研究

高分解能な自立型無線式傾斜計（LIRIS-TM）のベント傾斜モニタリングのデータ評価
Data evaluation of bent tilt monitoring of high-resolution self-contained
wireless tiltmeter (LIRIS-TM)

永谷

秀

樹＊1

Hideki NAGATANI

要神野夢

希＊2

Yumeki KAMINO

旨OSMOS（Optical Strand Monitoring System）モニタリングシステムにおける自立型無線式センサーシステムであるLIRISの傾斜計は、分解能が0.001°と非常に高い性能を有している。弊社では、この無線式の電源・配線不要で現場での施工性に優れた高分解能傾斜計を用いたM-STモニタリングシステムを、架設時の安全管理として、ベントの傾斜の常時監視に2018年から適用し、データの蓄積を行ってきた。ここでは、そのデータから、架設時のベントの常時挙動とモニタリング時の分解能について評価を行う。また、温度や風などの影響をベントの傾斜角がどの程度受けるかも示す。
キーワード：安全管理，ベント，常時モニタリング，自立型無線式傾斜計，OSMOS，LIRIS

したがって、基礎の不等沈下等によるベントの傾きを常1．はじめに時モニタリングする必要があり、モニタリング結果よりベ架設時の事故防止対策として、ICT、IoTを活用してントの傾斜の変状を事前に把握する必要がある。このた

ベント傾斜角の架設時モニタリングが適用されている。

め、弊社では0.001°の単位で計測できる高分解能の自立型

これは、温度変化による桁の伸縮および支持荷重等によ

無線式傾斜計（LIRIS-TM）を用いてベントの傾斜の常時り、ベント基礎に想定外の不等沈下が生じた場合に、ベ監視を行うM-STモニタリングシステムを開発し、適用しントが損傷し、その結果として第三者災害を含む重大なている。そのシステムの概要を図－1に示す。この図に示事故に繋がることを事前に防止するためである。

すように傾斜計による計測は常時10Hzで実施している。

ｲﾝﾀｰﾈｯﾄ
OSMOS
クラウド

3G,4G回線常時計測（10Hz）

図−1
＊1
＊2

警報ﾒｰﾙ発信【閾値超過】

ベントの傾斜モニタリング（M-STモニタリングシステム）の概要

技術本部技術開発部技術開発グループリーダー
技術本部技術開発部技術開発グループ

25また、計測された傾斜角の6時間置きのデータ（6時、12時、18時、24時の4ポイントデータ）が毎日0時に自動的に3G、4Gの携帯回線を用いてOSMOSのデータクラウドに送信される。クラウドに送信されたデータは専用の閲覧ソフトSafeWorksにて、インターネット経由で時間と場所を選ばずに確認することができる。さらに、センサー内に傾斜角の閾値を設定することにより、計測結果が閾値を越えた場合に即時に警報メールが発信され、異常を管理者に知らせることができる。
ベントの常時監視における要求事項として、著者は以下の通り考える。

図−2

傾斜計のベントへの設置状況①地震や風などの瞬間的な異常も検知する必要があるため、極力短い間隔で経時計測を実施する。

により携帯回線を用いて自動でクラウドへ送信し、モニタ②温度、架設時荷重、地盤沈下等による外的作用に対リングデータ閲覧ソフトSafeWorksを用いてインターネッして、ベントの傾斜角の変化を常時確認できる。

トによる遠隔モニタリングを実施している。ここで、計測

そこで、本システムでは、要求事項①に対しては1秒データの自動送信頻度は前述の4ポイントデータの1回/日間に10回（10Hz）にて計測を実施している。さらに、送信する以外に、1回/1時間の頻度で送信することも可能

要求事項②については、計測の分解能を0.001°と高くすである。前者はSMSモジュールのバッテリー消費を抑えるることにより微小な変化も確認可能となっている。

ことができるメリットがあるため、通常は前者の頻度での

ここで、要求事項②については、本来、常時にベントの自動送信を選択しており、閾値を越えた場合には即時に傾斜がどの様に変化するかを把握した上で、分解能等を警報メールが発信されることから、適切であると考える。

決定する必要がある。本稿では、今までの弊社のモニタリング実績のデータから、ベントの傾斜に関する常時挙動や台風時などの異常時の挙動を検証し、モニタリングとして必要とされる分解能などについて評価を実施する。

3．ベント傾斜角のモニタリング結果と考察（1）常時における計測結果と挙動評価
図－4、5にベント傾斜角の常時における計測結果の2．ベントの傾斜角のモニタリング概要

事例を示す。この計測結果は同一橋梁における計測結果であり、計測するベントにより挙動が異なり、図－4にM-STモニタリングシステムを用いて実施したベントの示すように一部のベントにおいて傾斜角が経時的に増加

傾斜角モニタリングは、1つのベントに対して橋軸・橋直していることが確認でき、ベント1，2の橋軸方向の傾斜の2方向の傾斜角を対象としている。図－2に示すように、角のみが経時的に増加している。

ベントにはネオジム磁石にて強固に固定し、基部底面に近い基部からの高さ2.5m以内に通常は設置している。

これらの経時的な傾斜角の増加は、ベント基礎に圧密沈下が生じたことによる影響と考えられ、ベントが架設

前述の通り、計測に用いた傾斜計は、現場での電源・時の桁の自重を支持した後に圧密沈下により時間と共に配線が不要で施工性に優れたOSMOS社の自立型無線式

緩やかに0.10°〜0.25°程度の角度の増加が生じ、20日程

傾斜計（LIRIS-TM）であり、計測間隔は10Hzで、0.001°度での沈下完了後に値は一定となっている。

1）、2）の非常に高い分解能度で計測している。また、この傾斜計は同時に設置位置の温度も計測している。

つぎに、29基のベントを対象として、架設期間におけるモニタリング結果における橋軸・橋直方向の傾斜角の最計測データは1時間毎に傾斜計本体内部に保存され、本大値、最小値、平均値および標準偏差を図－3に示す。な体に設定した閾値を越えた場合のデータも計測・保存さお、29基のベントは全て同一の橋梁架設におけるものでれ、同時に警報メール発信を行う。さらに、架設時特有はなく、9橋の架設時において適用されたもので、各橋梁の衝撃的な振動による傾斜計の誤報発信防止の対策が実におけるベントの使用基数も異なる。同時に、ベントの基施可能となっている。なお、計測データはSMSモジュール部から桁支持点までの高さをベント高として示している。

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宮地技報

No.34

図−3

図−4

ベント傾斜角のモニタリング結果の全体集計

常時の計測結果（沈下有り）

図−6

橋軸と橋直方向の傾斜角の相関関係

さい分解能度による計測を行う必要があると考えられる。
また、前述の基礎の沈下はゆっくりと角度の増加が発生するため、ベント傾斜角の変化を日々確認できることは、ベントの想定外の負荷による倒壊防止対策を事前に実施でき、架設時の安全管理に有効であると考えられる。
また、ベント高に比例して傾斜角の最大値が大きくなっていない。これは、現地調査から傾斜角が大きくなったベントは架設上の制約条件からコンクリート等による強固な基礎を構築できなかったことが原因であると考える。
さらに、橋軸方向と橋直方向の計測値の最大値（絶対図−5

常時の計測結果（沈下無し）値）が発生するベントは異なっており、図－6に示すよ
うに橋軸方向と橋直方向の傾斜角の相関性は小さく、個この図に示す通り、計測値はほぼ±0.10°の微小な範囲別に挙動しているものと考えられる。したがって、ベンの挙動となっている。また、標準偏差は、全ベントでのトの挙動が安全対策等により制御されない場合には、モ平均値が0.02°と非常に小さい。したがって、ベントの常ニタリングにおいては橋軸・橋直の2方向の計測を実施時挙動の変化をモニタリングする場合には、0.02°より小するのが望ましいと考えられる。

高分解能な自立型無線式傾斜計（LIRIS-TM）のベント傾斜モニタリングのデータ評価

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図−7

傾斜角と温度の相関性（計測期間4/30〜5/5）

図−9

図−8

傾斜角と温度の相関性（計測期間5/30〜6/5）

台風時の強風が作用した際のベント傾斜角のモニタリング結果（2）常時における温度の影響（3）台風時における強風による挙動

図－7、8に同一計測点での異なる計測時期（図－7は

図－9は、2019年に関東に上陸した台風の強風による4/30〜5/5、図－8は5/30〜6/5）における温度と橋軸方向ベントの傾斜角に対する影響を示している。この図に示の傾斜角との相関関係を示す。図－7における傾斜角とす最大瞬間風速は、気象庁の架設地点近傍の値を用いて温度の相関係数は0.228と比較的小さい。しかし、図－8いる。この時の台風は、深夜1:00〜明け方の5:00頃に関における両者の相関係数は0.799と大きく変化しており、東を通過しており最大の瞬間最大風速27.3m/sであった。

この計測期間においては傾斜角と温度とは非常に高い相

この図に示すように、常時に比べて非常に大きな傾斜関関係があることが確認できる。

角が計測されており、風速の計測値地点が架設地点の近この原因としては、鋼桁は温度により伸縮するため、傍の観測点で完全に一致していないことから、最大瞬間主桁の継手が連結されることにより、ベント支持位置に風速発生と傾斜角の最大値の発生時刻に若干の差異が生おける伸縮桁長が大きくなりベントに生ずる橋軸方向のじているが、瞬間最大風速が20m/s以上の場合に常時で変位が大きくなることによるものと考えられる。したがの計測範囲の±0.10°を超える非常に大きな傾斜角が生って、温度と傾斜角の両者を計測することにより、架設じており、その最大値は0.336°（1/170）であった。

した桁の継手の連結などの架設状態の変化による傾斜角

な お、 こ の ±0.10 °を 超 え る 計 測 値 は 閾 値 を0.143 °への影響をモニタリング結果から確認可能であり、温度（1/400）に設定していたことにより、閾値を越えた時点を同時に計測することは架設時の挙動変化をモニタリンおいて計測された値を用いている。

グする上で有効であると考える。

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宮地技報

No.34

4．まとめ5．おわりに弊社でM-STモニタリングシステムを用いて実施した

OSMSO社の自立型無線式傾斜計（LIRIS-TM）を用い架設時の安全管理のためのベントの傾斜角モニタリングたモニタリングシステムであるM-STモニタリングシスの実績から、29基の鋼桁架設時のベントの傾斜角のモニテムは、高分解能である以外に以下の特徴を有しておタリング結果の評価を実施し、以下の結論が得られた。

り、弊社の傾斜計の適用実績も200台以上となっている。

①常時の傾斜角の変動は通常±0.10°以下で、その標準【優れた施工性】：電源・配線不要で設置、撤去が容易、偏差も0.02°と微小なものであった。常時の挙動の変化をモニタリングするには最低でも標準偏差の0.02°直ぐに設置可能【安定性】：計測時にフィルター設定を行うことにより、程度以下の分解能が必要であると考えられる。

架設時の衝撃による誤報を防止可能②ベントの傾斜角は、基礎地盤面の沈下等の変状の影響【確実性】：センサー本体内部にデータを保存するため、が大きく、ベント高より基部の安定性（コンクリート通信不良によるデータ欠損が無い基礎の適用など）の影響を大きく受けることが確認さ【即時性】：10Hzにてモニタリングを実施しているため、れた。

閾値を越えた場合に即時に警報が発報できる③基礎の圧密沈下は20日程度の時間的に非常に長いスパ

これまでの本システムを用いた架設時の傾斜モニタリ

ンで0.10°〜0.25°程度まで傾斜角の増加を示していた。

ング実績から、データ送信不良、データ欠損、誤報の発したがって、沈下による傾斜角の変化を経時的にモニ信も殆どなく非常に安定したシステムである。

タリングすることは、ベントの想定外の負荷による倒また、傾斜計のベントへの設置も通常はネオジム磁石壊を防止することができ、架設時の安全管理においてで設置可能であり、技術者2人で1日10台は設置可能なた有効であると考えられる。

め、緊急時の即時計測も機材調達ができれば可能である。

④台風による強風時のベント傾斜角の計測値は0.336°と架設時の安全管理におけるモニタリングは、日々の作常時の変動範囲の±0.10°と比較して非常に大きな値業内容に関連したデータの変化を確認することが重要でであり、10Hzでの常時モニタリングにおいて閾値をあると考える。本システムはデータの閲覧もSafWorksに越えた場合に計測されたものであった。したがって、より簡単に即時可能で誰にでも容易に使用可能なもので強風による最大応答は瞬間的なものであったと考えらある。また、高分解能な傾斜計を用いることにより日々れ、強風や地震動による最大応答を検証する場合にの挙動の変化を確実に検知することが可能となるため、は、計測間隔を極力短くするのがよいと考えられる。

事故防止のためにもより一層の有効活用をしたい。

⑤鋼桁は温度変化により伸縮するため、ベントの桁支持点の変位も温度変化の影響を受ける。このため、鋼桁では温度とベント傾斜角との相関性が高くなる。桁継手の連結による構造系の変化によりベントの桁支持点位置での伸縮桁長も変化する。温度の同時計測は、桁とベントとの連成挙動の確認も含め架設時の挙動変化＜参考文献＞
1）永谷秀樹：OSMOSを用いた施工時モニタリング，宮地技報No.32，pp.7-11，2019.
2）OSMOS技術協会ホームページ：http://www.osmos.jp/の検証に有効であると考えられる。

高分解能な自立型無線式傾斜計（LIRIS-TM）のベント傾斜モニタリングのデータ評価

2022.5.23

受付29