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JP2004212070A - 斜面監視システム - Google Patents

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JP2004212070A
JP2004212070A JP2002378723A JP2002378723A JP2004212070A JP 2004212070 A JP2004212070 A JP 2004212070A JP 2002378723 A JP2002378723 A JP 2002378723A JP 2002378723 A JP2002378723 A JP 2002378723A JP 2004212070 A JP2004212070 A JP 2004212070A
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slope
displacement data
slope displacement
gps
data
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JP2002378723A
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English (en)
Inventor
Akira Takeishi
朗 武石
Norio Oikawa
典生 及川
Tomoharu Iwasaki
智治 岩崎
Kunika Takechi
国加 武智
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Airport Facilities Co Ltd
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Kokusai Kogyo Co Ltd
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  • Pit Excavations, Shoring, Fill Or Stabilisation Of Slopes (AREA)
  • Arrangements For Transmission Of Measured Signals (AREA)
  • Testing Or Calibration Of Command Recording Devices (AREA)
  • Position Fixing By Use Of Radio Waves (AREA)

Abstract

【課題】斜面変位データにバラツキを少なくするとともに、欠測を少なくして、斜面の状況を的確に把握することができるようにする。
【解決手段】基準点であるGPS受信機は斜面外の位置に配置され、少なくとも一つのGPS受信機が斜面内の位置に配置されている。監視センターは、基準点GPS受信機の位置を示す基準点位置情報及び斜面に配置されたGPS受信機の位置を示す位置情報を得て、基準点位置情報及び位置情報に基づいて斜面の変位を求めて斜面変位データとする。監視センターは、予め規定された評価指標に応じて斜面変位データを評価して、この評価結果に応じて斜面変位データを色分け表示する。そして、監視センターでは評価指標に基づいて斜面変位データの優位性を評価し、優位でないと判定した斜面変位データを欠測斜面変位データとして、優位であると判定された優位斜面変位データに基づいて、欠測斜面変位データを補間する。
【選択図】 図2

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、法面等の斜面の状態をGPS観測値に基づいて、監視するための斜面監視システムに関し、特に、精度よく斜面の変位量を計測することのできる斜面監視システムに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
一般に、法面等の斜面、特に、不安定要素がある大規模な斜面では、崩落の危険が常に付きまとう関係上、斜面を適切に維持管理する必要があり、斜面の維持管理においては、各種の保護工及び対策工が施されている。しかしながら、斜面を維持管理する際において、地山の風化、植生の遷移、及び保護工や対策工の老朽化等の要因が、どのように斜面崩落にかかわっているか未だに不明な点が多い。このため、斜面の状態を常に監視して、事前に斜面崩落を予測することが行われている。
【0003】
ところで、従来、GPSを用いて、斜面の変位を計測する手法が知られており(以下GPS斜面計測と呼ぶ)、このようなGPS斜面計測では、例えば、斜面上に離間して配置された基準点と観測点との間の相対的変位を計測して、斜面変位を計測するようにしている。例えば、基準点及び観測点の各々にGPS受信機を配置して、各GPS受信機で受信した受信信号(GPS信号)を、無線回線を介して、斜面から離れた現場事務所に送信し、現場事務所に設けられた解析装置でGPS信号に基づいて、基準点及び観測点の位置座標と相対的位置の変位を算出するようにしている(特許文献1参照)。
【0004】
【特許文献1】
特開平5−280978号公報(2ページ〜3ページ、第2図)
【0005】
ところで、GPS斜面計測においては、各GPS受信機で受信したGPS信号を収集して、解析装置等で解析(所謂基線解析)を行って、3次元座標値(X,Y,Z座標値)を斜面変位データとして得て、この斜面変位データを横軸を時間としてモニター等に表示している。つまり、基線解析の結果得られた斜面変位データは、横軸を時間、縦軸を変位としてモニター等に表示される(例えば、南北方向、東西方向、及び鉛直方向の変位点列として表される。なお、この基線解析の際には、所定の閾値未満の座標値は破棄されることになる。
【0006】
ここで、図5を参照して、従来のGPS斜面計測における処理について概説すると、まず、GPS受信機による斜面計測が開始されると(ステップS1)、各GPS受信機(つまり、基準点及び観測点)から受けたGPS信号(観測データ)を収集する(ステップS2)。その後、これら観測データについて基線解析を行って、斜面に関する3次元座標値(斜面変位データ)を得る(ステップS3)。そして、これら斜面変位データの各々について、評価を行い、評価指標であるレシオが予め規定された閾値を越えているか否かを調べる(ステップS4)。ステップS4においては、予め規定された閾値として、例えば、運用上、1.5又は2.0が用いられる。
【0007】
レシオが予め規定された閾値を越えていると、当該斜面変位データは良とされて(ステップS5)、モニター上に表示される(ステップS6)。一方、レシオが予め規定された閾値以下であると、不良とされて、当該斜面変位データは破棄される(解なし:ステップS7)。このようにして、順次斜面変位データをモニター上に表示すれば、横軸を時間として斜面変位データがグラフ表示されることになる。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述のようにして、GPS信号を基線解析して斜面変位データを得て、斜面変位データをグラフ表示する際、各斜面変位データを評価して、その評価結果に応じて当該斜面変位データ(つまり、座標値)を破棄するか否かを判定している結果、使用衛星の数等によっては、斜面変位データに欠測が多くなってしまい、斜面変位の状況を的確に表示できなくなってしまうことがある。
【0009】
一方、従来のGPS斜面計測においては、各斜面変位データを評価する指標として、レシオのみを用いており、当該斜面変位データにかかるレシオが予め規定された閾値を越えていても、前述のように、モニターにグラフ表示した際、バラツキが発生してしまうことがあり、この結果、斜面変位の状況を的確に表示できないことがある。
【0010】
本発明の目的は、斜面変位データにバラツキが発生することが少なく、斜面の状況を的確に把握することのできる斜面監視システムを提供することにある。
【0011】
本発明の他の目的は実質的に斜面変位データの欠測を少なくして、斜面の状況を的確に把握することのできる斜面監視システムを提供することにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、斜面の状態を監視する際に用いられ、前記斜面外の位置に配置され、GPS衛星からの電波を受けて該電波を基準GPSデータとして出力するGPS基準局と、前記斜面内の位置に配置され、前記GPS衛星からの電波を受けて該電波をGPSデータとして出力する少なくとも一つのGPS局と、前記基準GPSデータ及び前記GPSデータによってそれぞれ求められる前記GPS基準局の位置を示す基準点位置情報及び前記GPS局の位置を示す位置情報に基づいて前記斜面の変位を求めて3次元座標データである斜面変位データとする監視センターとを有し、前記監視センターは、予め規定された評価指標に応じて前記斜面変位データを評価しており、該評価結果に応じて前記斜面変位データを色分け表示するようにしたことを特徴とする斜面監視システムが得られる。
【0013】
このようにして、監視センターにおいて、予め規定された評価指標に応じて斜面変位データを評価して、この評価結果に応じて斜面変位データを色分け表示するようにすれば、斜面変位データのばらつきを容易に把握することができ、斜面の状況を的確に把握することができることになる。
【0014】
さらに、本発明では、前記監視センターでは前記予め規定された評価指標に基づいて前記斜面変位データの優位性を評価して、優位でないと判定した斜面変位データを欠測斜面変位データとしており、前記監視センターは、優位であると判定された優位斜面変位データに基づいて、前記欠測斜面変位データを補間している。また、前記監視センターは前記欠測斜面変位データを前記評価指標の閾値からのずれに応じて重み付けを行って、前記斜面変位データとするようにしてもよい。
【0015】
このように、監視センターにおいて、予め規定された評価指標に基づいて前記斜面変位データの優位性を評価して、優位でないと判定した斜面変位データを欠測斜面変位データとして、優位であると判定された優位斜面変位データに基づいて欠測斜面変位データを補間するようにすれば、斜面変位データのバラツキが少なくなるとともに、実質的に斜面変位データの欠測が少なくなって、斜面の状況を的確に把握することができることなる。そして、欠測斜面変位データを評価指標の閾値からのずれに応じて重み付けして、斜面変位データとするようにしても、斜面変位データのバラツキが少なくなるとともに、実質的に斜面変位データの欠測が少なくなって、斜面の状況を的確に把握することができる。
【0016】
なお、前記評価指標として、例えば、前記基準GPSデータ及びGPSデータを基線解析した際に得られるレシオ及びバリアンスの少なくとも一方が用いられる。
【0017】
【発明の実施の形態】
以下本発明について図面を参照して説明する。なお、以下の説明において、その形状及び寸法等は特に限定的な記載がない限りは、これに限定するものではない。
【0018】
図1を参照して、まず、図示の斜面監視システムは、複数の斜面監視装置11−1〜11−N(Nは2以上の整数)を備えており、これら斜面監視装置11〜11−Nは、例えば、監視センター12に、光ケーブル通信回線等の有線通信回線13を介して接続されている。斜面監視装置11−1〜11−Nは互いに異なる斜面に配置され、それぞれ斜面の状態を監視計測して観測データ(計測データ)として監視センター12に送る。ここでは、斜面監視装置11−1〜11−Nが送出する観測データを、それぞれ第1〜第Nの観測データと呼ぶことにする。
【0019】
監視センター12にはコンピュータシステム12a、表示装置等の出力装置(モニター)12b、入力装置12c、及びデータベース12dが備えられており、後述するようにして、監視センター12では、コンピュータシステム12aによって、各斜面監視装置11−1〜11−Nから得られた第1〜第Nの観測データに応じて斜面毎の変位(斜面変位)を監視する。なお、監視センター12は、斜面監視装置11−1〜11−Nから離れた地点に配置されており、遠隔的にこれら観測データを収集する。
【0020】
斜面監視装置(GPS計測装置)11−n(nは1からNまでのいずれかの数)は、少なくとも2つのGPS(Global Positioning System)受信機(計測装置)を有しており、図示の例では、3つのGPS受信機11a〜11cを有している。このうちの一つ、例えば、GPS受信機11aは基準点受信機(GPS基準局)として、斜面以外の地点に配置されている。つまり、基準点受信機11aは斜面から離れて安定した地面に配置されている。
【0021】
一方、他のGPS受信機11b及び11cは斜面上に配置されている(なお、斜面上には少なくとも一つのGPS受信機を配置すればよい)。そして、GPS受信機11a〜11cは、予め設定された時間間隔(第1の時間間隔)で少なくとも4つのGPS衛星からの電波(GPS電波)を受信して、上記の時間間隔毎にGPSデータを観測データとして出力する。なお、上記の時間間隔は、例えば、コンピュータシステム12aからの観測時間設定コマンドによって設定される。
【0022】
これらGPS受信機11a〜11cは、通信装置として用いられる通信集約機11d又は無線集約機11eに接続されており、通信集約機11dは有線通信回線13に接続されている。そして、通信集約機11dは各観測データを、有線通信回線13を介して監視センター12に送る。
【0023】
また、無線集約機11eは各観測データを、無線回線を介して無線中継機16に送る。図1には無線中継機16が一つ示されているが、実際には複数の無線中継機16が配置されており、無線中継機16毎に通信エリアが規定され、無線中継機16は自己の通信エリア内に位置する無線集約機11eから観測データを受けることになる。無線中継機16は前述の有線通信回線13に接続されており、無線中継機16から監視センター12に斜面毎の観測データが送られることになる。なお、各観測データにはGPS受信機を識別するための情報(GPS受信機識別情報)が付加されている。
【0024】
前述のようにして得られた観測データ(GPSデータ)は、各GPS受信機の位置情報を、時間をおって3次元的に表しており、いま、基準点受信機(GPS基準局)11aの位置情報を基準点位置情報とすると、この基準点位置情報と他のGPS受信機から得られた位置情報(以下他の位置情報と呼ぶ)とに基づいて斜面の変位を時系列的にしかも3次元的に得ることができる。
【0025】
図2も参照して、監視センター12(つまり、コンピュータシステム12a)では、前述のようにして得られた基準点位置情報及び他の位置情報に基づいて、基線解析を行って、斜面の変位データ(斜面変位データ:3次元座標値)を得る。つまり、斜面変位の計測が開始されると(ステップP1)、各GPS受信機から観測データ(GPSデータ)がコンピュータシステム12aに収集されることになる(ステップP2)。言い換えると、各GPS受信機11a〜11cからは、それぞれ基準点位置情報及び他の位置情報が、コンピュータシステム12aに与えられる。コンピュータシステム12aでは、基準点位置情報と他の位置情報とを用いて、予め定められた時間間隔毎に斜面変位データを求める(ステップP3)。
【0026】
ところで、上述の斜面変位データは、各種外的要因(例えば、GPS衛星の状態、電離層及び対流圏の影響、マルチパス、及び基線長さ)によってばらつく。このため、基線解析の際に当たっては、コンピュータシステム12aでは、各種評価指標を生成しており(以下検出評価指標と呼ぶ:ステップP4)、例えば、この評価指標には、使用GPS衛星数(基線解析の際用いたGPS衛星の数)、観測GPS衛星数(当該GPS受信機で受信できたGPS衛星の数)、受信データの質、各種DOP、レシオ、及びバリアンスがある。
【0027】
いずれの評価指標を使用するかは、コンピュータシステム12aに接続された入力装置12cからその閾値とともに設定され、コンピュータシステム12aでは、設定された評価指標の閾値(以下評価閾値と呼ぶ)に応じて斜面変位データを色分けして、一旦斜面変位データをモニター(出力装置)12bに色分け表示する(ステップP5)。つまり、斜面変位データに係る検出評価指標を評価閾値で区分した後、評価閾値を基準値として、この基準値から予め設定された範囲毎に、斜面変位データを色分けすることになる。
【0028】
例えば、バリアンスを評価指標として用いたとすると、バリアンスの基準値からα%ずれる毎に斜面変位データを色分けすることになり、一例を挙げると、評価閾値から(評価閾値−α%)の範囲にある検出評価指標に対応する斜面変位データについては、赤色で表示し、評価閾値から(評価閾値+α%)の範囲にある検出評価指標に対応する斜面変位データについては、青色で表示する。そして、評価閾値から(評価閾値+2α%)の範囲にある検出評価指標に対応する斜面変位データについては、緑色で表示する(なお、他の評価指標を用いた際においても同様にして色分けが行われる)。
【0029】
そして、コンピュータシステム12aでは、これら評価指標閾値に応じて斜面変位データを評価する(斜面変位データの確からしさを評価する:ステップP6)。つまり、コンピュータシステム12aで評価閾値に応じて、斜面変位データに対応する前述の検出評価指標を評価して、斜面変位データの優位性を評価する(つまり、優位な解であるか否かを評価する)。
【0030】
この結果、優位な解でないと評価された斜面変位データ(座標値:以下非優位斜面データと呼ぶ)は一旦破棄されて(ステップP7)、コンピュータシステム12aに内蔵される記憶部(メモリ:図示せず)に格納される。一方、優位な解であると評価された斜面変位データ(以下優位斜面変位データと呼ぶ:ステップP8)に応じて、後述するトレンド処理が行われる。
【0031】
図3は、斜面変位データの推移を示す図であり、前述の評価指標としてバリアンスを用い、その閾値を3.9以上と設定した際の例を示しており、バリアンスを評価指標とすると、マルチパスが原因であるばらつきを削除できることが分かる。つまり、バリアンスを用いて斜面変位データを評価する前においては、バラツキが極めて大きいが(図3(a)参照))、バリアンスを評価指標として用いると、バラツキを極めて少なくでき、マルチパスが原因である非優位斜面変位データを削除できることが分かる(図3(b)参照)。
【0032】
さらに、コンピュータシステム12aでは、優位斜面変位データを用いて、欠測となった斜面変位データを補間する(ステップP9)。つまり、コンピュータシステム12aでは、優位斜面変位データに基づいて欠測となった斜面変位データを予測して、優位斜面変位データ間に位置づけられるべき斜面変位データを予測して、予測斜面変位データを生成する(ステップP10)。そして、コンピュータシステム12aでは、優位斜面変位データ及び予測斜面変位データに応じてトレンド処理を実行する(ステップP11)。なお、これら優位斜面変位データ及び予測斜面変位データはモニター12b上に表示される。
【0033】
ここで、補間処理について説明すると、補間処理では、例えば、カルマンフィルタのアルゴリズムによって、状態ベクトルxを推定する方法で、システムノイズの分散τ及び観測ノイズの分散σ、そして、次数kを推定して、xを離散的に求めて、対数尤度及びAICを用いて最適なxを推定する。
【0034】
つまり、状態空間モデルを、x=F−1+Gν,y=H+wとする。ここで、x:直接観測できない状態ベクトル(確率システムモデル)、ν:システムノイズ(平均0,分散共分散行列Q)、y:観測データ(観測モデル)、w:観測ノイズ(平均0,分散共分散行列R)であり、F,G,Hはそれぞれガウス・マルコフ過程で定義された推移行列である。そして、この状態空間モデルを、確率差分方程式とする。H=tとすると、y=t+w(観測モデル),Δkt=ν(k=1の場合、Δt=t−t−1=ν,Δktはk階の差分方程式)となる。そして、カルマンフィルタによって、一期先予測(第1のステップ)を行って、優位斜面変位データに応じて予測斜面変位データを求めて、斜面変位データの補間を行う。このようにして、カルマンフィルタのアルゴリズムを用いて、優位斜面変位データから予測斜面変位データを予測して補間を行うようにすれば、極めて精度よく欠測斜面変位データを補間することができる。
【0035】
次に、トレンド処理について説明すると、トレンド処理においては、優位斜面変位データ及び予測斜面変位データに対してフィルタ処理及び平滑化処理を行って、処理済み変位データ(フィルタデータ)を生成する。フィルタ処理及び平滑化処理では、例えば、カルマンフィルタのアルゴリズムによって、状態ベクトルxを推定する方法で、前述の一期先予測(第1のステップ)、フィルタ(第2のステップ)、及び平滑化(第3のステップ)を一連の流れとして計算して、観測値y={y,y,…,y)が与えられた下の状態x={x,x,…,x}を求める。
【0036】
このようにして、フィルタ処理及び平滑化処理を行った後、この処理済み変位データはデータベース12dに格納されるとともに、モニター12b上にグラフ表示される(ステップP12)。図4に南北方向における処理済変位データ(フィルタデータ)を斜面変位データとともに示す。図4において、実線が処理済変位データであり、点線が斜面変位データである。図4に示すように、斜面変位データをフィルタ処理及び平滑化処理してグラフ表示すると、処理済変位データは実線でグラフ表示されるから、斜面の変位の傾向を容易に把握することができることになる。
【0037】
このようにして、処理済変位データを得た後、該処理済変位データが、例えば、予め設定された変位閾値を越えていると(ステップP13)、コンピュータシステム12aでは、警報を発することになる(ステップP14)。
【0038】
ところで、前述の補間処理を行う代わりに、データベース12dに格納された非優位斜面変位データと前述の優位斜面変位データとを重み付け設定処理に応じて処理した後、前述のトレンド処理をするようにしてもよい。例えば、入力装置12cで補間処理及び重み付け設定処理のいずれか一方を選択するようにして、重み付け設定処理が選択されると、コンピュータシステム12aでは、図2に破線で示すように重み付け設定処理を行う(ステップP15)。
【0039】
つまり、前述のように、非優位斜面変位データ及び優位斜面変位データは、基準値からのずれに応じて区分されているから、重み付け設定処理においては、各区分毎に重み係数を設定しておき、この重み係数に応じて非優位斜面変位データを補正して、この補正後の斜面変位データ(優位斜面変位データを含む)をトレンド処理するようにしてもよい。なお、補正後の斜面変位データ(優位斜面変位データを含む)はモニター12b上に表示される。
【0040】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、監視センターでは、予め規定された評価指標に応じて斜面変位データを評価して、この評価結果に応じて前記斜面変位データを色分け表示するようにしたから、斜面変位データのばらつきを容易に把握することができ、その結果、斜面の状況を的確に把握することができるという効果がある。
【0041】
本発明では、監視センターでは予め規定された評価指標に基づいて斜面変位データの優位性を評価して、優位でないと判定した斜面変位データを欠測斜面変位データとして、優位であると判定された優位斜面変位データに基づいて欠測斜面変位データを補間するようにしたから、斜面変位データのバラツキが少なくなるとともに、実質的に斜面変位データの欠測が少なくなって、斜面の状況を的確に把握することができるという効果がある。
【0042】
本発明では、監視センターでは予め規定された評価指標に基づいて斜面変位データの優位性を評価して、優位でないと判定した斜面変位データを欠測斜面変位データとして、欠測斜面変位データを評価指標の閾値からのずれに応じて重み付けして、斜面変位データとするようにしたので、斜面変位データのバラツキが少なくなるとともに、実質的に斜面変位データの欠測が少なくなって、斜面の状況を的確に把握することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による斜面監視システムの一例を示すブロック図である。
【図2】図1に示す斜面監視システムにおける処理を説明するためのフロー図である。
【図3】斜面変位データの一例を示す図であり、(a)は評価指標による評価を行う前の斜面変位データを示すグラフ図、(b)は評価指標の一つであるバリアンスを用いて評価を行った後の斜面変位データを示すグラフ図である。
【図4】斜面変位データをトレンド処理した後の処理済変位の一例を示すグラフ図である。
【図5】従来の斜面変位計測で用いられる処理の一例を示すフロー図である。
【符号の説明】
11−1〜11−N 斜面監視装置
11a〜11c GPS受信機
11d 通信集約機
11e 無線集約機
12 監視センター
12a コンピュータシステム
13 有線通信回線
16 無線中継機

Claims (4)

  1. 斜面の状態を監視する際に用いられ、
    前記斜面外の位置に配置され、GPS衛星からの電波を受けて該電波を基準GPSデータとして出力するGPS基準局と、
    前記斜面内の位置に配置され、前記GPS衛星からの電波を受けて該電波をGPSデータとして出力する少なくとも一つのGPS局と、
    前記基準GPSデータ及び前記GPSデータによって、それぞれ求められる前記GPS基準局の位置を示す基準点位置情報及び前記GPS局の位置を示す位置情報に基づいて前記斜面の変位を求めて、3次元座標データである斜面変位データとする監視センターとを有し、
    前記監視センターは、予め規定された評価指標に応じて、前記斜面変位データを評価しており、該評価結果に応じて前記斜面変位データを色分け表示するようにしたことを特徴とする斜面監視システム。
  2. 前記監視センターでは、前記予め規定された評価指標に基づいて、前記斜面変位データの優位性を評価して、優位でないと判定した斜面変位データを欠測斜面変位データとしており、
    前記監視センターは、優位であると判定された優位斜面変位データに基づいて、前記欠測斜面変位データを補間するようにしたことを特徴とする請求項1に記載の斜面監視システム。
  3. 前記監視センターでは、前記予め規定された評価指標に基づいて前記斜面変位データの優位性を評価して、優位でないと判定した斜面変位データを欠測斜面変位データとしており、
    前記監視センターは、前記欠測斜面変位データを前記評価指標の閾値からのずれに応じて重み付けを行って、前記斜面変位データとするようにしたことを特徴とする請求項1に記載の斜面監視システム。
  4. 前記評価指標として、前記基準GPSデータ及び前記GPSデータを基線解析した際に得られるレシオ及びバリアンスの少なくとも一方を用いるようにしたことを特徴とする請求項1に記載の斜面監視システム。
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