(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
土砂内に敷設された光ファイバセンサに入力する第１のパルス光を発生する第１のパルス光発生手段と、
前記光ファイバセンサに第１のパルス光を入力したときに前記光ファイバセンサから出力される光を検出する第１の光検出手段と、
土砂内に敷設された光ファイバセンサに入力する第２のパルス光を発生する第２のパルス光発生手段と、
前記光ファイバセンサに第２のパルス光を入力したときに前記光ファイバセンサから出力される光を検出する第２の光検出手段と、
前記第１の光検出手段からの出力信号に基づいて前記光ファイバセンサの各位置における温度を算出し、前記第１のパルス光が入力される光ファイバセンサが敷設される土砂内の温度に関する基準温度データを用いて前記算出された各位置の温度を修正し、前記修正された温度を予め決められた第１の閾値と比較し、この比較結果に基づいて前記光ファイバセンサの各位置における土砂温度の異常の有無を判定し、また、前記第２の光検出手段からの出力信号に基づいて前記光ファイバセンサの各位置における歪み量を算出し、前記算出された各位置の歪み量を予め決められた第２の閾値と比較し、この比較結果に基づいて前記光ファイバセンサの各位置における土砂移動の異常の有無を判定する中央処理手段と、
前記中央処理手段の判定結果に基づく情報を出力する情報出力手段と
を有することを特徴とする土砂異常検出装置。
【請求項２】
前記土砂内の温度に関する基準温度データが、
土砂内の位置別及び季節別の温度データ、
土砂内の位置別及び月別の温度データ、及び、
土砂内の位置別及び日別の温度データ
のうちの少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項１に記載の土砂異常検出装置。
【請求項３】
前記土砂内の温度に関する基準温度データが、土砂異常検出装置起動の後に外部から供給されるデータであることを特徴とする請求項１又は２のいずれかに記載の土砂異常検出装置。
【請求項４】
前記土砂内の温度に関する基準温度データが、予め保持していたデータテーブルのデータであることを特徴とする請求項１から３までのいずれかに記載の土砂異常検出装置。
【請求項５】
前記第１のパルス光が入力される光ファイバセンサ及び前記第２のパルス光が入力される光ファイバセンサが共通の光ファイバセンサであり、
前記光ファイバセンサに、前記第１のパルス光発生手段及び前記第１の光検出手段を接続するか、又は、前記第２のパルス光発生手段及び前記第２の光検出手段を接続するかの切替えを行う切替手段を有する
ことを特徴とする請求項１から４までのいずれかに記載の土砂異常検出装置。
【請求項６】
前記第１のパルス光が入力される光ファイバセンサ及び前記第２のパルス光が入力される光ファイバセンサが、土砂内のほぼ同じ位置に敷設された別個の光ファイバセンサであることを特徴とする請求項１から４までのいずれかに記載の土砂異常検出装置。
【請求項７】
前記第１のパルス光が入力される光ファイバセンサ及び前記第２のパルス光が入力される光ファイバセンサが共通の光ファイバセンサであり、
前記光ファイバセンサの一方の端部に前記第１のパルス光発生手段及び前記第１の光検出手段を接続し、
前記光ファイバセンサの他方の端部に前記第２のパルス光発生手段及び前記第２の光検出手段を接続した
ことを特徴とする請求項１から４までのいずれかに記載の土砂異常検出装置。
【請求項８】
前記光ファイバセンサが異なる位置に複数本敷設されており、
前記第１のパルス光発生手段及び前記第１の光検出手段、又は、前記第２のパルス光発生手段及び前記第２の光検出手段を、前記複数本の光ファイバセンサのいずれかに選択的に接続する選択手段を有する
ことを特徴とする請求項１から７までのいずれかに記載の土砂異常検出装置。
【請求項９】
前記第１の閾値が、土砂内の位置別に決められており、
前記第２の閾値が、土砂内の位置別に決められている
ことを特徴とする請求項１から８までのいずれかに記載の土砂異常検出装置。
【請求項１０】
前記第１の閾値及び前記第２の閾値が、土砂異常検出装置起動の後に外部から供給されることを特徴とする請求項１から９までのいずれかに記載の土砂異常検出装置。
【請求項１１】
前記第１の閾値及び前記第２の閾値が、予め保持していたデータテーブルのデータに基づく値であることを特徴とする請求項１から９までのいずれかに記載の土砂異常検出装置。
【請求項１２】
前記中央処理手段が、温度の計測及び歪みの計測のそれぞれを所定の周期で繰り返し実行することを特徴とする請求項１から１１までのいずれかに記載の土砂異常検出装置。
【請求項１３】
前記中央処理手段が、計測された温度の下降率を算出し、この温度の下降率を予め決められた第３の閾値と比較した結果に基づいて土砂温度下降率の異常の有無を判定することを特徴とする請求項１から１２までのいずれかに記載の土砂異常検出装置。
【請求項１４】
前記中央処理手段が、計測された歪みの上昇率を算出し、この歪みの上昇率を予め決められた第４の閾値と比較した結果に基づいて土砂歪み上昇率の異常の有無を判定することを特徴とする請求項１から１３までのいずれかに記載の土砂異常検出装置。
【請求項１５】
前記中央処理手段による温度判定、歪み判定、温度下降率判定、及び歪み上昇率判定のいずれかにおいて異常有りと判定された場合に、異常有りと判定された位置に関して、温度及び歪みの計測の周期を短縮することを特徴とする請求項１から１４までのいずれかに記載の土砂異常検出装置。
【請求項１６】
前記中央処理手段が、前記第１の光検出手段及び前記第２の光検出手段のいずれかの出力に基づいて前記光ファイバセンサの切断発生及び切断の位置を検出し、前記光ファイバセンサの切断が検出されたときに土砂災害の発生及び発生位置に関する情報を出力することを特徴とする請求項１から１５までのいずれかに記載の土砂異常検出装置。
【請求項１７】
光ファイバセンサと、
この光ファイバセンサに接続されており、前記請求項１から１６までのいずれか一つと同じ構成を持つ土砂異常検出装置、
前記土砂異常検出装置から出力された情報を受け取る土砂異常監視装置と
を有することを特徴とする土砂異常検出システム。
【請求項１８】
前記土砂異常監視装置が、
前記土砂内の温度に関する基準温度データを保持する第１のデータテーブルと、
前記第１の閾値に関するデータを保持する第２のデータテーブルと、
前記第２の閾値に関するデータを保持する第３のデータテーブルと
を有することを特徴とする請求項１７に記載の土砂異常検出システム。
【請求項１９】
土砂内に敷設された光ファイバセンサに第１のパルス光を入力したときに前記光ファイバセンサから出力される光を検出することによって、前記光ファイバセンサの各位置における温度を算出する工程と、
前記光ファイバセンサに第２のパルス光を入力したときに前記光ファイバセンサから出力される光を検出することによって、前記光ファイバセンサの各位置における歪み量を算出する工程と、
光ファイバセンサが敷設される土砂内の温度に関する基準温度データを用いて前記算出された各位置の温度を修正し、前記修正された温度を予め決められた第１の閾値と比較し、この比較結果に基づいて前記光ファイバセンサの各位置における土砂温度の異常の有無を判定する工程と、
計測された各位置の歪み量を予め決められた第２の閾値と比較し、この比較結果に基づいて前記光ファイバセンサの各位置における土砂移動の異常の有無を判定する工程と、
前記判定結果に基づく情報を出力する工程と
を有することを特徴とする土砂異常検出方法。
【請求項２０】
前記土砂内の温度に関する基準温度データが、
土砂内の位置別及び季節別の温度データ、
土砂内の位置別及び月別の温度データ、及び、
土砂内の位置別及び日別の温度データ
のうちの少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項１９に記載の土砂異常検出方法。
【請求項２１】
前記第１の閾値が、土砂内の位置別に決められており、
前記第２の閾値が、土砂内の位置別に決められている
ことを特徴とする請求項１９又は２０のいずれかに記載の土砂異常検出方法。
【請求項２２】
前記温度を計測する工程及び前記歪みを計測する工程のそれぞれを所定の周期で繰り返し実行することを特徴とする請求項１９から２１までのいずれかに記載の土砂異常検出方法。
【請求項２３】
計測された温度の下降率を算出し、この温度の下降率を予め決められた第３の閾値と比較した結果に基づいて土砂温度の下降率の異常の有無を判定する工程を有することを特徴とする請求項１９から２２までのいずれかに記載の土砂異常検出方法。
【請求項２４】
計測された歪みの上昇率を算出し、この歪みの上昇率を予め決められた第４の閾値と比較した結果に基づいて土砂歪みの上昇率の異常の有無を判定する工程を有することを特徴とする請求項１９から２３までのいずれかに記載の土砂異常検出方法。
【請求項２５】
前記温度の異常の有無を判定する工程、前記歪みの異常の有無を判定する工程、前記温度下降率の異常の有無を判定する工程、及び前記歪み上昇率の異常の有無を判定する工程のいずれかにおいて、異常有りと判定された位置に関して、温度及び歪みの計測の周期を短縮することを特徴とする請求項１９から２４までのいずれかに記載の土砂異常検出方法。
【請求項２６】
前記光ファイバセンサの切断発生及び切断の位置を検出する工程と、
前記光ファイバセンサの切断が検出されたときに土砂災害が発生したこと及び発生位置に関する情報を出力する工程と
を有することを特徴とする請求項１９から２５までのいずれかに記載の土砂異常検出方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、道路脇の則面（傾斜面）や河川の堤防（土手）等のような土砂内に敷設された光ファイバセンサの各位置の温度（土砂内の水分量の増加に対応して低下する指標）及び歪み量（土砂の移動量の増加に対応して増加する指標）を計測することにより、土砂異常（土砂災害の前兆とみなすことができる現象）を検出する土砂異常検出装置、土砂異常検出システム、及び土砂異常検出方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
道路脇の則面の崩落や河川の堤防の決壊のような土砂災害の発生及び発生位置を十分に早い時期に高い精度で予測できれば、被害を最小限に食い止めることができる。現在の土砂災害の予測は、監視員による対象区域の目視、監視カメラによる対象区域の観察、市民からの土砂異常（例えば、異常音の発生、落石の発生、ひび割れの発生、水の流れの発生等）の通報が主である。また、近年、土砂内に敷設された光ファイバ歪みセンサを用いて土砂の移動の監視に用いる提案がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記した従来の光ファイバ歪みセンサを用いたシステムでは、実際に土砂の移動（又は土砂表面の膨張）が生じて光ファイバ歪みセンサに歪みを生じさせなければ何も検出できず、土砂の移動が生じる前の土砂異常（例えば、土砂災害を誘発する要因となる土中水分の移動又は増加）は検出できない。このため、土砂災害が発生するよりも十分に早い時期に土砂災害の発生を予測できないおそれがある。
【０００４】
そこで、本発明は上記したような従来技術の課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、土砂移動が発生する前の土砂異常を検出できるようにすることによって、土砂災害が発生する可能性の高い箇所を早い時期に且つ高い精度で検出することができる土砂異常検出装置、土砂異常検出システム、及び土砂異常検出方法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る土砂異常検出装置は、
土砂内に敷設された光ファイバセンサに入力する第１のパルス光を発生する第１のパルス光発生手段と、
前記光ファイバセンサに第１のパルス光を入力したときに前記光ファイバセンサから出力される光を検出する第１の光検出手段と、
土砂内に敷設された光ファイバセンサに入力する第２のパルス光を発生する第２のパルス光発生手段と、
前記光ファイバセンサに第２のパルス光を入力したときに前記光ファイバセンサから出力される光を検出する第２の光検出手段と、
前記第１の光検出手段からの出力信号に基づいて前記光ファイバセンサの各位置における温度を算出し、前記第１のパルス光が入力される光ファイバセンサが敷設される土砂内の温度に関する基準温度データを用いて前記算出された各位置の温度を修正し、前記修正された温度を予め決められた第１の閾値と比較し、この比較結果に基づいて前記光ファイバセンサの各位置における土砂温度の異常の有無を判定し、また、前記第２の光検出手段からの出力信号に基づいて前記光ファイバセンサの各位置における歪み量を算出し、前記算出された各位置の歪み量を予め決められた第２の閾値と比較し、この比較結果に基づいて前記光ファイバセンサの各位置における土砂移動の異常の有無を判定する中央処理手段と、
前記中央処理手段の判定結果に基づく情報を出力する情報出力手段と
を有することを特徴としている。
【０００６】
また、前記土砂内の温度に関する基準温度データが、土砂内の位置別及び季節別の温度データ、土砂内の位置別及び月別の温度データ、及び、土砂内の位置別及び日別の温度データのうちの少なくとも一つを含むことが好ましい。
【０００７】
また、前記土砂内の温度に関する基準温度データは、土砂異常検出装置が起動した後に外部から供給されるデータとすることができ、又は、予め保持していたデータテーブルのデータとすることもできる。
【０００８】
また、前記第１のパルス光が入力される光ファイバセンサ及び前記第２のパルス光が入力される光ファイバセンサを共通の光ファイバセンサとし、前記光ファイバセンサに、前記第１のパルス光発生手段及び前記第１の光検出手段を接続するか、又は、前記第２のパルス光発生手段及び前記第２の光検出手段を接続するかの切替えを行う切替手段を備えてもよい。
【０００９】
また、前記第１のパルス光が入力される光ファイバセンサ及び前記第２のパルス光が入力される光ファイバセンサを、土砂内のほぼ同じ位置に敷設された別個の光ファイバセンサとすることもできる。
【００１０】
また、前記第１のパルス光が入力される光ファイバセンサ及び前記第２のパルス光が入力される光ファイバセンサが共通の光ファイバセンサとし、前記光ファイバセンサの一方の端部に前記第１のパルス光発生手段及び前記第１の光検出手段を接続し、前記光ファイバセンサの他方の端部に前記第２のパルス光発生手段及び前記第２の光検出手段を接続してもよい。
【００１１】
また、前記光ファイバセンサを異なる位置に複数本敷設し、前記第１のパルス光発生手段及び前記第１の光検出手段、又は、前記第２のパルス光発生手段及び前記第２の光検出手段を、前記複数本の光ファイバセンサのいずれかに選択的に接続する選択手段を備えてもよい。
【００１２】
また、前記第１の閾値を、土砂内の位置別に決め、前記第２の閾値を、土砂内の位置別に決めてもよい。
【００１３】
また、前記第１の閾値及び前記第２の閾値を、土砂異常検出装置起動の後に外部から供給するようにしてもよく、又は、予め保持していたデータテーブルのデータに基づく値としてもよい。
【００１４】
また、温度の計測及び歪みの計測のそれぞれを所定の周期で繰り返し実行するように構成することが好ましい。
【００１５】
また、計測された温度の下降率を算出し、この温度の下降率を予め決められた第３の閾値と比較した結果に基づいて土砂温度下降率の異常の有無を判定するようにしてもよい。
【００１６】
また、計測された歪みの上昇率を算出し、この歪みの上昇率を予め決められた第４の閾値と比較した結果に基づいて土砂歪み上昇率の異常の有無を判定するようにしてもよい。
【００１７】
また、前記中央処理手段による温度判定、歪み判定、温度下降率判定、及び歪み上昇率判定のいずれかにおいて異常有りと判定された場合に、異常有りと判定された位置に関して、温度及び歪みの計測の周期を短縮するようにしてもよい。
【００１８】
また、前記第１の光検出手段及び前記第２の光検出手段のいずれかの出力に基づいて前記光ファイバセンサの切断発生及び切断の位置を検出し、前記光ファイバセンサの切断が検出されたときに土砂災害の発生及び発生位置に関する情報を出力するように構成することが好ましい。
【００１９】
本発明に係る土砂異常検出システムは、光ファイバセンサと、前記土砂異常検出装置と、前記土砂異常検出装置から出力された情報を受け取る土砂異常監視装置とを有することを特徴としている。ここで、前記土砂異常監視装置は、前記土砂内の温度に関する基準温度データを保持する第１のデータテーブルと、前記第１の閾値に関するデータを保持する第２のデータテーブルと、前記第２の閾値に関するデータを保持する第３のデータテーブルとを有することができる。
【００２０】
本発明に係る土砂異常検出方法は、
土砂内に敷設された光ファイバセンサに第１のパルス光を入力したときに前記光ファイバセンサから出力される光を検出することによって、前記光ファイバセンサの各位置における温度を算出する工程と、
前記光ファイバセンサに第２のパルス光を入力したときに前記光ファイバセンサから出力される光を検出することによって、前記光ファイバセンサの各位置における歪み量を算出する工程と、
光ファイバセンサが敷設される土砂内の温度に関する基準温度データを用いて前記算出された各位置の温度を修正し、前記修正された温度を予め決められた第１の閾値と比較し、この比較結果に基づいて前記光ファイバセンサの各位置における土砂温度の異常の有無を判定する工程と、
計測された各位置の歪み量を予め決められた第２の閾値と比較し、この比較結果に基づいて前記光ファイバセンサの各位置における土砂移動の異常の有無を判定する工程と、
前記判定結果に基づく情報を出力する工程と
を有することを特徴としている。
【００２１】
【発明の実施の形態】
第１の実施形態
図１は、本発明の第１の実施形態に係る土砂異常検出システム（第１の実施形態に係る土砂異常検出装置を含むシステムであり、第１の実施形態に係る土砂異常検出方法を実施するシステムである。）の構成を概略的に示すブロック図である。
【００２２】
図１に示されるように、第１の実施形態に係る土砂異常検出システムは、光ファイバセンサ１と、光ファイバセンサ１に接続された光ファイバ温度・歪み計測器（土砂異常検出装置）２と、光ファイバ温度・歪み計測器２に通信回線等を介して接続された土砂異常監視装置３とを有している。
【００２３】
光ファイバセンサ１は、土砂内の決められた位置に敷設される。光ファイバセンサ１は、例えば、土手の長手方向に延びるように土中に埋設される。ただし、光ファイバセンサ１の敷設形態は、上記した例に限定されず、土砂の形状、土砂を構成する土の成分、土砂表面の崩壊防止設備、平均降雨量等の気象条件、土砂周辺の環境、土砂崩壊に伴う災害の規模等の各種要因に基づいて決定すればよい。光ファイバセンサ１は、光ファイバ温度センサ及び光ファイバ歪みセンサとして使用される。第１の実施形態における光ファイバセンサ１は、シングルエンド型の光ファイバケーブルである。また、第１の実施形態における光ファイバセンサ１の敷設本数は１本である。ただし、光ファイバセンサ１は、ループ型であってもよく、敷設本数も１本に限定されない。なお、「土砂」とは、例えば、道路脇の則面（傾斜面）、河川の堤防（土手又は盛土）、トンネルの天井・壁等の崩落の可能性のある構造物である。「土砂」には、水分の侵入のおそれ、及び、崩壊・移動等のおそれある全ての箇所を含む。「土砂」には、山の斜面（土、砂、石、岩等からなる）のような自然の堆積構造、及び、土やコンクリート等からなる人工的な構造物の両方を含む。
【００２４】
光ファイバ温度・歪み計測器２は、光ファイバセンサ１の各位置における温度及び光ファイバセンサ１の各位置における歪みを計測する。温度の計測位置及び歪みの計測位置は、光ファイバセンサ１の任意の位置に設定できる。温度の計測位置及び歪みの計測位置は、光ファイバセンサ１の同じ位置に設定することも異なる位置にも設定できるが、通常は、同じ位置に設定する。
【００２５】
光ファイバ温度・歪み計測器２は、季節別位置別の基準温度から計測温度を差し引いた値を温度判定用閾値と比較することによって、光ファイバセンサ１の各位置（即ち、光ファイバセンサ１の各位置の周辺の土砂）における温度の異常な低下（土砂内の水分量の異常な増加を示す現象であり、計測温度が０℃に近ければ土砂内の氷塊部の発生を示す現象である。）の有無を判定する。また、光ファイバ温度・歪み計測器２は、計測された歪み量を歪み判定用閾値と比較することによって、光ファイバセンサ１の各位置における歪みの異常な増加（土砂の移動量（又は土砂表面の膨張量）の異常な増加を示す現象）の有無を判定する。また、光ファイバ温度・歪み計測器２は、光ファイバセンサ１の各位置の温度下降率が異常に大きくなる状態（土砂内の水分量の急激な増加を示す現象）及び光ファイバセンサ１の各位置の歪み上昇率が異常に大きくなる状態（土砂の速い移動を示す現象）を判定できるように構成することもできる。また、光ファイバ温度・歪み計測器２は、光ファイバセンサ１の切断の発生及び発生位置（土砂災害が発生したことを示す現象）を検出できる。
【００２６】
光ファイバ温度・歪み計測器２は、例えば、光ファイバセンサ１が敷設された地域に近い場所（河川堤防近くの観測小屋内等）に設置される。土砂異常監視装置３は、例えば、光ファイバ温度・歪み計測器２の設置場所から離れた監視員が常駐する観測施設等に設置される。この場合、光ファイバ温度・歪み計測器２（複数台の場合もある）と土砂異常監視装置３とは、通信回線等により接続される。ただし、光ファイバ温度・歪み計測器２及び土砂異常監視装置３の設置場所は、上記した例に限定されない。また、光ファイバ温度・歪み計測器２及び土砂異常監視装置３を同じ場所に設置する場合には、光ファイバ温度・歪み計測器２及び土砂異常監視装置３を一体的な構成の装置としてもよい。
【００２７】
図１に示されるように、土砂異常監視装置３は、季節別位置別基準温度テーブル３１と、温度判定用閾値テーブル３２と、歪み判定用閾値テーブル３３と、表示部３４とを有する。季節別位置別基準温度テーブル３１が保持する基準温度データは、土砂内の位置別及び季節別（時期別）の温度（実測値）に基づく基準温度データである。基準温度データは、季節（四季）別ではなく、月（１月〜１２月）別の温度データ、及び、日（１月１日〜１２月３１日）別の温度データとしてもよい。温度判定用閾値テーブル３２及び歪み判定用閾値テーブル３３はそれぞれ、位置別の温度閾値及び歪み閾値を格納する。また、温度判定用閾値テーブル３２及び歪み判定用閾値テーブル３３が格納する位置別の温度閾値及び歪み閾値を、さらに季節別、月別、又は日別に異なる値に設定してもよい。また、土砂異常監視装置３は、位置別（又は、季節別位置別）に設定された温度下降率判定用閾値を格納する温度下降率判定用閾値テーブル（図示せず）と、位置別（又は、季節別位置別）に設定された歪み上昇率判定用閾値を格納する歪み上昇率判定用閾値テーブル（図示せず）とを有するように構成してもよい。
【００２８】
また、図１に示されるように、光ファイバ温度・歪み計測器２は、温度計測用パルス光発生部１１と、温度計測用光検出部１２と、歪み計測用パルス光発生部１３と、歪み計測用光検出部１４と、光スイッチ１５と、中央処理部１６と、管理情報記憶部１７と、計測情報記憶部１８と、受信処理部１９と、送信処理部２０とを有する。
【００２９】
温度計測用パルス光発生部１１は、光ファイバセンサ１に入力する第１のパルス光（レーザパルス光）を発生する。温度計測用光検出部１２は、温度計測用パルス光発生部１１で発生した第１のパルス光を光ファイバセンサ１に入力したときに光ファイバセンサ１から出力される戻り光（例えば、ブリルアン散乱光又はラマン散乱光）を検出する。また、温度計測用パルス光発生部１１からの第１のパルス光を光スイッチ１５に導き、光ファイバセンサ１からの戻り光を温度計測用光検出部１２に導く素子としては、光サーキュレータ（図示せず）を用いることができる。
【００３０】
歪み計測用パルス光発生部１３は、光ファイバセンサ１に入力する第２のパルス光（レーザパルス光）を発生する。歪み計測用光検出部１４は、歪み計測用パルス光発生部１３で発生した第２のパルス光を光ファイバセンサ１に入力したときに光ファイバセンサ１から出力される戻り光（例えば、ブリルアン散乱光）を検出する。また、歪み計測用パルス光発生部１３からの第２のパルス光を光スイッチ１５に導き、光ファイバセンサ１からの戻り光を歪み計測用光検出部１４に導く素子としては、光サーキュレータ（図示せず）を用いることができる。
【００３１】
光スイッチ１５は、光ファイバセンサ１に、温度測定用パルス光発生部１１及び温度計測用光検出部１２、又は、歪み計測用パルス光発生部１３及び歪み計測用光検出部１４のいずれかを接続するための切替えを行う。
【００３２】
中央処理部１６は、温度計測用光検出部１２からの出力信号に基づいて、光ファイバセンサ１の各位置における温度及びその温度が計測された位置を計測する。光ファイバセンサ１の各位置の温度は、例えば、後方散乱光であるブリルアン散乱光の強度に基づいて計測される。また、光ファイバセンサ１の各位置（温度計測用パルス光発生部１１から温度計測箇所までの距離）は、後方散乱光の戻り時間（第１のパルス光を出力してから当該第１のパルス光の後方散乱光を検出するまでの時間）及び光ファイバセンサ１中の光速から算出される。光ファイバセンサ１の各位置における温度は、土砂内の水分量の増加に対応して低下する指標として土砂異常の判定に用いることができる。
【００３３】
また、中央処理部１６は、光ファイバセンサ１の各位置についての温度下降率を算出することもできる。温度下降率の算出は、複数回の温度計測値及び温度の検出時刻（検出時間の間隔）を用いて行われる。光ファイバセンサ１の各位置における温度下降率は、土砂内の水分量の増加率に対応する指標として土砂異常の判定に用いることができる。
【００３４】
また、中央処理部１６は、歪み計測用光検出部１４からの出力信号に基づいて、光ファイバセンサ１の各位置における歪み量及びその歪み量が計測された位置を計測する。光ファイバセンサ１の各位置の歪み量は、例えば、後方散乱光であるブリルアン散乱光の強度の周波数分布を解析することによって求められる。また、光ファイバセンサ１の各位置（歪み計測用パルス光発生部１３から歪み計測箇所までの距離）は、後方散乱光の戻り時間（第２のパルス光を出力してから当該第２のパルス光の後方散乱光を検出するまでの時間）及び光ファイバセンサ１中の光速から算出される。光ファイバセンサ１の各位置における歪み量は、土砂の移動量の増加（又は土砂表面の膨張量の増加）に対応して増加する指標として、土砂異常の判定に用いることができる。
【００３５】
また、中央処理部１６は、光ファイバセンサ１の各位置についての歪み上昇率を算出することもできる。歪み上昇率の算出は、複数回の歪み量の計測値及び歪みの検出時刻（検出時間の間隔）を用いて行われる。光ファイバセンサ１の各位置における歪み上昇率は、土砂の移動速度に対応する指標として、土砂異常の判定に用いることができる。
【００３６】
さらに、中央処理部１６は、温度計測用光検出部１２又は歪み計測用光検出部１４からの出力信号に基づいて光ファイバセンサ１の切断発生及び切断位置を観測する。切断発生は、第１又は第２のパルス光を発生してから温度計測用光検出部１２又は歪み計測用光検出部１４により戻り光が検出されるまでの時間（戻り時間）を解析することにより検知され、切断位置は、戻り時間と光ファイバセンサ１内の光速から算出される。
【００３７】
管理情報記憶部１７は、土砂異常監視装置３の季節別位置別基準温度テーブル３１から受け取った基準温度データ、土砂異常監視装置３の温度判定用閾値テーブル３２から受け取った温度判定用閾値、及び土砂異常監視装置３の歪み判定用閾値テーブル３３から受け取った歪み判定用閾値を格納する。また、中央処理部１６が温度下降率の判定及び歪み上昇率の判定を行う場合には、管理情報記憶部１７は、土砂異常監視装置３の温度下降率判定用閾値テーブル（図示せず）から受け取った温度下降率判定用閾値と、土砂異常監視装置３の歪み上昇率判定用閾値テーブル（図示せず）から受け取った歪み上昇率判定用閾値とを格納する。管理情報記憶部１７は、上記格納データを、例えば、土砂異常検出システムの起動時（又は起動毎）に土砂異常監視装置３から受け取る。また、管理情報記憶部１７は、上記格納データを（例えば、季節別位置別基準温度テーブル３１から受け取る基準温度データ）を、光ファイバ温度・歪み計測器２に内蔵されている時計（図示せず）の日付情報に基づいて、自動的に（例えば、季節又は月が切り替わる時点で）、土砂異常監視装置３から取り込むことによって更新するようにすることが望ましい。
【００３８】
計測情報記憶部１８は、中央処理部１６が算出した光ファイバセンサ１の各位置の温度、光ファイバセンサ１の各位置の歪み量、光ファイバセンサ１の各位置の温度の判定結果、光ファイバセンサ１の各位置の歪み量の判定結果を記憶する。また、温度下降率の判定及び歪み上昇率の判定を行う場合には、計測情報記憶部１８は、中央処理部１６が算出した光ファイバセンサ１の各位置の温度下降率、光ファイバセンサ１の各位置の歪み上昇率、光ファイバセンサ１の各位置の温度下降率の判定結果、及び光ファイバセンサ１の各位置の歪み上昇率の判定結果を記憶する。さらにまた、光ファイバセンサ１の切断情報及び切断位置を観測する場合には、計測情報記憶部１８は光ファイバセンサ１のファイバ切断情報及び切断位置を格納する。
【００３９】
受信処理部１９は、土砂異常監視装置３からの情報を受信して管理情報記憶部１７に格納させる。送信処理部２０は、中央処理部１６によって指示された情報及び計測情報記憶部１８に格納されている情報を土砂異常監視装置３に送信する。送信情報としては、計測された温度、温度異常発生箇所、計測された歪み量、歪み異常発生箇所、光ファイバセンサ１の切断発生情報、及び切断箇所が含まれる。また、温度下降率の判定及び歪み上昇率の判定を行う場合には、送信情報としては、温度下降率、温度下降率異常の発生箇所、歪み上昇率、歪み上昇率異常の発生箇所を含む。
【００４０】
次に、上記構成を有する第１の実施形態に係る土砂異常検出システムの動作を説明する。
【００４１】
先ず、土砂内に敷設された光ファイバセンサ１に温度計測用パルス光発生部１１により第１のパルス光を入力し、このときに光ファイバセンサ１から出力される後方散乱光を温度計測用光検出部１２により検出する。中央処理部１６は、温度計測用光検出部１２からの検出信号を解析することによって、光ファイバセンサ１の各位置における温度を計測する。温度計測位置は光ファイバセンサ１の任意の位置に定めることができるが、通常は、光ファイバセンサ１の基準とする位置から５ｍ間隔の位置とする。
【００４２】
次に、中央処理部１６からの指令に基づいて、光スイッチ１５が切り替わり、光ファイバセンサ１に歪み計測用パルス光発生部１３により第２のパルス光を入力し、このときに光ファイバセンサ１から出力される後方散乱光を歪み計測用光検出部１４により検出する。中央処理部１６は、歪み計測用光検出部１４からの検出信号を解析することによって、光ファイバセンサ１の各位置における歪み量を計測する。歪み計測位置は光ファイバセンサ１の任意の位置に定めることができるが、通常は、温度計測位置と同じ位置である。
【００４３】
上記した温度計測及び歪み計測は、光スイッチ１５を切り替えながら所定の周期で繰り返し行われる。計測周期は、自由に定めることができるが、通常は、３０分間隔又は１時間間隔である。また、計測位置の間隔や計測周期は、気象条件に応じて切り替えてもよい。例えば、大雨時（天気予報及び降水量予報等、又は、実際の天気及び観測された降水量等）や、所定の震度を超える地震の直後に計測位置の間隔を狭めたり、計測周期を短くしたりしてもよい。また、大雨時には、温度の計測周期を短くし又は計測位置の間隔を狭くし、地震の直後には歪みの計測周期を短くし又は歪みの計測位置の間隔を狭くするように、予測される気象条件等又は観測された気象条件等に応じた最適な測定環境を選択できるようにしてもよい。さらに、上記した測定環境の切替えを、操作員の操作により行う他、気象情報や地震情報等に連動して自動的に切り替わるように構成してもよい。
【００４４】
次に、中央処理部１６は、土砂異常監視装置３の管理情報記憶部１７に格納された季節別位置別温度に関する基準温度データを用いて、計測された各位置の温度を修正する。修正は、基準温度から計測温度を差し引いて温度変動値を算出することによって行われる。土砂異常監視装置３の季節別位置別基準温度テーブル３１の簡素化された例（計測地点を１０点とした場合）を表１に示す。
【００４５】
【表１】
0004027107.tif 000002
【００４６】
また、管理情報記憶部１７に格納された季節別位置別温度に関する基準温度データの簡素化された例（計測が５月に行われた場合）を表２に示す。
【００４７】
【表２】
0004027107.tif 000003
【００４８】
また、修正された各位置の温度データ（計測温度から基準温度を差し引いた値）の簡素化された例を表３に示す。
【００４９】
【表３】
0004027107.tif 000004
【００５０】
そして、修正された温度を予め決められた第１の閾値と比較し、この比較結果に基づいて各位置における土砂温度の異常の有無を判定する。予め決められた第１の閾値の具体例及び土砂温度の異常の有無の判定結果の簡素化された例を表４に示す。
【００５１】
【表４】
0004027107.tif 000005
【００５２】
次に、中央処理部１６は、計測された光ファイバセンサ１の各位置の歪み量を、管理情報記憶部１７に格納された歪み判定用閾値と比較し、歪み量が歪み判定用閾値を超えたときに歪み異常有り（即ち、土砂に既定値を超える移動があった）と判定する。
【００５３】
次に、中央処理部１６は、計測された温度の下降率を求め、この温度の下降率を予め決められた温度下降率判定用閾値と比較した結果に基づいて土砂温度の下降率の異常の有無を判定する。また、計測された歪みの上昇率を求め、この歪みの上昇率を予め決められた歪み上昇率判定用閾値と比較した結果に基づいて歪み上昇率の異常の有無を判定する。ただし、温度下降率の判定及び歪み上昇率の判定を採用するか否かは、任意であり、省略することも可能である。温度下降率及び歪み上昇率の計測位置を、例えば、温度又は歪みの異常判定がなされた位置のみにする、又は、気象条件などの他の条件を考慮して変化させるようにしてもよい。さらに、中央処理部１６は、温度、歪み、温度下降率、及び歪み上昇率のいずれかに異常が有ると判定した場合に、異常有りと判定された位置に関して、温度及び歪みの計測の周期並びに温度下降率及び歪み上昇率の計測の周期を短くするようにしてもよい。また、上記判定結果に基づいて各計測位置における危険度をランク付けして出力するようにしてもよい。例えば、異常判定の組み合わせに応じて、以下のような、最も低い危険度▲１▼から最も高い危険度▲８▼までの危険度情報を出力するようにしてもよい。
危険度▲１▼：温度異常のみ
危険度▲２▼：温度異常＋温度上昇率異常
危険度▲３▼：歪み異常のみ
危険度▲４▼：温度異常＋歪み異常
危険度▲５▼：温度異常＋温度上昇率異常＋歪み異常
危険度▲６▼：歪み異常＋歪み上昇率異常
危険度▲７▼：温度異常＋歪み異常＋歪み上昇率異常
危険度▲８▼：温度異常＋温度上昇率異常＋歪み異常＋歪み上昇率異常
ただし、危険度の決め方は、土砂の形状、土の成分等のような各種要因に応じて適切に設定すればよい。
【００５４】
また、中央処理部１６は、光ファイバセンサ１の切断発生が検出された場合には、切断発生と切断の位置（土砂災害が発生したこと及び発生位置）を検知し、切断発生と切断の位置に関する情報を出力する。
【００５５】
温度、温度異常発生箇所、歪み、歪み異常発生箇所、光ファイバセンサ１の切断発生、切断箇所の位置、温度下降率、温度下降率異常の発生箇所、歪み上昇率、歪み上昇率異常の発生箇所等の各種計測情報及び判定結果は、計測情報記憶部１８に記憶され、所定のタイミングで（例えば、１回又は所定回数の計測及び判定を終了する度に、又は、所定の時間間隔で）、土砂異常監視装置３に送信される。土砂異常監視装置３は、異常発生等の重要な情報を表示部３４（例えば、コンピュータのモニタ画面）に表示させたり、警報音や警報ランプで監視員に通知する。
【００５６】
以上に説明したように、第１の実施形態に係る土砂異常検出システムによれば、光ファイバセンサ１を用いて計測された温度に基づいて土砂災害を誘発する要因となる土中水分の移動又は増加（土中水分の挙動）を検出しているので、実際に土砂の移動が生じなければ何も検出できない従来の検出装置に比べ、早い時期に土砂異常を検出でき、その結果、早い時期に土砂災害の発生を予測できる。
【００５７】
また、第１の実施形態に係る土砂異常検出システムによれば、光ファイバセンサ１を用いて計測された温度に加え、温度が計測された位置と同じ又は近傍位置の歪みを計測すること（複合検知）によって、土中水分の移動又は増加（土中水分の挙動）及び土砂の移動量（土砂の挙動）の両方を土砂異常検出の判断材料としているので、いずれか一方の判断材料に基づく土砂災害の予測に比べ、土砂災害発生の有無を高い精度で予測することができる。
【００５８】
さらに、第１の実施形態に係る土砂異常検出システムによれば、光ファイバセンサを用いて計測された温度を、位置別且つ時期別の基準温度データに基づいて修正することにより、測定位置や測定時期（季節等）が計測温度に与える影響を排除し、修正された温度に基づいて土砂異常の有無を判定しているので、土砂災害発生の有無を高い精度で予測することができる。
【００５９】
また、第１の実施形態に係る土砂異常検出システムによれば、土砂の温度及び歪み量に加え、土砂の温度下降率（土中水分の急激な増加を示す指標）をも土砂異常検出の判断材料としているので、土砂災害の有無を高い精度で予測することができる。
【００６０】
また、第１の実施形態に係る土砂異常検出システムによれば、土砂の温度及び歪み量に加え、土砂歪みの上昇率（土砂移動の速さを示す指標）をも土砂異常検出の判断材料としているので、土砂災害の有無を高い精度で予測することができる。
【００６１】
また、第１の実施形態に係る土砂異常検出システムによれば、光ファイバセンサの切断発生及び切断箇所を検出することにより、災害発生の予測機能に加え、発生した災害の通報機能をも兼ね備えることができる。
【００６２】
第２の実施形態
図２は、本発明の第２の実施形態に係る土砂異常検出システム（第２の実施形態に係る土砂異常検出装置を含むシステムであり、第２の実施形態に係る土砂異常検出方法を実施するシステムである。）の構成を概略的に示すブロック図である。図２において、図１と同一又は対応する構成には同じ符号を付す。
【００６３】
第２の実施形態に係る土砂異常検出システムは、それぞれが異なる位置に敷設された複数本（図２の簡素化された例においては、１０本）の光ファイバセンサ１ａ〜１ｊを有する点、及び、光ファイバ温度・歪み計測器２に接続される光ファイバセンサ１ａ〜１ｊを切り替える光ファイバセンサ切替用光スイッチ２２を有する点のみが、上記第１の実施形態の土砂異常検出システムと異なる。光ファイバセンサ１ａ〜１ｊを別々の場所に敷設することにより１台の光ファイバ温度・歪み計測器６１により複数の区域の土砂異常を検出することができる。
【００６４】
また、例えば、２本の光ファイバセンサを１組として並設し、各光ファイバセンサにより計測された温度及び歪み量を互いに比較し、この比較結果に基づいて計測された温度及び歪み量の扱いを決めるようにしてもよい。例えば、両者の値の差が大き過ぎる場合（いずれかの検出データが信頼できない場合）には、両者の値の差が大き過ぎるデータを無視するようにしてもよい。また、両者の値の平均値を、土砂異常の判定のために用いる温度及び歪み量としてもよい。なお、第２の実施形態において、上記以外の点は、上記第１の実施形態と同じである。
【００６５】
第３の実施形態
図３は、本発明の第３の実施形態に係る土砂異常検出システム（第３の実施形態に係る土砂異常検出装置を含むシステムであり、第３の実施形態に係る土砂異常検出方法を実施するシステムである。）の構成を概略的に示すブロック図である。図３において、図１と同一又は対応する構成には同じ符号を付す。
【００６６】
第３の実施形態に係る土砂異常検出システムは、並設された１対の光ファイバセンサ５１，５２を有する点、光ファイバセンサ５１を温度検出用パルス光発生部１１及び温度計測用光検出部１２に接続し、光ファイバセンサ５２を歪み検出用パルス光発生部１３及び歪み計測用光検出部１４に接続とした点が上記した第１の実施形態に係る土砂異常検出システムと相異する。この場合には、光ファイバセンサ５１として、図１と後方散乱光を測定する方式のものを採用することもでき、また、ファイバブラッググレーティング（ＦＢＧ）を所定間隔で備えたものを使用することができる。また、第３の実施形態に係る土砂異常検出システムにおいては、図１の光スイッチ１５が不要となるので、光ファイバ温度・歪み計測器６２の構成を簡略化できる。また、第３の実施形態に係る土砂異常検出システムにおいて、複数対の光ファイバセンサ５１，５２を敷設し、第２の実施形態に係る光ファイバセンサ切替用光スイッチ２２（図２）を用いて、切替可能に構成してもよい。なお、第３の実施形態において、上記以外の点は、上記第１又は第２の実施形態と同じである。
【００６７】
第４の実施形態
図４は、本発明の第４の実施形態に係る土砂異常検出システム（第４の実施形態に係る土砂異常検出装置を含むシステムであり、第４の実施形態に係る土砂異常検出方法を実施するシステムである。）の構成を概略的に示すブロック図である。図４において、図１と同一又は対応する構成には同じ符号を付す。
【００６８】
第４の実施形態に係る土砂異常検出システムは、光ファイバ温度・歪み計測器６３の管理情報記憶部１７が、季節別位置別基準温度テーブルと、温度判定用閾値テーブルと、歪み判定用閾値テーブルとを有する点が、上記第１の実施形態に係る土砂異常検出システムと相異する。また、第４の実施形態における管理情報記憶部１７を上記第１から第３までの土砂異常検出システムに適用してもよい。なお、第４の実施形態において、上記以外の点は、上記第１から第３までのいずれかの実施形態と同じである。
【００６９】
第５の実施形態
図５は、本発明の第５の実施形態に係る土砂異常検出システム（第５の実施形態に係る土砂異常検出装置を含むシステムであり、第５の実施形態に係る土砂異常検出方法を実施するシステムである。）の構成を概略的に示すブロック図である。図５において、図１と同一又は対応する構成には同じ符号を付す。
【００７０】
第５の実施形態に係る土砂異常検出システムは、光ファイバケーブル４１をループ状に敷設し、一方の端部を温度計測用パルス光発生部１１及び温度計測用光検出部１２に接続し、他方の端部を歪み計測用パルス光発生部１３及び歪み計測用光検出部１４に接続した点が上記第１の実施形態に係る土砂異常検出システムと相異する。また、図１の光スイッチ１５が不要となるので、光ファイバ温度・歪み計測器６４の構成を簡略化できる。また、第１の実施形態に係る土砂異常検出システムにおいては、光ファイバセンサ１の切断（災害発生箇所）は１箇所しか検出できないが、第５の実施形態に係る土砂異常検出システムによれば光ファイバセンサ１の切断（災害発生箇所）を２箇所まで検出できる。また、第４の実施形態における管理情報記憶部１７を第５の実施形態に係る土砂異常検出システムに適用してもよい。なお、第５の実施形態において、上記以外の点は、上記第１から第４までのいずれかの実施形態と同じである。
【００７１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る土砂異常検出装置、土砂異常検出システム、及び土砂災害検出方法によれば、光ファイバセンサを用いて計測された温度に基づいて土砂災害を誘発する要因となる土中水分の移動又は増加（土中水分の挙動）を検出しているので、実際に土砂の移動が生じなければ何も検出できない従来の検出装置に比べ、早い時期に土砂異常を検出でき、その結果、早い時期に土砂災害の発生を予測できるという効果がある。
【００７２】
また、本発明に係る土砂異常検出装置、土砂異常検出システム、及び土砂災害検出方法によれば、光ファイバセンサを用いて計測された温度に加え、温度が計測された位置と同じ又は近傍位置の歪みを計測すること（複合検知）によって、土中水分の移動又は増加（土中水分の挙動）及び土砂の移動量（土砂の挙動）の両方を土砂異常検出の判断材料としているので、いずれか一方の判断材料に基づく土砂災害の予測に比べ、土砂災害発生の有無を高い精度で予測することができるという効果がある。
【００７３】
さらに、本発明に係る土砂異常検出装置、土砂異常検出システム、及び土砂災害検出方法によれば、光ファイバセンサを用いて計測された温度を、位置別且つ時期別の基準温度データに基づいて修正することにより、測定位置や測定時期（季節）が計測温度に与える影響を排除し、修正された温度に基づいて土砂異常の有無を判定しているので、土砂災害発生の有無を高い精度で予測することができるという効果がある。
【００７４】
また、本発明に係る土砂異常検出装置、土砂異常検出システム、及び土砂災害検出方法によれば、土砂の温度及び歪み量に加え、土砂の温度下降率（土中水分の急激な増加を示す指標）をも土砂異常検出の判断材料としているので、土砂災害の有無を高い精度で予測することができる。
【００７５】
また、本発明に係る土砂異常検出装置、土砂異常検出システム、及び土砂災害検出方法によれば、土砂の温度及び歪み量に加え、土砂歪みの上昇率（土砂移動の速さを示す指標）をも土砂異常検出の判断材料としているので、土砂災害の有無を高い精度で予測することができる。
【００７６】
また、本発明に係る土砂異常検出装置、土砂異常検出システム、及び土砂災害検出方法によれば、光ファイバセンサの切断発生及び切断箇所を検出することにより、災害発生の予測機能に加え、発生した災害の通報機能をも兼ね備えることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第１の実施形態に係る土砂異常検出システムの構成を概略的に示すブロック図である。
【図２】  本発明の第２の実施形態に係る土砂異常検出システムの構成を概略的に示すブロック図である。
【図３】  本発明の第３の実施形態に係る土砂異常検出システムの構成を概略的に示すブロック図である。
【図４】  本発明の第４の実施形態に係る土砂異常検出システムの構成を概略的に示すブロック図である。
【図５】  本発明の第５の実施形態に係る土砂異常検出システムの構成を概略的に示すブロック図である。
【符号の説明】
１，１ａ〜１ｊ，４１，５１，５２  光ファイバセンサ
２，６１，６２，６３，６４  光ファイバ温度・歪み計測器（土砂異常検出装置）
３  土砂異常監視装置
１１  温度計測用パルス光発生部
１２  温度計測用光検出部
１３  歪み計測用パルス光発生部
１４  歪み計測用光検出部
１５  光スイッチ
１６  中央処理部
１７  管理情報記憶部
１８  計測情報記憶部
１９  受信処理部
２０  送信処理部
２２  光ファイバセンサ切替用光スイッチ
３１  季節別位置別基準温度テーブル
３２  温度判定用閾値テーブル
３３  歪み判定用閾値テーブル
３４  表示部
【図１】
0004027107.tif 000006
【図２】
0004027107.tif 000007
【図３】
0004027107.tif 000008
【図４】
0004027107.tif 000009
【図５】
0004027107.tif 000010