JPH0921636A - 地盤・建造物挙動監視装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 地盤や建造物の変位を自動的に計測し、変位
挙動を予測解析する。 【構成】 被監視点に設置されるターゲット１と、監視
点から被監視点のターゲットまでの距離と水平方向及び
鉛直方向の角度を経時的に計測する測距・測角手段２、
３と、該測距・測角手段の測定データから被監視点の座
標値を算出して経時的な変位挙動の監視を行う監視手段
４、５とを備え、予め設定された測定間隔毎に被監視点
の測定を実行する。監視手段４は、測距・測角手段の測
定データから被監視点の座標値を算出する座標算出手段
１２と、座標値データから被監視点の変位挙動を求めて
変位レベルを判定する判定手段１４と、該判定手段の判
定に従って警報を発報する警報手段１５と、前記座標値
データから変位挙動の予測解析を行う予測解析手段１７
とを備え、リアルタイムに変位挙動のレベルを判定して
警報の発報を行ったり、将来の予測解析を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、のり面等の地盤や橋梁
等の建造物の変位挙動を監視し予測解析する地盤・建造
物挙動監視装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】造成工事や道路工事、ダム工事等の切土
のり面工事においては、地形・地質的な複雑さから難し
い工事が増えており、土砂崩壊などの災害に遭遇する可
能性が高くなっている。そこで、これら災害の発生を工
事中に予見することは、工事の安全管理面および工程の
円滑化を図る上で重要な課題といえる。

【０００３】のり面の工事中においてのり面観察を行う
方法には、目視による方法と伸縮計や地中傾斜計による
方法の２通りある。これらの方法のうち、すべり変位等
の兆候がない場合には、現場の目視によるのり面観察の
みに依存しているが、崩壊の兆候となるクラックや変化
が発生して、すべり面が特定できる場合には、その現場
に伸縮計や地中傾斜計を設置してその挙動を把握してい
るのが現状である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、現場の目視に
よりのり面観察を行う方法は、目視を行う人により観察
結果にバラツキが生じ、また、のり面の微少な変化を把
握できないという問題がある。これに対し、伸縮計や地
中傾斜計などによりのり面観察を行う方法は、それらの
設置を行うために、削孔や配線等の大掛かりで手間のか
かる作業があり、また、計測においても計測頻度が高く
なると、時間と手間がかかる。しかも、データ整理を容
易にするためには、自動計測にしなくてはならないが、
コストがさらに高くなる。現在ののり面観察には、以上
のような問題点があり、計測精度が高く、位置、計測お
よびデータ整理が簡易な手法の実現が望まれている。

【０００５】本発明は、上記の課題を解決するものであ
って、地盤や建造物の変位を自動的に計測でき、変位挙
動の予測解析を行うことができる地盤・建造物挙動監視
装置を提供することを目的とするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】そのために本発明は、地
盤や建造物の変位挙動を経時的に監視し予測解析する地
盤・建造物挙動監視装置であって、被監視点に設置され
るターゲットと、監視点から被監視点のターゲットまで
の距離と水平方向及び鉛直方向の角度を経時的に計測す
る測距・測角手段と、該測距・測角手段の測定データか
ら被監視点の座標値を算出して経時的な変位挙動の監視
を行う監視手段とを備えたことを特徴とするものであ
る。

【０００７】さらに測距・測角手段は、予め設定された
測定間隔毎に被監視点の測定を実行し、監視手段は、測
距・測角手段の測定データから被監視点の座標値を算出
する座標算出手段と、座標値データから被監視点の変位
挙動を求めて変位レベルを判定する判定手段と、該判定
手段の判定に従って警報を発報する警報手段と、前記座
標値データから変位挙動の予測解析を行う予測解析手段
とを備えたことを特徴とするものである。

【０００８】

【作用】本発明の地盤・建造物挙動監視装置では、被監
視点に設置されるターゲットと、監視点から被監視点の
ターゲットまでの距離と水平方向及び鉛直方向の角度を
経時的に計測する測距・測角手段と、該測距・測角手段
の測定データから被監視点の座標値を算出して経時的な
変位挙動の監視を行う監視手段とを備えたので、ターゲ
ットと測距・測角手段の設置により安易に経時的な変位
挙動の監視を行うことができる。

【０００９】また、測距・測角手段は、予め設定された
測定間隔毎に被監視点の測定を実行し、監視手段は、測
距・測角手段の測定データから被監視点の座標値を算出
する座標算出手段と、座標値データから被監視点の変位
挙動を求めて変位レベルを判定する判定手段と、該判定
手段の判定に従って警報を発報する警報手段と、前記座
標値データから変位挙動の予測解析を行う予測解析手段
とを備えたので、リアルタイムに変位挙動のレベルを判
定して警報の発報を行ったり、将来の予測解析を行うこ
とができ、工事の安全性を確保できる。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照しつつ説
明する。図１は本発明の地盤・建造物挙動監視装置の１
実施例を説明するための図であり、１はターゲット、２
は測距・測角機、３は走査駆動部、４は監視装置、５と
１５は警報器、１１は入力処理部、１２は座標値演算
部、１３は測定データ格納部、１４は挙動判定処理部、
１６は管理基準値、１７は挙動予測解析部、１８は出力
部、１９は制御部を示す。

【００１１】図１（ａ）において、ターゲット１は、例
えばプリズムや反射シートのような光波を発信方向に反
射するものであり、のり面を面的にとらえるためにのり
面全体に設置される。一般にプリズムは、測距が７０ｍ
以上の場合に用いられ、７０ｍ未満では反射シートが用
いられる。また、プリズムでは、３０°程度の傾き角度
まで対応でき、反射シートでは、１５°程度の傾き角度
まで対応できる。測距・測角機２は、ターゲット１に向
けてレーザ光を発信してその反射光を検出することによ
り、ターゲット１までの斜め距離ｄと水平及び鉛直方向
との角度θ、φを測定するものであり、例えば三脚で位
置が固定された走査駆動部３の上に取り付けられ、走査
駆動部３により水平、鉛直（縦横）の方向に首振り駆動
される。したがって、予めターゲット１の設置方向を登
録して、その方向へ走査駆動部３を駆動制御することに
より、効率よくターゲット１の測距・測角を行うことが
できる。なお、このようなターゲット１と測距・測角機
２との組み合わせは、これまで、船舶の自己位置検出に
利用されている。監視装置４は、ターゲット１の設置方
向へ測距・測角機２のレーザ光が発信されるよう走査駆
動部３に制御信号を送り出し、測距・測角機２で測定さ
れた各ターゲット１の距離ｄと水平及び鉛直方向との角
度θ、φの各データを取り込んで、ターゲット１が設置
された被監視点であるのり面崩壊の監視、予知のための
処理を行う、例えばパソコンであり、変位挙動について
複数段のレベル判定を行って崩壊の危険が高くなったと
判断すると、警報器５よりレベルに応じて、例えば黄色
ライト、赤色ライト、ブザー、サイレン等により警報を
発報する。そのため、監視装置４には、測距・測角機２
から取り込んで座標値の演算処理等を行った測定データ
を格納する記憶手段、測定データについて警報判定処理
や崩壊予測解析等の各種処理を行う処理手段、キーボー
ドやディスプレイ、プリンタを備えている。そして、タ
ーゲット１を設置したときにはその位置情報（測定点、
又は監視点）、測定間隔（時間や分）、管理値となる判
定処理のための基準値等を設定、入力することにより、
測定間隔にしたがって測距・測角機２、走査駆動部３を
制御して、測定データを取り込み、判定、解析処理を実
行する。

【００１２】監視装置の具体的なブロック構成例を示し
たのが図１（ｂ）であり、予め設定された測定間隔にし
たがって、測定時間になると、制御部１９は、各ターゲ
ット１の位置情報にしたがって逐一走査駆動部３に監視
点への駆動指令を送り出し、内部の各処理部や演算部等
の動作を制御する。これと同期して測距・測角機２から
入力処理部１１で各ターゲット１の距離ｄと水平及び鉛
直方向との角度θ、φの各データを取り込む。このよう
に各ターゲット１の位置情報を登録して走査駆動部３を
駆動することにより、一様にｘｙ方向に走査する計測に
比べて、無駄な動作や時間をなくし効率よく計測を行う
ことができる。入力処理部１１では、例えば数秒間の時
間を使い複数回の測定データを取り込んで極端に測定値
が異なる異常データを除外（誤差消去）して平均化処理
を行うことにより、測定距離が１５０ｍ離れても２ｍｍ
程度の範囲内に計測誤差を納めることができる。このよ
うにして平均化処理した測定データから座標値演算部１
２で各ターゲット１の座標値（ｘ，ｙ，ｚ）を演算し、
測定データ格納部１３に順次格納する。したがって、測
定データ格納部１３には、各測定時間毎に（時系列
に）、各ターゲットの座標値が格納されることになる。

【００１３】挙動判定処理部１４は、例えばレジスタに
保持された管理基準値１６に基づき各ターゲットの変位
√（ｘ² ＋ｙ² ＋ｚ² ）を管理基準値と比較判定するこ
とによって、警報の発令状態に至っているか否かを判断
し、警報器１５を動作させる。例えば施工段階の管理基
準値と地表に現れる地滑り現象に関し、光波測距機で
は、継続日数とその間の変位速度により、対応区分が５
ｍｍ以上／１０日の場合には点検・要注意または観測強
化、５〜５０ｍｍ以上／５日の場合には対策の検討、１
０〜１００ｍｍ以上／１日の場合には警戒・応急対策、
１００ｍｍ以上／１日の場合には厳重警戒・一時退避と
されている。したがって、このような基準に従えば、１
日前、５日前、１０日前の変位との差を求めて、これら
の基準と比較することにより、どの対応区分に該当する
かを判断することができ、その判断に応じて赤色灯によ
る警報やサイレンによる警報等の使い分けを行うことに
より、現場に対応区分に応じた警報を発令することがで
きる。

【００１４】挙動予測解析部１７は、時系列に蓄積した
測定データを使って、例えばひずみの経時変化や変位の
分布を求めて図表化したり、ひずみ時間速度や相対変位
等の情報を求めクリープ崩壊時間の予測を行ったりする
ものである。したがって、警報の発令状態に至った時点
でリアルタイムに判断する挙動判定処理部１４に対し
て、挙動予測解析部１７は、将来に発生する可能性のあ
る崩壊の予測を行うものであるので、日常の変位挙動を
把握しながら、その検討の要否の判断、指示に基づき実
行される。出力部１８は、挙動予測解析部１７で解析さ
れた各種予測図等を出力するものである。

【００１５】次に、具体的な処理、作業の流れを説明す
る。図２は本発明の地盤・建造物挙動監視装置による測
定、監視処理の流れを説明するための図、図３は全体の
作業、処理の流れを説明するための図、図４は変位デー
タの編集出力例を示す図、図５及び図６は挙動予測解析
データの出力例を示す図である。

【００１６】まず、測定データの取り込みは、図２
（ａ）に示すように予め設定された測定時間になるのを
待って（ステップＳ１１）、監視装置の制御部から被監
視点を指定することによって（ステップＳ１２）、各監
視点の測定データを測距・測角機から入力処理部へ取り
込む（ステップＳ１３）。これを全被監視点について繰
り返し実行する（ステップＳ１４）。

【００１７】そして、取り込んだ測定データについて
は、図２（ｂ）に示すように測定データの距離ｄと水平
及び鉛直方向との角度θ、φから各被監視点の座標値を
計算し（ステップＳ１５）、設置時の座標値との長さを
計算することにより変位の計算を行う（ステップＳ１
６）。変位が求まると、１日前の変位との差から１０〜
１００ｍｍ以上／１日か否か等、管理基準値との比較を
行い（ステップＳ１７）、管理基準値を越えている場合
には（ステップＳ１８）、その内容に応じた警報の発令
を行う（ステップＳ１９）。

【００１８】以上が測定データの取り込みと挙動判定処
理である。全体の作業、処理の流れは、図３に示すよう
にまず、座標既知点（不動点）を２点以上設置する（ス
テップＳ２１）。これは、機械位置を決定するための基
準点となるものであり、点数が増えれば測定精度を上げ
ることができる。次にターゲットを設置する（ステップ
Ｓ２２）。のり面を面的にとらえるためには、のり面全
体にターゲットを設置し、測定距離が１００ｍに対し、
３ｍ以上の間隔で離すことが望ましい。さらに測距・測
角機を設置し（ステップＳ２３）、基準点を視準するこ
とにより機械位置を決定する。しかる後、測定点（被監
視点）、管理基準値、測定間隔等の設定を行い（ステッ
プＳ２４）、該設定に基づいた測定を開始する（ステッ
プＳ２５）。測定を開始すると、測定データが管理基準
値をオーバーしたか否かの判断を行い（ステップＳ２
６）、オーバーすれば警報を発令して（ステップＳ２
７）、またステップＳ２５に戻り測定を繰り返し実行す
るが、オーバーしない場合には、さらに工事が進行した
か否かの判断を行う（ステップＳ２８）。工事が進行し
ていなければ、ステップＳ２５に戻り測定を繰り返し実
行し、工事が進行していれば、切土の進捗に合わせてタ
ーゲットの増設、移設の検討が行われるので、ターゲッ
トの増設があるか否かを判断する（ステップＳ２９）。
ターゲットの増設がある場合には、ターゲットを設置し
た後（ステップＳ３０）、ステップＳ２４の測定条件の
設定まで戻り、ターゲットの増設がない場合には、変位
挙動の検討実施の指示があるか否かを判断する（ステッ
プＳ３１）。例えば１日毎にその日の計測作業が終了す
ると、今後の崩壊予測解析のために変位挙動の検討実施
の指示がなされる。変位挙動の検討実施の指示があれ
ば、変位データを編集して例えば図４（ａ）に示すよう
な変位量（スカラー量）による経時変化図や図４（ｂ）
に示すような変位量をベクトルで表示した３次元的な変
位分布図等を出力し（ステップＳ３２）、さらに得られ
た経時変化図から定常ひずみ速度を算定し、挙動の予測
解析を行って各種の予測図を出力し（ステップＳ３２〜
Ｓ３３）、指示がなければそのままステップＳ２５に戻
り測定を繰り返し実行する。

【００１９】挙動の予測解析では、例えば地すべり又は
斜面崩壊の発生時刻を予測してその予測図を出力する
が、この方法としては、上記のように概略予測と近接予
測と精密予測の３通りが知られている（斉藤迪孝著「実
証土質工学」技報堂出版株式会社 １９９２年１月３０
日第１版第１刷発行 第１５５頁〜第１６０頁参照）。
このような予測の手法を使うことにより、例えば図５
（ａ）に示すような第２次クリープ領域での定常ひずみ
速度から求められる概略予測図や、図５（ｂ）に示すよ
うな第３次クリープ領域における逆比例法則に基づいて
図表化された近接予測図、図６に示すような半対数図表
上での直線表示による精密予測図等を予測解析結果とし
て出力することができる。

【００２０】図７は斜面崩壊予知を行う場合のターゲッ
トの配置例を示す図、図８はプリズムと光波測距・測角
機による測距・測角の例を説明するための図であり、２
１はターゲット、２２はプリズム、２３は測量用ポー
ル、２４は測距・測角機、２５はレーザー発信器、２６
はレーザー受信器を示す。

【００２１】のり面のような斜面の崩壊予知を行う場合
には、図７に示すように斜面の地盤の状況等に応じてタ
ーゲット２１が適宜配置され、先に説明したように測定
開始後の変位挙動を見ながら、要注意監視区域等の判断
の有無に応じて、それらの区域におけるターゲット２１
の配置数を増減する。ターゲット２１としては、例えば
図８に示すようにのり面に埋め込まれた測量用ポール２
３にプリズム２２が取り付けられる。そして、このター
ゲット２１に測距・測角機２４のレーザー発信器からレ
ーザー光を発信し、その反射レーザー光を測距・測角機
２４のレーザー受信器２６で受信して距離ｄを測定す
る。そして、このときの測距・測角機２４の水平方向の
角度θと鉛直方向の角度φと共に距離ｄが測定データと
して取り込まれる。

【００２２】なお、本発明は、上記の実施例に限定され
るものではなく、種々の変形が可能である。例えば上記
の実施例では、のり面崩壊予知装置として説明したが、
トンネル内の壁面の変位挙動やシールドトンネル掘進路
線における地上地盤の挙動、さらには橋梁等の床版や桁
の型枠（梁）等のコンクリート打設時における挙動の監
視等、広く地盤にかぎらず建造物の挙動監視にも同様に
適用できることはいうまでもない。さらに、光波による
測距・測角機を用いたが、超音波や電磁波などを用いて
もよいし、それにより地中等における光波では監視でき
ない部分の変位挙動の監視も可能になる。また、ターゲ
ットは、複数配置したが、１つであってもよいし、この
データを位置確認の情報として利用してもよいことはい
うまでもない。現場には、測距・測角機の測定データを
取り込みディスクや記憶カード等の記憶媒体に記憶する
簡易端末を配置し、ディスクや記憶カード等の記憶媒体
を事務所のコンピュータに持ち込んで予測解析等の処理
を行う、というように装置を分割構成としてもよい。

【００２３】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、例えば土砂崩壊の可能性がある斜面にプリズ
ムや反射シート等の簡易なターゲットを設置して、光波
測距・測角機を用いてそのターゲットの変位挙動を自動
計測し、この変位挙動データをデータ処理装置（監視装
置）に自動収集して、斜面崩壊の危険性が高くなった場
合の自動的な警報発令や、変位挙動データによる斜面崩
壊時期の予測解析を１つのデータ処理装置で行うので、
切土掘削工事における土砂崩壊を事前に察知し、迅速な
警報発令で災害発生を防止でき、工事の安全管理に役立
て、工程の円滑化を図ることができる。しかも、ターゲ
ットとしては、崩壊性の切土のり面や地山の斜面に、プ
リズムを設置した測量用ポール等の支柱を複数配置する
が、ターゲットの重量は、１ｋｇ弱と軽量であり、かつ
設置方法は打ち込むだけなので、設置作業は容易であ
る。さらに、ターゲットの変位挙動は、距離ｄと水平方
向の角度θと鉛直方向の角度φからｘ，ｙ，ｚの座標値
でリアルタイムに３次元自動計測されるので、計測点
数、計測点位置、計測間隔（何時間、何分間隔）、およ
び警報管理値等の測定条件を予めデータ処理装置にイン
プットし、計測を開始させれば、計測が終了するまで自
動処理とすることができ、計測の手間がかからず省力化
を図ることができる。さらに、簡易な計測システムであ
りながら現場状況に応じた自由度を有しているため、低
コストで適用しやすい装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の地盤・建造物挙動監視装置の１実施
例を説明するための図である。

【図２】 本発明の地盤・建造物挙動監視装置による測
定、監視処理の流れを説明するための図である。

【図３】 全体の作業、処理の流れを説明するための図
である。

【図４】 変位データの編集出力例を示す図である。

【図５】 挙動予測解析データの出力例を示す図であ
る。

【図６】 挙動予測解析データの出力例を示す図であ
る。

【図７】 斜面崩壊予知を行う場合のターゲットの配置
例を示す図である。

【図８】 プリズムと光波測距・測角機による測距・測
角の例を説明するための図である。

【符号の説明】

１…ターゲット、２…測距・測角機、３…走査駆動部、
４…監視装置、５と１５…警報器、１１…入力処理部、
１２…座標値演算部、１３…測定データ格納部、１４…
挙動判定処理部、１６…管理基準値、１７…挙動予測解
析部、１８…出力部、１９…制御部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 河野 重行 東京都港区芝浦一丁目２番３号清水建設株 式会社内 (72)発明者 丹 博美 東京都港区芝浦一丁目２番３号清水建設株 式会社内 (72)発明者 和田 孝史 東京都港区芝浦一丁目２番３号清水建設株 式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 地盤や建造物の変位挙動を経時的に監視
   し予測解析する地盤・建造物挙動監視装置であって、被
   監視点に設置されるターゲットと、監視点から被監視点
   のターゲットまでの距離と水平方向及び鉛直方向の角度
   を経時的に計測する測距・測角手段と、該測距・測角手
   段の測定データから被監視点の座標値を算出して経時的
   な変位挙動の監視を行う監視手段とを備えたことを特徴
   とする建造物・地盤挙動監視装置。
2. 【請求項２】 測距・測角手段は、予め設定された測定
   間隔毎に被監視点の測定を実行することを特徴とする請
   求項１記載の建造物・地盤挙動監視装置。
3. 【請求項３】 監視手段は、測距・測角手段の測定デー
   タから被監視点の座標値を算出する座標算出手段と、座
   標値データから被監視点の変位挙動を求めて変位レベル
   を判定する判定手段と、該判定手段の判定に従って警報
   を発報する警報手段と、前記座標値データから変位挙動
   の予測解析を行う予測解析手段とを備えたことを特徴と
   する請求項１記載の建造物・地盤挙動監視装置。