(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
斜面や崖等の被測定面の適宜箇所に設置された複数の送受信機と、
前記被測定面から所要距離をおいた測定側に設置された複数の送受信機と、前記被測定面又は前記測定側の近傍若しくはその他の適宜位置に設置された送受信機，データ記憶部，演算部，制御部を有する計測部とを備え、
前記測定側の送受信機の１つと前記被測定面の送受信機の１つとの複数の組合せの中から、前記計測部によって予め定められた順序にしたがって順次に一対の送受信機を選択し、該計測部の送受信機からのトリガー信号により前記一対の送受信機相互間で電磁波の送受信を行わしめ、該計測部は前記電磁波の送受信に要した伝搬時間を計測し、かつ該伝搬時間から前記一対の送受信機間の距離を求めて記憶せしめ、該距離計測動作を前記予め定められた順序にしたがって順次に前記測定側の送受信機と前記被測定面の送受信機との各一対相互間の距離を計測して、前記被測定面の測定点位置を記憶せしめ、
該計測部による前記測定側の送受信機と前記被測定面の送受信機との前記複数の組合せにおける各送受信機相互間の距離測定を、所要時間経過する毎に測定して記憶せしめ、該所要時間経過毎の前記被測定面の測定点位置の記憶データとを比較して、該記憶データの変化の有無及び変化の程度を測定して、前記被測定面の変位挙動を計測し、さらに、前記測定側の送受信機と前記被測定面の送受信機との役割を入れ替えて前記測定側の斜面の変位挙動も計測するようにした斜面等の変位計測方法。
【請求項２】
前記被測定面に設置された複数の送受信機の中から選択された複数対の送受信機相互間の距離を、前記計測部の送受信機から送信されるトリガー信号により、前記選択された送受信機に発生される電磁波の授受による伝搬時間を順次に前記計測部で計測し、該伝搬時間から前記被測定面の複数の所要の送受信機相互間の距離を求めるようにしてた請求項１に記載の斜面等の変位計測方法。
【請求項３】
前記計測部の送受信機，前記測定側の送受信機及び／又は前記被測定面の送受信機に温度センサーを設け、前記送受信機の設置箇所の温度を検出し、該検出温度情報を前記計測部の演算部に伝送して、前記測定距離を温度補正するようにした請求項１又は２に記載の斜面等の変位計測方法。
【請求項４】
前記計測部の送受信機，前記測定側の送受信機及び／又は前記被測定面の送受信機に湿度センサーを設け、前記送受信機の設置箇所の湿度を検出し、該検出湿度情報を前記計測部の演算部に伝送して、前記測定距離を湿度補正するようにした請求項１，２又は３に記載の斜面等の変位計測方法。
【請求項５】
前記計測部の送受信機に気圧センサーを設け、該計測部の気圧を検出して、前記測定距離を気圧補正するようにした請求項１，２，３又は４に記載の斜面等の変位計測方法。
【請求項６】
前記測定部に設置される送受信機及び前記測定側に設置される少なくとも１つの送受信機は、変位挙動が生じないように設置するようにした請求項１，２，３，４又は５に記載の斜面等の変位計測方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、斜面や崖、或いは地下空洞などの変位挙動を測定することにより、当該箇所の崩落等の予知の診断データとして供する斜面等の変位計測方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば水力発電設備としてのダムの建設地や山間部の道路建設などの調査、或いは既存のダムや山間部道路の保全管理等における、斜面や崖、或いは地下空洞（以下“斜面等”という）などの崩落等の防災調査には、崩落危険箇所の変位挙動が地盤の安定性と崩落予知の診断に重要である。この斜面等の変位を検出する方法として、所定位置から対象斜面等までの距離を測定してその変化（変位）を測定する方法である。即ち、任意の隔たった２点間の距離を測定する方法としては、レーダーで代表される電磁波を用いた計測方法、超音波を用いた距離計、或いは測距儀などがある。また、位置測定を行うシステムとしては、複数の衛星から時間情報を受信して位置解析を行うＧＰＳ計測などがある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述した従来の距離計測方法は２地点間の距離測定を対象としており、またＧＰＳによる位置測定方法は、特定地点の位置検出を目的としているものであり、本発明が目的とする斜面等の変位挙動を計測する場合、誤差は数１０ｍｍと大きく、かつグリッド配置（網目のような配置）による多点計測を行う場合は、設備費が多額となりコスト的に問題がある。
即ち、本発明の目的とする複数の２点間の距離を順次に正確に測定すると共に、当該複数の２点間の距離を所要の時間間隔をもって繰り返し計測し、複数の各２点間の距離の変化により変位挙動を計測するものには適しておらず、現実的にも斜面等の変位を計測する方法としては実現されていなかった。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明による斜面等の変位計測方法は、斜面や崖等の被測定面の適宜箇所に設置された複数の送受信機と、前記被測定面から所要距離をおいた測定側に設置された複数の送受信機と、前記被測定面又は前記測定側の近傍若しくはその他の適宜位置に設置された送受信機，データ記憶部，演算部，制御部を有する計測部とを備え、前記測定側の送受信機の１つと前記被測定面の送受信機の１つとの複数の組合せの中から、前記計測部によって予め定められた順序にしたがって順次に一対の送受信機を選択し、該計測部の送受信機からのトリガー信号により前記一対の送受信機相互間で電磁波の送受信を行わしめ、該計測部は前記電磁波の送受信に要した伝搬時間を計測し、かつ該伝搬時間から前記一対の送受信機間の距離を求めて記憶せしめ、該距離計測動作を前記予め定められた順序にしたがって順次に前記測定側の送受信機と前記被測定面の送受信機との各一対相互間の距離を計測して、前記被測定面の測定点位置を記憶せしめ、該計測部による前記測定側の送受信機と前記被測定面の送受信機との前記複数の組合せにおける各送受信機相互間の距離測定を、所要時間経過する毎に測定して記憶せしめ、該所要時間経過毎の前記被測定面の測定点位置の記憶データとを比較して、該記憶データの変化の有無及び変化の程度を測定して、前記被測定面の変位挙動を計測し、さらに、前記測定側の送受信機と前記被測定面の送受信機との役割を入れ替えて前記測定側の斜面の変位挙動も計測するようにしたものである。
【０００５】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の一実施例を示すもので、ダムの一方の斜面の変位挙動を計測する例を示す模式図である。図１において１は計測対象の斜面、２は測定側の斜面、３はダムの水、４ａ，４ｂは測定側の斜面２に設けられた送受信部で、この内の１台はできるだけ斜面の変位の影響を受けない固定された基準位置として設置されることが望ましい。５ａ〜５ｎは計測対象の斜面１に網目のように配置された送受信部であり、斜面２の地形，断層等の弱面の配置やサイズ，岩種等の分布，計測の重要度などの条件により適宜の位置に配置する。なお、送受信部４ａ，４ｂ，５ａ〜５ｎは、それぞれ送受信機，マイコンチップ（ＩＣ），アンテナ，温度センサー，湿度センサー，マイコンチップ上で動作するソフトウェアなどから構成されている。
【０００６】
６は送受信機，アンテナ，温度センサー，気圧センサー，湿度センサー，データ記憶部，演算部，カウンター，パソコン上で動作する制御用ソフトウエア搭載の制御部などから構成された計測部であり、斜面１又は２の近傍、或いは両斜面１，２の中間などに設置される。各送受信部４ａ，４ｂ，５ａ〜５ｎ及び計測部６に設置される各送受信機の利用する電磁波はＭＨｚオーダー程度で、電磁波の伝搬速度による伝搬時間を測定して対象とする２点間の距離測定を行う。
【０００７】
電磁波の伝搬速度ｃは、
ｃ＝２９９，７９２，４５８±１．２（ｍ／ｓｅｃ）
で表されるから、計測対象の２点間の距離Ｄ0 は、当該２点間の伝搬時間ｔより、
Ｄ0 ＝ｃｔ
として求められる。さらに、媒質中の屈折率ｎで割れば、正しい距離Ｄが求められる。
Ｄ＝Ｄ0 ／ｎ
【０００８】
本発明による測定動作は、計測部６のパソコン上で動作するソフトウエアにより制御するものである。斜面２の送受信部４ａ，４ｂと斜面１の送受信部５ａ，５ｂ……５ｎには、事前につけた番号（ＩＤ）を使って、各送受信機の認識を行うものであり、２点間での電磁波の授受を行う組合せとその測定順序を予め決めておき、その順序にしたがって順次に測定が行われる。例えば送受信部４ａと送受信部５ａが選択された場合は、この両者の送受信機を稼働（待ち受け）状態にして、他の送受信部４ｂ及び５ｂ〜５ｎの送受信機は待機状態とする。
【０００９】
この状態において計測部６の送受信機から送受信部４ａの送受信機にトリガー信号を送信し、このトリガー信号により送受信部４ａはパルス状の電磁波を送信する。斜面１側では受信状態に制御されている送受信部５ａが前述の電磁波を受信すると、受信検知信号を送信し、この受信検知信号を計測部６の送受信機で受信することにより、トリガー信号の送信時点から受信検知信号の受信時点までの電磁波の伝搬時間をカウンターで計測し、この伝搬時間を距離に換算して記憶部に記憶させる。この場合、計測部６から各送受信部４ａ，４ｂ，５ａ〜５ｎまでの距離を予め測定しておき、この距離分を差し引くようにしてもよい。
【００１０】
また、前述の送受信部４ａ，４ｂと送受信部５ａ〜５ｎとの各距離の測定と共に、被測定側の斜面１に設置された送受信部５ａ〜５ｎの各相互間の距離の変化を、同様な測定方法により測定し解析することにより、斜面１の三次元変位を求めることかでき、当該斜面１の変位挙動をより詳細，精密に測定することができる。
また、測定側の斜面２の送受信部４ａ，４ｂを増やして、斜面１側と同様に網目状に配置し、両斜面１と２の相互間で前述の距離測定を行い、斜面１及び２の変位挙動を同時に測定するようにしてもよい。この場合には、斜面１側の特定の送受信部５ｘを斜面の変位の影響を受けない固定された基準位置として設置されることが望ましい。
【００１１】
前述した各２点間の伝搬時間の測定は、指定された回数を繰り返して行い、その平均値を採ることにより測定精度を向上させることができる。この各２点間の伝搬時間の測定が終了した時点で、当該測定地点の温度センサーにより測定された温度データ、及び湿度センサーにより測定された湿度データを、各送受信部４，５の送受信機からその都度計測部６に送信し、計測部６の演算部で当該温度データ及び湿度データに基づき伝搬時間を補正することにより、より正確な伝搬時間を測定することができる。
【００１２】
また、伝搬時間の補正に際しては、計測部６に設置してある気圧センサーにより検知された気圧データに基づき、伝搬時間を補正することにより、誤差の少ない正確な伝搬時間を測定することができる。
前述した測定地点の温度，湿度及び気圧の変化に伴う距離測定に与える影響は次の通りであり、斜面等の正確な変位計測においては、これらの気象の変化による補正は重要である。
【００１３】
即ち、補正値は通常、距離Ｄ（ｍｍ）に対してｐｐｍ（１／１，０００，０００）で表しており、気温１℃の変化（気圧不変）で１ｐｐｍ，気圧３．６ｈＰａの変化（温度不変）で１ｐｍｍ変化する。例えば、１ｋｍの距離計測においては、日格差が１０℃とすると１０ｍｍの誤差が生じることになり、また、気圧に関しても天気の変化、晴れから雨に変わる場合などは、２０ｈＰａ以上の変化が生じて５．５ｍｍ程の誤差となる。さらに、気温と気圧が相乗的に変化すれば、誤差はさらに大きくなる。従って、ｍｍ単位オーダーの精度の計測を行うには、温度，気圧の補正が必要である。
【００１４】
また、湿度の場合は、温度や気圧の変化による補正量に比較すると小さい値ではあるが、気温と湿度の変化によって計測距離に相当の影響がある。例えば、気温３０℃で湿度１００％の場合は１．６ｐｐｍ、気温２０℃で湿度１００％以下の場合は１ｐｐｍ以下であるが、より高い精度で変位を計測する場合は、湿度の変化による補正も重要となる。
前述したそれぞれの測定プログラムにより、全２点間測定ポイントの伝搬時間の測定に基づく距離測定が終了した後、所定の時間、例えば１時間経過する毎に同様な測定を繰り返し行い、前回又は前回以前に計測し記憶されている距離データと比較して、変位の有無又は変位の程度を計測し、斜面１及び／又は斜面２の変位挙動を測定するものである。
【００１５】
前述した本発明の計測方法における送受信部４，５及び計測部６の各送受信機相互間の信号授受の実施例を図２に示した模式図により説明する。なお、図１と同一部分は同一符号で示しその説明を省略する。
計測部６のパソコン上で動作するソフトウエアにより、測定される２点間の測定順序が決められており、図２の場合は、最初は送受信部４ａと５ａとの間、次に送受信部４ａと５ｂとの間、次に送受信部５ｂと５ａとの間の順序で測定を行う例である。
【００１６】
まず、計測部６の送受信機からトリガー信号Ｓ1 を送受信部４ａに送り、このトリガー信号Ｓ1 により送受信部４ａの送受信機はパルス状の電磁波Ｓ2 を送信する。受信状態にある送受信部５ａの送受信機がこの電磁波Ｓ2 を検知し、受信検知信号Ｓ3 を送信する。計測部６の送受信機は、この受信検知信号Ｓ3 を検知すると、トリガー信号送信と同時に動作を開始しているカウンターが停止し、電磁波の伝搬時間を計測する。この伝搬時間の計測を例えば３回繰り返して行い、その平均値を記憶部に記憶する。この動作の終了直後に送受信部４ａ及び５ａの設置場所の気温を温度センサーにより例えば電圧値として検知して、この温度をＡ／Ｄ変換した温度データ信号ＳＴ1 ，ＳＴ2 として計測部６に各送受信機により送信する。計測部６は両温度データの平均値を求め、前述した伝搬時間を補正し、この伝搬時間又は距離に換算した距離データを記憶部に記憶する。
【００１７】
次に、計測部６は送受信部４ａと５ｂとを選択して、トリガー信号Ｓ11を送受信部４ａの送受信機に送信し、このトリガー信号Ｓ11を受信した送受信部４ａの送受信機は電磁波Ｓ12を送信する。こり電磁波Ｓ12を受信した送受信部５ｂはその送受信機から受信検知信号Ｓ13を送信する。この受信検知信号Ｓ13を受信した計測部６は、トリガー信号Ｓ11の送信時から受信検知信号Ｓ13の受信までの伝搬時間を計測し、かつこの複数繰り返し計測の平均値を求め、温度データ信号ＳＴ1 ，ＳＴ3 により補正し、この伝搬時間又は距離に換算した距離データを記憶部に記憶する。
【００１８】
次に、計測部６は送受信部５ｂと５ａとを選択して、トリガー信号Ｓ21を送受信部５ｂの送受信機に送信し、このトリガー信号Ｓ21を受信した送受信部５ｂの送受信機は電磁波Ｓ22を送信する。こり電磁波Ｓ22を受信した送受信部５ａはその送受信機から受信検知信号Ｓ23を送信する。この受信検知信号Ｓ23を受信した計測部６は、トリガー信号Ｓ21の送信時から受信検知信号Ｓ13の受信までの伝搬時間を計測し、かつこの複数繰り返し計測の平均値を求め、温度データ信号ＳＴ3 ，ＳＴ2 により補正し、この伝搬時間又は距離に換算した距離データを記憶部に記憶する。以下、予め決められた順序にしたがい２点間の電磁波の伝搬時間を計測し、かつ必要に応じて温度補正して２点間の距離を求める。
【００１９】
なお、湿度による補正についても温度による補正と同様に、各送受信部４，５に設置された湿度センサーによって検出された湿度データは、Ａ／Ｄ変換されて各送受信機からの温度データ信号ＳＴの送信後に計測部６に湿度データ信号として送信され、計測部６において、温度データ信号ＳＴと共に補正データとして電磁波の伝搬時間を補正するものである。
【００２０】
本発明による斜面等の変位計測方法は、この計測方法の導入又は適用する場所の地盤条件により異なるが、この測定過程での計測斜面の崩壊予知として，注意，点検，警報等の閾値となる変位量を段階的に設けておき、計測される変位量が崩壊予知のそれぞれの閾値を超えることにより、ランプ点灯などの可視表示又はブザーなどの可聴信号による警報信号を、管理部署や監視地域周辺の人々に報知することも可能である。
また、計測部６をインターネット上に載せることで、ＩＴ技術を用いて、計測地から離れた管理センター等に計測結果を伝送しデータ解析を行ったり、送受信機等の故障など情報を収集することも可能である。また、管理センター等から遠隔計測地の計測部６に計測間隔等の設定変更を指示することも可能である。
【００２１】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明により広範囲の斜面等を、面全体として変位又は三次元変位の変位量を正確に計測することが出来るもであり、山間部におけるダムや道路建設地域の斜面等の地盤状態の事前調査、或いは前述した既存の各種構造物周辺の斜面等の崩落予知調査がおこない得るものであり、災害発生の回避などの防災手段として極めて有効である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す模式図である。
【図２】本発明の計測動作における信号授受の一実施例を説明する模式図である。
【符号の説明】
１  計測対象の斜面
２  測定側の斜面
３  ダムの水
４（４ａ，４ｂ）  斜面２の送受信部
５（５ａ，４ｂ〜５ｎ）  斜面１の送受信部
６  計測部
【図１】
0003912780.tif 000002
【図２】
0003912780.tif 000003