、土質判定部１０７は、前述の水分量と、算出された周波数特徴と、前述の土質モデルとに基づいて、対象土の土種と密度とを推定する。
次に、本実施形態の土質判定装置１０Ｃの動作について、図面を参照して詳細に説明する。
図３４は、本実施形態の土質判定装置１０Ｃの動作を表すフローチャートである。図３４を参照すると、まず、周波数特徴算出部１０４が、振動を計測する振動センサによって測定対象の土である対象土の振動が測定された振動データをもとに、前記対象土の振動の特徴を表す周波数である周波数特徴を算出する（ステップＳ１７０１）。次に、土質判定部１０７が、前述の水分量と、算出された周波数特徴と、前述の土質モデルとに基づいて、対象土の土種と密度とを推定する（ステップＳ１７０２）。
【０３１１】
以上で説明した本実施形態には、第１の実施形態と同じ効果がある。その理由は、第１の実施形態の効果が生じる理由と同じである。
【０３１２】
＜他の実施形態＞
上述の各実施形態に係る土質判定装置は、それぞれ、コンピュータ及びコンピュータを制御するプログラム、専用のハードウェア、又は、コンピュータ及びコンピュータを制御するプログラムと専用のハードウェアの組合せにより実現することができる。
【０３１３】
言い換えると、上述の各実施形態に係る土質判定装置は、回路構成（ｃｉｒｃｕｉｔｒｙ）などのハードウェアによって実現することができる。回路構成は、例えば、コンピュータに含まれるプロセッサとメモリであってもよい。その場合、プログラムが、メモリにロードされていればよい。そのプログラムは、プロセッサが実行することが可能であり、コンピュータを上述の各実施形態の土質判定装置として動作させればよい。回路構成は、例えば、通信可能に接続された複数のコンピュータであってもよい。回路構成は、例えば、回路（ｃｉｒｃｕｉｔ）であってもよい。回路構成は、例えば、通信可能に接続された複数の回路であってもよい。回路構成は、通信可能に接続された、１台以上のコンピュータと、１個以上の回路との組み合わせであってもよい。
【０３１４】
図２９は、土質判定装置１０、土質判定装置１０Ａ、土質判定装置１０Ｂ、及び土質判定装置１０Ｃを実現することができる、コンピュータ１０００のハードウェア構成の一例を表す図である。図２９を参照すると、コンピュータ１０００は、プロセッサ１００１と、メモリ１００２と、記憶装置１００３と、Ｉ／Ｏ（Ｉｎｐｕｔ／Ｏｕｔｐｕｔ）インタフェース１００４とを含む。また、コンピュータ１０００は、記録媒体１００５にアクセスすることができる。メモリ１００２と記憶装置１００３は、例えば、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）、ハードディスクなどの記憶装置である。記録媒体１００５は、例えば、ＲＡＭ、ハードディスクなどの記憶装置、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）、可搬記録媒体である。記憶装置１００３が記録媒体１００５であってもよい。プロセッサ１００１は、メモリ１００２と、記憶装置１００３に対して、データやプログラムの読み出しと書き込みを行うことができる。プロセッサ１００１は、Ｉ／Ｏインタフェース１００４を介して、例えば、振動センサ１０１、水分計１０２、及び出力装置１０９にアクセスすることができる。プロセッサ１００１は、記録媒体１００５にアクセスすることができる。記録媒体１００５には、コンピュータ１０００を、土質判定装置１０、土質判定装置１０Ａ、土質判定装置１０Ｂ、又は土質判定装置１０Ｃとして動作させるプログラムが格納されている。
【０３１５】
プロセッサ１００１は、記録媒体１００５に格納されている、コンピュータ１０００を、土質判定装置１０、土質判定装置１０Ａ、土質判定装置１０Ｂ、又は土質判定装置１０Ｃとして動作させるプログラムを、メモリ１００２にロードする。そして、プロセッサ１００１が、メモリ１００２にロードされたプログラムを実行することにより、コンピュータ１０００は、土質判定装置１０、土質判定装置１０Ａ、土質判定装置１０Ｂ、又は土質判定装置１０Ｃとして動作する。
【０３１６】
第１のグループに含まれる部は、例えば、プログラムを記憶する記録媒体１００５からメモリ１００２に読み込まれた、各部の機能を実現することができる専用のプログラムと、そのプログラムを実行するプロセッサ１００１により実現することができる。第１のグループは、変動幅算出部１０３、周波数特徴算出部１０４、水分特性算出部１０５、土質判定部１０７、及び出力部１０８である。
【０３１７】
また、土質情報記憶部１０６は、コンピュータ１０００が含むメモリ１００２やハードディスク装置等の記憶装置１００３により実現することができる。あるいは、第１のグループに含まれる部及び土質情報記憶部１０６の一部又は全部を、各部の機能を実現する専用の回路によって実現することもできる。
【０３１８】
図３０は、本発明の第１の実施形態の、回路によって実装された土質判定システム１の構成の一例を表すブロック図である。
【０３１９】
図３１は、本発明の第２、第３、及び第４の実施形態の、回路によって実装された土質判定システム１Ａの構成の例を表すブロック図である。
【０３２０】
図３２は、本発明の第５の実施形態の、回路によって実装された土質判定システム１Ｂの構成の例を表すブロック図である。
【０３２１】
図３３は、本発明の第８の実施形態の、回路によって実装された土質判定システムＣの構成の例を表すブロック図である。
【０３２２】
図３０〜図３３において、変動幅算出回路１１０３は、変動幅算出部１０３として動作する。周波数特徴算出回路１１０４は、周波数特徴算出部１０４として動作する。水分特性算出回路１１０５は、水分特性算出部１０５として動作する。土質情報記憶装置１１０６は、土質情報記憶部１０６として動作する。土質情報記憶装置１１０６は、ハードディスク等の記録媒体によって実装されていてもよい。土質情報記憶装置１１０６は、回路によって実装されていてもよい。土質判定回路１１０７は、土質判定部１０７として動作する。出力回路１１０８は、出力部１０８として動作する。
【０３２３】
また、上記の実施形態の一部又は全部は、以下の付記のようにも記載されうるが、以下には限られない。
【０３２４】
（付記１）
振動を計測する振動センサによって測定対象の土である対象土の振動が測定された振動データをもとに、前記対象土の振動の周波数の特徴を表す周波数特徴を算出する周波数特徴算出手段と、
土が含む水分の量を測定する水分計によって測定された前記対象土が含む水分の量である水分量と、算出された前記周波数特徴とをもとに、土質記憶手段が記憶する、複数の土の種類である土種の、複数の密度についての、水分量と周波数特徴との関係を表す土質モデルを使用して、前記対象土の土種と密度とを推定する土質判定手段と、
を備える土質判定装置。
【０３２５】
（付記２）
前記土質判定手段は、前記水分量及び前記周波数特徴の少なくともいずれかに基づいて、前記土質記憶手段が前記土質モデルを記憶する土種である候補土種と、前記対象土との近さを表す誤差を算出し、算出した前記誤差を使用して、前記対象土に含まれる１つ以上の前記候補土種を、前記対象土の土種として導出する
付記１に記載の土質判定装置。
【０３２６】
（付記３）
前記土質判定手段は、１つ以上の前記候補土種に加えて、前記誤差を使用して、前記候補土種が前記対象土に含まれる割合である混合比を、前記対象土の土種として算出する
付記２に記載の土質判定装置。
【０３２７】
（付記４）
前記土質判定手段は、算出された前記周波数特徴に基づいて、前記対象土の密度を推定し、測定された前記水分量と算出された前記周波数特徴とに基づいて、前記対象土の土種を推定する
付記１乃至３のいずれか１項に記載の土質判定装置。
【０３２８】
（付記５）
前記土質記憶手段は、単位時間当たり所定量の水を加えながら計測された前記水分量の推移をさらに含む前記土質モデルを記憶し、
前記土質判定手段は、算出された前記周波数特徴に基づいて、前記対象土の密度を推定し、複数回測定された前記水分量と、降水量を測定する降水計から受信した、前記水分量が測定された際の前記降水量とに基づいて、前記対象土の土種を推定する
付記１乃至３のいずれか１項に記載の土質判定装置。
【０３２９】
（付記６）
前記土質判定手段は、算出された前記周波数特徴に基づいて、前記対象土の土種を推定し、測定された前記水分量と算出された前記周波数特徴とに基づいて、前記対象土の密度を推定する
付記１乃至３のいずれか１項に記載の土質判定装置。
【０３３０】
（付記７）
前記土質記憶手段は、単位時間当たり所定量の水を加えながら計測された前記水分量の推移をさらに含む前記土質モデルを記憶し、
前記土質判定手段は、算出された前記周波数特徴に基づいて、前記対象土の土種を推定し、複数回測定された前記水分量と、降水量を測定する降水計から受信した、前記水分量が測定された際の前記降水量とに基づいて、前記対象土の密度を推定する
付記１乃至３のいずれか１項に記載の土質判定装置。
【０３３１】
（付記８）
付記１乃至７のいずれか１項に記載の前記土質判定装置と、
前記振動センサと、前記水分計と、を含み、
前記土質判定装置は、前記土質記憶手段をさらに含む、
土質判定システム。
【０３３２】
（付記９）
振動を計測する振動センサによって測定対象の土である対象土の振動が測定された振動データをもとに、前記対象土の振動の周波数の特徴を表す周波数特徴を算出し、
土が含む水分の量を測定する水分計によって測定された前記対象土が含む水分の量である水分量と、算出された前記周波数特徴とをもとに、複数の土の種類である土種の、複数の密度についての、水分量と周波数特徴との関係を表す土質モデルを使用して、前記対象土の土種と密度とを推定する、
土質判定方法。
【０３３３】
（付記１０）
前記水分量及び前記周波数特徴の少なくともいずれかに基づいて、前記土質モデルが記憶されている土種である候補土種と、前記対象土との近さを表す誤差を算出し、算出した前記誤差を使用して、前記対象土に含まれる１つ以上の前記候補土種を、前記対象土の土種として導出する
付記９に記載の土質判定方法。
【０３３４】
（付記１１）
１つ以上の前記候補土種に加えて、前記誤差を使用して、前記候補土種が前記対象土に含まれる割合である混合比を、前記対象土の土種として算出する
付記１０に記載の土質判定方法。
【０３３５】
（付記１２）
算出された前記周波数特徴に基づいて、前記対象土の密度を推定し、測定された前記水分量と算出された前記周波数特徴とに基づいて、前記対象土の土種を推定する
付記９乃至１２のいずれか１項に記載の土質判定方法。
【０３３６】
（付記１３）
単位時間当たり所定量の水を加えながら計測された前記水分量の推移をさらに含む前記土質モデルを前記土質記憶手段に記憶し、
算出された前記周波数特徴に基づいて、前記対象土の密度を推定し、複数回測定された前記水分量と、降水量を測定する降水計から受信した、前記水分量が測定された際の前記降水量とに基づいて、前記対象土の土種を推定する
付記９乃至１２のいずれか１項に記載の土質判定方法。
【０３３７】
（付記１４）
算出された前記周波数特徴に基づいて、前記対象土の土種を推定し、測定された前記水分量と算出された前記周波数特徴とに基づいて、前記対象土の密度を推定する
付記９乃至１２のいずれか１項に記載の土質判定方法。
【０３３８】
（付記１５）
単位時間当たり所定量の水を加えながら計測された前記水分量の推移をさらに含む前記土質モデルを前記土質記憶手段に記憶し、
算出された前記周波数特徴に基づいて、前記対象土の土種を推定し、複数回測定された前記水分量と、降水量を測定する降水計から受信した、前記水分量が測定された際の前記降水量とに基づいて、前記対象土の密度を推定する
付記９乃至１２のいずれか１項に記載の土質判定方法。
【０３３９】
（付記１６）
コンピュータに、
振動を計測する振動センサによって測定対象の土である対象土の振動が測定された振動データをもとに、前記対象土の振動の周波数の特徴を表す周波数特徴を算出する周波数特徴算出処理と、
土が含む水分の量を測定する水分計によって測定された前記対象土が含む水分の量である水分量と、算出された前記周波数特徴とをもとに、複数の土の種類である土種の、複数の密度についての、水分量と周波数特徴との関係を表す土質モデルを使用して、前記対象土の土種と密度とを推定する土質判定処理と、
を実行させる土質判定プログラム。
【０３４０】
（付記１７）
前記土質判定処理は、前記水分量及び前記周波数特徴の少なくともいずれかに基づいて、前記土質モデルが記憶されている土種である候補土種と、前記対象土との近さを表す誤差を算出し、算出した前記誤差を使用して、前記対象土に含まれる１つ以上の前記候補土種を、前記対象土の土種として導出する
付記１６に記載の土質判定プログラム。
【０３４１】
（付記１８）
前記土質判定処理は、１つ以上の前記候補土種に加えて、前記誤差を使用して、前記候補土種が前記対象土に含まれる割合である混合比を、前記対象土の土種として算出する
付記１７に記載の土質判定プログラム。
【０３４２】
（付記１９）
前記土質判定処理は、算出された前記周波数特徴に基づいて、前記対象土の密度を推定し、測定された前記水分量と算出された前記周波数特徴とに基づいて、前記対象土の土種を推定する
付記１６乃至１８のいずれか１項に記載の土質判定プログラム。
【０３４３】
（付記２０）
コンピュータに、さらに、
単位時間当たり所定量の水を加えながら計測された前記水分量の推移をさらに含む前記土質モデルを記憶する前記土質記憶処理を実行させ、
前記土質判定処理は、算出された前記周波数特徴に基づいて、前記対象土の密度を推定し、複数回測定された前記水分量と、降水量を測定する降水計から受信した、前記水分量が測定された際の前記降水量とに基づいて、前記対象土の土種を推定する
付記１６乃至１８のいずれか１項に記載の土質判定プログラム。
【０３４４】
（付記２１）
前記土質判定処理は、算出された前記周波数特徴に基づいて、前記対象土の土種を推定し、測定された前記水分量と算出された前記周波数特徴とに基づいて、前記対象土の密度を推定する
付記１６乃至１８のいずれか１項に記載の土質判定プログラム。
【０３４５】
（付記２２）
前記土質記憶処理は、単位時間当たり所定量の水を加えながら計測された前記水分量の推移をさらに含む前記土質モデルを記憶し、
前記土質判定処理は、算出された前記周波数特徴に基づいて、前記対象土の土種を推定し、複数回測定された前記水分量と、降水量を測定する降水計から受信した、前記水分量が測定された際の前記降水量とに基づいて、前記対象土の密度を推定する
付記１６乃至１８のいずれか１項に記載の土質判定プログラム。
【０３４６】
以上、実施形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明の構成や詳細には、本発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。
【０３４７】
この出願は、２０１５年２月２６日に出願された日本出願特願２０１５−０３６７１５を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
【産業上の利用可能性】
【０３４８】
本発明は、土砂災害の予兆の検出に利用できる。
【符号の説明】
【０３４９】
１    土質判定システム
１Ａ    土質判定システム
１Ｂ    土質判定システム
１０    土質判定装置
１０Ａ    土質判定装置
１０Ｂ    土質判定装置
１０Ｃ    土質判定装置
１０１    振動センサ
１０２    水分計
１０３    変動幅算出部
１０４    周波数特徴算出部
１０５    水分特性算出部
１０６    土質情報記憶部
１０７    土質判定部
１０８    出力部
１０９    出力装置
４００    土壌崩壊危険度変化検知システム
４０１    応力センサ
４０２    応力センサ
４０３    水分計
４０４    振動センサ
４０５    間隙水圧計
４０６    粘着力−内部摩擦角算出モジュール
４０７    粘着力−内部摩擦角モデル化モジュール
４０８    含水比対応化モジュール
４０９    共振周波数算出モジュール
４１０    減衰率算出モジュール
４１１    重量−間隙水圧モデル化モジュール
４１２    データベース
４１３    振動センサ
４１４    水分計
４１５    土種−密度判定モジュール
４１６    斜面安全率算出判定モジュール
４１７    ディスプレイ
４１８    三軸圧縮試験装置
４１９    プランター
４２０    検知装置
４２１    実斜面計測装置
１０００    コンピュータ
１００１    プロセッサ
１００２    メモリ
１００３    記憶装置
１００４    Ｉ／Ｏインタフェース
１００５    記録媒体
１１０３    変動幅算出回路
１１０４    周波数特徴算出回路
１１０５    水分特性算出回路
１１０６    土質情報記憶装置
１１０７    土質判定回路
１１０８    出力回路
【図１】
2016136213.tif 000003
【図２】
2016136213.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【手続補正書】
【提出日】平成29年8月9日(2017.8.9)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動を計測する振動センサによって測定対象の土である対象土の振動が測定された振動データをもとに、前記対象土の振動の周波数の特徴を表す周波数特徴を算出する周波数特徴算出手段と、
土が含む水分の量を測定する水分計によって測定された前記対象土が含む水分の量である水分量と、算出された前記周波数特徴とをもとに、土質記憶手段が記憶する、複数の土の種類である土種の、複数の密度についての、水分量と周波数特徴との関係を表す土質モデルを使用して、前記対象土の土種と密度とを推定する土質判定手段と、
を備える土質判定装置。
【請求項２】
前記土質判定手段は、前記水分量及び前記周波数特徴の少なくともいずれかに基づいて、前記土質記憶手段が前記土質モデルを記憶する土種である候補土種と、前記対象土との近さを表す誤差を算出し、算出した前記誤差を使用して、前記対象土に含まれる１つ以上の前記候補土種を、前記対象土の土種として導出する
請求項１に記載の土質判定装置。
【請求項３】
前記土質判定手段は、１つ以上の前記候補土種に加えて、前記誤差を使用して、前記候補土種が前記対象土に含まれる割合である混合比を、前記対象土の土種として算出する
請求項２に記載の土質判定装置。
【請求項４】
前記土質判定手段は、算出された前記周波数特徴に基づいて、前記対象土の密度を推定し、測定された前記水分量と算出された前記周波数特徴とに基づいて、前記対象土の土種を推定する
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の土質判定装置。
【請求項５】
前記土質記憶手段は、単位時間当たり所定量の水を加えながら計測された前記水分量の推移をさらに含む前記土質モデルを記憶し、
前記土質判定手段は、算出された前記周波数特徴に基づいて、前記対象土の密度を推定し、複数回測定された前記水分量と、降水量を測定する降水計から受信した、前記水分量が測定された際の前記降水量とに基づいて、前記対象土の土種を推定する
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の土質判定装置。
【請求項６】
前記土質判定手段は、算出された前記周波数特徴に基づいて、前記対象土の土種を推定し、測定された前記水分量と算出された前記周波数特徴とに基づいて、前記対象土の密度を推定する
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の土質判定装置。
【請求項７】
前記土質記憶手段は、単位時間当たり所定量の水を加えながら計測された前記水分量の推移をさらに含む前記土質モデルを記憶し、
前記土質判定手段は、算出された前記周波数特徴に基づいて、前記対象土の土種を推定し、複数回測定された前記水分量と、降水量を測定する降水計から受信した、前記水分量が測定された際の前記降水量とに基づいて、前記対象土の密度を推定する
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の土質判定装置。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか１項に記載の前記土質判定装置と、
前記振動センサと、
前記水分計と、を含み、
前記土質判定装置は、前記土質記憶手段をさらに備える
土質判定システム。
【請求項９】
振動を計測する振動センサによって測定対象の土である対象土の振動が測定された振動データをもとに、前記対象土の振動の周波数の特徴を表す周波数特徴を算出し、
土が含む水分の量を測定する水分計によって測定された前記対象土が含む水分の量である水分量と、算出された前記周波数特徴とをもとに、複数の土の種類である土種の、複数の密度についての、水分量と周波数特徴との関係を表す土質モデルを使用して、前記対象土の土種と密度とを推定する、
土質判定方法。
【請求項１０】
コンピュータに、
振動を計測する振動センサによって測定対象の土である対象土の振動が測定された振動データをもとに、前記対象土の振動の周波数の特徴を表す周波数特徴を算出する周波数特徴算出処理と、
土が含む水分の量を測定する水分計によって測定された前記対象土が含む水分の量である水分量と、算出された前記周波数特徴とをもとに、複数の土の種類である土種の、複数の密度についての、水分量と周波数特徴との関係を表す土質モデルを使用して、前記対象土の土種と密度とを推定する土質判定処理と、
を実行させる土質判定プログラム。
【国際調査報告】
2016136213.tif 000037
2016136213.tif 000038
2016136213.tif 000039
2016136213.tif 000040