土石流警報システム遠距離通信オプションの開発（株）藤井基礎設計事務所グループ（有）シンク・フジイ開発部

小村芳生

概要
デジタル簡易無線による通信により土石流センサーの接点信号を遠距離（10 ㎞以上）で伝送が可能なオプションを開発したので紹介する。

従来の土石流警報システムにおける通信の課題
現在、当社の土石流センサー（土石流警報システム）はワイヤー切断の接点信号伝達手段として特定小電力無線（出力 10mW；見通し 800ｍ程度、受信側八木アンテナ使用で見通し 2 ㎞程度）を使用している。
しかし、実際の現場では送受信の見通しがきくことは稀で、尾根や樹木が障害となり通信距離はそれほど長くはない。これまでの経験から途中に障害物（樹木、尾根、建築物、防護ネットなど）がある場合、八木アンテナを使用しても 300～500ｍ程度までの通信距離となってしまう。これを超えて通信を行う場合は途中に中継機を設置する必要が生じる。
土石流センサー送信機はワイヤーセンサーが切断された時だけ電波を発信すれば良いので、通常わずかな消費電力で動作し、単 3 電池 2 本で数か月間の電力を賄えるが、中継機は受信機と同様に絶えず通信を待ち受けているため、約 5W の消費電力があり、通常は 15W 以上のソーラーパネルにより蓄電池を充電して動作させるか、または、商用電源（100V）を使用する必要がある。
河川の途中に中継機を設置する場合、ほとんどの場合、商用電源など無いためソーラーパネルを設置することになるが、谷間は樹木が茂り、日当たりが悪いためソーラー発電に適した場所はなかなか見つからない。また、中継機にソーラーパネル、充電バッテリー、アンテナを加えると、警報機を除いた受信側とほぼ同額の費用が発生し、中継機の数だけその費用が倍増していく。
広島県安佐南区の土石流発生現場に当社のシステムを導入したが、ここでは河川も短く、通信距離は長くても 300ｍ程度であったため、中継機設置の必要はなかった。住宅地の中に置いた警報機までは麓の受信機を中継機として通信をリレーする方法をとったが、これは麓の最初の受信機の設置場所に商用電源があったため可能だった。麓から送信機設置場所まで距離の長い河川（数キロの距離）においては中継機の設置場所や費用増加の問題からシステムの設置が困難な場合が多い。

広島市安佐南区に設置した土石流警報システム

昨年、他県の業者より土石流センサーの問い合わせがあり、砂防堰堤建設現場から 3 キロ上流の山中に土石流センサーを設置し、土石流発生時に警報を出したいという要望だった。送信機の設置予定場所は携

帯電話も通じず、電源もない場所で、通信を行うにも途中が渓谷となっており尾根が幾重にも重なる上、中継機（4 台以上必要）を設置する場所も確保が困難だった。費用面も含めて検討を行った結果、3 キロ上流に衛星電話を持った監視員を配置して監視を行うのが最も安価であるとの結論になった。
このような問題を解決するには、送信機から麓の受信機まで数キロ単位の距離があっても中継なしで通信が可能で、山奥の河川上流に設置するため小型のバッテリーで長期間（数か月）稼働する送信機が必要となる。

開発のきっかけ最近、トランシーバーは従来型の特定小電力無線（10mW 出力）に加えて IP トランシーバー（携帯回線を使用して全国エリアで通信可能）や出力の大きいデジタル簡易無線局トランシーバー(5W 出力)などが利用され始めた。
IP トランシーバーは携帯電話のエリア内で使用することが前提で、土石流センサーの設置場所は携帯電話の電波が届かない場所であることが多い。一方、デジタル簡易無線（通称；デジ簡）トランシーバーは出力 5W(ワット)で特定小電力トランシーバーの 500 倍のハイパワー； 通信距離５ｋｍ以上（アンテナを変えれば 10 ㎞～30 ㎞）の通信が単独で可能である。
デジタル簡易無線トランシーバーの通信を利用すれば携帯エリアから外れた山奥から麓まで中継無しで通信が可能となる。デジタル簡易無線トランシーバーは簡単な登録手続き（登録に 3000 円程度の手数料と年間 600 円の電波使用料が必要）を行えば資格不要で誰でも使用でき、他人に貸し出すこともできる。
このデジタル簡易無線トランシーバーを使用すれば、これまでの特定小電力無線通信に比べて通信距離が大幅に伸びる土石流警報の送受信が可能となると考えた。

長距離通信の問題点と解決策
デジタル簡易無線を土石流センサー用の通信機として使用する場合、そのままトランシーバーを使用することはできない。土石流センサーの通信機として使用するためには以下の問題を解決する必要がある。
１．長期間（少なくとも数か月）監視できるよう電源（バッテリー）の問題を解決すること。
トランシーバーは省電力に仕上がってはいるが、そのままでは通話可能な状態でバッテリーが約 8時間程度しか持たない。土石流の監視に使用する場合、少なくとも 1 か月以上はいつでも送信可能な状態を保たなければならない。
２．音声信号伝達により接点信号を送ること。
トランシーバーは音声を伝えるもので、土石流センサー送信機が送る ON/OFF 信号（接点信号）を送るものではない。

解決策として１．土石流センサーは土石流の発生時にのみ信号を送れば良く、常時通信を行う必要はない。このため、トランシーバーの部分は通常時はスリープ状態（または電源 OFF）としておき、微弱な消費電力で動作するワイヤーの切断のみ感知する監視回路のみウエイクアップ状態にしておく。土石流が発生し、ワイヤーセンサーが切断されると監視回路がトランシーバー部分を起動させて通信を行う。これにより小型バッテリー（5Ah 程度）で数か月の監視を行うことができる。受信側は常時待ち受け状態でトランシーバーを動作させ続ける必要があるが、長距離の通信が可能なため、受信側の受信機（トランシーバー）や警報機は常時電源供給可能な商用電源（100V）のある場所（例えば現場事務所など）を選んで設置すれば良い。

２．トランシーバーは音声を伝えるものであるため、接点信号を音声信号に変換し、通信を行わなければならない。接点信号（ON/OFF）をトーン信号などの音に変換してトランシーバーに入力する回路が必要となる。土石流の監視においては通常、ワイヤーの切断信号（B 接点信号）のみ通信できれば良いが、他の目的に使用する場合、接点の種類によって音信号を変えれば種類の違う信号も通信可能となる。

遠距離通信オプション試作
デジタル簡易無線トランシーバーを接続した通信制御システムを開発した。
・デジタル簡易無線トランシーバー；IC-D60 アイコム
周波数範囲・送信側／受信側

351MHz 帯

送信出力

制御ボックス

送信側；外部接点入力

5W；新規制作品（有）青電舎B 接点、A 接点を別々に送信可能

受信側；送信側の信号により B 接点信号による出力と A 接点信号による出力を区別して出力送信側（ボタンはテスト送信用スイッチ）
中央；送信側制御ボックス

受信側機器
中央；受信側制御ボックス

注意点
遠距離通信オプションは電源の無い場所で長期間監視できるよう（電力を消費しないよう）通常は通信部のトランシーバーを停止させている。このため土石流センサー（ワイヤー）の切断からトランシーバーの起動、信号の音声変換と通信、受信側において音声信号の確認（トーン信号 4 桁 3 回）、接点出力という動作に約 15 秒の時間がかかる。
土石流の速度は一般に 20m/s と想定されるため、土石流は 15 秒で 300ｍ進むことになる。１） 警報が発令されてから退避に要する時間を 60 秒（土石流は 1200m 進む）とすると、ワイヤーの設置場所は 1500m上流でなければならないことになる。短い河川の場合は速報となる特定小電力無線を使用し、長距離はデジタル簡易無線を使用するというように現場に応じた無線の使い分けが必要となる。勿論、送信側に常時使用できる電源があれば、トランシーバー起動の時間は短縮できる。
トランシーバーのアンテナは写真の標準品（5 ㎞以内で使用）の他、八木アンテナを接続してさらに遠距離（～30 ㎞）の通信が可能となるが、逆に距離が短い（近接～100m 程度）場合は信号が強すぎて通信飽和によりトーン信号の音割れによる動作障害が起きる。このためアンテナは通信距離により選択する必要がある。トランシーバーの出力は 5W から 1W に切り替えることもでき、距離に合わせた出力とアンテナの選択が必要となる。

通信試験の実施
送信側・受信側ともに八木アンテナを接続し、最大通信到達距離を調べた。

受信側（AC１００V 電源により稼働）

送信側（5Ah バッテリーで稼働）

受信側（アンテナに八木アンテナを接続）

右下ボタンスイッチはテスト用送信スイッチ

通信試験結果

受信側を会社敷地内に置き、送信側機器を各地点に運び、通信を行った。
（地図上○は通信が確認された地点

×は通信ができなかった地点）

最長 26.7ｋｍ（出雲市斐川町～松江市東津田町）の通信を確認できた。

長距離通信用土石流センサーオプションの利点

１．これまで電源や通信距離の問題から監視ができなかった土石流発生河川の監視が可能になる。
実際に携帯エリア外で電源も無い河川の 2～3 キロ上流で土石流の監視を行いたいという引き合いが昨
年 3 件あった。中継器の設置が困難であり、費用がかさむという理由から当社製品では対応できないという結論になった。本オプションが製品化されれば、これまで（他社製品でも）対応できなかった現場で土石流発生の監視が可能となる。

２．NETIS 登録が可能になる。
国土交通省新技術情報提供システム NETIS

は新技術の登録制度であるが、特定小電力無線による土石流監視システムは新技術とは言えず登録は困難であった。デジタル簡易無線による長距離通信を利用した土石流センサーは他に見られず、また、従来型の 5W 簡易無線によるデータ通信機は送信側に商用電源が必要な上、高額な機器となっているため、長期間バッテリーで監視可能で長距離の通信が可能な土石流センサーは NETIS に登録される可能性が高い。
国交省業務の総合評価方式において技術提案を作成する場合に NETIS 登録技術は積極的に取り入れられるため、製品販売、レンタルの増加が見込まれる。また、現在、当社の土石流警報システムの抱える問題として、遠方での機器設置が行える協力業者がなかなか見つからないという問題もあるが、NETIS登録技術ならば協力を得られる可能性もある。

３．他の目的に使用可能データ通信まで必要はないが ON/OFF 信号を送りたいというニーズ（たとえば水門の開閉管理）はある。
現在は仕方なく高額のデータ通信機で行わざるを得ない状況であるが、安価な接点信号伝達が可能なら他分野への応用も考えられる。また、セキュリティの問題からインターネットを介さない通信により機器の遠隔操作を行ないたいというニーズもある。

今後の課題と展望
土石流センサーは速報性（土石流の発生と同時に通報する）を持つシステムが望ましいが、電源の無い場所で使用することを前提として極力省電力を求めた結果、スリープ状態からトランシーバーの起動、信号確認などに時間がかかり、通報まで 15 秒程度必要なシステムとなっている。この時間は例えば監視員が衛星電話などを使って通報する場合とあまり変わらない時間ではあるが、有線式や特定小電力無線式の土石流通報装置のように即時通報できることが望ましいと考える。
今後、通信に要する時間を短縮する方法を模索する一方、これまでシステムの導入ができなかった遠距離通信が必要な土石流災害現場などに積極的に本システムを提案していきたいと考えている。

参考資料
１）．土石流による労働災害防止のためのガイドラインのポイント
協会

厚生労働省 / 建設業労働災害防止

https://www.kensaibou.or.jp/data/pdf/leaflet/guideline_dosekiryu.pdf