第４回土砂災害に関するシンポジウム論文集，2008 年 8 月

ＲＴＤ-ＧＰＳを用いた自動観測システムの地すべりへの適用例
RTD-GPS AUTO-MONITORING SYSTEM CASE FOR THE LAND SLIDE・楠覚 1・池邉浩司 2・内山雅之 3・森俊行 4

Satoru KUSUNOKI,Hiroshi IKEBE,Masayuki UCHIYAMA,Toshiyuki MORI
1

株式会社パスコ九州事業部技術部

2

株式会社パスコ九州事業部技術部国土基盤課

3

ジオサーフ株式会社（E-mail;masayuki_uchiyama@geosurf.net)

4

ジオサーフ株式会社（E-mail;toshiyuki_mori@geosurf.net)（E-mail;satoru_kusunoki@pasco.co.jp）（E-mail;hiroshi_ikebe@pasco.co.jp）

Key Words: RTD-GPS, Epoch by Epoch, Land Sliding Dam-Reservoir級河川最上流域にあり、洪水調節機能や大都市へ水資源安定供給を行っている。その貯水域は三波川結2008 年 5 月 25 日午後 4 時 21 分に発生した中国の晶片岩帯に属し、脆弱な変成岩類や断層破砕帯など四川大地震は、5 月末段階で死者 6 万数千人、負傷が広く分布している日本有数の地すべり多発地帯者は 36 万人弱となる大震災となっている。1)である。このため、ダム管理者は貯水池域にある数
また、この大地震に伴い発生した大規模山腹崩壊
十の地すべり危険箇所に対し孔内水位計、地盤伸縮による天然ダム湖の形成は、諸報道によれば約 40計、あるいは多段式孔内傾斜計などによる地すべり箇所にのぼり、下流側都市域への甚大な二次災害の自動観測システムを構築し、その挙動を常に監視す恐れを強くしている。2)
ることにより、貯水池の安全性の向上に努めている。
顧みて、環太平洋縁部にあり、地質構造が極めてここで、一般的な貯水池における地すべり現象に複雑で、地形も比較的急峻なために山岳域に多くのついて整理すると、概ね以下のようになる。3)ダムを持つ日本においても、この様な大規模地震が(1)地すべり土塊の一部が水没し、土塊に新たな発生した場合には、扇状地などに形成された都市部浮力が働くことで発生する地すべりに対して同様な大規模災害の危険性を常に有して(2)貯水位の急激な上下降により、貯水池周辺のいると言える。
地山内の残留間隙水圧が上昇し発生する地す
本報告は、四国三波川帯にある貯水ダム域におけべりる地すべり活動を常時モニタリングする事を目的(3)地すべり土塊が貯水により水没し、土塊内のとした RTD-GPS による地すべり自動観測システムの地下水位が全体的に上昇することで発生する適用例について述べる。
地すべり(4)地すべり末端域が受ける貯水面付近の浸食や崩壊作用により、地すべりの受働土圧が低下し２．三波川帯貯水ダム域における地すべり概要て発生する地すべり
日本におけるダムは、電力、飲料水、工業用水、
このように、ダム貯水域の地すべりでは主に貯水農業用水、さらに豪雨時における河川の洪水調節機
位変化に伴った地山内における地下水位の上下動能など様々な役割を担って築堤されている。しかし、 が地すべりを活発化させると言える。
狭隘な日本列島においては、平野部は経済活動や生３．貯水池地すべり自動観測システムの課題活空間として優先的に利用されるため、ダムサイトは中山間地域や急峻な山岳奥地など貯水効率は良
地すべり観測システムを構成する機器としては、
いものの、地形・地質条件的には厳しい地域に築堤調査ボーリング孔を用いた孔内水位計，孔内傾斜計，されているケースが多い。今回、RTD-GPS による地地中変位計などや、地すべり活動による地表変位をすべり自動観測システムを適用した貯水ダムも、一観測する地盤伸縮計や地盤傾斜計などが代表的な１．はじめに1ものとして挙げられる。これらの観測機器は地すべり専門技術者が行う地形・地質調査や地すべり踏査により地すべりブロックの特性、特徴、構造などが判定されてから、その状況に応じ計画・配置されるものである（写真－１）。
特に、地すべりの活動度が大きく、また保全対象の重要度が高いと判断される地すべりに対しては、これらの観測機器を自動化し、常時変位をモニタリングし、当該地すべり特性を踏まえた各観測機器の「管理基準値」を検討・設定することで、活動傾向に応じた警戒避難体制を円滑にとれるシステムとして構築されている（図－１）。
ここで、上述のような地すべり自動観測システムの現状も踏まえつつ、ダム貯水域における地すべり自動観測システムを構築しようとする際の課題をまとめると下記のようになる。
(1) 貯水域は、ダムサイト上流の広い範囲に及ぶため、その両岸の地形・地質特性も異なっており、そこに伏在する各地すべりの特性も各々で異なる。その結果、監視局側では各地すべりに対する自動観測システムを複数構築する必要に迫られる事がある。
(2) 貯水池地すべりの誘因として、湛水による地山内の地下水の急激な上下変動が挙げられるが、ダムサイト直上流域と貯水池の中・上流域などでは、地すべりブロックが湛水による影響を受ける度合いも異なってくる。このため、地すべり活動度に関する評価を十分に行った上で、自動観測システムを構築しておく必要がある。
(3) 貯水池域の多くは、都市域に比較して交通・通信・電力などの社会基盤整備が悪い傾向が認められる。このため、構築しようとする地すべり自動観測システムは社会基盤が未整備な環境下でも比較的低コストで構築でき、且つメンテナンスも少なく常時稼働する事が求められる。
(4) ダムには通常の貯水機能のほか河川流量や洪水調節機能を求められるものがあり、特に後者の場合では豪雨時などにおいて、比較的短期間に人為的に貯水位の上下動調節が行われる。このため、地すべり自動観測システムには地すべり活動を判定できる高い精度での観測データを取得する機能と貯水位の緊急調節操作時においては、観測データを貯水位の変化と併せてリアルタイムで得られることが望ましい。
上述の様な貯水域における地すべり自動観測システムの諸課題を踏まえつつ、以下に RTD-GPS を用いた地すべり自動観測システム（以下、本観測システムと言う）の構築について述べる。

写真-1

地すべり自動観測システム動態観測機器として地すべりブロック頭部に設置された地盤伸縮計○○観測局

異常通報通報先登録 10 件

監視事務所

インターネット網

NTT 回線
LAN

図-1 地すべり自動観測システムの警戒避難への活用例

４．RTD-GPS 地すべり自動観測システムの構築
今回の貯水ダムでは貯水域にある地すべり危険箇所に対し、随時調査や機構解析が行なわれており、優先度評価をしつつ対策事業が展開されている。これと同時に「要監視対象」と判断された複数の地すべりブロックに対しては、孔内水位計や地中変位計、並びに地盤伸縮計などを自動観測システム化して、NTT 通信回線を用いて監視局側で常時監視を行っている。
本観測システムは、常時は地すべり活動を水平方向（X,Y）の変位として捉え、且つ貯水位の急変動時においては、湛水面付近にあたる地すべりブロッ
ク末端域におけるリアルタイムの水平変位として捉えることを基本仕様としている。また、さらに貯水域両岸の各地すべりブロック挙動を、湛水面の上下変動とも合わせつつモニタリングすることによって、貯水池域全体での地山の変動（水平変位）として、より「面的な」観点として捉えることも補助的な機能として位置づけている。
なお、観測局は上述の基本仕様を受け、保全対象の重要度が高く、最高貯水位付近の地すべりブロック主測線末端域に配置した。また、GPS による観測
2精度を上げるため、観測局に加えて貯水池域外の山頂部と管理事務所屋上の２カ所に固定局（不動点）を配置した。図－２に配置イメージを示す。

RTD-GPS 観測局
RTD-GPS 固定局
RTD-GPS 監視局（固定局も設置）

図-2 ダム貯水池域における GPS 観測局、固定局配置のイメージ 3)を一部改変(1)GPS の測位タイプについて
GPS は今日では様々な分野で活用されており、受信機も 1 周波型の安価なものから、2 周波型の精密測量に供する高価なものまで、様々な機種が市場に出ている。また、解析ソフトウェアについても同様である。本観測システムでは、し、設置する機器は 2 周波型精密測量用機器を採用することとした。
ここで、GPS 測位において高い観測精度が求められる場合には、静的干渉測位法であるスタティック測位法が、また他の位置補正情報などが比較的容易に得られる様な環境においては、RTK-GPS（リアルタイム－キネマティック）測位法が、一般的によく用いられているが、前者は mm 単位での高い精度が得られる代わりに約１時間の GPS 観測データの蓄積が不可欠であり、リアルタイム性に欠け、また後者
ではリアルタイム性があるものの、観測データ初期化に一定の時間を要する他、フィルタリングにより「生」の観測データとしては得られないといった特性を有している。しかし、本観測システムに採用した RTD-GPS 測位法では、１エポック毎に基線解析処理を行うため（Epoch-by-EpochTM）、観測環境があまり良くない場合でも、リアルタイムに観測情報を得ることができる。3)
図－３に GPS の測位概念図を、図－４に RTD-GPS の自動観測システムのイメージ図を、また表－１に代表的な GPS 測位法の得失等整理表を示す。

①貯水池域両岸は、急峻な地形が湛水域にまで迫っており、GPS 衛星の捕捉環境が厳しい。すなわち、常時より悪い観測環境下にあっても可能な限り精度の良い観測データを取得できる必要がある。
②貯水池域の中～上流域には、集落が形成されており、NTT インターネット通信回線や電力線が両岸幹線沿いに整備がされているため、比較的大量の情報通信が可能である。
③貯水池域両岸の地すべりは、何れも複数の地すべりブロックが集合しつつ滑動する大規模なものを主体としているため、常時には高精度（mm 精度）での観測データが求められる。
④貯水位の緊急変動時には、リアルタイムでの GPS観測情報を基に、地すべりブロック末端域の地表挙動を既設の地すべり観測機器と併せて監視し、地すべり活動度の評価を行う必要がある。
また中・長期的な観点では、貯水位の上下変動と地すべり末端域の地すべり活動との相関性について、蓄積された GPS 観測データを再解析・検証していく必要がある。
を基本要求仕様と考え、測位方式についてはRTD-GPS(リアルタイムダイナミクス－GPS)を採用

図-3

図-4

GPS の測位概念図 9)

RTD-GPS の自動観測システムのイメージ図 9)3

表-1 代表的な GPS 測位法の得失整理表6),7),9)を参考に作成(2)GPS 観測局における支柱構造について
GPS 観測は図－３～図－４に示す様に、複数の GPS衛星からの電波を解析し、地上の自身の位置を知る測位法であるため、必然的に上空視界の確保が大きな設置上の制約条件となる。このため、一般的には径 40mm 程度のポールを数ｍ立ち上げ、その頂部にGPS アンテナを搭載し、支線を展張してアンカーで固定する方法がとられる。この方式では短期間の観測ならば、求められる観測精度から見ても許容ができる構造といえる。しかし、常時は限りなく「ゆっくり」滑動する地すべりの水平変位を数ｍｍ単位で捉えつつ、ダム緊急放流時にはその観測精度よりもむしろ、地山変位が累積していく傾向も含めリアルタイム監視を続ける必要が求められる様な場合においては、支柱の「たわみ」や「風による揺れ」による測定誤差は無視できない問題となる。
また、本システムでは将来展望として、GPS 観測データを別途蓄積しつつ、スタティック後処理解析を行うことが期待された事から、これらの誤差を可能な限り排除することが望まれたため、本観測シス
テムでは、特に写真－２に示す様な基礎コンクリー
ト上に約 4m の段付き鋼管製の取付支柱をボルトで固定し GPS アンテナを搭載する形式とした。これによって GPS 取付支柱の頂部での「たわみ」
予想量は、風速 60m/s を与えた場合でも約 34.0mm から約 2.5mm程度に押さえられ、上記の GPS 観測以外の要因による誤差を排除できた（図－６）。

写真-2

GPS 観測局の全景

34.0mm2.5mm

図-6GPS アンテナ取付支柱頂部の揺れ幅の検討資料

4

(3)GPS 観測局・固定局と監視局間との通信について
本観測システムは、設計当初は他の既設地すべり自動観測システムとのシステム上での統合も視野に入れて検討されたが、各観測データのサンプリングタイムの違いやデータ通信量の違い、さらに通信手段の違いなどから、スタンドアロンタイプの観測システムとして構築した。また、各観測局、固定局と監視局間は高密度でのデータ通信環境が整っていた事が判明したため、観測データの通信は固定 IPアドレスを局毎に取得し、NTT インターネット回線（フレッツ ISDN 回線）を使用してリアルタイムにて情報通信を行った。
図－７に本観測システムのシステムネットワー
ク概要図を示す。なお、監視局に常時集積された各観測局・固定局の GPS データは、システムサーバーに全て蓄積し、将来的にスタティック測位による後処理解析用の基礎データとして活用できるように、データ保全機能を追加した。
(4)GPS 監視局の表示イメージについて
GPS 監視局では、既存地すべり観測システムの表示面で比較ができるように、パソコンの表示モニタ
ーは既設システムと共用させ、キーボードファンクションキーを切替えることで、共に監視できる様にした。また、観測データは水平変位の成分（X,Y）、垂直変位成分（Z）として表示して、且つ GPS 衛星の捕捉状態も瞬時に確認できる形とし、表示モード
では各観測局における地すべり挙動の累積傾向を把握できる形とした。
図－８～図－９に本システム監視局のモニター表示例を示す。

図-8

RTD-GPS 地すべり自動観測システム表示モニター

図-9 各観測局の観測モニター表示例（平滑処理後）

観測局×８

監視局

ＮＴＴ回線
フレッツ ISDN

固定局×２回線図-7

RTD-GPS 地すべり自動観測システム
ネットワーク概要図5５．RTD-GPS 地すべり自動観測システムの今後
本観測システムは数年前から実施設計がなされ、仕様調整を繰り返しつつ構築されたもので、これから観測システムの本格的な運用と観測データの蓄積が開始される。
RTD-GPS 測位法は、スタティック測位法における水平変位に近い高い解析精度と、同測位法では不可能なリアルタイムでの観測データ表示、並びにこれを基に監視局側にて解析・処理する機能を兼ね備えている。また、Epoch by EpochTM 方式での基線解析手法を用いているため、RTK-GPS 測位法の様に GPS観測データがフィルタリングによって、機械的に二次処理をされてしまうこともなく、且つ緊急時においては、地すべり挙動を「生データ」状態にて累積傾向などについて監視ができる利点がある。また、平常時には大量の GPS 観測データを得られる事から、これらをサーバー内に蓄積し、後処理解析ではあるがスタティック測位法による精密解析を行うことで、より高精度の観測成果も得られる。
しかしながら、本観測システムの導入が望まれる
中山間地のダム貯水池域では、GPS 観測局からリアルタイムに発信される観測データを常時監視局へと通信する社会基盤整備が完全に整っている訳ではなく、新たな通信インフラの整備が必要となってくる。
今後は、観測局側での GPS 観測データの一時蓄積機能や簡易的な解析処理機能の付加などについて模索して観測データの欠測の低下を強化しつつ、監視局側では GPS 観測データを長期蓄積し他の地すべり観測機器からの観測データとも比較・検証を行うなどして、GPS 観測データの「地すべり管理基準値」としての適用性、すなわち警戒避難体制における「警戒、警報」などの発令基準値として活用できる様にシステムの改善を行っていきたい。

参考文献
1) ヤフーjapan ニュースhttp//headlines.yahoo.co.jp,20080526
2)

時事ドットコム
http//www.jiji.com/jc,20080526

3)

貯水池周辺の地すべり調査と対策 1995旧)建設省

河川局開発課監修，（財）国土開発センター編集
4)

災害復旧事業における地すべり対策の手引き 2006
地すべり災害復旧技術研究会編集，（社）全国防災協会
発行

5）

日本の地すべり－第 6 版－
（社）日本地すべり学会 2002

6)

GPS 測量と基線解析の手引き－改訂版－
土屋淳，今給黎哲郎著 （社）日本測量協会

7）

新・GPS 測量の基礎
土屋淳，辻宏道著 （社）日本測量協会

8）

地すべり管理基準値の実態調査報告書旧）建設省土木研究所資料第 3184 号

9）

RTD-GPS の測位方法 2006
ジオサーフ（株）技術資料

10) GPS スタティック測位法・RTK 測位法を併用する地すべり
自動観測技術について
H15.近畿地整管内技術発表会（2008.5.16 受付）

謝辞：本報告を行うにあたり、本観測システムの構築に携わった関係各位には、現地での指導も含めて多大な技術的な指導や御鞭撻を賜った。ここに改めて深く謝意を表します。

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