(57)【要約】【課題】小型、低コスト、低消費電力な、土壌の状態を監視できる装置、システムおよび方法を提供すること。【解決手段】地中に埋設した弾性体と、それに振動を加えるアクチュエータ、振動を測定するセンサを備え、アクチュエータで加えた振動の弾性体中の伝搬パラメータを測定することにより、土壌の状態を判定する。【選択図】  図１
2018146370.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
土壌に埋設した弾性体と、
前記弾性体の振動データを取得する第１振動センサと、
前記弾性体と離れた位置に埋設され、前記土壌の振動データを取得する第２振動センサと、
前記第１振動センサによって取得された振動データと、前記第２振動センサによって取得された振動データとに基づき、前記土壌の状態を判定する判定部を備えることを特徴とする土壌監視装置。
【請求項２】
前記判定部は、前記第１振動センサによって取得された振動データに基づいて、第１周波数スペクトルを算出し、前記第２振動センサによって取得された振動データに基づいて、第２周波数スペクトルを算出し、前記第１周波数スペクトルと前記第２周波数スペクトルに基づいて、前記土壌の状態を判定することを特徴とする請求項１に記載の土壌監視装置。
【請求項３】
前記判定部は、前記第１周波数スペクトルと前記第２周波数スペクトルに基づいて、差分を算出し、第３周波数スペクトルを算出し、前記第３の振動のスペクトルに基づいて、前記土壌の状態を判定することを特徴とする請求項２に記載の土壌監視装置。
【請求項４】
前記判定部は、前記第３の振動のスペクトルに基づき、弾性体の伝搬パラメータを算出し、前記伝搬パラメータに基づいて、前記土壌の状態を判定することを特徴とする請求項３に記載の土壌監視装置。
【請求項５】
前記伝搬パラメータは、伝搬速度、減衰率、共振周波数の少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項４に記載の土壌監視装置。
【請求項６】
前記弾性体に振動を加える第１加振手段と、
前記第２振動センサに振動を与える第２加振手段と、をさらに備え、
前記第１振動センサは、前記第１加振手段により加振された振動データを取得し、
前記第２振動センサは、前記第２加振手段により加振された振動データを取得し、
前記判定部は、前記第１加振手段により加振された振動データと、前記第２加振手段により加振された振動データとに基づいて、前記土壌の状態を判定することを特徴とする請求項１乃至５に記載の土壌監視装置。
【請求項７】
前記第２加振手段は、アクチュエータであり、
前記アクチュエータは、制振材を介して、第２振動センサに設置されていることを特徴とする請求項６に記載の土壌監視装置。
【請求項８】
前記第１加振手段と前記第２加振手段は、別々のアクチュエータにより構成されることを特徴とする請求項６に記載の土壌監視装置。
【請求項９】
少なくとも１つの土壌監視装置と、
土壌の状態を検知する土壌状態評価装置と、を備え、
前記監視装置は、
土壌に埋設した弾性体と、
前記弾性体の振動データを取得する第１振動センサと、
前記弾性体と離れた位置に埋設され、前記土壌の振動データを取得する第２振動センサと、
前記第１振動センサによって取得された振動データと、前記第２振動センサによって取得された振動データと、に基づき、前記土壌の状態を判定する判定部を備え、
前記土壌検知装置は、
前記土壌監視装置の判定結果を取得する判定結果取得部と、
前記判定結果取得部か取得した判定結果に基づいて、土砂災害を予測する予測部を備えることを特徴とする土壌監視システム。
【請求項１０】
弾性体の振動データを取得し、
土壌の振動データを取得し、
前記弾性体の振動データと、前記土壌の振動データと、に基づき、前記土壌の状態を判定することを特徴とする土壌監視方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は主に土壌の状態を監視する装置、システムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
土木、建築、農業などの分野において、土壌の状態を監視、診断する必要が生じる場合がある。特に近辺に集落や道路、線路がある斜面においては、崩壊の危険を察知するために土壌状態を常時監視することが望まれる。これまで斜面崩壊を検知および予知するために多くの方法が提案されている。特許文献１には地盤強度の解析方法として振動発生装置により地中に振動を発生し、その伝搬速度から地盤の強度を推定する方法が開示されている。しかしこれらの方法は地盤に振動を発生させる必要があるため、装置が大型、高コストになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平９−１７８８６３公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は上記のような事情を鑑みてなされたものであり、装置の小型、低コストを実現可能な土壌監視装置、システムおよび方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の土壌監視装置は、土壌に埋設した弾性体と、前記弾性体の振動データを取得する第１振動センサと、前記弾性体と離れた位置に埋設され、前記土壌の振動データを取得する第２振動センサと、前記第１振動センサによって取得された振動データと、前記第２振動センサによって取得された振動データと、に基づき、前記土壌の状態を判定する判定部を備える。
【０００６】
本発明の土壌監視システムは、少なくとも１つの土壌監視装置と、土壌の状態を検知する土壌状態評価装置と、を備え、前記監視装置は、土壌に埋設した弾性体と、前記弾性体の振動データを取得する第１振動センサと、前記弾性体と離れた位置に埋設され、前記土壌の振動データを取得する第２振動センサと、前記第１振動センサによって取得された振動データと、前記第２振動センサによって取得された振動データと、に基づき、前記土壌の状態を判定する判定部を備え、前記土壌検知装置は、前記土壌監視装置の判定結果を取得する判定結果取得部と、前記判定結果取得部か取得した判定結果に基づいて、土砂災害を予測する予測部を備える。
【０００７】
本発明の土壌監視方法は、弾性体の振動データを取得し、土壌の振動データを取得し、前記弾性体の振動データと、前記土壌の振動データと、に基づき、前記土壌の状態を判定する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明にかかる土壌監視装置等によれば、小型、低コストを実現可能な土壌監視装置を提供することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の第１の実施形態における土壌監視装置の構成を示す図である。
【図２】本発明の第１の実施形態における土壌の状態評価の方法を示したフロー図である。
【図３】本発明の第２の実施形態における土壌監視装置の構成を示す図である。
【図４】本発明の第２の実施形態における土壌の状態評価の方法を示したフロー図である。
【図５】本発明の第２の実施形態における周波数スペクトルを例示した図である。
【図６】本発明の第３の実施形態における土壌監視装置の構成を示す図である。
【図７】本発明の第３の実施形態における土壌の状態評価の方法を示したフロー図である。
【図８】本発明の第４の実施形態における土壌監視装置の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
＜第１の実施形態＞
本発明の第１の実施の形態における土壌監視システム１の構成について図１を参照して説明する。図１は、本実施形態にかかる土壌監視システムを示す。土壌監視システム１は、土壌監視装置１０と土砂災害予測装置（不図示）を含む。
【００１１】
土壌監視装置１０は、弾性体１０２、アクチュエータ１０３、加速度センサ１０４、アクチュエータ駆動回路１０５、センサ信号分析部１０６、及び土壌状態評価部１０７を備える。ここで、図１では、土壌監視装置１０は、１つとして開示されているが、土壌監視システム１は、複数の土壌監視装置１０を備える構成としても良い。
【００１２】
土砂災害予測装置は、土壌監視装置１０に接続されている。また、土砂災害予測装置は、土壌監視装置１０にて、検知した土壌の状態に基づいて、土砂災害の予測を行う。土砂災害予測装置は、一定範囲内に配置された複数の土壌監視装置１０が判定した土壌状態から、当該範囲の土壌の状態分布を知ることができる。この土壌の状態分布およびその時間変化を総合的に判断することにより、当該範囲およびその近辺で斜面崩壊などの土壌災害の可能性および時間的な災害確率の変化などを高精度に予測することが可能となる。
【００１３】
弾性体１０２は、土壌１０１の中に埋設される。ここで弾性体１０２の材質はステンレスやステンレス鋼などを用いることができる。弾性体102の埋設は方向によらず、土壌に対して垂直に突き立てても構わず、水平に土壌に埋めても構わない。またその深さに限定されない。また弾性体１０２の形状は、円柱であり、径は５ｍｍ、長さは３０ｃｍである。弾性体１０２は、特に円柱に限定される必要はなく、四角柱や三角柱などとしても良い。
【００１４】
アクチュエータ１０３は、弾性体１０２に設けられており、圧電素子を用いる。アクチュエータ１０３はそれを駆動するアクチュエータ駆動回路１０５に接続されている。本実施形態ではアクチュエータ１０３は、圧電素子を用いるが、電磁石を用いたソレノイドアクチュエータや超磁歪素子などを用いても良い。また、アクチュエータ１０３を複数備える構成としても良い。また、アクチュエータ１０３は、弾性体１０２から離れた（離間）位置に配置されていても良い。つまり、弾性体１０２に対して、振動を与えられる位置であればどこに配置されていても良い。アクチュエータ１０３は、自身の質量が振動に影響を与えないようにゴムなどの制振材（不図示）を設けられていても良い。
【００１５】
加速度センサ１０４は、弾性体１０２に設けられており、センサ信号分析部１０６に接続されている。アクチュエータ１０３と加速度センサ１０４をそれぞれ１つずつ用いる構成としたが、１つの圧電素子でアクチュエータの機能と振動センシングの機能を実現することも可能である。尚、この場合には、１回目の反射波と２回目の反射波の強度差や時間差を測定することにより対応が可能となる。また、加速度センサ１０４を複数備える構成としても良い。
【００１６】
アクチュエータ駆動回路１０５は、アクチュエータ１０３を駆動するパルス信号を送信する。アクチュエータ駆動回路１０５は、土壌状態評価部１０７に接続されている。ここで、アクチュエータ駆動回路１０５は、予め記憶されている制御タイミング、及び制御期間に基づいて、アクチュエータ１０３を駆動するパルス信号を送信する構成とすることもできる。
【００１７】
センサ信号分析部１０６は、加速度センサ１０４より信号を取得し、取得した信号を分析する。センサ信号分析部１０６は、土壌状態評価部１０７に接続されている。センサ信号分析部１０６は回路を用いて実現される構成としても良く、ＰＣ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ  Ｃｏｍｐｕｔｅｒ）などのコンピュータへデータを取り込んで信号処理や解析を行う構成としても良い。
【００１８】
土壌状態評価部１０７は、アクチュエータ駆動回路１０５に対して、アクチュエータ１０３を駆動するように制御を実施する。また、土壌状態評価部１０７は、センサ信号分析部１０６にて、分析された信号に基づいて、土壌１０１の状態を判断する。また、土壌状態評価部１０７は、回路を用いて実現される構成としても良く、ＰＣなどのコンピュータへデータを取り込んで信号処理や解析を行う構成としても良い。土壌状態評価部は、請求項上の判定部に相当する。
【００１９】
本実施形態のおける土壌１０１の状態評価の方法を図２に基づいて以下に説明する。図２は、第１実施形態における土壌１０１の状態評価の方法を示したフロー図である。
【００２０】
ステップＳ１１では、駆動回路１０５は、アクチュエータ１０３に振動を発生させるためのパルス信号を送る。アクチュエータ１０３は、パルス信号により駆動し、弾性体１０２にパルス状の振動を発生させ、ステップＳ１２へ進む。
【００２１】
次にステップＳ１２では、加速度センサ１０４は、弾性体１０２に発生している振動を検知し、ステップＳ１３へ進む。ここで、弾性体１０２に発生している振動は、弾性体１０２を長さ方向に伝搬した後、片端で反射し、再度弾性体１０２を伝搬して加速度センサ１０４に到達し検知される。
【００２２】
次にステップＳ１３では、センサ信号分析部１０６は、加速度センサ１０４にて最初に検知した振動の大きさと、加速度センサ１０４にて検知した反射波の振動の大きさの比を計算し、ステップＳ１４へ進む。ここで、振動の大きさの比は、弾性体１０２を振動が伝搬する際の減衰率によって変化する。また、振動の減衰率は周囲の土の特性によって変化する。センサ信号分析部１０６は、弾性体１０２を伝搬する振動の減衰率の変化を算出する構成としたが、弾性体１０２を伝搬する振動の速度変化、弾性体１０２を伝搬する振動の共振周波数変化を測定する構成としても良く、これらのうち複数を測定する構成としても良い。センサ信号分析部１０６は、センサ信号の減衰率を測定しているが、得られた信号をフーリエ変換し、周波数毎の減衰の変化を見ても良い。また、センサ信号分析部１０６は、得られたセンサ信号を数学的に解析、例えばウェーブレット変換を行い、周波数毎の速度を算出しても良い。
【００２３】
次にステップＳ１４では、土壌状態評価部１０７は、振動の減衰率に基づいて、土壌の状態を推定し、フローを終了する。左記の推定方法は、土壌が固く、土中の振動伝搬速度が早い場合には前記減衰率が大きくなり、逆に土壌が軟弱で土中の振動伝搬速度が遅い場合には前記減衰率が小さくなることに起因する。
【００２４】
以上より、本実施形態では、弾性体の振動の往復に基づいて、弾性体の減衰率を算出することにより、土壌監視装置及び、土壌監視システムの小型化を実現できる。
【００２５】
＜第２の実施形態＞
土壌中に埋設された加速度センサに生じる振動の周波数スペクトルは、設置場所、設置個所によって変化する。つまり、振動の周波数スペクトルは、設置した加速度センサ周辺の状態に依存する。そのため、弾性体に固有の周波数帯域に対応する周波数スペクトルを必ずしも安定して確認できるとは限らない。具体的には、土壌中に埋設された加速度センサに生じる振動の周波数スペクトルは、近接した他の周波数スペクトルを含んだ周波数スペクトルであるため、他の周波数スペクトルを弾性体の周波数スペクトルと誤検知する可能性が考えられる。そのため、第１の実施形態では、弾性体以外の土壌に起因する振動が様々に重畳している可能性があり、安定して計測を行うことができない場合がある。本実施形態では、左記課題に鑑み、土壌の状態に依らず、安定した土壌状態監視を実施することを目的とする。
【００２６】
本発明の第２の実施形態における土壌監視システム２の構成について図３を参照して説明する。なお、第１の実施形態と同等の構成要素には同じ符号を付し、説明を省略する。
図３は、土壌監視システム２の構成を示す図である。
【００２７】
土壌監視システム２は、土壌監視装置２０と土砂災害予測装置（不図示）を含む。
【００２８】
土壌監視装置２０は、弾性体１０２、請求項における第１振動センサである加速度センサ１０４、請求項における第２振動センサである加速度センサ２０４、及び判定部２００を備える。ここで、図３では、土壌監視装置２０は、１つとして開示されているが、土壌監視システム２は、複数の土壌監視装置２０を備える構成としても良い。
【００２９】
判定部２００は、センサ信号分析部１０６、センサ分析部２０６、及び土壌状態評価部２０７を備える。
【００３０】
加速度センサ２０４は、地中に埋設されており、弾性体１０２の振動の影響を受けない位置に配置されている。つまり、加速度センサ２０４は、弾性体１０２と離れた（離間した）位置に、地中に埋設されている。特に、左記構成に限定される必要は無く、加速度センサ２０４は、加速度センサ１０４よりも弾性体１０２の振動に対する感度が低い位置に設置されていればよい。
【００３１】
センサ信号分析部２０６は、加速度センサ２０４より信号を取得し、取得した信号を分析する。センサ信号分析部２０６は、土壌状態評価部２０７に接続されている。センサ信号分析部２０６は回路を用いて実現される構成としても良く、ＰＣ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ  Ｃｏｍｐｕｔｅｒ）などのコンピュータへデータを取り込んで信号処理や解析を行う構成としても良い。
【００３２】
土壌状態評価部２０７は、センサ信号分析部１０６にて分析された信号と、センサ分析部２０６にて分析された信号と、に基づいて、土壌１０１の状態を判断する。また、土壌状態評価部２０７は、回路を用いて実現される構成としても良く、ＰＣなどのコンピュータへデータを取り込んで信号処理や解析を行う構成としても良い。
【００３３】
本実施形態のおける土壌１０１の状態評価の方法を図４、５に基づいて以下に説明する。図４は、第２実施形態における土壌１０１の状態評価の方法を示したフロー図である。図５は、第２実施形態における振動の周波数スペクトルの具体例を示す図である。
【００３４】
ステップＳ２１では、加速度センサ１０４は、降雨などで、弾性体１０２に発生している振動を検知する。また、加速度センサ２０４は、降雨などで、土壌１０１に発生している振動を検知し、ステップＳ２２へ進む。ここで、弾性体１０２に発生している振動は、降雨などにより土壌１０１に振動が発生し、直ちに弾性体１０２を伝搬する振動である。弾性体１０２に発生している振動は、弾性体１０２の寸法、材料特性から定まる固有の振動モードで振動する。ここで、振動モードとは、固有振動数で振動している、物体（本実施形態では、弾性体１０２）における振動の現れ方のことで、振動振幅の節と腹の位置の分布が、その物体固有の状態のことを指す。尚、固有の振動モードは、弾性体１０２に複数発生する。本実施形態では、複数ある固有の振動モードの中から、監視対象とする周波数帯域によって振動モードを選択、設定することができる。振動モードの種類としては、Ｓ（Ｓｙｍｍｅｔｒｉｃ）モード、Ａ（Ａｎｔｉ−ｓｙｍｍｅｔｒｉｃａｌ）モード、１つの腹が存在して振動する屈曲モード、伸び縮みする振動である伸縮モードなどが挙げられる。前述の監視対象とする振動モードは、計測対象とするサンプリング周波数に依存する。そのため、固有の振動モードが高次の振動モードであれば、計測のためのサンプリング周波数を高くする必要がある。また、任意の周波数帯域が、高い周波数帯域であればあるほど距離減衰が大きくなるため、その振幅は小さくなる。逆によって、任意の周波数帯域が、低い周波数帯域であればあるほど距離減衰が小さくなるため、その振幅は大きくなる。装置の消費電力、コストを抑えるために、低次の振動モードである屈曲モードに着目して計測を行う構成を採用可能である。
【００３５】
次にステップＳ２２では、センサ信号分析部１０６は、加速度センサ１０４にて検知した振動データに基づいて、第１周波数スペクトルを取得する。具体的には、センサ信号分析部１０６は、図５（ａ）に示すような第１周波数スペクトルを取得する。ここで、図５（ａ）（ｂ）（ｃ）の横軸は、周波数を示し、縦軸は、加速度センサ出力を示す。図５（ａ）は、弾性体１０２に取り付けられた加速度センサ１０４に固有の周波数スペクトルと、弾性体１０２を設置した周囲の土壌や周辺環境に起因する周波数スペクトルが混同した状態である。そのため、図５（ａ）は、様々な周波数のスペクトルピークが生じるため、弾性体１０２に固有の周波数スペクトルのみを確認することは困難である。また、センサ信号分析部２０６は、加速度センサ２０４にて検知した振動データに基づいて、第２周波数スペクトルを取得する。具体的には、図５（ｂ）に示すような周波数スペクトルを取得する。図５（ｂ）は、弾性体１０２の近接位置に設置された加速度センサ２０４の周囲の土壌や周辺環境に起因する周波数のスペクトルピークである。周波数スペクトルの取得方法については、既知の手法を採用できる。具体的には、周波数スペクトルの取得方法は、フーリエ変換を用いて、周波数ごとの強度を算出することにより、周波数スペクトルを求めることができる。次に、土壌状態評価部２０７は、センサ信号分析部１０６にて求めた第１周波数スペクトルとセンサ信号分析部２０６にて求めた第２周波数スペクトルとを用い、第１周波数スペクトルと第２周波数スペクトルの差分である第３周波数スペクトルを算出し、ステップＳ２３へ進む。具体的には、第３周波数スペクトルは、図５（ｃ）に示されるように、図５（ａ）と図５（ｂ）の加速度センサ出力の差である周波数スペクトルである。土壌状態評価部２０７は、図５（ｂ）の周波数スペクトルを図５（ａ）のスペクトルから差分を取ることで、土壌周囲の状態に起因する周波数スペクトルを取り除くことができ（土壌周囲の状態に起因する周波数スペクトルを打ち消す（相殺する）ことができ）、監視対象である弾性体１０２に固有の周波数スペクトルのみを明確化することができる。
【００３６】
次にステップＳ２３では、土壌状態評価部２０７は、得られた差分である第３周波数スペクトルのスペクトルピークの周波数の減衰の変化を算出する。土壌状態評価部２０７は、得られた減衰の変化に基づいて、振動の減衰率を算出し、ステップＳ２４へ進む。ここで、第３周波数スペクトルのスペクトルピークは、固有の振動モードに対応するスペクトルピークである。固有の振動モードに対応するスペクトルピークに基づいて算出された減衰率は、弾性体１０２の周囲の土壌特性によって変化する。
【００３７】
次にステップＳ２４では、土壌状態評価部２０７は、振動の減衰率に基づいて、土壌の状態を推定し、フローを終了する。具体的には、土壌状態評価部２０７は、振動の減衰率が大きい場合には、土壌が固く、土中の振動伝搬速度が早いため、水分量は相対的に低いと判定する。逆に、土壌状態評価部２０７は、振動の減衰率が大きい場合には、土壌が軟弱で土中の振動伝搬速度が遅いため、水分量は相対的に高いと判定する。ここで、土壌状態判定部２０７は、予め記憶されている振動の減衰率と水分量との対比関係に基づいて、土壌の水分量を判定する構成としても良い。さらに、土壌状態評価部２０７は、水分量の高低に応じて、土壌がどのような状態になっているかを判定する構成としても良い。
【００３８】
以上より、本実施形態では、弾性体に固有の周波数スペクトルのみを明確化し、固有モードに対応する振動の減衰率を算出する構成としたので、より正確に土壌の状態を検知することができる。
【００３９】
＜第３の実施形態＞
本発明の第３の実施形態における土壌監視システム３の構成について図６を参照して説明する。ここでも前述の実施形態と同等の構成要素には同じ符号を付し、説明を省略する。ここで、図６は、土壌監視システム３の構成を示す図である。
【００４０】
土壌監視システム３は、土壌監視装置３０と土砂災害予測装置（不図示）を含む。
【００４１】
土壌監視装置３０は、弾性体１０２、請求項における第１加振手段であるアクチュエータ１０３、加速度センサ１０４、加速度センサ２０４、請求項における第２加振手段であるアクチュエータ３０３及び、判定部３００を備える。ここで、図６では、土壌監視装置３０は、１つとして開示されているが、土壌監視システム３は、複数の土壌監視装置３０を備える構成としても良い。
【００４２】
判定部３００は、センサ信号分析部１０６、センサ分析部２０６、アクチュエータ駆動回路３０５、及び土壌状態評価部３０７を備える。
【００４３】
アクチュエータ３０３は、加速度センサ２０４に設けられており、圧電素子を用いる。アクチュエータ３０３は、アクチュエータ駆動回路３０５に接続されている。本実施形態ではアクチュエータ３０３は、圧電素子を用いるが、電磁石を用いたソレノイドアクチュエータや超磁歪素子などを用いても良い。また、アクチュエータ３０３を複数備える構成としても良い。また、アクチュエータ３０３は、アクチュエータ１０３と一体として構成されても良く、アクチュエータ１０３だけの構成とすることもできる。アクチュエータ３０３とアクチュエータ１０３とを一体として構成することにより、振動を与えるタイミングを同期させる必要が無く、構成としても簡素な構成とすることができる。また、アクチュエータ３０３は、加速度センサ２０４から離れた位置に配置されていても良い。つまり、加速度センサ２０４に対して、振動を与えられる位置であればどこに配置されていても良い。アクチュエータ３０３は、自身の質量が振動に影響を与えないようにゴムなどの制振材（不図示）を設けられていても良い。
【００４４】
アクチュエータ駆動回路３０５は、アクチュエータ１０３とアクチュエータ３０３を駆動するパルス信号を送信する。アクチュエータ駆動回路３０５は、土壌状態評価部３０７に接続されている。アクチュエータ駆動回路３０５は、アクチュエータ１０３とアクチュエータ３０３に対して、同一タイミングにて、振動を開始するように指示をする構成とすることができる。また、アクチュエータ駆動回路３０５は、アクチュエータ１０３とアクチュエータ３０３に対して、同一の振動強度にて振動を与えるように構成することもできる。ここで、アクチュエータ駆動回路１０５は、予め記憶されている制御タイミング、及び制御期間に基づいて、アクチュエータ１０３を駆動するパルス信号を送信する構成とすることもできる。
【００４５】
土壌状態評価部３０７は、アクチュエータ駆動回路３０５に対して、アクチュエータ１０３とアクチュエータ３０３を駆動するように制御を実施する。また、土壌状態評価部３０７は、センサ信号分析部１０６にて分析された信号と、センサ信号分析部２０６にて分析された信号と、に基づいて、土壌１０１の状態を判断する。また、土壌状態評価部３０７は、回路を用いて実現される構成としても良く、ＰＣなどのコンピュータへデータを取り込んで信号処理や解析を行う構成としても良い。
【００４６】
本実施形態のおける土壌１０１の状態評価の方法を図７に基づいて以下に説明する。図７は、第３実施形態における土壌１０１の状態評価の方法を示したフロー図である。
【００４７】
ステップＳ３１では、駆動回路３０５は、土壌状態評価部３０７の指示に基づき、アクチュエータ１０３とアクチュエータ３０３に振動を発生させるためのパルス信号を送る。アクチュエータ１０３は、パルス信号により駆動し、弾性体１０２にパルス状の振動を発生させる。アクチュエータ３０３は、パルス信号により駆動し、加速度センサ２０４にパルス状の振動を発生させ、ステップＳ３２へ進む。
【００４８】
次にステップＳ３２では、第２実施形態のステップＳ２１と同様の制御を実施し、ステップＳ３３へ進む。
【００４９】
次にステップＳ３３では、第２実施形態のステップＳ２２と同様の制御を実施し、ステップＳ３４へ進む。
【００５０】
次にステップＳ３４では、第２実施形態のステップＳ２３と同様の制御を実施し、ステップＳ３５へ進む。
【００５１】
次にステップＳ３５では、第２実施形態のステップＳ２４と同様の制御を実施し、フローを終了する。
【００５２】
以上より、本実施形態では、第２の実施形態に比べて、振動をアクティブに発生させることができるため、弾性体の減衰率を算出する頻度を向上させることができる。
【００５３】
＜第４の実施形態＞
本発明の第４の実施形態における土壌監視システム４の構成について図８を参照して説明する。ここでも前述の実施形態と同等の構成要素には同じ符号を付し、説明を省略する。図８に第４の実施形態にかかる土壌監視システム４の構成を示す図である。
【００５４】
土壌監視システム４は、土壌監視装置４０と土砂災害予測装置（不図示）を含む。
【００５５】
土壌監視装置４０は、複数の弾性体１０２Ａ〜１０２Ｄ、複数の弾性体１０２Ａ〜１０２Ｄそれぞれに設置された複数の加速度センサ１０４Ａ〜Ｄ、加速度センサ２０４、及び判定部４００を備える。ここで、図８では、加速度センサ２０４及びセンサ信号分析部２０６は、１つとして開示されているが、土壌監視装置３０は、複数の加速度センサ２０４及び複数のセンサ信号分析部２０６を備える構成としても良い。また、土壌監視装置４０は、振動を与えるアクチュエータを複数の弾性体１０２Ａ〜１０２Ｄそれぞれに設置することもできる。土壌監視装置４０は、振動を与えるアクチュエータを加速度センサ２０４に設置することもできる。
【００５６】
判定部４００は、複数のセンサ信号分析部１０６Ａ〜１０６Ｄ、センサ分析部２０６、及び土壌状態評価部４０７を備える。
【００５７】
土壌状態評価部４０７は、センサ信号分析部１０６Ａにて分析された信号と、センサ信号分析部２０６にて分析された信号と、に基づいて、土壌１０１の状態を判断する。また、土壌状態評価部４０７は、同様に、センサ信号分析部１０６Ｂにて分析された信号と、センサ信号分析部２０６にて分析された信号と、に基づいて、土壌１０１の状態を判断する。土壌状態評価部４０７は、センサ信号分析部１０６Ｃにて分析された信号と、センサ信号分析部２０６にて分析された信号と、に基づいて、土壌１０１の状態を判断する。土壌状態評価部４０７は、センサ信号分析部１０６Ｄにて分析された信号と、センサ信号分析部２０６にて分析された信号と、に基づいて、土壌１０１の状態を判断する。土壌状態評価部４０７は、回路を用いて実現される構成としても良く、ＰＣなどのコンピュータへデータを取り込んで信号処理や解析を行う構成としても良い。
【００５８】
本実施形態のおける土壌の状態評価の方法は、第２実施形態の制御フローであるため、説明を省略する。
【００５９】
以上より、本実施形態では、複数地点での土壌状態を検知することができるため、より高精度に土壌状態を検知することができる。また、複数地点での土壌状態を検知することができるため、加速度センサ群が設置されているエリア全体の土壌の状態を検知することができる。
【００６０】
以上、実施の形態をもとに本発明を説明したが、上述の第１から第４の実施形態は例示であり、本発明の主旨から逸脱しない限り、上述各実施の形態に対して様々な変更、増減、組合せを加えてもよい。これらの変更、増減、組合せが加えられた変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。さらに本発明の用途は必ずしも土砂災害防止のための監視システムのみならず、土壌に関連する他の分野にも適用が可能である。
【００６１】
［付記１］
土壌に埋設した弾性体と、
前記弾性体の振動データを取得する第１振動センサと、
前記弾性体と離れた位置に埋設され、前記土壌の振動データを取得する第２振動センサと、
前記第１振動センサによって取得された振動データと、前記第２振動センサによって取得された振動データと、に基づき、前記土壌の状態を判定する判定部を備えることを特徴とする土壌監視装置。
［付記２］
前記判定部は、前記第１振動センサによって取得された振動データに基づいて、第１周波数スペクトルを算出し、前記第２振動センサによって取得された振動データに基づいて、第２周波数スペクトルを算出し、前記第１周波数スペクトルと前記第２周波数スペクトルに基づいて、前記土壌の状態を判定することを特徴とする付記１に記載の土壌監視装置。
［付記３］
前記判定部は、前記第１周波数スペクトルと前記第２周波数スペクトルに基づいて、差分を算出し、第３周波数スペクトルを算出し、前記第３の振動のスペクトルに基づいて、前記土壌の状態を判定することを特徴とする付記２に記載の土壌監視装置。
［付記４］
前記判定部は、前記第３の振動のスペクトルに基づき、弾性体の伝搬パラメータを算出し、前記伝搬パラメータに基づいて、前記土壌の状態を判定することを特徴とする付記３に記載の土壌監視装置。
［付記５］
前記判定部は、前記第３周波数スペクトルに基づき、前記弾性体に固有の振動周波数を特定し、前記弾性体に固有の振動周波数に基づいて、前記伝搬パラメータを算出することを特徴とする付記４に記載の土壌監視装置。
［付記６］
前記伝搬パラメータは、伝搬速度、減衰率、共振周波数の少なくとも一つを含むことを特徴とする付記４または５に記載の土壌監視装置。
［付記７］
前記弾性体に振動を加える第１加振手段と、
前記第２振動センサに振動を与える第２加振手段と、をさらに備え、
前記第１振動センサは、前記第１加振手段により加振された振動データを取得し、
前記第２振動センサは、前記第２加振手段により加振された振動データを取得し、
前記判定部は、前記第１加振手段により加振された振動データと、前記第２加振手段により加振された振動データに基づいて、前記土壌の状態を判定することを特徴とする付記１乃至６に記載の土壌監視装置。
［付記８］
前記第２加振手段は、アクチュエータであり、
前記アクチュエータは、制振材を介して、第２振動センサに設置されていることを特徴とする付記７に記載の土壌監視装置。
［付記９］
前記第１加振手段と前記第２加振手段は、別々のアクチュエータにより構成されることを特徴とする付記７または８に記載の土壌監視装置。
［付記１０］
前記第１加振手段と、前記第２加振手段は、１つのアクチュエータで構成されていることを特徴とする付記７または８に記載の土壌監視装置。
［付記１１］
少なくとも１つの土壌監視装置と、
土壌の状態を検知する土壌状態評価装置と、を備え、
前記監視装置は、
土壌に埋設した弾性体と、
前記弾性体の振動データを取得する第１振動センサと、
前記弾性体と離れた位置に埋設され、前記土壌の振動データを取得する第２振動センサと、
前記第１振動センサによって取得された振動データと、前記第２振動センサによって取得された振動データと、に基づき、前記土壌の状態を判定する判定部を備え、
前記土壌検知装置は、
前記土壌監視装置の判定結果を取得する判定結果取得部と、
前記判定結果取得部か取得した判定結果に基づいて、土砂災害を予測する予測部を備えることを特徴とする土壌監視システム。
［付記１２］
弾性体の振動データを取得し、
土壌の振動データを取得し、
前記弾性体の振動データと、前記土壌の振動データと、に基づき、前記土壌の状態を判定することを特徴とする土壌監視方法。
【符号の説明】
【００６２】
１０１  土壌
１０２、１０２Ａ〜１０２Ｄ  弾性体
１０３、３０３  アクチュエータ
１０４、２０４  加速度センサ
１０５、３０５  アクチュエータ駆動回路
１０６、１０６Ａ〜１０６Ｄ、２０６  センサ信号分析部
１０７、２０７、３０７、４０７  土壌状態評価部
２００、３００、４００  判定部
【図１】
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【図２】
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【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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