(57)【要約】【課題】新しい雪崩検知システムを提供する。【解決手段】親重量計測部１１と子重量計測部１２は、ともに自機の上の雪の重量を計測することのできる装置であって、雪崩の可能性がある斜面４の傾斜方向に沿って離隔して配置される。子重量計測部１２は、短時間に閾値を超える重量変化を検知すると、検知したタイミングｔ２と最大重量変化量ΔＶＣmaxのデータを親重量計測部１２へ出力する。親重量計測部１１は、自機において閾値を超える重量変化を検知したタイミングｔ２と受信したタイミングｔ１とから時間差Δｔを算出し、重量変化の大きさ(ΔＶＰmaxとΔＶＣmaxの平均値)と時間差Δｔとに基づいて雪崩検知判定と雪崩規模を判定する。そして、規模情報を含む雪崩発生の検知信号を無線出力する。【選択図】図３
2015175675.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
傾斜方向に沿って離隔して傾斜面に設置される複数の重量計測部と、
前記重量計測部それぞれで計測された重量変化量の時間差を用いて雪崩の発生を判定する制御部と、
前記判定の結果に基づいて雪崩発生の検知信号を出力する検知信号出力部と、
を備えた雪崩検知システム。
【請求項２】
前記制御部は、前記重量計測部それぞれで計測された重量および前記時間差を用いて雪崩の規模を判定し、
前記検知信号出力部は、前記制御部で判定された雪崩の規模を示す情報を前記検知信号に含めて出力する、
請求項１に記載の雪崩検知システム。
【請求項３】
前記重量計測部は加振部と一体に構成されており、
前記制御部は、前記重量計測部の計測値の調整を行うために前記加振部を加振させる所定の計測調整用加振制御と、当該加振に応じて前記重量計測部が計測した計測信号を用いてゼロ点調整および／又はレンジ調整を行う調整制御とを実行する、
請求項１又は２に記載の雪崩検知システム。
【請求項４】
平面視において前記重量計測部と前記加振部とが重なる位置に配置された、
請求項３に記載の雪崩検知システム。
【請求項５】
荷重センサーによって構成された第１荷重センサーおよび第２荷重センサーのうちの一方を前記重量計測部、他方を前記加振部として機能させた、
請求項３又は４に記載の雪崩検知システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、雪崩の発生を検知する雪崩検知システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
雪崩の危険性の有る斜面には「雪崩防止柵」「雪崩予防柵」などと呼ばれる雪崩防止構造物が設置されるのが一般的である（例えば、特許文献１、特許文献２を参照）。
【０００３】
基本的にはこうした雪崩防止構造物により一定程度の雪崩は防げるが、希に訪れる例年よりも降雪量が多い多雪年に備えて、特に警戒するべき斜面については雪崩防止構造物の設置に加えて大規模な雪崩を速やかに検知して警報を発する対策が施される。雪崩検知装置の設置もそのひとつである（例えば、特許文献３を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−１０４２１４号公報
【特許文献２】特開平６−２６４４１８号公報
【特許文献３】特開平５−１８０９５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、新しい雪崩検知システム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】
【０００６】
以上の課題を解決するための第１の発明は、傾斜方向に沿って離隔して傾斜面に設置される複数の重量計測部（例えば、図１〜図２の親重量計測部１１，子重量計測部１２）と、前記重量計測部それぞれで計測された重量変化量の時間差を用いて雪崩の発生を判定する制御部（例えば、図２の制御部５０）と、前記判定の結果に基づいて雪崩発生の検知信号を出力する検知信号出力部（例えば、図２の制御部５０、無線通信モジュール５４、アンテナ部６２）と、を備えた雪崩検知システムである。
【０００７】
第１の発明によれば、雪崩で生じた雪の移動に伴う重量変化量から雪崩の発生を検知し、検知信号を外部に出力することができる。
【０００８】
第２の発明は、前記制御部が、前記重量計測部それぞれで計測された重量および前記時間差を用いて雪崩の規模を判定し、前記検知信号出力部が、前記制御部で判定された雪崩の規模を示す情報を前記検知信号に含めて出力する、第１の発明の雪崩検知システムである。
【０００９】
第２の発明によれば、雪崩の規模を判定して規模の情報も外部に出力することができる。
【００１０】
第３の発明は、前記重量計測部が加振部と一体に構成されており、前記制御部が、前記重量計測部の計測値の調整を行うために前記加振部を加振させる所定の計測調整用加振制御と、当該加振に応じて前記重量計測部が計測した計測信号を用いてゼロ点調整および／又はレンジ調整を行う調整制御とを実行する、第１又は第２の発明の雪崩検知システムである。
【００１１】
重量計測部を強制的に振動させ、その間の計測結果を見ると、重量計測部に静的に作用している重量が少ない場合と多い場合とでは、強制振動を受けて得られる計測結果に差が生じ得る。そこで、静的荷重別に強制振動時の計測結果を予め把握しておき、加振に応じて重量計測部が計測した計測結果と比較することで、現在の静的な重量を推定することができる。したがって、第３の発明によれば、その時々の積雪の多寡の影響が低減されたまたは排除された精度良い重量の計測結果が得られる。つまり、積雪の多寡に影響されない精度よい雪崩検知が可能となる。
【００１２】
第４の発明は、平面視において前記重量計測部と前記加振部とが重なる位置に配置された、第３の発明の雪崩検知システムである。
【００１３】
第４の発明によれば、加振に応じた重量計測を効率的に行うことができる。
【００１４】
なお、第５の発明として、荷重センサーによって構成された第１荷重センサーおよび第２荷重センサーのうちの一方を前記重量計測部、他方を前記加振部として機能させた、第３又は第４の発明の雪崩検知システムを構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】雪崩検知システムの構成例を示す図。
【図２】親重量計測部および子重量計測部の構成例を示す図。
【図３】雪崩検知および雪崩規模判定の原理を説明するための図。
【図４】規模判定基準データの例を示す図。
【図５】計測調整用の加振制御の原理と、当該加振に応じて前記重量計測部が計測した計測信号の例とを示す図。
【図６】補正関数の例を示す図。
【図７】親重量計測部および子重量計測部における処理の流れを説明するためのフローチャート。
【図８】雪崩検知システムの変形例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
〔第１実施形態〕
図１は、本発明を適用した雪崩検知システムの構成例を示す図である。図１（１）は、鉄道の軌道に向けて傾斜する斜面の断面図であり、図１（２）は雪崩検知システムの設置位置周辺の拡大図である。
【００１７】
雪崩検知システム１０は、１つの親重量計測部１１と、単数または複数の子重量計測部１２とを有する。そして、雪崩検知システム１０は、雪崩を検知すると、既設あるいは専用の警報システム（例えば、特殊信号発光機７０と、その発光を制御する発光制御装置７２）へ検知信号を無線出力することができる。
【００１８】
親重量計測部１１および子重量計測部１２は、自機上の雪の重量を計測する計測装置である。雪崩の検知が必要な斜面４に、当該斜面の傾斜方向や予想される雪崩の方向に沿って所定間隔Ｌ（例えば、５〜１０ｍ）だけ離して、上流側に子重量計測部１２、下流側に親重量計測部１１が設置される。
【００１９】
親重量計測部１１と子重量計測部１２とは、無線（または有線）によってデータ通信可能に接続されており、親重量計測部１１は、自機で計測した計測結果と子重量計測部１２から受信した計測結果とに基づいて雪崩の検知と雪崩の規模とを判定する判定装置として機能する。そして、親重量計測部１１は雪崩を検知したと判定すると、発光制御装置７２へ雪崩の規模情報とともに雪崩発生の検知信号を送信する。発光制御装置７２は、当該検知信号を受信すると特殊信号発光機７０を発光させる。このとき、受信した検知信号に含まれる規模情報に応じた発光パターンで発光制御するとしてもよい。
【００２０】
図２は、本実施形態における親重量計測部１１および子重量計測部１２の構成例を示す図である。図２（１）は上面図、図２（２）は側面図、図２（３）は図２（１）のＡ−Ａ断面図に相当する。
【００２１】
親重量計測部１１と子重量計測部１２は、ハードウェアおよび実行される制御プログラムは同一であるが、親子関係の設定（例えば，ディップスイッチや、制御プログラムで参照される初期設定値など）に応じて親機または子機として機能する。
【００２２】
親重量計測部１１と子重量計測部１２は、固定杭１９により斜面４に固定されるベースフレーム２０を弾性樹脂防水カバー２２で覆って形成した内部空間に、センサー部３０と、制御部５０と、電源部６０と、アンテナ部６２とを内蔵する。
【００２３】
弾性樹脂防水カバー２２は、極寒期でも防水性と弾性とを維持する耐候性と耐寒性に優れた弾性樹脂でできている。なお、一部または全部を防水シートで構成するとしてもよい。
【００２４】
センサー部３０は、ベースフレーム２０に形成された筒状の有底空間内に設けられ、当該重量計測部に上からかかる重量を計測し、計測信号を制御部５０へ出力する。本実施形態では、有底空間の底から順に、第１荷重センサー３１と、スペーサ３３と、第２荷重センサー３２と、受圧部材３４とが積層されて連結固定されている。
【００２５】
受圧部材３４の外径は有底空間の内径よりも僅かに小さく、受圧した力（重量）を下方に伝達可能に構成されている。そして、受圧部材３４の上面は弾性樹脂防水カバー２２の底面に接する。従って、雪の重量は弾性樹脂防水カバー２２を介して受圧部材３４に伝わり、第２荷重センサー３２と、スペーサ３３越しの第１荷重センサー３１とで重量に応じた計測結果を得ることできる。
【００２６】
第１荷重センサー３１および第２荷重センサー３２は、本実施形態では圧電素子を用いたセンサーであって、図２で言うところの上下方向の動的な荷重の変化に応じた計測信号を出力することができる。なお、センサーの構成は圧電素子を用いたものに限らない。
そして、第１荷重センサー３１および第２荷重センサー３２から出力される計測信号は、信号線３８を介して制御部５０へ入力される。
【００２７】
制御部５０は、ベースフレーム２０に立設された壁部２４と蓋２５で画成された空間に、電源部６０やアンテナ部６２などとともに内蔵されている。
【００２８】
制御部５０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）５１や、ＩＣ（Integrated Circuit）メモリ５２、インターフェースＩＣ５３、無線通信モジュール５４、システムクロック５５などの電子素子や電気回路等を搭載する。その他、電源部６０からの電力供給を制御する電源制御ＩＣなどを適宜搭載することができる。
【００２９】
インターフェースＩＣ５３は、信号線３８（図２（３）参照）に接続されており、センサー部３０から出力された計測信号をＣＰＵ５１で扱うことができるデジタル信号に変換する。
【００３０】
無線通信モジュール５４は、公知の無線通信器により実現され、アンテナ部６２を用いて外部装置との無線通信を実現する。本実施形態では、親重量計測部１１と子重量計測部１２との間のデータ通信、および親重量計測部１１から発光制御装置７２への検知信号の無線出力に用いられる。すなわち、無線通信モジュール５４とアンテナ部６２とで雪崩発生の検知信号を出力する検知信号出力部を構成する。
【００３１】
そして、制御部５０は、ＩＣメモリ５２に記憶されているプログラムを読み出して実行することにより、重量計測部の親機あるいは子機としての機能を実現する。なお、制御部５０の一部または全部を、大規模集積回路や、ＳｏＣ（System on a Chip）、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）などにより構成することができる。
【００３２】
電源部６０は、内蔵バッテリーあるいは既存の電力線から電力を取得する電源回路部により実現される。
【００３３】
図３は、雪崩検知および雪崩規模判定の原理を説明するための図である。
図３（１）は、積雪８の一部を残して表層部が流下する表層雪崩が発生し子重量計測部１２および親重量計測部１１の上を通過する様子を示す図である。図３（２）は表層雪崩発生時の子重量計測部１２の計測信号の変化例を示すグラであり、図３（３）は表層雪崩発生時の親重量計測部１１の計測信号の変化例を示すグラフである。
【００３４】
子重量計測部１２や親重量計測部１１が設置された場所の更に上流部で雪崩が発生した場合、斜面４に沿って大量の雪が斜面に沿って流下を始め、やがて子重量計測部１２や親重量計測部１１の上を通過する。通過の際、流れ下る雪の分の重量が各重量計測部に動的に作用するので、子重量計測部１２や親重量計測部１１では大きなプラスの重量変化量が計測される。また、子重量計測部１２の設置場所付近を起点として積雪８の略全体が一斉に流下する全層雪崩が発生した場合は、子重量計測部１２の上方に載っていた雪が一気に減少するので、子重量計測部１２や親重量計測部１１では大きなマイナスの重量変化量が計測される。また、そうした重量変化は、子重量計測部１２と親重量計測部１１とで連続的に計測される。
【００３５】
従って、次の２つの条件を満たすと雪崩が発生したと判定することができる。
第１条件：子重量計測部１２や親重量計測部１１にて、所定の短時間内（例えば、１〜５秒程度の間）に所定閾値を超えた重量変化量（プラス側の変化と、マイナス側の変化の両方を含む）が計測された。
第２条件：子重量計測部１２にて所定閾値を超えた重量が計測されたタイミングｔ２と、親重量計測部１１にて所定閾値を超えた重量が計測されたタイミングｔ１との時間差Δｔが基準時間内である。なお、ここで言う基準時間は、設置間隔Ｌと想定される雪崩の速度とに応じて予め適切な値を決定しておくものとする。当該条件を設けることで、重量計測部の上に野生動物が一時的に乗っている場合や、倒木や氷柱が載る状況が発生しても誤検知しなくてすむ。
【００３６】
また、雪崩の規模の評価指標のひとつである雪の流下量は、その規模が大きいほど、計測される重量変化量の最大値（図３のΔＶＣmaxやΔＶＰmax）は大きくなると考えられる。更に、雪崩の規模の評価指標のひとつである流下速度は、その規模が大きいほど流れ下る速度が増加するので、雪崩の規模と時間差Δｔとには相関性があると考えられる。
【００３７】
そこで、本実施形態では、計測される最大重量変化量と時間差Δｔとに基づいて雪崩規模を判定する。具体的には、図４に示すように、最大重量変化量範囲８１と時間差範囲８２との組み合わせ別に雪崩規模を定義する規模判定基準データ８０を、予めＩＣメモリ５２に記憶させておいて雪崩が検知された場合にこれを参照し雪崩規模を判定する。
【００３８】
なお、本実施形態では、最大重量変化量は、第１荷重センサー３１による計測結果に基づいて算出するものとするが、第２荷重センサー３２による計測結果に基づいて算出するとしてもよい。あるいは両者の平均値等によって求めるとしてもよい。
また、親重量計測部１１における最大重量変化量ΔＶＰmaxと子重量計測部１２における最大重量変化量ΔＶＣmaxとの平均に適合する最大重量変化量範囲８１で雪崩規模を判定するが、最大重量変化量ΔＶＰmaxまたは最大重量変化量ΔＶＣmaxの何れか一方と比較するとしてもよい。また、規模判定基準データ８０で定義する雪崩規模の段階数等は適宜設定可能である。
【００３９】
さて、第１荷重センサー３１および第２荷重センサー３２は、センサーの特性上、その時に静的に作用している荷重条件（イニシャル荷重条件：本実施形態では雪崩が起きる前の積雪８による重量が作用している状態）によって、同じ荷重変化があったとしても出力される信号の変化量が異なる可能性があるが、本実施形態ではこれを補正することができる。
【００４０】
具体的には、雪の重量が作用する方向もしくはその分力が作用する方向に荷重センサーを強制的に所定の加振力で加振し、その間の計測結果から積雪の多寡すなわちイニシャル荷重条件の高低に応じた信号出力特性を補正する補正値を決定する。
より具体的には、例えば図５に示すように、第１荷重センサー３１に所定の交流電圧を与えて加振部として機能させ、所定の強さで強制的に振動させている間、第２荷重センサー３２で荷重変化を計測する。図５（１）に示すようにイニシャル荷重が低い状態すなわち積雪８が少ない場合と、図５（２）に示すようにイニシャル荷重が高い状態すなわち積雪８が多い場合とを比較すれば、前者の荷重変化は後者のそれよりも大きくなると考えられる。
【００４１】
そこで、予め積雪「０」に相当するイニシャル荷重＝０の状態から、想定される積雪の最大重量まで所定の強制振動に対する荷重センサーでの計測信号の出力レベルを計測しておいて、重量変化量と出力レベル変化とのレートを積雪「ゼロ」の時と同じまたはほぼ同じとなるように補正する補正値を算出する補正関数を定義しておく。
【００４２】
図６は補正関数９０の一例を示している。信号レベルがＶ０はイニシャル荷重＝０の状態を示す。信号レベルがＶｅ未満である場合は荷重センサーが故障していると判定する。図では直線的に変化する関数例を示しているが、実際には荷重センサーの特性に応じて決定されるので図示の限りではない。
【００４３】
制御部５０は、定期的に計測調整用加振制御を実行して、上述のような強制振動を行ない、補正関数９０から今後適用すべき補正値を更新記憶する。そして、雪崩検知の判定に係り所定閾値を超えた重量変化量が検出された場合、記憶されている補正値を用いて自機における最大重量変化量（ΔＶＣmaxまたはΔＶＰmax）を補正することとする。すなわち、レンジ調整、スパン調整を行うことができる。
なお、こうした補正の追加として、強制加振に応じて計測された計測信号を用いてゼロ点調整を行うとしてもよい。
【００４４】
図７は、親重量計測部１１および子重量計測部１２における処理の流れを説明するためのフローチャートである。
子重量計測部１２および親重量計測部１１の制御部５０は、システムクロック５５を用いて所定のスケジュールタイミング（例えば、１日１回１２時、３日１回１２時など）の計時を開始する（ステップＳ２）。
【００４５】
スケジュールタイミングに達すると（ステップＳ４のＹＥＳ）、制御部５０は第１荷重センサー３１と第２荷重センサー３２の何れか一方の荷重センサーに対する計測調整用加振制御を開始し（ステップＳ６）、他方の荷重センサーでの計測結果に応じて補正値を決定し記憶する（ステップＳ８）。本実施形態では第１荷重センサー３１を強制振動させて、第２荷重センサー３２による計測結果に基づいて第１荷重センサー３１に適用される補正値を算出するが、加振側と被加振側の関係を逆転してもよい。
【００４６】
もし、短時間で閾値を超える急速な重量変化が検出されたならば（ステップＳ１０のＹＥＳ）、制御部５０は荷重センサーの計測信号の記録を開始し（ステップＳ１２）、最新の補正値で補正された自機における最大重量変化量（親機のΔＶＰmax、子機のΔＶＣmax）を算出する（ステップＳ１４）。
【００４７】
そして、自機が子機であれば（ステップＳ２０のＮＯ）、制御部５０は急速な重量変化を検出したタイミングｔ２（図３）と、最大重量変化量ΔＶＣmaxとのデータを親機に送信する（ステップＳ２２）。
【００４８】
一方、自機が親機であれば（ステップＳ２０のＹＥＳ）、制御部５０は急速な重量変化を検出したタイミングｔ１（図３）と、子機から受信したタイミングｔ２との時間差Δｔを算出する（ステップＳ２４）。そして、算出した時間差Δｔが所定の基準時間内であれば（ステップＳ３０のＹＥＳ）、雪崩発生を検知したと判断して、雪崩の規模判定用の重量変化量を、自機の最大重量変化量ΔＶＰmaxと子機の最大重量変化量ΔＶＣmaxとから算出する（ステップＳ３２）。本実施形態では最大重量変化量ΔＶＰmaxと子機の最大重量変化量ΔＶＣmaxとの平均値を雪崩の規模判定用の重量変化量とするが、前者のみあるいは後者のみとしてもよい。
【００４９】
次に、親機の制御部５０は、規模判定基準データ８０と、算出した雪崩の規模判定用の重量変化量および時間差Δｔとを照合して雪崩規模を判定し（ステップＳ３４）、雪崩規模情報を含む雪崩発生の検知信号を無線出力する（ステップＳ３６）。特殊信号発光機７０の発光制御装置７２は、検知信号を受信すると所定の発光パターンで特殊信号発光機７０を発光させることになる。
【００５０】
以上、本実施形態によれば、雪崩の発生を検知し警告を発することのできる新しい雪崩検知システムを実現することができる。また、重量計測部から積雪の多寡に応じて補正した計測結果を出力できるので、雪の多い年でも少ない年でも精度良く安定した雪崩検知が実現できる。
【００５１】
また、当該システムを構成する重量計測部は、親／子の設定が違うだけで同じハードウェアとソフトウェアを用いることができるので、量産効果による大きなコストダウンが期待できる。当然、故障時交換用のスペアも同一でよいのでスペアの在庫も少なくて済むので、運用後のランニングコスト削減も期待できる。
【００５２】
〔変形例〕
なお、本発明の適用形態は、上記実施形態に限らず適宜構成要素の追加・省略・変更をすることができる。
【００５３】
例えば、上記実施形態では、雪の重量を計測する荷重センサー（図２（３）の第２荷重センサー３２）と、計測調整用の加振部（図２（３）の第１荷重センサー３１）とを上下に重ねて配置する構成としたが、加振部で発生する振動が荷重センサーを荷重計測方向に十分振動させることができるならば、横に並べた配置でもよい。上記実施形態では加振部として圧電素子を利用した荷重センサー３１を用いたが、その他の原理で振動を発生させる公知のバイブレータで実現するとしてもよい。
【００５４】
また、第１荷重センサー３１と第２荷重センサー３２とは同仕様でもよいし、異なる仕様でもよい。
もし同仕様とした構成であれば、例えばステップＳ１０の後に、制御部５０に荷重センサーの故障検知判定処理を実行させ、故障した荷重センサーの計測値を無視してステップＳ１２以降の処理を実行すると、冗長性が得られて好適である。
もし、第１荷重センサー３１と第２荷重センサー３２とを測定レンジが異なる仕様とするならば、例えば、一方を積雪が少ない場合に適した測定レンジを有し、他方を積雪が多い場合に適した測定レンジを有する仕様とする構成も可能である。この場合、例えばステップＳ１０の後に、計測調整用の加振の結果から推定される積雪の多寡に応じて、その時の積雪に適した方の荷重センサーを選択するステップを実行し、以降のステップでは選択された方の荷重センサーによる計測結果を用いて処理を行う構成とすると好適である。
【００５５】
また、上記実施形態では、雪崩の検知判定と雪崩の規模判定を、親重量計測部１１の制御部５０にて行う構成としているが、これを別の装置で実現するとしてもよい。例えば、図８に示すように、重量計測部は全て子重量計測部１２とし、それらとは別体で判定装置９２を用意する構成も可能である。判定装置９２は、所定の制御プログラムを実行するパソコンやスマートフォンで実現可能であり、制御プログラムの実行により、１）雪崩の検知判定機能と、２）計測信号の記録機能と、３）雪崩の規模判定機能と、４）検知信号の出力機能と、を実現することとする。
【符号の説明】
【００５６】
１０…雪崩検知システム
１１…親重量計測部
１２…子重量計測部
２０…ベースフレーム
２２…弾性樹脂防水カバー
３０…センサー部
３１…第１荷重センサー
３２…第２荷重センサー
３３…スペーサ
３４…受圧部材
３８…信号線
５０…制御部
５１…ＣＰＵ
５２…ＩＣメモリ
５３…インターフェースＩＣ
５４…無線通信モジュール
５５…システムクロック
６０…電源部
６２…アンテナ部
７０…特殊信号発光機
７２…発光制御装置
８０…規模判定基準データ
８１…最大重量変化量範囲
８２…時間差範囲
９０…補正関数
９２…判定装置
【図１】
2015175675.tif 000003
【図２】
2015175675.tif 000004
【図３】
2015175675.tif 000005
【図４】
2015175675.tif 000006
【図５】
2015175675.tif 000007
【図６】
2015175675.tif 000008
【図７】
2015175675.tif 000009
【図８】
2015175675.tif 000010