JP4331285B2

JP4331285B2 - Ground monitoring device

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Publication number: JP4331285B2
Application number: JP20199798A
Authority: JP
Inventors: 貴昭池田; 孝大河原
Original assignee: Toshiba Plant Systems and Services Corp
Current assignee: Toshiba Plant Systems and Services Corp
Priority date: 1998-07-16
Filing date: 1998-07-16
Publication date: 2009-09-16
Anticipated expiration: 2018-07-16
Also published as: JP2000035348A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は地盤における土砂崩れ等の災害の発生を事前に予知可能な地盤監視装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
大雨などによる地盤の緩みにより発生する土砂崩れなどの災害発生を事前に予知可能な地盤監視システムの開発が急務となっている。
従来、地盤の緩みなどを検出する手段としては、地上にワイヤーを張設しておき、該ワイヤーが地盤の変動で切断されたことをもって検知するようにしたものがある。しかし、この方式は広範囲に亘ってワイヤーを張設しなければならないため、多くの手間と時間がかかるばかりでなく、地盤の変位場所や変位方向を特定することが難しく、しかもその変位度合を予測できないという問題がある。
【０００３】
そこで、最近では種々の測定計を用いた地盤検出器が開発され、その一例として重りをスプリングを介して水平にケースに支持するようにしたサーボ傾斜計やパイプ歪計を用いて地盤の変位や地すべり面の深さ及びすべり量を推定するようにしたものがある。
【０００４】
上記サーボ傾斜計による地盤検出器は、地中に設けられたボーリング孔にパイプを埋設すると共に、このパイプ内にサーボ傾斜計を巻上げ可能に多段的に挿入し、これらサーボ傾斜計の巻上げを行いながらスプリングの変位により傾斜角を連続的に自動計測するようにしたもので、側方変位を測定することで地盤や連続地中壁の変位、つまり地すべりなどの計測が可能である。
【０００５】
また、パイプ歪計による地盤検出器は、地中に設けられたボーリング孔に適宜の部位にひずみゲージを貼付けた多数の塩化ビニールパイプを中間パイプで継ぎ足しながら垂直に順次挿入し、その周囲に砂を充填して固定するようにしたもので、深度毎に各塩化ビニールパイプを検出器として順次切換えて曲げひずみ量を計測することで、その量からすべりの大きさと深さが推定可能である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、これらサーボ傾斜計やパイプ歪計を用いた地盤検出器においては、地盤の側方変位や曲げひずみ量の計測は可能であるが、埋設された個々の地盤検出器自身の位置が検出できないため、地盤全体が変位したような場合には検出することができない。
【０００７】
そこで、本発明者等は地盤の変位により外力が加わるとその大きさ及び方向と検出部自身の傾きから衝撃的加速度を検出するジャイロ式の検出器を用いて、その検出データから地盤全体に変位がある場合でも的確に検出可能な地盤監視装置を発明して先に出願している。
【０００８】
しかし、このジャイロ式の検出器を用いても、絶対角度や加速度の検出に誤差が生じると、その誤差が時間の経過と共に累積され、本来地盤が変位していないにもかかわらず、あたかも地盤が変位しているかのような検出信号を送出してしまい、地盤変位の検出精度に問題がある。
【０００９】
本発明は上記のような事情に鑑みなされたもので、地盤の変位を検出精度に左右されずに的確に検出でき、地盤における土砂崩れ等の災害の発生を事前に予知することができる地盤監視装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記の目的を達成するため、次のような手段により地盤監視装置を構成する。
請求項１に対応する発明は、地中に埋設可能であって、上部開口部を閉塞する蓋体を有する筒体と、前記筒体に収納され、地盤の変位により外力が加わるとその大きさ及び方向、加速度を検出するジャイロセンサと、前記筒体に収納され、直交する２軸の傾き角と傾き方向を検出する２軸の傾斜計と、前記筒体の外周面であって軸方向に適宜の間隔で設置された複数の水位検出計と、前記筒体に収納され、前記ジャイロセンサ、傾斜計並びに水位検出計からの検出信号を演算処理し、この演算処理した結果を記憶するメモリを有する演算部と、前記筒体に収納された送信部と、前記筒体に収納され、駆動電源となるバッテリと、前記蓋体に取り付けられた送信用アンテナと、前記筒体から離間した位置に設置され、基準加速度値、基準傾斜角値並びに基準水位値を記憶したデータ処理部、及び前記演算部にて演算処理し前記送信部並びに送信用アンテナを介して送信されたデータと前記データ処理部に記憶されている前記基準加速度値、基準傾斜角値並びに基準水位値とを比較する判別部とを備えた基地局とを具備し、前記演算部においては、前記ジャイロセンサのデータを一定時間毎に前記メモリに記憶し、前記傾斜計のデータを前記ジャイロセンサのデータと同期させて前記メモリに記憶し、前記基地局の判別部においては、前記送信部並びに前記送信用アンテナを介して送信された前記演算部のメモリに記憶されている前記ジャイロセンサのデータ、前記傾斜計のデータ、並びに前記水位検出計のデータと前記基地局のデータ処理部に記憶されている前記基準加速度値、基準傾斜角値並びに基準水位値とを比較し警報を発するか否かを判定する。
【００１１】
請求項２に対応する発明は、請求項１に対応する発明の地盤監視装置において、前記筒体は、傾斜面に沿って複数配置されるものである。
【００１２】
請求項３に対応する発明は、請求項１又は請求項２に対応する発明の地盤監視装置において、前記蓋体には前記バッテリを充電する太陽電池が配置されている。
【００１３】
従って、上記請求項１乃至請求項３に対応する発明の地盤監視装置にあっては、地盤の変位を検出精度に左右されずに的確に検出でき、地盤における土砂崩れ等の災害の発生を事前に予知することができる。また、太陽電池を駆動源とすれば、低消費電力で済み、寿命が半永久的でメンテナンスフリー化を図ることができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図１は本発明による地盤監視装置の第１の実施の形態に用いられる検出器の構成例を示すものである。
【００２２】
図１において、１は地中に埋設される筒体で、この筒体１は地中への埋設深さに応じて適宜長さの筒部１ａを複数本連結したもので、この筒体１内には検出部としてソリッド型ジャイロセンサ２及び２軸の傾斜計３が筒部１ａの内壁面に取付け固定された支持板４を介してそれぞれ設けられている。また、この筒部１ａ内には駆動電源としてバッテリ５、ジャイロセンサ２、傾斜計３より出力される検出信号を増幅して演算する演算部６及びこの演算部６で処理された検出信号を送信する送信部７がそれぞれ筒体１の内壁面に取付け固定された支持板４を介して設けられている。
【００２３】
さらに、筒体１の外周面に複数個の水位検出計８が軸方向に適宜の間隔を存してそれぞれ取付け固定されている。
一方、９は筒体１の上部開口部を閉塞する蓋体で、この蓋体９の上面にはバッテリ５の充電用電源として太陽電池１０が取付けられている。また、蓋体９には演算部６で処理された検出信号を送信部７より図示しない基地局に電波として送信する送信アンテナ１１が取付けられている。
【００２４】
上記ジャイロセンサ２は図２に示すように三角柱２ａの各側面に３軸方向の外力を検出する圧電素子２ｂがそれぞれ取付けられ、各圧電素子２ｂに加速度αが加わると、その加速度に応じた大きさの電圧を発生するものであり、この電圧は演算部６に入力される。
【００２５】
なお、上記ではジャイロセンサ２の構成として圧電素子を用いたが、半導体歪みセンサー又は光ファイバージャイロ、或いは流体式ジャイロ、機械式ジャイロ等を用いてもよい。
【００２６】
また、上記２軸の傾斜計３は、直交２軸の傾斜角度を計測し、その計測信号は演算部６に入力される。
さらに、水位検出計８は埋設部位の土中に水分があると電気抵抗が変化することを検出して演算部６に入力される。
【００２７】
ここで、上記ジャイロセンサ２、傾斜計３及び水位検出計８の各機能と演算部６の機能について図３及び図４により述べる。
図３に示すようにジャイロセンサ２の各圧電素子より加速度αに応じて発生する電圧が入力されると、これらの電圧信号はアンプにより演算処理に適した信号レベルに増幅され、その電圧信号から加速度を演算により求めた後、各軸方向の加速度を同時に検出し、これらの値から変位の方向、大きさ、衝撃力、検出器の姿勢を判別する。そして、地球の自転に伴う加速度をカットした後、修正した変位、加速度及び衝撃力を出力データＦａとして演算部６へ出力する。
【００２８】
また、２軸の傾斜計３により計測された計測信号はアンプにより演算処理に適した信号レベルに増幅され、その計測信号から直交する２軸の傾斜角度と傾き方向を求め、これら各軸の傾き角度と傾き方向を出力データＦｂとして演算部６へ出力する。
【００２９】
さらに、水位検出計８で検出された検出信号はアンプにより演算処理に適した信号レベルに増幅され、その値から各センサの電気抵抗を測定した後、土中の水分にてどのセンサまで電気抵抗が変化（減少）したかを判別する。そして、電気抵抗値が変化したセンサまでの位置を土中の浸透水の水位として判別し、その水位を出力データＦｃとして演算部６へ出力する。
【００３０】
一方、演算部６にこれらジャイロセンサ２、傾斜計３及び水位検出計８の各出力データＦａ，Ｆｂ，Ｆｃが入力されると、この演算部６では図４に示すようにジャイロセンサ２からのデータを一定時間毎にメモリに記憶し、そのデータからジャイロの加速度値を積分して角度を求める。
【００３１】
また、２軸の傾斜計で求められた角度値とジャイロセンサで求められた角度値とを比較し、誤差がある場合にはジャイロセンサの角度値を補正する。この補正されたジャイロセンサの角度値を再び微分して加速度値を計算し、この加速度値をメモリに順番に記憶する。さらに、ジャイロセンサの変位、衝撃力、位置等の他のデータを同様にメモリに記憶する。
【００３２】
そして、２軸の傾斜計のデータをジャイロセンサと同期をとり、一定時間毎にメモリに記憶する。また、水位検出センサのデータをジャイロセンサと同期をとり、一定時間毎にメモリに記憶する。これらメモリに蓄えられたデータを一定時間毎に送信部７へ出力する。
【００３３】
一方、図５は各検出器で検出されたジャイロセンサ２による変位、加速度及び衝撃力のデータ、傾斜計３による傾き角と方向のデータ、水位検出計８による土中の水位データを基地局に伝送し、特定範囲の地盤の状態を監視するためのシステム構成を示すブロック図である。
【００３４】
図５において、各検出計側はジャイロセンサ２、２軸の傾斜計３、水位検出計８、演算部６及び送信部７から構成され、基地局側は受信部１２、データ処理部１３及び判定部１４から構成されている。
【００３５】
ここで、基地局側のデータ処理部１３の機能について図６により説明する。
データ処理部１３は、図６に示すようにＳ６１にてジャイロセンサ２からの計測信号に対して各ポイント及び時間毎に変位、加速度、衝撃力についてデータ整理する。次いで、Ｓ６２にて各ポイントに加わる力の方向を計算してＳ６３にて単位時間当たりの基準加速度値と比較計算を実施し、Ｓ６４にて基準加速値を超えたデータを整理してメモリに記憶する。そして、Ｓ６５にて基準加速度値を超えたデータにおいて、力の加わった方向と加速度値より傾き角を計算する。
【００３６】
また、２軸の傾斜計３からの計測信号に対してＳ６６にて各ポイント及び時間毎に傾き角と方向についてデータ整理する。次いでＳ６７にて単位時間当たりの基準傾斜角値と比較計算を実施し、Ｓ６８にて基準傾斜角を超えたデータを整理してメモリに記憶する。
【００３７】
さらに、水位検出計８からの計測信号に対してＳ６９にて各ポイント及び時間毎に土中の水位データを整理する。次いで、Ｓ７０にて基準水位との比較計算を実施し、Ｓ７１にて基準水位を超えたデータを整理してメモリに記憶する。そして、Ｓ７２にて地上の水位についても同様に整理してメモリに記憶する。
【００３８】
また、判定部１４はこのデータ処理部１３により処理されたデータをもとに詳細を後述する各種の判定処理が実施され、地滑りの発生要因とその規模に応じてその旨を警報又は表示するものである。
【００３９】
次に上記のような構成の地盤監視装置の作用を述べる。
まず、土砂崩れの可能性のある山間部などの地中に図７に示すように複数個の検出器、ここでは地滑り地帯の傾斜面に沿ってＮｏ．１〜Ｎｏ．５の検出器を適宜の距離を存してそれぞれ配し、図８に示すような状態で埋設する。
【００４０】
このような状態で埋設された各検出器において、地盤の各測定ポイントのジャイロセンサ２、傾斜計３及び水位検出計８でそれぞれ計測された信号に対して図３に示すような処理が行われて演算部６に取込まれると、この演算部６では図４に示すような演算により補正された加速度値、傾斜計３のデータ及び水位検出計８のデータが、それぞれ送信部７より送信アンテナ１１を介して基地局に伝送される。
【００４１】
基地局では、図６に示すように各検出器から伝送されたデータを受信部１２により受信すると、データ処理部１３ではこれらのデータを処理して図６に示すように基準加速値を超えたデータと、基準傾斜角を超えたデータ及び基準水位を超えたデータと地上水位のデータについてそれぞれ整理し、これらのデータは判定部１４に取込まれる。
【００４２】
ここで、判別部１４での各種の判定処理について、図９乃至図１１により詳細に説明する。
図９に示すように、Ｓ９１にて基準加速値を超えたジャイロセンサ２からのデータにおいて、力の加わった方向、傾斜角と、傾斜計３より求めた方向、傾斜角とを比較し、ジャイロセンサ２からのデータと傾斜計３からのデータがほぼ一致しているか否かを判定する。そして、Ｓ９２にて両データが一致していると判定されると、Ｓ９３にて水位検出計８の土中のデータが基準値を超えているか否かを判定する。
【００４３】
ここで、水位検出計８の土中のデータが基準値を超えていないと判定されると、Ｓ９４にて地上部での異常発生（落石等）と判定し、Ｓ９５にてどの位置の検出器が衝撃基準値を超えているかを確認する。
【００４４】
そして、Ｓ９６にてすべての検出器が基準値を超えていることが確認されると、Ｓ９７にて大規模の崩落、落石が発生と判定して非常警報を発令する。また、Ｓ９８にて上流又は下流域の少数の検出器のみ基準値を超えていることが確認されるとＳ９９にて小規模の崩落、落石が発生と判定して緊急警報を指令する。
【００４５】
上記Ｓ９３にて水位検出計８の土中のデータが基準値を超えていると判定されると、図１０に示すような判定処理に移る。図１０に示すようにＳ１００にて地上の水位データが基準値を超えているか否かを判定する。
【００４６】
ここで、地上の水位データが基準値を超えていないと判定されると、Ｓ１０１にて地下水による地滑り発生と判定し、この地滑りがＳ１０２にてすべての検出器が基準値を超えていないことが確認されると、Ｓ１０３にて大規模地滑り発生と判定して非常警報を発令する。また、地滑りがＳ１０４にて上流又は下流域の少数のみ基準値を超えていることが確認されると、Ｓ１０５にて上流又は下流域にて小規模地滑り発生と判定し、緊急警報を発令すると共に、地滑り範囲を表示する。
【００４７】
上記Ｓ１００にて地上の水位データが基準値を超えていると判定されると、Ｓ１０６にて降雨による地滑り発生と判定し、Ｓ１０７にてどの位置の検出器が基準値を超えているかを確認する。そして、Ｓ１０８にてすべての検出器が基準値を超えていることが確認されると、Ｓ１０９にて大規模地滑り発生と判定し、非常警報を発令する。また、Ｓ１１０にて上流又は下流域の少数の検出器のみ基準値を超えていることが確認されると、Ｓ１１１にて上流又は下流域にて小規模地滑り発生と判定し、緊急警報を発令すると共に、地滑り範囲を表示する。
【００４８】
一方、図９のＳ９２において、ジャイロセンサ２のデータと傾斜計３のデータがほぼ一致していないと判定されると、図１１に示すような判定処理に移行する。
【００４９】
図１１において、Ｓ１１３にてジャイロセンサ２からのデータが基準値を超え、傾斜計３のデータが基準値以下になっているか否かを判定し、基準値以下になっていなければＳ１１４にて水位検出計８のデータが基準値を超えているか否を判定し、超えていなければ引続き計測を実行し、超えていれば要監視データとしてメモリに登録、保存する。
【００５０】
また、上記Ｓ１１３にてジャイロセンサ２からのデータが基準値を超え、傾斜計３のデータが基準値以下になっていると判定されると、Ｓ１１５にてジャイロセンサ２の加速度値が基準値を超えているか否かを判定し、基準値を超えていなければＳ１１６にて水位検出計８の土中のデータが基準値を超えているか否かを判定し、超えていなければＳ１１７にて地滑りに発展する可能性が少ないと判定してメモリに要監視データを登録、保存する。またＳ１１６にて水位検出計８の土中のデータが基準値を超えていると判定されると、Ｓ１１８にて地滑りに発展する可能性があるとして注意警報を発令する。
【００５１】
上記Ｓ１１５において、ジャイロセンサ２の加速度値が基準値を超えていると判定されると、Ｓ１１９にてジャイロセンサ２の衝撃値が基準値を超えているか否かを判定し、超えていなければＳ１２０にて傾斜計３の傾き方向とジャイロセンサ２の力の方向とが一致しているか否かを判定し、一致していなければセンサ異常と判定する。
【００５２】
また、Ｓ１２０にて傾斜計３の傾き方向とジャイロセンサ２の力の方向とが一致していると判定されると、Ｓ１２１にてどの位置の検出器が加速度基準値を超えているかを確認する。
【００５３】
そして、Ｓ１２２にてすべての検出器が基準値を超えていることを確認すると、Ｓ１２３にて深層部又は広域にて地盤全体が移動していることを確認し、Ｓ１２４にて深層部又は広域の地滑りと判定して緊急警報を発令する。
【００５４】
また、Ｓ１２５にて上流又は下流域の小数の検出器のみ基準値を超えていることを確認すると、Ｓ１２６にて上流又は下流域にて小規模な滑り発生と判定し、警戒警報を発令する。
【００５５】
このように本実施の形態では、変位、加速度及び衝撃力を検出するジャイロセンサ２、直交する２軸の傾き角と傾き方向を検出する２軸の傾斜計３、土中及び地上の水位を検出する水位検出計８と、これらジャイロセンサ２の角度値を傾斜計３の角度値に基づいて補正された加速度値、傾斜計３のデータ及び水位データを演算処理する演算部６と、太陽電池１０を駆動電源とするバッテリ５とを備えた検出器を監視したい箇所の地中にボーリングされた孔に埋設し、この検出器によりそれぞれ検出された各データを基地局に伝送し、基地局ではその受信データをデータ処理部１３によりリアルタイムで処理して各測定ポイント毎の基準加速度値を超えたデータのうち、力の加わった方向と加速度値より傾き角度を求め、基準傾斜角を超えたデータと、基準水位を超えたデータ及び地上の水位データを求め、このデータ処理部１３により処理された各データをもとに判定部１４で各種の判定処理が実施され、地滑りの発生要因とその規模に応じてその旨を警報又は表示を行なって地盤の状態を監視するようにしたものである。
【００５６】
従って、山間部などの広範囲に亘る多数の箇所に孔を掘って検出器を埋めるだけで、地盤の変位を検出精度に左右されずに的確に検出でき、地盤における土砂崩れ等の災害の発生を事前に予知することができる。
【００５７】
次に本発明による地盤監視装置の第２の実施の形態に用いられる検出器の構成例について説明する。
図１２は水位検出計のみを備えた検出器を地中に埋設した状態を示すものである。図１２に示すように筒体１の外周面に複数個の水位検出計８が軸方向に適宜の間隔を存してそれぞれ取付け固定され、また筒体１内には図示していないが各水位検出計８からの計測信号を取込んで演算を実行する演算部、送信部及び太陽電池を電源とするバッテリが設けられている。
【００５８】
ここで、演算部の機能について図１３により述べるに、各水位検出計８で検出された検出信号はアンプにより演算処理に適した信号レベルに増幅され、その値から各センサの電気抵抗を測定した後、土中の水分にてどのセンサまで電気抵抗が変化（減少）したかを判別する。そして、電気抵抗値が変化したセンサまでの位置を土中の浸透水の水位として判別し、その水位を出力データとして送信部へ出力する。
【００５９】
図１２（ａ）は傾斜面に埋設された検出器において、雨水が地中に浸透していない状態を示し、同図（ｂ）は降雨により雨水が粘土層の上層部まで浸透している状態を示し、同図（ｃ）は雨水が粘土層の近傍まで浸透している状態を示している。
【００６０】
ここで、図１２（ａ）の状態にあっては、すべての水位検出計８の電気抵抗が大きくなっているが、同図（ｂ）においては地上より粘土層の上層部までの間に設けられている水位検出計８の電気抵抗が小さく（黒丸にて示す）、さらに同図（ｃ）においては地上より粘土層までの間に設けられている水位検出計８の電気抵抗が小さく（黒丸にて示す）なっている。これらの信号は演算部に入力されることにより前述したような演算が実行され、そのデータが送信部より基地局側に送信される。
【００６１】
一方、基地極側のデータ処理部では図６の水位検出計に対応するデータ処理Ｓ６９〜Ｓ７１が実行され、さらに判定部では図１４に示すような判定処理が実行される。
【００６２】
即ち、図１４において、Ｓ１４１にて水位計の土中のデータは基準値を越えているか否かを判定し、土中のデータが基準値を越えていないと判定されると、継続監視を行う。また、土中のデータが基準値を越えていると判定されると、Ｓ１４２にて降雨量が規定値より多いか否かを判定する。
【００６３】
そして、Ｓ１４２にて降雨量が規定値より多くないと判定されると、Ｓ１４３にてどの検出器が基準値を越えているかを確認し、全ての検出器が規定値を越えていれば、Ｓ１４４にて地下水の水位が異常と判定して警戒警報を発令する。また、上流又は下流の検出器のみ基準値を越えていれば、Ｓ１４５にて部分的な出水と判定して注意報を発令する。
【００６４】
一方、上記Ｓ１４２にて降雨量が規定値より多いと判定されると、Ｓ１４６にてどの検出器が基準値を越えているかを確認する。
そして、Ｓ１４６にて全ての検出器が規定値を越えていることが確認されると、Ｓ１４７にて降雨により地中の水位が広範囲で危険値に達していると判定し、Ｓ１４８にて大規模の地すべり発生の可能性があるとして緊急警報を発令する。また、Ｓ１４６にて上流又は下流の検出器のみ基準値を越えていることが確認されると、Ｓ１４９にて降雨により地中の水位が狭い範囲で危険値に達していると判定し、Ｓ１５０にて小規模の地すべり発生の可能性があるとして警戒警報を発令する。
【００６５】
従って、このように水位検出計８のみをセンサとして設けた複数個の検出器を観測範囲となる地中に適宜の距離を存してそれぞれ埋設し、土中の水位を計測して地中に浸透した雨水の浸透度を判別し、これを基地局側でデータ処理及び判定処理することにより崩落などの発生の有無及びその規模を予測することが可能となる。
【００６６】
上記のような構成の検出器において、地表より露出する筒体部にも水位検出計８を設けて地表面の雨水の量（水位）を測定し、この測定データを基地局側に送信して、局地的な豪雨による危険な状態かどうかの判定を行わせるようにしても良い。この場合、地表より露出する筒体部に取付けられる水位検出計８に対しては、直接降雨により濡れないようにするため、各水位検出計８の上部に対応する筒体部に傘部が設けられる。
【００６７】
一方、基地極側のデータ処理部では前述同様の処理が実行された後、図１０のＳ１００〜Ｓ１１１の判定処理が実行される。
このように水位検出計のみを設けた検出器であっても、地盤の状態を予測判定することが可能となる。
【００６８】
次に本発明による地盤監視装置の第３の実施の形態に用いられる検出器の構成例について説明する。
図１５はジャイロセンサと水位検出計とを備えた検出器の機能を示すものである。図１５において、ジャイロセンサ２の各圧電素子より加速度αに応じて発生する電圧が入力されると、これらの電圧信号はアンプにより演算処理に適した信号レベルに増幅され、その電圧信号から加速度を演算により求めた後、各軸方向の加速度を同時に検出し、これらの値から変位の方向、大きさ、衝撃力、検出器の姿勢を判別する。そして、地球の自転に伴う加速度をカットした後、修正した変位、加速度及び衝撃力を出力データＦａとして演算部６へ出力する。
【００６９】
また、水位検出計８で検出された検出信号はアンプにより演算処理に適した信号レベルに増幅され、その値から各センサの電気抵抗を測定した後、土中の水分にてどのセンサまで電気抵抗が変化（減少）したかを判別する。そして、電気抵抗値が変化しているセンサまでの位置を土中の浸透水の水位として判別し、その水位を出力データＦｃとして演算部６へ出力する。
【００７０】
一方、演算部６にこれらジャイロセンサ２及び水位検出計８の各出力データＦａ，Ｆｃが入力されると、この演算部６ではジャイロセンサ２からのデータを一定時間毎にメモリに記憶し、そのデータからジャイロの加速度値を積分して角度を求める。
【００７１】
また、水位検出センサのデータをジャイロセンサと同期をとり、一定時間毎にメモリに記憶する。これらメモリに蓄えられたデータを一定時間毎に送信部へ出力する。
【００７２】
一方、各検出器で検出されたジャイロセンサ２による変位、加速度及び衝撃力のデータ、水位検出計８による土中の水位データが基地局に伝送されると、基地局ではデータ処理部により各測定ポイント毎の検出データをリアルタイムで処理して各測定ポイント毎の基準加速度値を超えたデータと、基準水位を超えたデータ又は基準水位を超えたデータ及び地上の水位データを求め、判定部によりデータ処理手段で処理されたデータをもとに各種の判定処理を実行して、地滑りの発生要因とその規模に応じてその旨を警報又は表示して地盤の状態を監視する。
【００７３】
このようにジャイロセンサ２と水位検出計８を設けた検出器であっても、検出精度に左右されることなく地滑り発生の有無とその規模を予測判定することが可能となる。
【００７４】
次に本発明による地盤監視装置の第４の実施の形態に用いられる検出器の構成例について説明する。
図１６は２軸の傾斜計と水位検出計とを備えた検出器の機能を示すものである。図１６において、２軸の傾斜計３により計測された計測信号はアンプにより演算処理に適した信号レベルに増幅され、その計測信号から直交する２軸の傾斜角度と傾き方向を求め、これら各軸の傾き角度と傾き方向を出力データＦｂとして演算部６へ出力する。
【００７５】
また、水位検出計８で検出された検出信号はアンプにより演算処理に適した信号レベルに増幅され、その値から各センサの電気抵抗を測定した後、土中の水分にてどのセンサまで電気抵抗が変化（減少）したかを判別する。そして、電気抵抗値が変化したセンサまでの位置を土中の浸透水の水位として判別し、その水位を出力データＦｃとして演算部６へ出力する。
【００７６】
一方、演算部６にこれら傾斜計３及び水位検出計８の各出力データＦｂ，Ｆｃが入力されると、演算部６では傾斜計のデータを一定時間毎にメモリに記憶し、次いで水位検出計８のデータを傾斜計と同期を取り、一定時間毎にメモリに記憶する。そして、メモリに蓄えられたデータを一定時間毎に送信部に出力する。
【００７７】
一方、各検出器で検出された水位検出計８による土中の水位データが基地局に伝送されると、基地局ではデータ処理部により各測定ポイント毎の検出データをリアルタイムで処理して各測定ポイント毎の基準加速度値を超えたデータと、基準水位を超えたデータ又は基準水位を超えたデータ及び地上の水位データを求め、判定部によりデータ処理手段で処理されたデータをもとに各種の判定処理を実行して、地滑りの発生要因とその規模に応じてその旨を警報又は表示して地盤の状態を監視する。
【００７８】
このようにジャイロセンサ２と水位検出計８を設けた検出器であっても、検出精度に左右されることなく地滑り発生の有無とその規模を予測判定することが可能となる。
【００７９】
なお、上記した各実施の形態において、基地局側の判定部によるデータ判定処理としてはジャイロセンサ２、２軸の傾斜計３及び水位検出計８の組合せに応じて種々変形して実施することができるものである。
【００８０】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、地盤の変位を検出精度に左右されずに的確に検出でき、地盤における土砂崩れ等の災害の発生を事前に予知することができる地盤監視装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による地盤監視装置の第１の実施の形態における検出器の要部を破断して示す構成図。
【図２】同実施の形態における検出器内にセンサとして設けられる圧電素子を用いたソリッド型ジャイロの構成例を示す斜視図。
【図３】同実施の形態における検出器内に設けられるジャイロセンサ、２軸の傾斜計及び水位検出計からの信号処理機能を説明するためのブロック図。
【図４】同実施の形態における検出器内に設けられる演算部での信号処理機能を説明するためのブロック図。
【図５】同実施の形態の地盤監視装置全体のデータ処理系を示すブロック図。
【図６】図５のデータ処理部の機能を説明するためのブロック図。
【図７】同実施の形態における検出器が山間部の傾斜面に沿って配置された一例を示す図。
【図８】同実施の形態における検出器を地中に埋設した状態を示す図。
【図９】図５の判定部での第１の判定処理を説明するための流れ図。
【図１０】同じく判定部での第２の判定処理を説明するための流れ図。
【図１１】同じく判定部での第３の判定処理を説明するための流れ図。
【図１２】本発明による地盤監視装置の第２の実施の形態に用いられる検出器を地中に埋設した状態を示す図。
【図１３】同実施の形態における検出器内の水位検出計からの信号処理機能を説明するためのブロック図。
【図１４】同じく基地局側の判定部での判定処理を説明するための流れ図。
【図１５】本発明による地盤監視装置の第３の実施の形態に用いられる検出器の信号処理機能を説明するためのブロック図。
【図１６】本発明による地盤監視装置の第４の実施の形態に用いられる検出器の信号処理機能を説明するためのブロック図。
【符号の説明】
１……筒体
１ａ……筒部
２……ソリッド型ジャイロセンサ
３……２軸の傾斜計
５……バッテリ
６……演算部
７……送信部
１０……太陽電池
１１……送信アンテナ
１２……受信部
１３……データ処理部
１４……判定部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a ground monitoring device capable of predicting in advance the occurrence of disasters such as landslides in the ground.
[0002]
[Prior art]
There is an urgent need to develop a ground monitoring system that can predict in advance disasters such as landslides caused by loose ground due to heavy rain.
Conventionally, as a means for detecting the looseness of the ground, there is one in which a wire is stretched on the ground and the wire is cut when the ground is cut. However, since this method requires a wide range of wires to be stretched, it takes a lot of labor and time, and it is difficult to specify the location and direction of displacement of the ground, and the degree of displacement is predicted. There is a problem that you can not.
[0003]
Therefore, recently, ground detectors using various measuring meters have been developed, and as an example, ground displacement using a servo inclinometer or pipe strain meter that supports the weight horizontally on the case via a spring. There is one that estimates the depth and amount of landslide surface.
[0004]
The ground detector using the servo inclinometer embeds a pipe in a borehole formed in the ground, and inserts the servo inclinometer into the pipe in a multistage manner so that the servo inclinometer can be wound up. However, the inclination angle is continuously and automatically measured by the displacement of the spring. By measuring the lateral displacement, it is possible to measure the displacement of the ground and the continuous underground wall, that is, the landslide.
[0005]
In addition, the ground detector using a pipe strain gauge is a vertical detector that inserts a number of vinyl chloride pipes with strain gauges attached to appropriate locations in boreholes in the ground, and adds them to the surrounding area with intermediate pipes. The size and depth of the slip can be estimated from the amount by sequentially switching each vinyl chloride pipe as a detector for each depth and measuring the amount of bending strain.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, in these ground detectors using servo inclinometers and pipe strain gauges, it is possible to measure the lateral displacement of the ground and the amount of bending strain, but it is not possible to detect the position of each buried ground detector itself. Therefore, it cannot be detected when the entire ground is displaced.
[0007]
Therefore, the present inventors use a gyro-type detector that detects impact acceleration from the magnitude and direction of the ground and the inclination of the detector itself when an external force is applied due to the displacement of the ground. Invented a ground monitoring device that can be accurately detected even if there is an application.
[0008]
However, even if this gyro-type detector is used, if an error occurs in the detection of absolute angle or acceleration, the error accumulates over time, even though the ground is not displaced, A detection signal as if it is displaced is sent out, and there is a problem in detection accuracy of ground displacement.
[0009]
The present invention has been made in view of the circumstances as described above, and is capable of accurately detecting the displacement of the ground regardless of the detection accuracy, and can predict in advance the occurrence of a disaster such as a landslide on the ground. The purpose is to provide.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
  In order to achieve the above object, the present invention constitutes a ground monitoring device by the following means.
  The invention corresponding to claim 1A cylinder having a lid that can be embedded in the ground and closing the upper opening, and a gyro sensor that is housed in the cylinder and detects the size, direction, and acceleration when an external force is applied due to the displacement of the ground. A two-axis inclinometer that is housed in the cylindrical body and detects an inclination angle and an inclination direction of two orthogonal axes, and a plurality of outer peripheral surfaces of the cylindrical body that are installed at appropriate intervals in the axial direction. A water level detector, a calculation unit that is housed in the cylinder, performs calculation processing on detection signals from the gyro sensor, inclinometer, and water level detection meter, and has a memory that stores a result of the calculation processing; and A housed transmitter, a battery housed in the cylinder and serving as a driving power source, a transmission antenna attached to the lid, and a position separated from the cylinder, a reference acceleration value, a reference inclination Store the angle value and the reference water level value Data processing unit and data processed by the calculation unit and transmitted via the transmitting unit and the transmitting antenna, and the reference acceleration value, reference inclination value and reference water level value stored in the data processing unit And a base station including a determination unit that compares the data with the gyro sensor in the memory at regular intervals, and the data of the inclinometer is stored in the data of the gyro sensor. And in the memory of the base station, the gyro sensor data stored in the memory of the arithmetic unit transmitted via the transmission unit and the transmission antenna, Inclinometer data, the water level detector data, and the reference acceleration value, reference inclination angle value, and reference water level value stored in the data processing unit of the base station, Comparison determines whether issue a warning.
[0011]
  The invention corresponding to claim 2 is the ground monitoring device of the invention corresponding to claim 1,A plurality of the cylinders are arranged along the inclined surface.
[0012]
  The invention corresponding to the third aspect is the first aspect.Or claim 2In the ground monitoring device of the invention corresponding toA solar cell for charging the battery is disposed on the lid.
[0013]
  Therefore, in the ground monitoring device of the invention corresponding to the above claims 1 to 3,The displacement of the ground can be accurately detected regardless of the detection accuracy, and the occurrence of a disaster such as a landslide in the ground can be predicted in advance. If a solar cell is used as a driving source, low power consumption is required, the lifetime is semi-permanent and maintenance-free can be achieved.
[0021]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 shows a configuration example of a detector used in the first embodiment of the ground monitoring apparatus according to the present invention.
[0022]
In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a cylinder embedded in the ground, and this cylinder 1 is formed by connecting a plurality of cylinder portions 1 a having an appropriate length according to the depth of the underground. Inside, a solid-type gyro sensor 2 and a biaxial inclinometer 3 are provided as detection portions via support plates 4 attached and fixed to the inner wall surface of the cylindrical portion 1a. In addition, a calculation unit 6 that amplifies and calculates a detection signal output from the battery 5, the gyro sensor 2, and the inclinometer 3 as a driving power source and a detection signal processed by the calculation unit 6 are transmitted in the cylinder unit 1 a. Transmitting sections 7 are provided via support plates 4 that are fixedly attached to the inner wall surface of the cylinder 1.
[0023]
Further, a plurality of water level detectors 8 are attached and fixed to the outer peripheral surface of the cylinder 1 with appropriate intervals in the axial direction.
On the other hand, 9 is a lid that closes the upper opening of the cylinder 1, and a solar cell 10 is attached to the upper surface of the lid 9 as a power source for charging the battery 5. The lid 9 is provided with a transmission antenna 11 for transmitting the detection signal processed by the calculation unit 6 as a radio wave from a transmission unit 7 to a base station (not shown).
[0024]
As shown in FIG. 2, the gyro sensor 2 is provided with a piezoelectric element 2b for detecting an external force in three axial directions on each side surface of the triangular prism 2a. When acceleration α is applied to each piezoelectric element 2b, the magnitude corresponding to the acceleration is obtained. This voltage is generated, and this voltage is input to the calculation unit 6.
[0025]
In the above description, a piezoelectric element is used as the configuration of the gyro sensor 2, but a semiconductor strain sensor, an optical fiber gyro, a fluid gyro, a mechanical gyro, or the like may be used.
[0026]
Further, the biaxial inclinometer 3 measures an orthogonal biaxial inclination angle, and the measurement signal is input to the calculation unit 6.
Further, the water level detector 8 detects that the electrical resistance changes when there is moisture in the soil of the buried site and inputs it to the calculation unit 6.
[0027]
Here, the functions of the gyro sensor 2, the inclinometer 3 and the water level detector 8 and the function of the calculation unit 6 will be described with reference to FIGS.
As shown in FIG. 3, when a voltage generated according to the acceleration α is input from each piezoelectric element of the gyro sensor 2, these voltage signals are amplified to a signal level suitable for arithmetic processing by an amplifier. After obtaining the acceleration by calculation, the acceleration in each axis direction is detected at the same time, and the direction of displacement, the magnitude, the impact force, and the orientation of the detector are determined from these values. Then, after the acceleration associated with the rotation of the earth is cut, the corrected displacement, acceleration, and impact force are output to the calculation unit 6 as output data Fa.
[0028]
Further, the measurement signal measured by the biaxial inclinometer 3 is amplified to a signal level suitable for calculation processing by an amplifier, and two orthogonal inclination angles and inclination directions are obtained from the measurement signal, and the inclination of each axis is obtained. The angle and the tilt direction are output to the calculation unit 6 as output data Fb.
[0029]
Further, the detection signal detected by the water level detector 8 is amplified to a signal level suitable for arithmetic processing by an amplifier, and after measuring the electrical resistance of each sensor from the value, the electrical resistance up to which sensor with moisture in the soil Is changed (decreased). Then, the position up to the sensor where the electrical resistance value has changed is determined as the level of permeated water in the soil, and the level is output to the calculation unit 6 as output data Fc.
[0030]
On the other hand, when the output data Fa, Fb, Fc of the gyro sensor 2, the inclinometer 3 and the water level detector 8 are input to the calculation unit 6, the calculation unit 6 outputs the data from the gyro sensor 2 as shown in FIG. The data is stored in the memory at regular intervals, and the angle is obtained by integrating the acceleration value of the gyro from the data.
[0031]
Further, the angle value obtained by the biaxial inclinometer is compared with the angle value obtained by the gyro sensor, and if there is an error, the angle value of the gyro sensor is corrected. The corrected angular value of the gyro sensor is differentiated again to calculate an acceleration value, and the acceleration value is stored in the memory in order. Further, other data such as the displacement, impact force, and position of the gyro sensor are similarly stored in the memory.
[0032]
Then, the data of the biaxial inclinometer is synchronized with the gyro sensor and stored in the memory at regular intervals. Further, the water level detection sensor data is synchronized with the gyro sensor and stored in the memory at regular intervals. The data stored in these memories is output to the transmission unit 7 at regular intervals.
[0033]
On the other hand, FIG. 5 shows the displacement, acceleration and impact force data detected by each detector, the tilt angle and direction data from the inclinometer 3, and the water level data in the soil from the water level detector 8 to the base station. It is a block diagram which shows the system configuration | structure for transmitting and monitoring the state of the ground of a specific range.
[0034]
In FIG. 5, each detector side is composed of a gyro sensor 2, a biaxial inclinometer 3, a water level detector 8, a calculation unit 6 and a transmission unit 7, and the base station side is a reception unit 12, a data processing unit 13 and a determination. The unit 14 is configured.
[0035]
Here, the function of the data processing unit 13 on the base station side will be described with reference to FIG.
As shown in FIG. 6, the data processing unit 13 organizes data on displacement, acceleration, and impact force at each point and time with respect to the measurement signal from the gyro sensor 2 in S <b> 61. Next, in S62, the direction of the force applied to each point is calculated, and in S63, a comparison calculation is performed with a reference acceleration value per unit time. In S64, data exceeding the reference acceleration value is organized and stored in the memory. To do. In S65, the inclination angle is calculated from the direction in which the force is applied and the acceleration value in the data exceeding the reference acceleration value.
[0036]
Further, the data on the tilt angle and direction is organized for each point and time for the measurement signal from the biaxial inclinometer 3 in S66. Next, a comparison calculation is performed with a reference inclination angle value per unit time in S67, and data exceeding the reference inclination angle is organized and stored in a memory in S68.
[0037]
Further, the water level data in the soil is organized for each point and time in S69 with respect to the measurement signal from the water level detector 8. Next, a comparison calculation with the reference water level is performed in S70, and data exceeding the reference water level is organized and stored in the memory in S71. In S72, the ground water level is similarly organized and stored in the memory.
[0038]
The determination unit 14 performs various determination processes, which will be described in detail later, based on the data processed by the data processing unit 13, and warns or displays the fact according to the cause and scale of the landslide. It is.
[0039]
Next, the operation of the ground monitoring apparatus configured as described above will be described.
First, as shown in FIG. 7, a plurality of detectors, in this case along the inclined surface of the landslide zone, are placed in the ground where there is a possibility of landslide. 1-No. 5 detectors are arranged at an appropriate distance, and are embedded in a state as shown in FIG.
[0040]
In each detector embedded in such a state, processing as shown in FIG. 3 is performed on the signals respectively measured by the gyro sensor 2, the inclinometer 3, and the water level detector 8 at each measurement point of the ground. 4, the acceleration value corrected by the calculation as shown in FIG. 4, the data of the inclinometer 3 and the data of the water level detector 8 are respectively transmitted from the transmission unit 7 to the transmission antenna. 11 to the base station.
[0041]
In the base station, when the data transmitted from each detector is received by the receiving unit 12 as shown in FIG. 6, the data processing unit 13 processes these data and exceeds the reference acceleration value as shown in FIG. The data, the data exceeding the reference inclination angle, the data exceeding the reference water level, and the data on the ground water level are arranged, and these data are taken into the determination unit 14.
[0042]
Here, various determination processes in the determination unit 14 will be described in detail with reference to FIGS. 9 to 11.
As shown in FIG. 9, in the data from the gyro sensor 2 that has exceeded the reference acceleration value in S91, the direction and inclination angle in which force is applied are compared with the direction and inclination angle obtained from the inclinometer 3, and the gyro It is determined whether the data from the sensor 2 and the data from the inclinometer 3 are substantially the same. If it is determined in S92 that the two data match, it is determined in S93 whether or not the soil data of the water level detector 8 exceeds the reference value.
[0043]
If it is determined that the soil level data of the water level detector 8 does not exceed the reference value, it is determined in S94 that an abnormality has occurred on the ground (such as a falling rock), and in S95, the detector at which position is detected. Check that the value exceeds the shock reference value.
[0044]
When it is confirmed in S96 that all detectors exceed the reference value, in S97, it is determined that a large-scale collapse or falling rock has occurred, and an emergency warning is issued. If it is confirmed in S98 that only a few detectors in the upstream or downstream region exceed the reference value, it is determined in S99 that a small-scale collapse or falling rock has occurred, and an emergency warning is issued.
[0045]
If it is determined in S93 that the soil data of the water level detector 8 exceeds the reference value, the process proceeds to a determination process as shown in FIG. As shown in FIG. 10, it is determined in S100 whether or not the water level data on the ground exceeds the reference value.
[0046]
Here, if it is determined that the water level data on the ground does not exceed the reference value, it is determined in S101 that a landslide has occurred due to groundwater, and all the detectors do not exceed the reference value in S102. If confirmed, in S103, it is determined that a large-scale landslide has occurred, and an emergency warning is issued. If it is confirmed in S104 that only a small number in the upstream or downstream area exceeds the reference value in S104, it is determined in S105 that a small-scale landslide has occurred in the upstream or downstream area, and an emergency warning is issued. , Display the landslide range.
[0047]
If it is determined in S100 that the water level data on the ground exceeds the reference value, it is determined in S106 that a landslide has occurred due to rainfall, and in S107, it is confirmed which position of the detector exceeds the reference value. . When it is confirmed in S108 that all the detectors exceed the reference value, it is determined in S109 that a large-scale landslide has occurred, and an emergency warning is issued. If it is confirmed in S110 that only a few detectors in the upstream or downstream area exceed the reference value, it is determined in S111 that a small-scale landslide has occurred in the upstream or downstream area, and an emergency warning is issued. In addition, the landslide range is displayed.
[0048]
On the other hand, if it is determined in S92 of FIG. 9 that the data of the gyro sensor 2 and the data of the inclinometer 3 are not substantially coincident, the process proceeds to a determination process as shown in FIG.
[0049]
In FIG. 11, it is determined whether or not the data from the gyro sensor 2 exceeds the reference value in S113 and the data of the inclinometer 3 is less than or equal to the reference value. If not less than the reference value, the water level is determined in S114. It is determined whether or not the data of the detector 8 exceeds the reference value. If it does not exceed, the measurement is continued, and if it exceeds, the data is registered and stored in the memory as the monitoring data required.
[0050]
If it is determined in S113 that the data from the gyro sensor 2 exceeds the reference value and the data of the inclinometer 3 is equal to or less than the reference value, the acceleration value of the gyro sensor 2 reaches the reference value in S115. If it does not exceed the reference value, it is determined whether or not the data in the soil of the water level detector 8 exceeds the reference value in S116, and if it does not exceed, the landslide occurs in S117. It is determined that there is little possibility of development, and monitoring data required is registered and stored in the memory. If it is determined in S116 that the data in the soil of the water level detector 8 exceeds the reference value, a warning warning is issued in S118 because there is a possibility of developing into a landslide.
[0051]
If it is determined in S115 that the acceleration value of the gyro sensor 2 exceeds the reference value, it is determined in S119 whether or not the impact value of the gyro sensor 2 exceeds the reference value. It is determined whether or not the tilt direction of the inclinometer 3 and the direction of the force of the gyro sensor 2 match, and if they do not match, it is determined that the sensor is abnormal.
[0052]
If it is determined in S120 that the tilt direction of the inclinometer 3 and the direction of the force of the gyro sensor 2 coincide with each other, it is checked in S121 which position of the detector exceeds the acceleration reference value. .
[0053]
When it is confirmed that all detectors exceed the reference value in S122, it is confirmed that the entire ground is moving in the deep layer or wide area in S123, and the deep layer or wide area is confirmed in S124. Judgment is made as a landslide and an emergency warning is issued.
[0054]
If it is confirmed in S125 that only a small number of detectors in the upstream or downstream area exceed the reference value, it is determined in S126 that a small-scale slip has occurred in the upstream or downstream area, and a warning warning is issued.
[0055]
As described above, in the present embodiment, the gyro sensor 2 that detects displacement, acceleration, and impact force, the biaxial inclinometer 3 that detects the tilt angle and the tilt direction of two orthogonal axes, and the water level in the soil and the ground are detected. A water level detector 8 that performs the calculation of the acceleration values obtained by correcting the angle values of the gyro sensor 2 based on the angle values of the inclinometer 3, the data of the inclinometer 3, and the water level data, and the solar cell 10 Embedded in a hole bored in the ground to be monitored, and each data detected by this detector is transmitted to the base station, and the base station The received data is processed in real time by the data processing unit 13 and the inclination angle is obtained from the direction in which the force is applied and the acceleration value among the data exceeding the reference acceleration value at each measurement point, and the data exceeding the reference inclination angle is obtained. And the data above the reference water level and the water level data on the ground are determined, and various determination processes are performed by the determination unit 14 based on the data processed by the data processing unit 13 to determine the causes of landslides and their causes. According to the scale, a warning or indication is given to monitor the ground condition.
[0056]
Therefore, it is possible to accurately detect the displacement of the ground without depending on the detection accuracy simply by digging holes in a large number of places such as mountainous areas and filling the detector, and in advance the occurrence of disasters such as landslides in the ground Can foresee.
[0057]
Next, a configuration example of a detector used in the second embodiment of the ground monitoring apparatus according to the present invention will be described.
FIG. 12 shows a state where a detector having only a water level detector is buried in the ground. As shown in FIG. 12, a plurality of water level detectors 8 are respectively attached and fixed to the outer peripheral surface of the cylinder 1 at appropriate intervals in the axial direction. A calculation unit that takes in a measurement signal from the detector 8 and executes a calculation, a transmission unit, and a battery using a solar cell as a power source are provided.
[0058]
Here, the function of the arithmetic unit will be described with reference to FIG. 13. The detection signal detected by each water level detector 8 is amplified to a signal level suitable for arithmetic processing by an amplifier, and the electrical resistance of each sensor was measured from the value. Then, it is determined to which sensor the electrical resistance has changed (decreased) due to moisture in the soil. And the position to the sensor from which the electrical resistance value changed is discriminated as the water level of the permeated water in the soil, and the water level is output as output data to the transmitter.
[0059]
FIG. 12 (a) shows a state where rainwater does not penetrate into the ground in the detector embedded in the inclined surface, and FIG. 12 (b) shows a state where rainwater penetrates to the upper layer of the clay layer due to rain. The figure (c) has shown the state which rain water has osmose | permeated to the vicinity of the clay layer.
[0060]
Here, in the state of FIG. 12A, the electrical resistance of all the water level detectors 8 is large, but in FIG. 12B, it is provided between the ground and the upper layer of the clay layer. The electrical resistance of the water level detector 8 is small (indicated by a black circle), and in FIG. 3C, the electrical resistance of the water level detector 8 provided between the ground and the clay layer is small (black circle). Is shown). When these signals are input to the calculation unit, the calculation as described above is executed, and the data is transmitted from the transmission unit to the base station side.
[0061]
On the other hand, in the data processing unit on the base pole side, data processing S69 to S71 corresponding to the water level detector of FIG. 6 is executed, and the determination processing as shown in FIG.
[0062]
That is, in FIG. 14, it is determined whether or not the soil level data of the water level meter exceeds the reference value in S141, and if it is determined that the soil data does not exceed the reference value, continuous monitoring is performed. . If it is determined that the soil data exceeds the reference value, it is determined in S142 whether or not the amount of rainfall is greater than the specified value.
[0063]
If it is determined in S142 that the rainfall is not greater than the specified value, it is checked which detector exceeds the reference value in S143. If all the detectors exceed the specified value, S144 is determined. It is determined that the groundwater level is abnormal at, and a warning warning is issued. If only the upstream or downstream detector exceeds the reference value, in S145, it is determined that the water is partially discharged, and a warning is issued.
[0064]
On the other hand, if it is determined in S142 that the rainfall is greater than the specified value, it is checked which detector exceeds the reference value in S146.
If it is confirmed in S146 that all the detectors exceed the specified value, it is determined in S147 that the water level in the ground has reached a dangerous value in a wide range due to rainfall, and in S148, a large scale is determined. An emergency warning is issued because there is a possibility of landslide. If it is confirmed in S146 that only the upstream or downstream detector exceeds the reference value, it is determined in S149 that the underground water level has reached a dangerous value in a narrow range due to rain, and the process goes to S150. A warning warning is issued because there is a possibility of a small-scale landslide.
[0065]
Accordingly, a plurality of detectors provided with only the water level detector 8 as a sensor are buried in the ground as an observation range at an appropriate distance, and the water level in the soil is measured and buried in the ground. By determining the degree of penetration of rainwater that has permeated and performing data processing and determination processing on the base station side, it is possible to predict whether or not a collapse has occurred and its scale.
[0066]
In the detector configured as described above, a water level detector 8 is also provided on the cylindrical portion exposed from the ground surface to measure the amount of rain water (water level) on the ground surface, and this measurement data is transmitted to the base station side. Alternatively, it may be determined whether or not the state is dangerous due to local heavy rain. In this case, the water level detector 8 attached to the cylindrical portion exposed from the ground surface is provided with an umbrella portion in the cylindrical portion corresponding to the upper portion of each water level detector 8 so as not to get wet by direct rain. It is done.
[0067]
On the other hand, after the same processing as described above is executed in the data processing unit on the base pole side, the determination processing of S100 to S111 in FIG. 10 is executed.
Thus, even a detector provided with only a water level detector can predict and determine the state of the ground.
[0068]
Next, a configuration example of a detector used in the third embodiment of the ground monitoring apparatus according to the present invention will be described.
FIG. 15 shows the function of a detector provided with a gyro sensor and a water level detector. In FIG. 15, when voltages generated according to the acceleration α are input from the piezoelectric elements of the gyro sensor 2, these voltage signals are amplified to a signal level suitable for arithmetic processing by an amplifier, and acceleration is calculated from the voltage signals. After the calculation, the acceleration in each axis direction is detected at the same time, and the displacement direction, magnitude, impact force, and detector attitude are determined from these values. Then, after the acceleration associated with the rotation of the earth is cut, the corrected displacement, acceleration, and impact force are output to the calculation unit 6 as output data Fa.
[0069]
Further, the detection signal detected by the water level detector 8 is amplified to a signal level suitable for arithmetic processing by an amplifier, and after measuring the electric resistance of each sensor from the value, the electric resistance up to which sensor with moisture in the soil Is changed (decreased). Then, the position up to the sensor where the electrical resistance value is changed is determined as the water level of the permeated water in the soil, and the water level is output to the calculation unit 6 as output data Fc.
[0070]
On the other hand, when the output data Fa and Fc of the gyro sensor 2 and the water level detector 8 are input to the calculation unit 6, the calculation unit 6 stores the data from the gyro sensor 2 in a memory at regular intervals. The angle is obtained by integrating the acceleration value of the gyro from the data.
[0071]
Further, the water level detection sensor data is synchronized with the gyro sensor and stored in the memory at regular intervals. The data stored in these memories is output to the transmitter at regular intervals.
[0072]
On the other hand, when the displacement, acceleration and impact force data detected by each detector and the water level data in the soil by the water level detector 8 are transmitted to the base station, the base station performs each measurement by the data processing unit. The detection data for each point is processed in real time to obtain data that exceeds the reference acceleration value for each measurement point, data that exceeds the reference water level, data that exceeds the reference water level, and water level data on the ground, and data by the judgment unit Various determination processes are executed based on the data processed by the processing means, and the state of the ground is monitored by displaying an alarm or display to that effect according to the cause and scale of the landslide.
[0073]
Thus, even a detector provided with the gyro sensor 2 and the water level detector 8 can predict and determine the occurrence of landslide and its scale without being affected by the detection accuracy.
[0074]
Next, a configuration example of a detector used in the fourth embodiment of the ground monitoring apparatus according to the present invention will be described.
FIG. 16 shows the function of a detector provided with a biaxial inclinometer and a water level detector. In FIG. 16, the measurement signal measured by the biaxial inclinometer 3 is amplified to a signal level suitable for arithmetic processing by an amplifier, and two orthogonal inclination angles and inclination directions are obtained from the measurement signal. Are output to the calculation unit 6 as output data Fb.
[0075]
Further, the detection signal detected by the water level detector 8 is amplified to a signal level suitable for arithmetic processing by an amplifier, and after measuring the electric resistance of each sensor from the value, the electric resistance up to which sensor with moisture in the soil Is changed (decreased). Then, the position up to the sensor where the electrical resistance value has changed is determined as the level of permeated water in the soil, and the level is output to the calculation unit 6 as output data Fc.
[0076]
On the other hand, when the output data Fb and Fc of the inclinometer 3 and the water level detector 8 are input to the arithmetic unit 6, the arithmetic unit 6 stores the data of the inclinometer in a memory at regular intervals, and then the water level detector The data of 8 is synchronized with the inclinometer and stored in the memory at regular intervals. Then, the data stored in the memory is output to the transmission unit at regular intervals.
[0077]
On the other hand, when the water level data in the soil by the water level detector 8 detected by each detector is transmitted to the base station, the base station processes the detection data at each measurement point in real time by the data processing unit and performs each measurement. Obtain data that exceeds the reference acceleration value for each point, data that exceeds the reference water level, data that exceeds the reference water level, and water level data on the ground, and various data based on the data processed by the data processing means by the determination unit A judgment process is executed, and the state of the ground is monitored by giving an alarm or display to that effect according to the cause and scale of the landslide.
[0078]
Thus, even a detector provided with the gyro sensor 2 and the water level detector 8 can predict and determine the occurrence of landslide and its scale without being affected by the detection accuracy.
[0079]
In each of the above-described embodiments, the data determination processing by the determination unit on the base station side may be implemented with various modifications depending on the combination of the gyro sensor 2, the biaxial inclinometer 3, and the water level detector 8. It can be done.
[0080]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to provide a ground monitoring device that can accurately detect the displacement of the ground regardless of the detection accuracy and can predict in advance the occurrence of a disaster such as a landslide in the ground.
[Brief description of the drawings]
BRIEF DESCRIPTION OF DRAWINGS FIG. 1 is a block diagram showing a main part of a detector in a first embodiment of a ground monitoring device according to the present invention, in a cutaway manner.
FIG. 2 is a perspective view showing a configuration example of a solid gyro using a piezoelectric element provided as a sensor in the detector according to the embodiment.
FIG. 3 is a block diagram for explaining a signal processing function from a gyro sensor provided in the detector according to the embodiment, a biaxial inclinometer, and a water level detector;
FIG. 4 is a block diagram for explaining a signal processing function in a calculation unit provided in the detector according to the embodiment;
FIG. 5 is an exemplary block diagram showing a data processing system of the entire ground monitoring apparatus according to the embodiment;
6 is a block diagram for explaining a function of a data processing unit in FIG. 5;
FIG. 7 is a view showing an example in which detectors in the embodiment are arranged along an inclined surface of a mountainous area.
FIG. 8 is a diagram showing a state in which the detector according to the embodiment is buried in the ground.
FIG. 9 is a flowchart for explaining a first determination process in the determination unit in FIG. 5;
FIG. 10 is a flowchart for explaining a second determination process in the determination unit.
FIG. 11 is a flowchart for explaining a third determination process in the determination unit.
FIG. 12 is a view showing a state in which a detector used in the second embodiment of the ground monitoring apparatus according to the present invention is buried in the ground.
FIG. 13 is a block diagram for explaining a signal processing function from a water level detector in the detector according to the embodiment;
FIG. 14 is a flowchart for explaining determination processing in the determination unit on the base station side.
FIG. 15 is a block diagram for explaining a signal processing function of a detector used in the third embodiment of the ground monitoring apparatus according to the present invention.
FIG. 16 is a block diagram for explaining a signal processing function of a detector used in the fourth embodiment of the ground monitoring apparatus according to the present invention;
[Explanation of symbols]
1 ... Cylinder
1a …… Cylinder part
2 ... Solid type gyro sensor
3 …… Two-axis inclinometer
5 …… Battery
6 …… Calculation unit
7 …… Transmitter
10 ... Solar cell
11 …… Transmitting antenna
12 …… Receiver
13. Data processing unit
14 …… Determining part

Claims

A cylinder having a lid that can be embedded in the ground and closes the upper opening;
A gyro sensor that is housed in the cylinder and detects the magnitude and direction of the external force when an external force is applied due to the displacement of the ground;
A biaxial inclinometer that is housed in the cylinder and detects a biaxial tilt angle and a tilt direction orthogonal to each other;
A plurality of water level detectors installed at appropriate intervals in the axial direction on the outer peripheral surface of the cylindrical body,
An arithmetic unit having a memory which is housed in the cylindrical body, performs arithmetic processing on detection signals from the gyro sensor, inclinometer, and water level detector, and stores a result of the arithmetic processing;
A transmitter housed in the cylinder;
A battery housed in the cylinder and serving as a driving power source;
A transmitting antenna attached to the lid;
A data processing unit that is installed at a position away from the cylinder and stores a reference acceleration value, a reference inclination value, and a reference water level value, and performs arithmetic processing in the arithmetic unit, and transmits the data through the transmission unit and a transmission antenna. A base station comprising a discriminating unit for comparing the measured data and the reference acceleration value, the reference inclination value and the reference water level value stored in the data processing unit,
In the arithmetic unit, the data of the gyro sensor is stored in the memory at regular intervals, the data of the inclinometer is stored in the memory in synchronization with the data of the gyro sensor,
In the determination unit of the base station, the gyro sensor data, the inclinometer data, and the water level detector stored in the memory of the arithmetic unit transmitted via the transmission unit and the transmission antenna A ground monitoring device that determines whether or not to issue an alarm by comparing the reference acceleration value, the reference inclination angle value, and the reference water level value stored in the data processing unit of the base station .

The ground monitoring apparatus according to claim 1, wherein a plurality of the cylindrical bodies are arranged along the inclined surface .

The ground monitoring device according to claim 1 or 2, wherein a solar cell for charging the battery is disposed on the lid .