JP6276089B2 - 土砂崩落検知システム - Google Patents

Description

本発明は、光源部と受光部と光ファイバケーブルとを備え、土砂の崩落を検知する土砂崩落検知システムに関する。

鉄道や道路の切土斜面または盛土斜面は、大雨や地震などにより斜面の土砂が崩落して通行に支障をきたしたり、場合によっては列車の脱線事故に至る場合がある。このような災害時に斜面が崩落したことを検知して、列車の運行や車両の通行を止めて、脱線事故などを未然に防止することが求められている。

大雨や地震などによる斜面の防災管理は、一般的には人員による巡回監視によって行われている。しかし、巡視すべき斜面の箇所は膨大な数があり、巡回による監視には限界がある。また、大雨や地震といった災害時には巡回しての巡視そのものが危険を伴い充分に巡視を行うことは困難であった。

これに対して、斜面に崩落を検知するセンサを設置して、斜面の崩落時に自動的に崩落情報を伝達する検知システムが提案されている。検知システムは各種の方式が提案されているが、センサ自体が光ファイバケーブルなので長距離化できること、雷などの誘導障害の影響がないこと、などの特徴から光ファイバを用いた検知システムが有力な検知システムとして提案されている。

例えば、特許文献１及び特許文献２では、光ファイバを用いた崩落検知システムは、監視する対象の斜面に光ファイバを金属管に挿通した光ファイバケーブルを設置し、これに光パルス送受信装置を接続して構成される。そして、斜面の崩落が起きて設置した光ファイバケーブルの光ファイバ心線に圧力変化や曲がり、破断が生じると、その部位からの後方散乱光を分析して、歪などの物理量、光損失などの変動を斜面の崩落として認識して崩落を検知している。

特開２００１−０９９６８６ 特開２００７−１５５５５０

光ファイバケーブルを用いて土砂崩落を検知する場合、土砂崩落の検知の信頼性を向上させるためには、土砂崩落の際に光ファイバ心線を確実に変形させることが必要であり、例えば、光ファイバケーブルの金属管の一部に他部よりも強度の低い低強度部を予め形成しておくという方策が採られている。このように金属管に低強度部を形成することにより、崩落土砂からの荷重を受けた金属管は上記低強度部の位置で容易に変形するので、これに伴って金属管内の光ファイバ心線も確実に変形することとなる。

このような低強度部を金属管に設ける方法としては、金属管を削ったりあるいはカシメたりする方法があるが、特にカシメを用いる方法は、カシメ加工装置によって金属管を外部から局部的に圧縮加工するだけで済むので、低強度部の形成が簡便である点で有効である。カシメの構造としては、例えば、金属管の軸線に対して直交する一つの直線（以下、「直径線」ともいう）の方向で該金属管を平面状にカシメる扁平カシメや、金属管を全周にわたって直径方向に縮径する円周カシメなどがある。このような低強度部を金属管に形成した場合において、該金属管を低強度部の位置でより確実に変形させるために、該低強度部の変形を促進する手立てが求められている。

このような事情に鑑みて、本発明は、光ファイバケーブルの金属管を低強度部の位置でより確実に変形させ、これに伴う光ファイバ心線の変形により土砂の崩落を高精度で検知できる土砂崩落検知システムを提供することを目的とする。

本発明に係る土砂崩落検知システムは、土砂の崩落を検知するシステムにおいて、光ファイバ心線に光信号を発信する光源部と、光ファイバ心線から光信号を受信する受光部と、光信号を伝達する光ファイバ心線が金属管に挿通された光ファイバケーブルとを有し、金属管は、長手方向にわたる複数箇所に、外力を受けた場合に金属管の変形を容易とする低強度部が設けられており、光ファイバケーブルは、長手方向の複数の箇所に、低強度部を含んだ所定範囲で該所定範囲外よりも金属管が容易に変位することを可能とする易変位部が設けられており、該易変位部は、光ファイバケーブルに曲げ変位を許容するための余裕長さが与えられており、該易変位部での変位により低強度部での変形が誘発され、土砂の崩落時に金属管の低強度部での変形に伴う光ファイバ心線の光信号の変動により土砂の崩落を検知することを特徴としている。

「易変位部」とは、崩落土砂からの荷重が金属管にかかった場合に該金属管の特定の部位に応力が集中する構成を有する部分をいう。本発明では、上記応力が低強度部に集中するので、光ファイバケーブルが外力を受けた場合に、易変位部での変位により低強度部での変形が誘発される。したがって、光ファイバケーブルの金属管を低強度部の位置でより確実に変形させ、これに伴う光ファイバ心線の変形により土砂の崩落の検知の信頼性を向上させることができる。

本発明において、低強度部は、金属管を局部で軸線に対して直交する一つの直線の方向をカシメ方向としてカシメを施すことによって形成されていることが好ましい。既述したように、カシメの構造としては、例えば、金属管の軸線に対して直交する一つの直線の方向で該金属管を平面状にカシメる扁平カシメや、金属管を全周にわたって直径方向に縮径する円周カシメなどがある。このうち円周カシメで低強度部を形成する場合には、低強度部の周方向の全域にわたって強度が一定となるので理想的ではあるが、現実には軸がずれることにより、真円にするのが困難であることが多く、均一の形状に加工するには手間がかかってしまう。これに対して、扁平カシメによれば、これによって、カシメ加工装置で金属管を外部から圧縮加工するだけで低強度部を簡便に形成できることに加え、加工品質を一定に保てるという点でも有効である。

本発明において、易変位部は、光ファイバケーブルを局部で巻回あるいは湾曲することで形成されていることが好ましい。易変位部を光ファイバケーブルの巻回あるいは湾曲により形成することにより、光ファイバケーブルの長手方向での中間部や端部の任意の箇所で、該易変位部を光ファイバケーブルの変位しろとして使用することもできる。ここで、「変位しろ」とは、直線状態の光ファイバケーブルに曲げ変位を許容するための余裕長さのことであり、光ファイバケーブルが外力を受けたときには、該光ファイバケーブルがこの変位しろの範囲内で上記外力に応じて移動することにより、光ファイバケーブルの曲げ変位を生じさせることが可能となる。

仮に金属管にこのような変位しろが与えられていないと、該金属管は直線状の形態を維持せねばならず曲げ変位が困難となり、剪断による切断でしか光ファイバ心線を変形させることができないが、本発明のように変位しろを予め設けておくことにより、崩落土砂からの荷重が金属管の剪断に至らない程度の荷重であったとしても、金属管が容易に曲げ変位するので、該金属管内の光ファイバ心線を容易に変形させて、土砂の崩落を確実に検知することができる。

本発明において、光ファイバケーブルが巻回あるいは湾曲して形成された易変位部は、該易変位部を含む一定の平面に対して直角方向で光ファイバケーブルが変位することを抑制して上記易変位部を上記平面内に留める抑制部材が設けられていることが好ましい。このような抑制部材が設けられていない場合には、易変位部を形成する光ファイバケーブルに外力がかかって応力が生じても、該光ファイバケーブルが上記直角方向に変位して低強度部にかかるべき応力が低強度部に集中せずにその周辺に分散してしまうという事態が生じ得る。本発明では、上記抑制部材を設けて、上記易変位部を上記平面内に留めることにより、上記応力を金属管の低強度部に集中させて金属管の変形を確実に促進させることができる。

光ファイバケーブルは、土砂が崩落した際に、土砂の荷重を受ける受圧部材が受圧力を低強度部に伝達可能に取り付けられていて、光ファイバケーブルの変形を促進することとするのが好ましい。このような受圧部材を設けることにより、上記低強度部において、外力により変形を生じる感度を高めることができる。

以上のように、本発明では、低強度部を含んだ所定範囲で該所定範囲外よりも容易に変位する易変位部が金属管に設けているので、光ファイバケーブルが外力を受けて金属管に生じたとき、易変位部での変位により低強度部に応力を集中させて該低強度部での変形を誘発することができる。したがって、光ファイバケーブルの金属管を低強度部の位置でより確実に変形させ、これに伴う光ファイバ心線の変形により土砂の崩落の検知の信頼性を向上させることができる。

（Ａ）は土砂崩落検知システムとしての第一実施形態装置の使用状態を示す図であり、（Ｂ）は光ファイバケーブルを係留部材で支持した状態を示す図である。 第一実施形態装置の概要構成図である。 図２装置が有する複数の検知ユニットのうちの一つを光ファイバケーブルとともに示す概要構成図である。 第一実施形態における光ファイバケーブルの変位しろを示す図であり、（Ａ）が光ファイバケーブルの変形前、（Ｂ）が光ファイバケーブルの変形後の状態を示している。 第二実施形態における光ファイバケーブルの易変位部が変位する状態を示した図である。 第二実施形態における光ファイバケーブルの易変位部に設けられる抑制部材の一例を示す図である。 第二実施形態における光ファイバケーブルの易変位部に設けられる抑制部材の他の例を示す図である。 第二実施形態における光ファイバケーブルの易変位部に設けられる抑制部材の他の例を示す図であり、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は側面図である。 第二実施形態における光ファイバケーブルの易変位部の変形例を示す図である。 （Ａ），（Ｂ）はそれぞれ第三実施形態における光ファイバケーブル低強度部の一例を示す斜視図であり、 第四実施形態における光ファイバケーブル低強度部の断面を示す図である。 第五実施形態における受圧部材の一例を示しており、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は縦断面図、（Ｃ）は平面図である。 第五実施形態における受圧部材の他の例を示しており、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は縦断面図、（Ｃ）は平面図である。 第五実施形態における受圧部材の使用形態を示す図である。

以下、添付図面にもとづき、本発明の実施の形態を説明する。

＜第一実施形態＞
図１（Ａ）は土砂崩落検知システムとしての本実施形態装置の使用状態を示す図、図１（Ｂ）は光ファイバケーブルを後述の係留部材で支持した状態を示す図である。図２は本実施形態装置の概要構成図、図３は図２装置が有する複数の検知ユニットのうちの一つを光ファイバケーブルとともに示す概要構成図である。

本実施形態装置は、駅舎等に設置された監視基地局としての土砂崩落監視装置１０を有し、該土砂崩落監視装置１０は、多数の検知ユニット１１（図２では４つの検知ユニット１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ，１１Ｄのみが示されている）と、これらを制御するとともに検知ユニット１１からの出力を判定する制御装置１２と、その結果を表示する表示装置１３とを有している。上記制御装置１２は、列車１４に連絡する無線連絡装置１５に接続されている。

各検知ユニット１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ，１１Ｄからは光ファイバケーブル１６Ａ，１６Ｂ，１６Ｃ，１６Ｄが延出していて、これらの光ファイバケーブル１６Ａ，１６Ｂ，１６Ｃ，１６Ｄは、好ましい形態として、一つの幹線ケーブル１７としてまとめられて、土砂崩落を検知すべき斜面に向け延びている。既述したように、検知ユニット１１は多数設けられているので、一つの幹線ケーブル１７には、それに対応する数だけの光ファイバケーブル１６が挿通されている。図２に見られるように、一つの幹線ケーブル１７は、土砂崩落を監視すべき区域を数百ｍから数ｋｍ毎に区分した複数の区間（図２では、例として、区間１、区間２、区間３、区間４の４つの区間が示されている）に対し、光ファイバケーブル１６Ａ，１６Ｂ，１６Ｃ，１６Ｄが順次設置するように上記幹線ケーブル１７から引き出されて延びている。また、幹線ケーブル１７に複数の光ファイバケーブル１６を挿通させるのに代えて、例えば、幹線ケーブル１７に複数の光ファイバ心線を収容するとともに、光ファイバ心線を金属管に挿通させた光ファイバケーブル１６を幹線ケーブル１７から各区間に対して分岐させることとしてもよい。

上記斜面は、一般に、例えば、図１（Ａ）に見られるごとく、鉄道線路Ｐが敷設されている平坦な線路敷設帯域Ｑに対し、高地側となる一方の側の切土斜面Ｒ、そして低地側となる他方の側の盛土斜面Ｓとが存在している。上記線路敷設帯域Ｑは、道路となることもある。

図１（Ａ）の例では、線路敷設帯域Ｑの両側、すなわち該線路敷設帯域Ｑと切土斜面Ｒとの境界部付近そして盛土斜面Ｓとの境界部付近に、それぞれ、幹線ケーブル１７から延出する光ファイバケーブル１６が設置されている。上記線路敷設帯域Ｑは、その長手方向で、複数の区分、例えば、図２に見られるように、区間１、区間２、区間３、区間４に区分されている。図２に見られるように、上記幹線ケーブル１７から引き出された光ファイバケーブル１６Ａ，１６Ｂ，１６Ｃ，１６Ｄは、それぞれの区間、すなわち区間１、区間２、区間３、区間４にて、地面に対して係留部材１８により支持されて、上記区間１、区間２、区間３、区間４のそれぞれの範囲にわたり延びている。

本実施形態では、上記光ファイバケーブル１６Ａ，１６Ｂ，１６Ｃ，１６Ｄは、切土斜面Ｒ側のみならず、幹線ケーブル１７から他の光ファイバケーブル１６を引き出して上記区間１，区間２，区間３、区間４に対して、盛土斜面Ｓ側にも同様に設けることにより、両斜面のいずれでも土砂崩落を検知できるようになっている。

係留部材１８は、例えば、図１（Ｂ）に見られるように、光ファイバケーブル１６を側方から掛止可能なフック部１８Ａで該光ファイバケーブル１６を長手方向に移動可能な状態で支持しており、杭状をなしていて上記長手方向で間隔をもって複数位置で地面に対して打ち込まれる。該係留部材１８は、上記長手方向にて、後述する光ファイバケーブル１６の金属管２１の低強度部２１Ａの位置に設けられていることが好ましい。このように係留部材１８を低強度部２１Ａの位置に設けることにより、光ファイバケーブル１６が崩落土砂からの荷重を受けた際に、該係留部材１８が支点となって低強度部２１Ａが容易に変形するようになる。なお、係留部材１８は、地面に対して光ファイバケーブル１６を支持するようになっていればよく、図１（Ｂ）に示される形状のものには限定されない。

また、低強度部２１Ａを光ファイバケーブル１６に予め形成しておくことは必須ではなく、金属管２１に低強度部２１Ａが形成されていない光ファイバケーブル１６を係留部材１８で支持した後に、該係留部材１８に支持された位置で金属管２１をカシメて低強度部２１Ａを形成することとしてもよい。係留部材１８による光ファイバケーブルの支持の形態としては、例えば、図１（Ｂ）に示される形態の他、係留部材１８としてのワイヤやインシュロック等による光ファイバケーブルの捕縛などが挙げられる。上記光ファイバケーブル１６Ａ，１６Ｂ，１６Ｃ，１６Ｄは、既述のように、一つの幹線ケーブル１７としてまとめられているが、駅舎内では、それぞれ対応する検知ユニット１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ，１１Ｄに接続されている。

各光ファイバケーブル１６Ａ，１６Ｂ，１６Ｃ，１６Ｄのそれぞれ（各光ファイバケーブルは同一形態なので、図３では光ファイバケーブル１６として、したがって検知ユニットも検知ユニット１１として示されている。）は、図３（Ａ）に示されているように、金属管２１内に二本の光ファイバ心線２２Ａ，２２Ｂが挿通されていて、光伝送路として一方が往路部をそして他方が復路部をなしている。二つの光ファイバ心線２２Ａ，２２Ｂは一端（図３にて右端）で折返しループ部２２Ｃをなすように、適宜手段により接続されており、他端では、往路部をなす一方の光ファイバ心線２２Ａが光源部２３に接続され、復路部をなす他方の光ファイバ心線２２Ｂが受光部２４に接続されている。光ファイバ心線２２Ａ，２２Ｂが挿通されている金属管２１は一端部でキャップ状または箱状の保護部材２５が取り付けられていて、上記折返しループ２２Ｃが保護されている。金属管２１内の両光ファイバ心線２２Ａ，２２Ｂは、作業の便宜上、一端同士が折返しループをなすようにして接続されているが、長く連続した一つの光ファイバ心線を折り返して往路部と復路部をもつようにしてもよい。本実施形態では、光源部２３そして受光部２４が一つの検知ユニット１１としてまとめられている。該検知ユニット１１は、光信号（以下、単に「光」ともいう）の変化程度ではなく、有無（遮断）を検知することとしているので、光の変動量の計測によるＯＴＤＲやＢＯＴＤＲに比し、きわめて簡単な構成で安価となる。

上記金属管２１は、その長手方向で間隔を持った複数位置に低強度部２１Ａが形成されている。この低強度部２１Ａは、金属管２１に外力が作用した場合に、他部よりも優先的に変形し易くするため、局部的に強度が低くなるように加工された部位である。例えば、図３（Ａ）の例では、金属管２１の軸線に対して直交する一つの直線（以下、「直径線」ともいう）の方向をカシメ方向として金属管２１にカシメ加工（圧潰加工）を施して扁平部を形成することで、強度低下を図っている。勿論のことながら、カシメ加工は、金属管２１内の光ファイバ心線２２Ａ，２２Ｂに影響を与えないような加工寸法範囲でなされる。低強度部は、上記カシメ加工によらずとも、例えば、該当部分を薄肉とするなど、他の手法も可能である。かかる低強度部２１Ａが形成された金属管２１に、外力として斜面における土砂崩落による土砂からの力を受けると、該金属管２１は、光ファイバケーブル１６の後述の変位しろ（図４（Ａ），（Ｂ）参照）の範囲で光ファイバケーブルが移動することにより、図３（Ｂ）の状態から図３（Ｃ）の状態へ変形し、特に、低強度部２１Ａが大きく変形する。金属管２１内の光ファイバ心線２２Ａ，２２Ｂは、金属管２１に比し、強度が大幅に低く、また、脆性を有していることから、容易に折れて断線する。すなわち、上記外力を受けたときに、光ファイバ心線２２Ａ，２２Ｂを通っていた光が遮断されるようになっている。図３（Ｃ）では、光ファイバ心線２２Ａ，２２Ｂの両方が断線する例を示しているが、光が遮断されるためには、光ファイバ心線２２Ａ，２２Ｂの少なくとも一方が断線していればよい。

上記金属管２１の材料としては、ステンレス鋼、ニッケル合金、銅、チタン、アルミニウム等を用いることができる。また、光ファイバケーブル１６は、塩化ビニル樹脂、ポリエチレン、ナイロン、ウレタン等で被覆されていたり、金属管２１内部にエポキシ樹脂、ウレタン樹脂等の樹脂や炭化水素系ポリマーの合成油を充填しておくことができる。

本実施形態では、光ファイバケーブル１６の他端、すなわち、駅舎に設けられた土砂崩落監視装置１０に接続される側の端部で、金属管２１内の二つの光ファイバ心線２２Ａ，２２Ｂのうちの一方の光ファイバ心線２２Ａが光源部２３に、そして他方の光ファイバ心線２２Ｂが受光部２４にそれぞれ接続されている。したがって、斜面で土砂崩落が生じていない平常時では、光源部２３から発せられた光は往路部としての一方の光ファイバ心線２２Ａを進行し、一端側の折返しループ部２２Ｃを経て、復路部としての他方の光ファイバ心線２２Ｂに入り受光部２４にて受光されている。

本実施形態では、光ファイバケーブル１６は、低強度部２１Ａの変形を許容する「変位しろ」をもった長さとなっている。この「変位しろ」とは、直線状態の光ファイバケーブルに曲げ変位を許容するための余裕長さのことである。図４（Ａ）に見られるように、光ファイバケーブル１６には、該光ファイバケーブルを局部で巻回した巻回部３２が形成されており、該巻回部３２の全長が上記変位しろとして確保されている。本実施形態では、該巻回部３２は、低強度部を含まない範囲で形成されている。

光ファイバケーブル１６が土砂崩落からの荷重を受けると、図４（Ｂ）に見られるように、巻回部３２を形成する光ファイバケーブル１６が該巻回部３２の長さ範囲内で上記荷重に応じて低強度部２１Ａ側へ移動することにより、該低強度部２１Ａを含む範囲において光ファイバケーブル１６の曲げ変位を生じることが可能となる。この結果、既述したように、該低強度部２１Ａの位置で光ファイバ心線２２Ａ，２２Ｂが容易に折れて断線する。

光ファイバケーブル１６の変形前を示す図３（Ｂ）と変形後を示す図３（Ｃ）とを比べると判るように、図３（Ｃ）に示される光ファイバケーブル１６の変形後における低強度部２１Ａ近傍の範囲の長さ（ｌ_２＋ｌ_３）と、図３（Ｂ）に示される光ファイバケーブル１６の変形後における低強度部２１Ａ近傍の範囲の長さｌ_１との差分、すなわち長さ（ｌ_２＋ｌ_３−ｌ_１）が変位しろでの移動分の長さとなる。

仮に金属管２１にこのような変位しろが与えられていないと、該金属管２１は直線状の形態を維持せねばならず曲げ変位が困難となり、直線状態のままでの剪断による切断でしか光ファイバ心線２２Ａ，２２Ｂを断線させることができないが、本実施形態のように変位しろを予め設けておくことにより、崩落土砂からの荷重が金属管２１の剪断に至らない程度の荷重であったとしても、低強度部２１Ａで金属管２１が容易に曲げ変位するので、該金属管２１内の光ファイバ心線２２Ａ，２２Ｂを容易に断線させて、土砂の崩落を確実に検知することができる。

本実施形態では、上記変位しろは、光ファイバケーブル１６を局部で巻回させた巻回部３２によって形成されることとしたが、変位しろの形態はこれに限られず、例えば、光ファイバケーブル１６を局部で湾曲させて形成されていてもよい。

本実施形態では、土砂崩落が生じたときに光ファイバケーブル１６の低強度部２１Ａの変形を促進するために、後述する受圧部材２７によって崩落土砂を受け、その受圧力を低強度部２１Ａに伝達するように構成することも可能である。図１に見られるように、線路敷設帯域Ｑと盛土斜面Ｓとの境界部付近に設置された光ファイバケーブル１６の金属管２１の各低強度部２１Ａには、盛土斜面Ｓに沿って下方へ延びる索条体としてのワイヤ２６が懸吊されている。該ワイヤ２６には、該ワイヤ２６の長手方向での複数位置で、崩落土砂の荷重を受ける受圧部材２７が係止して取り付けられている。該受圧部材２７は、崩落土砂の流れを受け止めるための受面が形成されており、該受面が盛土斜面Ｓの傾斜方向に対してほぼ直角をなした姿勢を維持している。したがって、盛土斜面Ｓの土砂が崩落して、受圧部材２７が上記受面で崩落土砂の流れからの荷重を受けると、その受圧力がワイヤ２６に張力を生じ、この張力が光ファイバケーブル１６の低強度部２１Ａに伝達され、該低強度部２１Ａの変形ひいては光ファイバ心線２２Ａ，２２Ｂの断線が促進される。すなわち、低強度部２１Ａは他部に比して、外力により変形を生じる感度が高められている。

また、受圧部材２７とともに、あるいは該受圧部材２７に代えて、ワイヤ２６に錘（図示せず）を係止させてもよい。このように錘を係止させておくことにより、土砂崩落時、土砂が不在となった領域にて、該錘の自重による荷重がワイヤ２６に作用し、ワイヤ２６にその荷重の分の張力が生じる。その結果、該張力が光ファイバケーブル１６の低強度部２１Ａに伝達されて該低強度部２１Ａが変形し、光ファイバ心線２２Ａ，２２Ｂの断線が促進される。

また、図１で示される形態では、線路敷設帯域Ｑと切土斜面Ｒとの境界部付近に設置された光ファイバケーブル１６には、上述したワイヤ２６、受圧部材２７や錘は設けられておらず、切土斜面Ｒが崩落した際、光ファイバケーブル１６が崩落土砂の流れを受け止めて変形するようになっている。しかし、例えば、図１に示される位置よりも上方の切土斜面Ｒに光ファイバケーブル１６を設置した場合には、該光ファイバケーブル１６にワイヤ２６、受圧部材２７や錘を設けることも可能である。

次に、このような構成の土砂崩落検知システムの作動原理を説明する。既述したように、土砂崩落が生じていない平常時では、光源部２３から発せられた光は一方の光ファイバ心線２２Ａ（往路部）、折返しループ部２２Ｃそして他方の光ファイバ心線２２Ｂ（復路部）を進行して受光部２４にて受光されている。そして、制御装置１２は、受光部２４が受光している間、光ファイバ心線２２Ａ，２２Ｂが断線していない、すなわち区間１〜４のいずれにおいても土砂崩落は生じていないと判定し、その判定結果に対応する信号を表示装置１３へ送信する。この結果、表示装置１３は、土砂崩落が生じていないという判定結果を表示する。

一方、例えば盛土斜面Ｓの区間２にて土砂崩落が生じた場合には、既述したように、該区間２内に位置する受圧部材２７が、該受圧部材２７の受面で崩落土砂の流れを受け止めることにより崩落土砂からの荷重を受け、その受圧力で張力を生じたワイヤ２６を介して区間２の光ファイバケーブル１６Ｂの低強度部２１Ａに上記張力が伝達される。その結果、図３（Ｃ）や図４（Ｂ）に見られるように、金属管２１、特に低強度部２１Ａが大きく屈曲変形し、金属管２１内の光ファイバ心線２２Ａ，２２Ｂが折れて断線する。また、このとき、光ファイバケーブル１６は、低強度部２１Ａで係留部材１８により支持されているので、地面に打ち込まれている該係留部材１８が支点となって、ワイヤ２６からの張力を受ける低強度部２１Ａが容易に変形する。

光ファイバ心線２２Ａ，２２Ｂが断線すると、該光ファイバ心線２２Ａ，２２Ｂを通っていた光が遮断（途絶）されるので、区間２に対応する検知ユニット１１Ｂの受光部２４が受光しない状態となる。したがって、制御装置１２は、区間２にて光ファイバ心線２２Ａ，２２Ｂが断線した、すなわち土砂崩落が生じたと判定し、その判定結果に対応する信号を表示装置１３及び無線連絡装置１５へ送信する。そして、表示装置１３は盛土斜面Ｓの区間２で土砂崩落が生じたことを表示する。また、無線連絡装置１５は、上記判定結果に対応する無線信号を列車１４へ向けて送信して、上記区間での土砂崩落の発生を該列車１４の乗務員に報知する。この結果、列車１４を適宜停止させることにより、土砂崩落による列車への被害の発生を確実に防止することが可能となる。また、道路については、車輌の通行を止めて事故を未然に防止できる。

ここでは、盛土斜面Ｓで土砂崩落が生じた場合について説明したが、切土斜面Ｒで土砂崩落が生じた場合においても、光ファイバケーブル１６が崩落土砂からの荷重を直接受けて変形する点を除き、土砂崩落検知システムの作動原理は、既述の盛土斜面Ｓの場合と同様であるので説明を省略する。

このような本実施形態では、監視区域を複数に区分してそれぞれに対応して光ファイバケーブルを配設しているので、どの区間で断線が生じたかすぐに検知できる。本実施形態では、光信号の有無のみを検知するので断線位置を検知することはできないが、どの区間で断線が生じたのかを検知することはできるので、これによって、土砂崩落が生じた位置を容易に特定することができる。また、後方散乱光を用いる従来の検知方式では、歪や光損失の変化量により土砂崩落を検知するので、検知限界を設定する変化量や閾値の設定にあいまいさが生じるが、本実施形態では、光信号の有無のみを検知するので土砂崩落を確実に検知することができる。

また、土砂崩落の可能性の高い区域での区間数を多く（区間長を短く）し、可能性の低い区域での区間数を少なくすることで、監視レベルを向上させることができる。また、本実施形態では、土砂崩落が生じた区間についてのみ、光ファイバケーブルを交換すればよいので、事後の修復が容易である。幹線ケーブルに上記区間数よりも多い数の光ファイバケーブル予め収めておけば、余分な光ファイバケーブルを交換用の光ファイバケーブルとして使用でき、この点でも修復が楽になる。

本実施形態では、複数の区間に配設される光ファイバケーブルのそれぞれに対応して複数の検知ユニットを設ける例を図示したが、検知ユニットを複数とせずに、各光ファイバケーブルに対して共通として一つだけ設けて、この共通な検知ユニットが各光ファイバケーブルに順次切り替わり接続されるようにしてもよい。こうすることで検知ユニットを設けることに関してコストの大幅低減が可能となる。

また、本実施形態に係る土砂崩落検知システムでは、往路部及び復路部が形成された光ファイバ心線を有する光ファイバケーブルを使用して、受光部で受光される光の有無、すなわち光が遮断されたかどうかで、光ファイバ心線の断線ひいては土砂崩落の発生を検知することとしたが、これに代えて、例えば、光ファイバ心線に圧力変化や曲がり、破断等が生じた場合にその部位からの後方散乱光を分析する光送受信装置（ＢＯＴＤＲやＯＴＤＲ）を使用して、歪などの物理量、光損失などの変動を土砂崩落として認識して土砂崩落を検知することとしてもよい。このような検知を行う場合には、光ファイバ心線を折り返して往路部及び復路部を形成することは必須でなく、単一の光ファイバ心線を折り返すことなく使用することが可能である。

＜第二実施形態＞
本実施形態は、低強度部を含んだ所定範囲で該所定範囲外よりも金属管が容易に変位する易変位部が設けられている点で、該易変位部が設けられていない第一実施形態と異なっている。本実施形態では、金属管の低強度部が易変位部の範囲内に位置しているので、該易変位部での変位により低強度部での変形が誘発されるようになっている。以下、第一実施形態と異なる点を中心に本実施形態を説明する。

図５に見られるように、光ファイバケーブル１６に設けられた易変位部２８は、光ファイバケーブル１６のケーブル長手方向における低強度部２１Ａを含んだ所定範囲を略円形状に巻回して形成されている。このように光ファイバケーブル１６の一部を巻回して易変位部２８を形成することにより、該易変位部２８を光ファイバケーブル１６の変位しろとしても使用することも可能となる。

土砂が崩落して易変位部２８が図５での下方へ向けた荷重を土砂から受けたとき、該易変位部２８は、図５に見られるように、略円形状部分の幅寸法（図５にて横方向寸法）を狭めるように変位する。この結果、易変位部２８の範囲内でその最下部に位置する低強度部２１Ａでの屈曲変形が誘発され、該低強度部２１Ａの位置で光ファイバ心線２２Ａ，２２Ｂが容易に断線するので、土砂の崩落を確実に検知することができる。

易変位部２８の範囲内に位置する低強度部２１Ａで金属管２１を変形させるためには、該易変位部２８を含む平面（図５にて紙面に対して平行な面）内に該易変位部２８を留めた状態、すなわち光ファイバケーブル１６同士の交差部分（図５での易変位部２８の最上部分）が上記平面に対して直角な方向で光ファイバケーブル１６同士が近接した状態を維持したまま、易変位部２８を幅方向（図５にて横方向）に変位させることが好ましい。仮に上記交差部分で光ファイバケーブル１６同士が上記直角方向に離反すると、上記易変位部２８が上記幅方向で変位しても、低強度部２１Ａにかかるべき応力が低強度部２１Ａに集中せずにその周辺に逃げてしまうので、該低強度部を十分に変形させることができなくなる。

易変位部２８を上記略円形状部分の幅方向で確実に変位させるためには、光ファイバケーブル１６同士の交差部分（図５での易変位部２８の最上部分）に、該易変位部２８を含む平面に対して直角な方向で光ファイバケーブル１６同士が離反することを抑制しつつ、光ファイバケーブルの長手方向での変位（移動）を許容する遊びをもつ抑制部材が設けられていることが好ましい。

上記抑制部材は、種々の形態を採用することが可能である。図６ないし図８（Ａ），（Ｂ）は、それぞれ抑制部材の一例を示す図である。これらの図では低強度部２１Ａの図示は省略されている。図６に示される抑制部材２９は、易変位部２８の上記交差部分に線材を複数回巻回することにより該交差部分を束ねる結束部材として構成されている。また、図７に示される抑制部材３０は、上記交差部材を挿通させた管状部材として構成されている。また、図８（Ａ），（Ｂ）に示される抑制部材３１は、易変位部２８全体を収容する薄型箱状部材として構成されている。これらの抑制部材によると、易変位部２８における上記交差部分での光ファイバケーブル１６同士の離反を防止しつつ下方へ向けた変位を可能として低強度部２１Ａでの金属管２１の変形を容易とする。

本実施形態で図５〜８に図示の易変位部２８は、紙面に対して直角方向に見たときに、光ファイバケーブルを、閉ループをなすように湾曲させて形成されているが、易変位部２８は、これに限定されず、種々の形態で形成されることが可能である。例えば、易変位部２８は、光ファイバケーブル１６を湾曲させて、図９に示されるような略Ω状に形成されてもよく、また、波形等に形成されてもよい。易変位部２８をこれらの形状で形成する場合においても、例えば、易変位部２８全体を薄型箱状の抑制部材（図８（Ａ），（Ｂ）参照）に収容するなどして、易変位部２８を含む平面内に該易変位部２８を留めた状態を維持したまま変形させることが好ましい。

また、易変位部のさらなる他の形態として、例えば、光ファイバケーブル１６の低強度部２１Ａの変形を促進させるための押圧部材（図示せず）を光ファイバケーブル１６に取り付けてもよい。上記押圧部材は、例えば、低強度部２１Ａのほぼ全周を囲む略リング状をなし、その内縁に低強度部へ向けて突出する楔形状の押圧部が形成された部材として構成することができる。このような押圧部材の内縁内に光ファイバケーブル１６を挿通することにより、崩落土砂から荷重を受けたとき、上記押圧部材の押圧部が低強度部２１Ａに喰い込んで該低強度部２１Ａをより確実に変形させることができる。例えば、既述したワイヤ２６、受圧部材２７や錘が設けられている場合には、上記押圧部材にワイヤ２６を懸吊させることにより、土砂崩落時、ワイヤ２６に張力が作用したときに、押圧部材が下方へ移動して該押圧部材の押圧部が低強度部２１Ａに喰い込み、該低強度部２１Ａを変形させる。また、例えば、係留部材１８に上記押圧部材を固定することにより、土砂崩落時、光ファイバケーブル１６が下方へ移動したときに、上記押圧部材の押圧部が低強度部２１Ａに喰い込み、該低強度部２１Ａを変形させる。

＜第三実施形態＞
本実施形態は、光ファイバケーブルの金属管に形成された複数の低強度部のカシメ方向の直径線同士が互いに異なっている点で、全ての低強度部のカシメ方向の直径線が同一方向に位置している第一及び第二実施形態と異なっている。以下、第一及び第二実施形態との相違点を中心に、図１０（Ａ），（Ｂ）に基いて本実施形態を説明する。

金属管２１の低強度部２１Ａは、崩落土砂からの荷重をカシメ面に対して直角な方向で受けたときに最も容易に変形する。換言すると、全ての低強度部２１Ａを同方向でカシメて形成した場合、低強度部２１Ａが、上記カシメ面に対してほとんど角度をもたない方向、例えばカシメ面に対して平行な方向で崩落土砂からの荷重を受けたときには、これらの低強度部２１Ａが容易には変形しないという事態が生じ得る。これは、光ファイバケーブル１６の低強度部２１Ａにおける変形容易性に金属管の周方向位置で方向性が生じてしまうことを意味する。

そのような事態に対処すべく、本実施形態における低強度部２１Ａは、複数箇所の低強度部２１Ａにおけるカシメ方向の直径線同士が、金属管２１を長手方向に見たときに互いに交差角をもつように形成されている。例えば、図１０（Ａ）に示される形態では、カシメ方向の直径線同士の上記交差角が略９０°をなす低強度部２１Ａが金属管２１の長手方向で交互に形成されている。このように、カシメ方向の異なる低強度部２１Ａを設けておくことにより、崩落土砂からの荷重による曲げ応力を金属管２１の周方向のどの位置で受けても、いずれかの低強度部２１Ａにて、上記荷重をカシメ面に対して略直角方向で受けることができるので、これらの異なる低強度部２１Ａがともに検知区域の同一区間内に位置していれば、どのような方向から崩落土砂を受けても、該低強度部２１Ａを容易かつ確実に変形させて光ファイバ心線２２Ａ，２２Ｂを断線させることになり、土砂崩落の発生を確実に検知することができる。

また、本実施形態では、上記交差角が略９０度として大きく設定されているので、どのような方向から崩落土砂を受けても、いずれかの低強度部２１Ａにおいて、より確実にカシメ面に対して略直角方向に外力を受けることができ、低強度部２１Ａの変形ひいては光ファイバ心線２２Ａ，２２Ｂの断線を促進することができる。

カシメ方向の異なる低強度部２１Ａを形成する位置は、図１０（Ａ）に示されているように低強度部２１Ａ同士が離れて位置する形態に限られず、例えば、金属管２１の長手方向での複数箇所において、図１０（Ｂ）に示されるように、カシメ方向の異なる低強度部２１Ａを隣接させてもよい。このような構成とすることにより、崩落土砂の荷重を受けるのが上記複数箇所のうちのいずれの箇所であっても、上記荷重を受けた箇所におけるいずれかの低強度部２１Ａが、カシメ面に対して略直角方向に上記荷重を受けて確実に変形する。

本実施形態では、カシメ方向の異なる低強度部２１Ａについて、カシメ方向の直径線同士の交差角が略９０°であることとしたが、該交差角はこれに限られず、任意に設定することができる。また、本実施形態では、互いに交差角をもつ二種類の低強度部２１Ａが設けられることとしたが、これに代えて、互いに交差角をもつ三種類以上の低強度部２１Ａが設けられていてもよい。

＜第四実施形態＞
本実施形態では、金属管の低強度部の範囲内に、さらに強度が低い応力集中部が形成されている点で、かかる応力集中部が形成されておらず、低強度部の強度が全範囲で一定である第一ないし第三実施形態と異なっている。以下、第一ないし第三実施形態と異なる点を中心に、図１１に基いて本実施形態を説明する。なお、図１１では、金属管２１のみが図示されており、光ファイバ心線２２Ａ，２２Ｂの図示は省略されている。

本実施形態における低強度部２１Ａは、上述したように、該低強度部２１Ａの強度をさらに低くするための応力集中部が低強度部２１Ａの範囲内に局部的に形成されている。図１１に示される形態では、該応力集中部２１Ｂは、低強度部２１Ａのカシメ面に、図１１の紙面に対して直角な方向へ延びる切れ込みとしてのノッチが複数形成されている。このように応力集中部２１Ｂを形成しておくことにより、低強度部２１Ａが土砂からの荷重を受けたとき、各応力集中部２１Ｂに応力が集中するので、低強度部２１Ａの変形が促進され、光ファイバ心線２２Ａ，２２Ｂをより確実に断線させて、土砂崩落の発生を検知することができる。

応力集中部の形状は、図１１のようなノッチに限られず、例えば、図１１の紙面に対して直角に延びる溝、凹部、凹凸等によって形成することができる。該応力集中部は、例えば、低強度部を形成するためのカシメ工具の加工面を該応力集中部に対応した形状としておくことにより、低強度部及び応力集中部の両方を一度のカシメ加工で形成することが可能となる。

＜第五実施形態＞
本実施形態は、崩落土砂の流れを受け止める受圧部材の構成に特徴を有している。本実施形態における受圧部材２７は、図１２（Ａ）に示されるように、盛土斜面Ｓ（図１参照）の土砂に打ち込まれ崩落土砂の流れを受け止める受面２７Ａ−１が形成された受圧本体部２７Ａと、光ファイバケーブル１６に懸吊されたワイヤ２６等の索条体に係止する一つの係止部２７Ｂとが一体となって形成されている。

図１２（Ａ）〜（Ｃ）に見られるように、受圧本体部２７Ａは、板状部材を図１２（Ａ），（Ｂ）における幅方向（図１０（Ａ）にて左右方向）の中央位置で板厚方向に屈曲して断面が緩いＶ字状をなすように作られており、内側の凹面をなす板面が、崩落土砂の流れを受け止める受面２７Ａ−１として形成されている。このように受面２７Ａ−１を凹面とすることにより、崩落土砂が該受面２７Ａ−１に集積しやすくなっている。また、図１２（Ａ），（Ｃ）に見られるように、受圧本体部２７Ａは、その先端縁（図１２（Ａ），（Ｂ）にて下縁）が尖っており、受圧本体部２７Ａを該先端縁から土砂に突き刺して打ち込むことにより、該受圧本体部２７Ａを容易に土砂に埋め込むことができる（図１４参照）。このとき、受圧本体部２７Ａは、図１４に見られるように、受面２７Ａ−１が盛土斜面Ｓの傾斜方向に対してほぼ直角をなす姿勢で土砂に埋め込まれる。

図１２（Ａ）によく見られるように、係止部２７Ｂは、受面２７Ａ−１の図心位置に一つ形成されている。該係止部２７Ｂは、図１２（Ｃ）によく見られるように、索条体としてのワイヤ２６の端部に係止するための係止孔２７Ｂ−１が貫通形成されている。このように本実施形態では、一つの係止部２７Ｂが受面２７Ａ−１の図心位置に設けられているので、受圧部材２７の受面２７Ａ−１が崩落土砂からの荷重を受けたとき、係止部２７Ｂからの力によりワイヤ２６に生ずる張力は上記図心を通る一方向で作用する。

したがって、崩落土砂から荷重（圧力）を受けた際、図１４に見られるように、受圧部材２７は、係止部２７Ｂまわりに回転することがなく、上記荷重を受面２７Ａ−１全域においてほぼ均等に受けることとなり、土砂崩落発生前の平常時における受圧部材２７の設置姿勢（図１４の実線部分参照）を維持したまま崩落土砂に追随して下方へ移動することとなる（図１４の二点鎖線位置参照）。この結果、受圧部材２７が崩落土砂からの荷重を逃すことなく完全に受け止めて、係止部２７Ｂが係止しているワイヤ２６に大きな張力が生じ、該張力がワイヤ２６を介して光ファイバケーブル１６Ｂの低強度部２１Ａに伝達されて、該低強度部２１Ａが屈曲変形し、光ファイバ心線２２Ａ，２２Ｂが折れて確実に断線する。

図１２（Ａ）〜（Ｃ）の形態では、受圧部材２７の係止部２７Ｂは受面２７Ａ−１の図心位置に一つだけ設けられていることとしたが、係止部２７Ｂの位置及び数はこれに限られず、ワイヤ２６に生じる張力の合力が受面の図心を通っているのであれば、適宜設計可能である。例えば、図１３（Ａ）〜（Ｃ）に示される形態では、係止部２７Ｂが受圧本体部２７Ａの二つの側縁（図１３（Ａ）にて上下方向に延びる縁部）にそれぞれ二つずつ（合計四つ）、該側縁を切り欠いて形成されている。これら四つの係止部２７Ｂ同士の中心位置は、受面２７Ａ−１の図心と一致している。

この図１３（Ａ）〜（Ｃ）の形態では、一つのワイヤ２６の下端を四つに分岐させ、それらを上記四つの係止部２７Ｂのそれぞれに係止しておけば、四つの係止部２７Ｂ同士の中心位置が受面２７Ａ−１の図心と一致しているので、受圧部材２７の受面２７Ａ−１が崩落土砂からの荷重を受けたとき、係止部２７Ｂからの力によりワイヤ２６に生ずる張力の合力は上記図心を通る一方向で作用する。したがって、既述した図１２（Ａ）〜（Ｃ）の形態と同様に、受圧部材２７は平常時における受圧部材２７の設置姿勢を維持したまま崩落土砂に追随して移動し、ワイヤ２６に生じた張力より光ファイバケーブル１６Ｂの低強度部２１Ａが屈曲変形し、光ファイバ心線２２Ａ，２２Ｂが折れて確実に断線する。

本実施形態では、図１２〜１４にもとづいて、受圧部材を板状部材で構成する例について説明したが、受圧部材は、崩落土砂を受け止められる形状であればよく、板状であることに限定されず、例えば、籠状部材で構成することも可能である。また、受圧部材は、土砂を受け止めるための受圧面がメッシュや網状に形成されていてもよい。このように受圧面をメッシュや網状に形成することにより、水分が該受圧面を透過するので、例えば、雨水が受圧部材に溜まってその重みでワイヤに生じた張力が光ファイバケーブルに伝達されることにより誤作動を生じることを防止することができる。

既述した第一ないし第五形態をそれぞれ別個に説明したが、これらの実施形態のうちの複数の形態が組み合わせて実施することも可能である。

１１，１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ，１１Ｄ 検知ユニット
１６，１６Ａ，１６Ｂ，１６Ｃ，１６Ｄ 光ファイバケーブル
１８ 係留部材
２１ 金属管
２１Ａ 低強度部
２１Ｂ 応力集中部
２２Ａ，２２Ｂ 光ファイバ心線
２２Ｃ 折返しループ部
２３ 光源部
２４ 受光部
２６ ワイヤ（索条体）
２７ 受圧部材
２７Ａ 受圧本体部
２７Ａ−１ 受面
２７Ｂ 係止部
２８ 易変位部
２９，３０，３１ 抑制部材

Claims (5)

1. 土砂の崩落を検知するシステムにおいて、
   光ファイバ心線に光信号を発信する光源部と、光ファイバ心線から光信号を受信する受光部と、光信号を伝達する光ファイバ心線が金属管に挿通された光ファイバケーブルとを有し、
   金属管は、長手方向にわたる複数箇所に、外力を受けた場合に金属管の変形を容易とする低強度部が設けられており、
   光ファイバケーブルは、長手方向の複数の箇所に、低強度部を含んだ所定範囲で該所定範囲外よりも金属管が容易に変位することを可能とする易変位部が設けられており、
   該易変位部は、光ファイバケーブルに曲げ変位を許容するための余裕長さが与えられており、該易変位部での変位により低強度部での変形が誘発され、
   土砂の崩落時に金属管の低強度部での変形に伴う光ファイバ心線の光信号の変動により土砂の崩落を検知することを特徴とする土砂崩落検知システム。
2. 低強度部は、金属管を局部で軸線に対して直交する一つの直線の方向をカシメ方向としてカシメを施すことによって形成されていることとする請求項１に記載の土砂崩落検知システム。
3. 易変位部は、光ファイバケーブルを局部で巻回あるいは湾曲することで形成されていることとする請求項１または請求項２に記載の土砂崩落検知システム。
4. 光ファイバケーブルが巻回あるいは湾曲して形成された易変位部は、該易変位部を含む一定の平面に対して直角方向で光ファイバケーブルが変位することを抑制して上記易変位部を上記平面内に留める抑制部材が設けられていることとする請求項３に記載の土砂崩落検知システム。
5. 光ファイバケーブルは、土砂が崩落した際に、土砂の荷重を受ける受圧部材が受圧力を低強度部に伝達可能に取り付けられていて、光ファイバケーブルの変形を促進することとする請求項１ないし請求項４のうちの一つに記載の土砂崩落検知システム。

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