特開 2017-194847 雪崩・落石のモニタリングシステム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2017-194847(P2017-194847A)

(43)【公開日】2017年10月26日

(54)【発明の名称】雪崩・落石のモニタリングシステム

(51)【国際特許分類】

   G08B 21/10 20060101AFI20170929BHJP

   G01V 9/00 20060101ALI20170929BHJP

   E01F 7/04 20060101ALN20170929BHJP

【ＦＩ】

   G08B21/10

   G01V9/00 B

   E01F7/04

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】10

(21)【出願番号】特願2016-84918(P2016-84918)

(22)【出願日】2016年4月21日

(71)【出願人】

【識別番号】306024148

【氏名又は名称】公立大学法人秋田県立大学

(71)【出願人】

【識別番号】000121844

【氏名又は名称】応用地質株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100096862

【弁理士】

【氏名又は名称】清水 千春

(72)【発明者】

【氏名】下井 信浩

(72)【発明者】

【氏名】佐野 康

(72)【発明者】

【氏名】西條 雅博

(72)【発明者】

【氏名】石塚 理

【テーマコード（参考）】

2D001

2G105

5C086

【Ｆターム（参考）】

2D001PA05

2D001PA06

2D001PC03

2D001PD06

2D001PD10

2D001PF11

2G105AA01

2G105BB03

2G105EE01

2G105HH04

5C086AA14

5C086CA02

5C086CA24

5C086CB20

5C086EA08

5C086EA11

5C086FA11

5C086GA01

(57)【要約】

【課題】商用電源を要することなく、かつ設置および保守管理が容易な簡易な設備によって高い予測確度を得ることができる雪崩・落石のモニタリングシステムを提供する。
【解決手段】斜面に設置されて雪崩および／または落石の予兆を検知するためのモニタリングシステムであって、上記斜面に設置された木製の柵１と、この柵１に設けられて当該柵の変形を感知した際に電圧を発生する圧電素子を備えたセンサ１０、２６と、センサが発した上記電圧が設定値以上となった際に目視可能に表示する表示手段２５、３９とを備えてなる。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

斜面に設置されて雪崩および／または落石の予兆を検知するためのモニタリングシステムであって、
上記斜面に設置された木製の柵と、この柵に設けられて当該柵の変形を感知した際に電圧を発生する圧電素子を備えたセンサと、このセンサから発せられた上記電圧が設定値以上になった際に信号を発する制御手段と、この制御手段からの上記信号により点灯する表示手段とを備えてなることを特徴とする雪崩・落石のモニタリングシステム。

【請求項2】

上記柵は、上記斜面の傾斜方向と交差する方向に間隔をおいて立設された複数本の縦柵および上記縦柵間に横架された複数本の横木からなる柵部材と、当該柵部材を上記傾斜方向に上記斜面上に支持する複数本の支柱とからなることを特徴とする請求項１に記載の雪崩・落石のモニタリングシステム。

【請求項3】

上記センサは、上記柵部材と上記支柱との間に取り付けられる支持部材と、この支持部材に、当該支持部材がその形状を保持している状態において変形不能に、かつ当該支持部材が破損した際に変形可能に取り付けられた圧電素子とを備えてなり、上記支持部材は、予め設定した荷重以上の荷重が上記柵部材から作用した際に上記破損を生じる強度に形成されていることを特徴とする請求項２に記載の雪崩・落石のモニタリングシステム。

【請求項4】

上記センサは、頭部と軸部を備え軸方向に貫通する軸孔が形成された頭部側部材と、軸部のみからなり基端から先端に向かう軸孔が形成された先端側部材とが、軸方向に間隔をおいて配置され、これら頭部側部材と先端側部材の軸孔にピエゾケーブルを内蔵するセンサロッドが挿通され、上記頭部側部材と上記先端側部材とが上記センサロッドの両端部で結合されて全体がボルト形状に一体化されてなり、上記頭部側部材および上記先端側部材のいずれか一方が上記縦柵に固定され、他方が上記横木に固定されていることを特徴とする請求項２に記載の雪崩・落石のモニタリングシステム。

【請求項5】

表示手段は、上記柵の上部に固定されて上記センサが発した上記電圧が設定値以上となった際に点灯する照明器具であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の雪崩・落石のモニタリングシステム。

【請求項6】

表示手段は、上記柵に設けられて上記センサが発した上記電圧が設定値以上となった際に信号を無線送信する発信手段と、この発信手段から発せられた上記信号を受信して上記柵の位置とともに表示するモニタとを備えてなることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の雪崩・落石のモニタリングシステム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、雪崩や落石のおそれがある斜面に設置されて、その予兆となる異常の発生を検知するための雪崩・落石のモニタリングシステムに関するものである。

【背景技術】

【0002】

自然災害の一種である上記雪崩や落石等は、ライフラインの破壊、人命の損失あるいは物流の停滞等の地域経済にとって大きな損失に繋がる危険性をはらんでいることから、近年、このような災害の発生を事前に予知可能な各種のモニタリングシステムが開発されている。

【0003】

例えば、落石を検知するための従来のモニタリングシステムとしては、道路脇に設置した鋼鉄製の柵や斜面に設置して落石を受け止めるための鋼鉄製の落石防止柵等に、加速度計等の振動検知器を設置し、当該加速度計からの検知信号に基づいて、落石の有無をモニタリングするものが知られている。

【0004】

また、下記特許文献１においては、雪崩の監視装置として、雪崩の起き易い山間部等の傾斜面に、内部に傾きから衝撃的加速度を検出するジャイロセンサが組み込まれた複数個の検出器を適宜の距離をおいて埋設し、これら各検出器側からの検出データを基地局に伝送して、データ処理手段により各測定ポイント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の基準加速度値を超えたデータを求め、得られた各データをもとに雪崩発生の可能性または雪崩発生の有無とその規模を判定するシステムが提案されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０００−１８２１６８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、これら従来の雪崩や落石のモニタリングシステムにあっては、いずれも設備として大掛かりになるため設置コストや保守管理コストが嵩むとともに、商用電源による電源供給が必須になるという問題点があった。加えて、自然環境による厳しい雰囲気下に長期間設置されるものであるために、検知機やセンサの誤作動が発生し易く、予測確度を高めることが難しいという問題点があった。

【0007】

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、商用電源を要することなく、かつ設置や保守管理が容易な簡易な設備によって高い確度で雪崩や落石の予兆現象を検知することができる雪崩・落石のモニタリングシステムを提供することを課題とするものである。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、斜面に設置されて雪崩および／または落石の予兆を検知するためのモニタリングシステムであって、上記斜面に設置された木製の柵と、この柵に設けられて当該柵の変形を感知した際に電圧を発生する圧電素子を備えたセンサと、このセンサから発せられた上記電圧が設定値以上になった際に信号を発する制御手段と、この制御手段からの上記信号により点灯する表示手段とを備えてなることを特徴とするものである。

【0009】

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、上記柵は、上記斜面の傾斜方向と交差する方向に間隔をおいて立設された複数本の縦柵および上記縦柵間に横架された複数本の横木からなる柵部材と、当該柵部材を上記傾斜方向に上記斜面上に支持する複数本の支柱とからなることを特徴とするものである。

【0010】

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、上記センサは、上記柵部材と上記支柱との間に取り付けられる支持部材と、この支持部材に、当該支持部材がその形状を保持している状態において変形不能に、かつ当該支持部材が破損した際に変形可能に取り付けられた圧電素子とを備えてなり、上記支持部材は、予め設定した荷重以上の荷重が上記柵部材から作用した際に上記破損を生じる強度に形成されていることを特徴とするものである。

【0011】

請求項４に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、上記センサは、頭部と軸部を備え軸方向に貫通する軸孔が形成された頭部側部材と、軸部のみからなり基端から先端に向かう軸孔が形成された先端側部材とが、軸方向に間隔をおいて配置され、これら頭部側部材と先端側部材の軸孔にピエゾケーブルを内蔵するセンサロッドが挿通され、上記頭部側部材と上記先端側部材とが上記センサロッドの両端部で結合されて全体がボルト形状に一体化されてなり、上記頭部側部材および上記先端側部材のいずれか一方が上記縦柵に固定され、他方が上記横木に固定されていることを特徴とするものである。

【0012】

請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれかに記載の発明において、表示手段は、上記柵の上部に固定されて上記センサが発した上記電圧が設定値以上となった際に点灯する照明器具であることを特徴とするものである。

【0013】

請求項６に記載の発明は、請求項１〜４のいずれかに記載の発明において、表示手段は、上記柵に設けられて上記センサが発した上記電圧が設定値以上となった際に信号を無線送信する発信手段と、この発信手段から発せられた上記信号を受信して上記柵の位置とともに表示するモニタとを備えてなることを特徴とするものである。

【発明の効果】

【0014】

請求項１〜６のいずれかに記載の発明によれば、木製の柵に、過度の変形が生じた際に自ら電圧を発生する圧電素子を用いたセンサを設置しているために、商用電源を用いることなく、かつ保守管理も容易な簡易な設備によって、雪崩の予兆現象となる柵への荷重の増加や、落石の予兆現象となる小規模な細石の柵への衝突によって生じた柵の振動を圧電素子が発する電圧によって検知することができる。

【0015】

しかも、上記柵として木製のものを用いているために、鋼材を用いた場合と比較して、山間部における運搬や斜面への設置に大型の重機等を必要とせず、また木材は加工性に優れるために、極めて容易に現地において設置することができるとともに、雪崩や落石の予兆となる雪止めの荷重の増加や小径の落石の衝撃といった僅かな荷重の変化も敏感に察知することができる。

【0016】

したがって、上記柵を斜面の複数箇所に設置しておくことにより、上記圧電素子が発した電圧によって、上述した雪崩や落石の予兆現象となる小規模な異常の発生を表示装置に目視可能に表示させることにより、容易かつ高い精度で異常の発生箇所をリアルタイムに発見することができ、この結果、災害の事前対策の迅速化や減災を図ることができる。

【0017】

ここで、上記棚を構成する木材としては、現地での入手が容易であり、しかも経済的でもある間伐材が好適である。また、上記柵の形状としては、設置場所の状況に併せて、柵型の他に三角枠工を用いることができるが、請求項２に記載の発明のように棚型のものを用いれば、上記予兆の後に発生した雪崩や落石の阻止材としても有効に機能させることが可能になる。さらに、上記棚型を用いた場合に、木材の変形を促進させるような計測支援用の加工を施せば、落石等の予兆現象となる小規模な異常の発生を検知することが可能になる。

【0018】

また、上記柵に設置する圧電素子を用いたセンサとして、請求項３に記載の発明のようなリミット型の変位センサを用いれば、柵が受ける積雪の荷重が雪崩の予兆となる程まで増加して上記柵の変形量が設定値以上に大きくなった際に、初めて圧電素子における変形が生じて電圧を発生することにより雪崩の予兆を検知することができる。

【0019】

この場合には、積雪による柵部材から作用する荷重を高い精度で検出して、上記設定値において上記センサの支持部材が確実に破損するように、上記支持部材を柵部材と支柱との間に取り付けることが好ましい。

【0020】

他方、上記圧電素子を用いたセンサとして、請求項４に記載の発明のように、圧電素子を内包したボルト型の歪みセンサを用いれば、上記柵に落石（土石流を含む。）の予兆現象である細石の頻繁な衝突によって励起された振動を圧電素子が発する電圧によって検知することができ、よって検出された電圧の値の閾値を予め設定しておくことにより、落石の予兆現象となる異常の発生を検知することができる。

【0021】

この場合には、柵に生じた振動を高い精度で検出するために、上記センサの頭部側部材および先端側部材のいずれか一方を上記縦柵に固定し、他方を上記横木に固定することが好ましい。

【0022】

また、上記圧電素子から発せられた電圧によって雪崩や落石の予兆となる異常が検知された際に、これを表示する表示手段としては、様々な形態を採用することができる。
例えば、請求項５に記載の発明のように柵の上部にライト等の照明器具を設ければ、その箇所を目視によって直接的に把握することができる。

【0023】

これに対して、請求項６に記載の発明にように、上記センサからの信号を棚に設けた発信手段から無線送信して遠隔地にあるモニタに上記棚の位置とともに表示させるようにすれば、広い範囲の傾斜に設置した棚の状況を集中的にモニタリングすることが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【0024】

【図1】本発明の一実施形態を示す斜視図である。

【図2】図１のリミット型変位センサの取付部分を拡大して示す正面図である。

【図3】図２の側面図である。

【図4】図１のリミット型変位センサを示す縦断面図である。

【図5】図１のボルト型歪みセンサの取付部分を拡大して示す側面図である。

【図6】図１のボルト型歪みセンサを示すもので、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は縦断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0025】

図１〜図６は、本発明に係る雪崩・落石のモニタリングシステムの一実施形態を示すもので、図中符号１が雪崩および落石の予兆を検知すべく斜面に設置された柵である。
この柵１は、積雪や落石を受け止める柵部材２と、この柵部材２の両側部に配設されて当該棚部材２を斜面の傾斜方向の下方から支持する複数本（図では２本）の支柱３と、これら支柱３間に配置されて後述するリミット型変位センサ１０が介装される控柱（支柱）４とから概略構成されたものである。

【0026】

ここで、柵部材２は、上記斜面の傾斜方向と略直交する方向に等間隔をおいて配置された複数本（図では７本）の縦柵５と、これら縦柵５の上部間および下部間に上記傾斜方向の下方側から横架されて一体化された複数本（図では２本）の横木６から構成されている。

【0027】

ちなみに、本実施形態においては、棚部材２を構成する縦柵５、横木６および支柱３、控柱４として、間伐材が用いられている。

【0028】

そして、棚部材２の上部の横木６と控柱４との間に間隙部Ｓが形成され、この間隙部Ｓ内に、棚部材２に作用する一定以上の荷重によって作動するリミット型変位センサ１０が設けられている。

【0029】

このリミット型変位センサ１０は、図４に示すように、金属管１１と、この金属管１１内にほぼ密着状態で挿入されたガラス管を試験管状に形成した支持部材１２とからなるもので、支持部材１２の内部にピエゾフィルム（圧電素子）１３が全長にわたって配置されている。このピエゾフィルム１３は、支持部材１２の内部に、当該支持部材１２と密着または接触した状態で保持されており、その一端部１３ａには、出力用ケーブル１４（図１参照。）が接続されている。

【0030】

そして、このリミット型変位センサ１０は、棚部材２の上部の横木６の外周に固定された金物１５と、控柱４の上面に固定された金物１６との間に取り付けられている。ここで、横木６に固定された金物１５は、横木６の下方側から外周に外装されてボルト１７ａによって固定されたコ字状の基台１７と、この基台１７の底板から垂下された小コ字状の取付板１８とから構成されている。

【0031】

他方、金物１６は、控柱４の上端部を跨いでボルト１９ａによって固定されたコ字状の基台１９と、この基台１９の上面に凸状に屈曲形成された小コ字状の取付板２０とから構成されている。

【0032】

そして、これら金物１５、１６は、金物１５の取付板１８間に、金物１６の取付板２０を挿入させた状態で配置されている。また、互いの取付板１８、２０同士は、上記傾斜方向の上方側に変位した位置において、連結ボルト２１によって連結されている。さらに、取付板１８、２０の中央部間には、リミット型変位センサ１０が挿入されている。なお、図中符号２２は、リミット型変位センサ１０を挿入する際に、金物１５、１６同士を仮固定しておくためのボルトの挿入孔である。

【0033】

これにより、柵部材２に傾斜方向の下方に向けて過度な荷重が作用して柵部材２の横木６が変形すると、金物１６に対して金物１５が連結ボルト２１を中心に図３中反時計回りに回動しようとして、リミット型変位センサ１０に取付板１８、２０からせん断力が作用するように構成されている。

【0034】

そして、リミット型変位センサ１０の金属管１１は、平常時に取付板１８、２０からせん断力が作用しても大きく変形することがない強度であって、かつ雪崩が発生するおそれが生じる程の積雪による荷重により横木６が大きく変形した場合に、これによって発生する大きなせん断力によって塑性変形することにより支持部材１２を破損させる強度に設定されている。

【0035】

他方、図１に示すように、控柱４に最も近接した縦柵５の頂部には、表示装置（表示手段）２３が設けられている。この表示装置２３は、リミット型変位センサ１０からの出力用ケーブル１４が接続された制御装置（制御手段）２４からの信号により点灯するライト（照明器具）２５であり、制御装置２４は、出力用ケーブル１４から送られた電圧が設定値以上となった際に、内蔵されているリチウム電池等のバッテリーによって上記ライト２５を点灯させるようになっている。

【0036】

また、図１および図５に示すように、柵部材２の上部の横木６の端部と縦柵５との間には、縦柵５に生じる振動を検知するためのボルト型歪みセンサ２６が設けられている。
このボルト型歪みセンサ２６は、図６に示すように、頭部と軸部を備えた頭部側部材２７と、軸部のみからなる先端側部材２８とが、軸方向で間隔をおいて配置されており、それらの内部にセンサロッド２９を挿通し、結合一体化して全体がボルト形状となるように構成したものである。

【0037】

このボルト型歪みセンサ２６は、通常のボルトと同様、先端側部材２８の外周面に固定ナット取り付け用の雄ねじ部３０が形成されている。また、頭部側部材２７および先端側部材２８の中心には、軸方向に貫通する軸孔２７ａ、２８ａが形成され、これら軸孔２７ａ、２８ａに、ピエゾケーブル（圧電素子）３１を内蔵するセンサロッド２９が挿入されてエポキシ系などの接着剤で固着されている。

【0038】

ここで、センサロッド２９は、ピエゾケーブル３１の外側を柔軟性を有する円筒状の保護チューブ３２で覆ったもので、保護チューブ３２の外径は軸孔２７ａ、２８ａの内径と略等しくなるように形成されている。なお、図中符号３３は、ピエゾケーブル３１の先端部に充填されて保護チューブ３２を封止する接着剤であり、符号３４はピエゾケーブル３１の頭部側から外部へ引き出された出力用ケーブルである。

【0039】

そして、上記ボルト型歪みセンサ２６は、横木６および縦柵５に固定された金物３５ａ、３５ｂ間に挿入されて先端側部材２８の雄ネジ部３０にナット３６が螺合されることにより、これら金物３５ａ、３５ｂ間に取り付けられている。

【0040】

これにより、上記ボルト型歪みセンサ２６においては、縦柵５に細石が頻繁に衝突して当該縦柵５に振動が生じた際に、横木６および縦柵５に取り付けられた金物３５ａ、３５ｂ間の相対変位によってピエゾケーブル３１が伸縮することにより大きな電圧を発生するようになっている。

【0041】

そして、図１に示すように、ボルト型歪みセンサ２６の一端部が固定されている縦柵５の頂部には、表示装置（表示手段）３７が設けられている。この表示装置３７は、ボルト型歪みセンサ２６からの出力用ケーブル３４が接続された制御装置（制御手段）３８からの信号により点灯するライト（照明器具）３９であり、制御装置３８は、出力用ケーブル３４から送られた電圧が設定値以上となった際に、内蔵されているリチウム電池等のバッテリーによって上記ライト３９を点灯させるようになっている。

【0042】

以上の構成からなる雪崩・落石のモニタリングシステムにおいては、雪崩および落石のおそれがある斜面に設置しておくと、当該斜面への積雪量が増加して、柵部材２が受ける積雪の荷重が雪崩の予兆となる程まで増加すると、両側部を支柱３によって支持された柵部材２における横木６の中央部の変形量が大きくなり、取付板１８、２０間のリミット型変位センサ１０の金属管１１が大きなせん断力によって塑性変形する。

【0043】

これにより、ガラス管からなる支持部材１２が破損して、ピエゾフィルム１３が大きく変形することにより電圧を発生し、出力用ケーブル１４から制御装置２４に送られることにより当該制御装置２４からの信号によって雪崩の予兆を知らせるためのライト２５が点灯する。

【0044】

また、積雪のない期間において、落石や土石流の予兆現象である細石の頻繁な衝突が発生すると、棚部材２の斜面上方側に位置する縦柵５に当該細石の衝突に起因して振動が生じ、横木６および縦柵５に取り付けられた金物３５ａ、３５ｂ間に生じる相対変位によってピエゾケーブル３１が伸縮することにより大きな電圧を発生する。

【0045】

そして、この電圧が出力用ケーブル３４から制御装置３８へ出力され、発生した電圧が設定値以上となった際に、落石や土石流の予兆を知らせるためのライト３９が点灯する。

【0046】

この結果、上記雪崩・落石のモニタリングシステムによれば、商用電源を用いることなく、かつ保守管理も容易な簡易な設備によって、雪崩の予兆現象となる柵への荷重の増加や、落石の予兆現象となる小規模な細石の柵への衝突によって生じた柵の振動を、リミット型変位センサ１０のピエゾフィルム１３やボルト型歪みセンサ２６のピエゾケーブル３１が発する電圧によって検知することができる。

【0047】

しかも、柵１を構成する棚部材２や支柱３および控柱４として間伐材を用いているために、現地での入手が容易であり、かつ経済的であるとともに、鋼材を用いた場合と比較して、山間部における運搬や斜面への設置に大型の重機等を必要とせず、また木材は加工性に優れるために、極めて容易に現地において設置することができる。加えて、雪崩や落石の予兆となる雪止めの荷重の増加や小径の落石の衝撃といった僅かな荷重の変化も敏感に察知することができる。

【0048】

したがって、上記柵１を斜面の複数箇所に設置しておくことにより、リミット型変位センサ１０やボルト型歪みセンサ２６が発した電圧によって、上述した雪崩や落石の予兆現象となる小規模な異常の発生を当該柵１に設置したライト２５、３９の点灯によって知らせることができる。この結果、容易かつ高い精度で異常の発生箇所をリアルタイムに発見することができ、災害の事前対策の迅速化や減災を図ることができる。

【0049】

なお、上記実施形態においては、リミット型変位センサ１０やボルト型歪みセンサ２６から設定値以上の電圧が発せられた場合の表示手段として、柵１の上部に固定されたライト２５、３９を用いた場合について説明したが本発明は、これに限定されるものではなく、上記棚１に設けられて上記センサが発した電圧が設定値以上となった際に信号を無線送信する発信手段と、この発信手段から発せられた上記信号を受信して上記柵の位置とともに表示するモニタとによって構成することもできる。

【0050】

このような表示手段を用いた場合には、リミット型変位センサ１０やボルト型歪みセンサ２６からの信号を、棚１に設けた発信手段から無線送信して遠隔地にあるモニタに当該棚１の位置とともに表示させことにより、広い範囲の傾斜に設置した多数の棚１の状況を集中的にモニタリングすることが可能になる。

【符号の説明】

【0051】

１ 棚
２ 棚部材
３ 支柱
４ 控柱（支柱）
５ 縦柵
６ 横木
１０ リミット型変位センサ
１２ 支持部材
１３ ピエゾフィルム（圧電素子）
２３、２７ 表示装置（表示手段）
２５、３９ ライト（照明装置）
２６ ボルト型歪みセンサ
２７ 頭部側部材
２８ 先端側部材
２７ａ、２８ａ 軸孔
２９ センサロッド
３１ ピエゾケーブル（圧電素子）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】