特許 6492834 地盤変位の観測方法、及び情報処理装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6492834

(24)【登録日】2019年3月15日

(45)【発行日】2019年4月3日

(54)【発明の名称】地盤変位の観測方法、及び情報処理装置

(51)【国際特許分類】

   G01C 7/02 20060101AFI20190325BHJP

   G01C 9/00 20060101ALI20190325BHJP

   G01D 21/00 20060101ALI20190325BHJP

   G08C 17/00 20060101ALI20190325BHJP

【ＦＩ】

   G01C7/02

   G01C9/00 Z

   G01D21/00 D

   G08C17/00 Z

【請求項の数】12

【全頁数】23

(21)【出願番号】特願2015-58578(P2015-58578)

(22)【出願日】2015年3月20日

(65)【公開番号】特開2016-176864(P2016-176864A)

(43)【公開日】2016年10月6日

【審査請求日】2018年3月8日

(73)【特許権者】

【識別番号】000211307

【氏名又は名称】中国電力株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000176

【氏名又は名称】一色国際特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】横林 亮介

【審査官】 岡田 卓弥

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１３−２５０１８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−４４７３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−８１５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−２６４１２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−２３０７９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１４／０１５９９１５（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 中国実用新案第２０１２７７８６９（ＣＮ，Ｙ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｄ２１／００−２１／０２

Ｇ０８Ｃ１３／００−２５／０４

Ｇ０１Ｃ ７／００− ９／３６

Ｅ０２Ｄ１７／２０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

傾斜センサを用いた地盤変位の観測方法であって、
地盤変位の観測が行われる所定のエリア内に設置した複数の傾斜センサの夫々に付随する無線装置と通信可能に接続された情報処理装置が、
前記複数の傾斜センサの夫々について傾斜角（変位角）のベクトルを時系列的に計測した値を記憶するステップ、
前記複数の傾斜センサの夫々について、夫々の時系列的な変化の前後における各前記ベクトルに基づき、地盤変位による傾斜ベクトルのうち、外乱による傾斜ベクトルに対して垂直な方向の成分を求めるステップ、
前記複数の傾斜センサの夫々について求めた前記垂直な方向の成分の大きさの平均を求め、求めた値に基づき前記エリアにおける地盤変位による傾斜に関する情報を生成するステップ、
前記複数の傾斜センサの夫々について、前記外乱による傾斜ベクトルの方向が地盤変位による傾斜ベクトルの方向に対して左右何れの側にあるかを判定し、前記複数の傾斜センサの中に、前記外乱による傾斜ベクトルの方向が互いに異なる側にあるものが含まれている場合に、いずれか一方の側に前記外乱による傾斜ベクトルの方向がある前記傾斜センサの前記垂直な方向の成分の大きさの符号についてはこれを反転させた上で前記平均を求めるステップ、
前記複数の傾斜センサの夫々について、前記外乱による傾斜ベクトルの方向が地盤変位による傾斜ベクトルの方向に対して左右何れの側にあるかを判定することができない傾斜センサに付随する前記無線装置を、前記判定をすることができる前記傾斜センサに付随する無線装置から受信した前記傾斜センサの計測値を前記情報処理装置に中継送信する中継装置として設定するステップ、
を実行する地盤変位の観測方法。

【請求項2】

請求項１に記載の地盤変位の観測方法であって、
前記情報処理装置は、前記外乱による傾斜ベクトルの方向が、地盤変位による傾斜ベクトルの方向が含まれる所定の角度範囲内に存在する場合に、前記外乱による傾斜ベクトルの方向が地盤変位による傾斜ベクトルの方向に対して左右何れの側にあるかを判定することができないと判定する、
地盤変位の観測方法。

【請求項3】

請求項１又は２に記載の地盤変位の観測方法であって、
前記判定をすることができる前記傾斜センサに付随する無線装置が前記中継装置に向けて前記計測値を送信する際の消費電力は、前記中継装置が前記情報処理装置に向けて前記計測値を送信する際の消費電力よりも少ない、
地盤変位の観測方法。

【請求項4】

請求項１又は２に記載の地盤変位の観測方法であって、
前記外乱による傾斜ベクトルの方向が地盤変位による傾斜ベクトルの方向に対して左右何れの側にあるかを判定することができない傾斜センサに付随する無線装置が複数存在する場合に前記中継装置を冗長に設定する
地盤変位の観測方法。

【請求項5】

請求項１又は２に記載の地盤変位の観測方法であって、
前記所定のエリアは、前記地盤変位による傾斜ベクトルが前記複数の傾斜センサの夫々に対して一様に作用するエリアである、
地盤変位の観測方法。

【請求項6】

請求項１又は２に記載の地盤変位の観測方法であって、
前記情報は、前記エリアにおける地盤変位による傾斜の有無、及び前記エリアに生じている地盤変位による傾斜の方向のうち、少なくともいずれかの情報を含む、
地盤変位の観測方法。

【請求項7】

請求項１に記載の地盤変位の観測方法に用いる前記情報処理装置であって、
前記複数の傾斜センサの夫々に付随する無線装置と通信可能に接続し、
前記複数の傾斜センサの夫々について傾斜角（変位角）のベクトルを時系列的に計測した値を記憶し、
前記複数の傾斜センサの夫々について、夫々の時系列的な変化の前後における各前記ベクトルに基づき、地盤変位による傾斜ベクトルのうち、外乱による傾斜ベクトルに対して垂直な方向の成分を求め、
前記複数の傾斜センサの夫々について求めた前記垂直な方向の成分の大きさの平均を求め、求めた値に基づき前記エリアにおける地盤変位による傾斜に関する情報を生成し、
前記複数の傾斜センサの夫々について、前記外乱による傾斜ベクトルの方向が地盤変位による傾斜ベクトルの方向に対して左右何れの側にあるかを判定し、前記複数の傾斜センサの中に、前記外乱による傾斜ベクトルの方向が互いに異なる側にあるものが含まれている場合に、いずれか一方の側に前記外乱による傾斜ベクトルの方向がある前記傾斜センサの前記垂直な方向の成分の大きさの符号についてはこれを反転させた上で前記平均を求め、
前記複数の傾斜センサの夫々について、前記外乱による傾斜ベクトルの方向が地盤変位による傾斜ベクトルの方向に対して左右何れの側にあるかを判定することができない傾斜センサに付随する前記無線装置を、前記判定をすることができる前記傾斜センサに付随する無線装置から受信した前記傾斜センサの計測値を前記情報処理装置に中継送信する中継装置として設定する
情報処理装置。

【請求項8】

請求項７に記載の情報処理装置であって、
前記情報処理装置は、前記外乱による傾斜ベクトルの方向が、地盤変位による傾斜ベクトルの方向が含まれる所定の角度範囲内に存在する場合に、前記外乱による傾斜ベクトルの方向が地盤変位による傾斜ベクトルの方向に対して左右何れの側にあるかを判定することができないと判定する、
情報処理装置。

【請求項9】

請求項７又は８に記載の情報処理装置であって、
前記判定をすることができる前記傾斜センサに付随する無線装置が前記中継装置に向けて前記計測値を送信する際の消費電力は、前記中継装置が前記情報処理装置に向けて前記計測値を送信する際の消費電力よりも少ない、
情報処理装置。

【請求項10】

請求項７又は８に記載の情報処理装置であって、
前記外乱による傾斜ベクトルの方向が地盤変位による傾斜ベクトルの方向に対して左右何れの側にあるかを判定することができない傾斜センサに付随する無線装置が複数存在する場合に前記中継装置を冗長に設定する、
情報処理装置。

【請求項11】

請求項７又は８に記載の情報処理装置であって、
前記所定のエリアは、前記地盤変位による傾斜ベクトルが前記複数の傾斜センサの夫々に対して一様に作用するエリアである、
情報処理装置。

【請求項12】

請求項７又は８に記載の情報処理装置であって、
前記情報は、前記エリアにおける地盤変位による傾斜の有無、及び前記エリアに生じている地盤変位による傾斜の方向のうち、少なくともいずれかの情報を含む、
情報処理装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、地盤変位の観測方法、及び情報処理装置に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、地面等の傾斜等を監視する傾斜変化測定センサネットワーク装置であって、無線データ送信部を有する傾斜変化測定・無線データ送信手段と無線モジュール部及びデータロガー部を有する無線データ受信・データ記録手段を備え、気泡センサ部が測定対象地点の初期の微小な傾斜の変化量を測定し、加速度センサ部が測定対象地点のｘ方向の傾斜の変化量及びｙ方向の傾斜の変化量を測定し、気泡センサ部が測定した測定対象地点の初期の微小な傾斜の変化量と加速度センサ部が測定したｘ方向の傾斜の変化量及びｙ方向の傾斜の変化量を、制御マイクロコントローラ部でデータ処理し、処理データを無線モジュール部に送信し、無線モジュール部で受信したデータをデータロガー部で処理し、データロガー部の処理データを用いて測定対象地点の傾斜を監視することが記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１３−０４４７３９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

例えば水力発電所の関連設備（導水路や貯水槽、水圧鉄管等）や送電鉄塔は、山間部の急峻な場所に建設されることが多く、設備保全等の観点から、環境情報として設備の近傍に存在する傾斜面の地盤変位を観測する必要が生じる。こうした地盤変位を検知する方法としては、伸縮計を用いるものや、Ｂ−ＯＴＤＲ方式、レーザー測距方式、ＧＰＳ相対測位方式などがあるが、いずれの方法も機器の設置に手間やコストがかかる。そこで近年、複数の傾斜センサを傾斜面に広範囲に配置して計測データを面的に収集することにより地盤変位を検知する方式（以下、傾斜センサ方式と称する。）が注目されている。

【0005】

傾斜センサ方式では、地盤の変位量そのものではなく、傾斜角度を計測することにより間接的に地盤変位を検知する。傾斜センサ方式では、例えば、各傾斜センサにバッテリや太陽電池を併設することで恒常電源が不要となり、また各傾斜センサに無線通信機能を設けることで通信ケーブルの付設も不要となる。

【0006】

ここで地盤変位の大きな状態変化を監視することを主目的とするのであれば必ずしも高い検知精度は要求されない。しかし地盤変位の大きな状態変化を予兆の段階で捉えることを目的とする場合には既存技術と同等の検知精度が要求される。そこで傾斜センサ方式により既存技術と同程度の検知精度（数ｍｍ）を得るための様々な試みがなされている。

【0007】

前述の通り、傾斜センサ方式では、地盤の変位量そのものではなく、傾斜角度を計測することにより地盤変位を間接的に検知する。このため他の技術と同等の検知精度（数ｍｍ）を得ようとすれば０．０１〜０．０９ ゜の精度が必要となる（例えば、地点Ａを基点とし、水平方向に５ｍ離れた地点Ｂで地盤が１ｍｍ低下すると仮定すると、地点Ａ〜地点Ｂの傾斜角度は ｔａｎ^-1（１／５０００）より０．０１゜と算出される。）。ここでこのような高い精度を得るためには、地盤のわずかな動きが正確に傾斜センサに伝わるように傾斜センサを設置する必要があり、例えば、地盤にコンクリート基礎を埋め込み、コンクリートに対して傾斜センサを金物等により堅牢に固定するといった方法がとられる。

【0008】

しかし上記の方法で傾斜センサを設置した場合でも、例えば、施工時にコンクリート基礎の内部に生じた歪みが時間の経過とともに顕在化する、地盤がコンクリート基礎の重量を支えきれずにコンクリート基礎が徐々に沈下する等の理由により、傾斜センサが次第に傾斜する現象（以下、この傾斜のことを「外乱による傾斜」とも称する。）が発生する。そしてこの外乱による傾斜は、長期（数週間から数ヶ月）に亘って増加、停止、逆戻り等する場合もあり、外乱による傾斜が生じている傾斜センサは「地盤変位による傾斜」を正確に計測することが困難となる。

【0009】

本発明はこうした背景に鑑みてなされたもので、簡素な構成にて精度よくかつ効率よく地盤変位を検知することが可能な、地盤変位の観測方法、及び情報処理装置を提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0010】

上記目的を達成するための本発明のうちの一つは、傾斜センサを用いた地盤変位の観測方法であって、地盤変位の観測が行われる所定のエリア内に設置した複数の傾斜センサの夫々に付随する無線装置と通信可能に接続された情報処理装置が、前記複数の傾斜センサの夫々について傾斜角（変位角）のベクトルを時系列的に計測した値を記憶するステップ、前記複数の傾斜センサの夫々について、夫々の時系列的な変化の前後における各前記ベクトルに基づき、地盤変位による傾斜ベクトルのうち、外乱による傾斜ベクトルに対して垂直な方向の成分を求めるステップ、前記複数の傾斜センサの夫々について求めた前記垂直な方向の成分の大きさの平均を求め、求めた値に基づき前記エリアにおける地盤変位による傾斜に関する情報を生成するステップ、前記複数の傾斜センサの夫々について、前記外乱による傾斜ベクトルの方向が地盤変位による傾斜ベクトルの方向に対して左右何れの側にあるかを判定し、前記複数の傾斜センサの中に、前記外乱による傾斜ベクトルの方向が互いに異なる側にあるものが含まれている場合に、いずれか一方の側に前記外乱による傾斜ベクトルの方向がある前記傾斜センサの前記垂直な方向の成分の大きさの符号についてはこれを反転させた上で前記平均を求めるステップ、前記複数の傾斜センサの夫々について、前記外乱による傾斜ベクトルの方向が地盤変位による傾斜ベクトルの方向に対して左右何れの側にあるかを判定することができない傾斜センサに付随する前記無線装置を、前記判定をすることができる前記傾斜センサに付随する無線装置から受信した前記傾斜センサの計測値を前記情報処理装置に中継送信する中継装置として設定するステップ、を実行することとする。

【0011】

本発明によれば、外乱による傾斜ベクトルの方向が地盤変位による傾斜ベクトルの方向に対して左右何れの側にあるかを判定することができない傾斜センサに付随する無線装置を、傾斜センサの計測値を情報処理装置に中継送信する中継装置として有効利用することができる。

【0012】

本発明のうちの他の一つは、上記観測方法であって、前記情報処理装置は、前記外乱による傾斜ベクトルの方向が、地盤変位による傾斜ベクトルの方向が含まれる所定の角度範囲内に存在する場合に、前記外乱による傾斜ベクトルの方向が地盤変位による傾斜ベクトルの方向に対して左右何れの側にあるかを判定することができないと判定することとする。

【0013】

このように外乱による傾斜ベクトルの方向が地盤変位による傾斜ベクトルの方向に対して左右何れの側にあるかを判定することができるか否かを判定する仕組みは、情報処理装置において容易に実現することができる。

【0014】

本発明のうちの他の一つは、上記観測方法であって、前記判定をすることができる前記傾斜センサに付随する無線装置が前記中継装置に向けて前記計測値を送信する際の消費電力は、前記中継装置が前記情報処理装置に向けて前記計測値を送信する際の消費電力よりも少ないこととする。

【0015】

本発明によれば、外乱による傾斜ベクトルの方向が地盤変位による傾斜ベクトルの方向に対して左右何れの側にあるかを判定することができる無線装置、即ち、平均値の算出に寄与する傾斜センサについては、中継装置を介して計測値を情報処理装置に送るようにすることで、低消費電力で長期間に亘って動作することができ、長期間に亘って計測を行うことができる。

【0016】

本発明のうちの他の一つは、上記観測方法であって、前記外乱による傾斜ベクトルの方向が地盤変位による傾斜ベクトルの方向に対して左右何れの側にあるかを判定することができない傾斜センサに付随する無線装置が複数存在する場合に前記中継装置を冗長に設定することとする。

【0017】

このように中継装置を冗長に設定することで、計測値をより確実に情報処理装置に伝達することができ、平均値の算出に寄与しない傾斜センサに付随する無線装置を有効利用することができる。

【0018】

本発明のうちの他の一つは、上記観測方法であって、前記所定のエリアは、前記地盤変位による傾斜ベクトルが前記複数の傾斜センサの夫々に対して一様に作用するエリアであることとする。

【0019】

このように所定のエリアを地盤変位による傾斜ベクトルが複数の傾斜センサの夫々に一様に作用するエリアとすることで、各傾斜センサについて求めた垂直な方向の成分を合成することにより地盤変位による傾斜ベクトルを精度よく求めることができる。

【0020】

本発明のうちの他の一つは、上記観測方法であって、前記情報は、前記エリアにおける地盤変位による傾斜の有無、及び前記エリアに生じている地盤変位による傾斜の方向のうち、少なくともいずれかの情報を含むこととする。

【0021】

このように、本発明によれば、エリアにおける地盤変位による傾斜の有無や、エリアに生じている地盤変位による傾斜の方向等の情報を得ることができる。

【0022】

その他、本願が開示する課題、及びその解決方法は、発明を実施するための形態の欄、及び図面により明らかにされる。

【発明の効果】

【0023】

本発明によれば、簡素な構成にて精度よくかつ効率よく地盤変位を検知することができる。

【図面の簡単な説明】

【0024】

【図1】地盤変位観測システム１の概略的な構成を示す図である。

【図2】センサノード１０の構成を示す図である。

【図3】制御装置１１のハードウェアを示す図である。

【図4】制御装置１１の機能及び制御装置１１が記憶する情報を示す図である。

【図5】計測データ５００のフォーマットを示す図である。

【図6】消費電力制御指示６００のフォーマットを示す図である。

【図7】ゲートウェイ装置２０のハードウェアを示す図である。

【図8】ゲートウェイ装置２０の機能及びゲートウェイ装置２０が記憶する情報を示す図である。

【図9】計測値管理テーブル９００の一例である。

【図10】サーバ装置３０のハードウェアを示す図である。

【図11】サーバ装置３０の機能及びサーバ装置３０が記憶する情報を示す図である。

【図12】実験系１２００の構成を示す図である。

【図13】時間経過に対する「外乱による傾斜ベクトル」の大きさ（傾斜角度）の推移（計測結果）を示す図である。

【図14】時間経過に対する「外乱による傾斜ベクトル」の方位角の推移（計測結果）を示す図である。

【図15】傾斜センサ１５をグループに分類する様子を示す図である。

【図16】傾斜センサ１５により計測された傾斜角（変位角）のベクトル（大きさ（傾斜角度），方位角）が時系列的な変化の一例を示す図である。

【図17】傾斜センサ１５に作用するベクトルを説明する図である。

【図18】外乱による傾斜ベクトルに対して垂直な方向の成分を求める方法を説明する図である。

【図19】他の傾斜センサ１５について、外乱による傾斜ベクトルに対して垂直な方向の成分を求める方法を説明する図である。

【図20】他の傾斜センサ１５について、外乱による傾斜ベクトルに対して垂直な方向の成分を求める方法を説明する図である。

【図21】「外乱による傾斜ベクトル」に対して垂直な方向の成分の大きさの符号が同じになるか逆になるかを判定する方法を説明する図である。

【図22】地盤変位観測処理Ｓ２２００を説明するフローチャートである。

【図23】地盤変位検知処理Ｓ２２５５を説明するフローチャートである。

【図24】地盤変位判定結果テーブル９５０の一例である。

【図25】中継ノード設定処理Ｓ２３５６を説明するフローチャートである。

【図26】中継ノード候補管理テーブル９５５の一例である。

【図27】通信機能設定情報テーブル９６０の一例である。

【発明を実施するための形態】

【0025】

以下、図面とともに本発明の実施形態について詳述する。

【0026】

図１に一実施形態として説明する地盤変位観測システム１の概略的な構成を示している。同図に示すように、地盤変位観測システム１は、水力発電所の関連設備（導水路や貯水槽、水圧鉄管等）や送電鉄塔が建設される山間部の傾斜面等の、屋外の所定範囲（以下、観測エリア２と称する。）における地盤変位を観測（計測）するシステムである。

【0027】

地盤変位観測システム１は、観測エリア２に面的に配設され、計測値を含む無線信号（後述の計測データ５００）を随時送信する複数のセンサノード１０、観測エリア２内もしくは観測エリア２の近傍に設置され、センサノード１０と無線通信するゲートウェイ装置２０、システムセンタやクラウド等に設けられ、ゲートウェイ装置２０と通信網５（インターネット、携帯通信網等）を介して通信するサーバ装置３０、電力会社の事業所等に設置され、通信網５を介してサーバ装置３０にアクセスするユーザ端末４０を含む。

【0028】

図２にセンサノード１０の構成を示している。同図に示すように、センサノード１０は、制御装置１１、無線装置（近距離）１２、無線装置（遠距離）１３、傾斜センサ１５、蓄電池１７、及び太陽電池１８を備える。制御装置１１、無線装置（近距離）１２、無線装置（遠距離）１３、及び傾斜センサ１５は、各種制御線（Ｉ２Ｃ（Inter-Integrated Circuit）、ＳＰＩ（Serial Peripheral Interface）、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）等）を介して通信可能に接続されている。

【0029】

制御装置１１は、センサノード１０の各構成についての統括的な制御、傾斜センサ１５が出力する計測値の取得、計測値を含む無線信号の送信制御、ゲートウェイ装置２０との間の通信に関する制御等を行う。

【0030】

無線装置（近距離）１２は、送信出力及び消費電力が小さく、主に近距離に存在する通信装置との間の無線通信（例えば、他のセンサノード１０との間で構築されるセンサネットワークやアドホックネットワークによる通信）に用いられる。無線装置（近距離）１２は、例えば、特定小電力無線局（３１５ＭＨｚ帯、４２６ＭＨｚ帯、１２００ＭＨｚ帯、９２０ＭＨｚ帯等）、小電力無線局（２．４ＧＨｚ帯等）、近距離無線通信（Ｚｉｇｂｅｅ(登録商標）、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、無線ＬＡＮ、電子タグ等）、微弱な無線局等として機能する。無線装置（近距離）１２は、消費電力が小さいため、蓄電池１７や太陽電池１８から供給される電力を利用して、傾斜センサ１５により計測されたデータ（後述する計測データ５００）を長期に亘って他のセンサノード１０に送信することができる。無線装置（近距離）１２は、例えば、センサネットワークを構成する無線装置が、消費電力の低いエンドデバイスとして動作している状態を含む。

【0031】

無線装置（遠距離）１３は、送信出力及び消費電力が無線装置（遠距離）よりも大きく、近距離に存在する通信装置との間で無線通信（例えば、他のセンサノード１０との間で構築されるセンサネットワークやアドホックネットワークによる通信）、並びに当該無線装置（遠距離）１３が所属するセンサノード１０が後述する中継ノードとして機能する場合における遠距離に存在する通信装置（例えば、ゲートウェイ装置２０との間の通信）との間の無線通信に用いられる。無線装置（遠距離）１３は、例えば、特定小電力無線局（３１５ＭＨｚ帯、４２６ＭＨｚ帯、１２００ＭＨｚ帯、９２０ＭＨｚ帯等）、小電力無線局（２．４ＧＨｚ帯等）、近距離無線通信（Ｚｉｇｂｅｅ(登録商標）、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、無線ＬＡＮ、電子タグ等）、微弱な無線局等として機能する。無線装置（遠距離）１３は、例えば、センサネットワークを構成する無線装置が、エンドデバイスとして動作している状態よりも消費電力の大きいルータやコーディネータとして動作している状態を含む。無線装置（遠距離）１３は、当該無線装置（遠距離）１３が所属するセンサノード１０が後述する中継ノードとして設定されていない場合は通信動作を停止する。

【0032】

傾斜センサ１５は、傾斜角（変位角）（１軸又は２軸）に応じた信号（例えば、傾斜角に応じた大きさのアナログ電圧）を出力するセンサであり、例えば、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）を応用したもの、板ばねを用いた振り子式のもの、フロート式（錘と浮きを併用したハイブリッド機構）のもの等である。本実施形態の傾斜センサ１５は、傾斜角を２軸で検出するタイプであるものとする。

【0033】

蓄電池１７は、二次電池（リチウムイオン二次電池、リチウムイオンポリマー電池、鉛蓄電池等）であり、センサノード１０の構成要素に駆動電力を供給する。

【0034】

太陽電池１８は、太陽電池パネルや充電制御装置（チャージコントローラ）を備え、太陽電池パネルによって発電された電力を蓄電池１５に供給する。尚、太陽電池１８に代えて、もしくは太陽電池１８とともに、風力発電設備等の他の自然エネルギー利用の発電設備をセンサノード１０に設けてもよい。

【0035】

図３に制御装置１１のハードウェアを示している。同図に示すように、制御装置１１は、中央処理装置１１１、記憶装置１１２、及び計時装置１１３を備える。

【0036】

中央処理装置１１１は、例えば、ＭＰＵ（Micro Processing Unit）、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等である。記憶装置１１２は、例えば、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＮＶＲＡＭ（Non Volatile RAM）等である。

【0037】

計時装置１１３は、ＲＴＣ（Real Time Clock）等を用いて構成され、現在日時を示す情報を出力する。計時装置１１３が計時する日時と後述するゲートウェイ装置２０の計時装置２３が計時する日時とは、ゲートウェイ装置２０と制御装置１１との間の無線通信により随時同期が取られる。

【0038】

図４に制御装置１１の機能及び制御装置１１が記憶する情報を示している。同図に示すように、制御装置１１は、計測処理部４１１、計測データ送信部４１２、消費電力制御部４１３、及び通信機能設定情報受信部４１４の各機能を有する。これらの機能は、制御装置１１の中央処理装置１１１が、記憶装置１１２に格納されているプログラムを読み出して実行することにより実現される。また制御装置１１は、ノードＩＤ４２１、制御情報４２２、及び通信機能設定情報４２３を記憶する。

【0039】

計測処理部４１１は、計測値の計測時機が到来すると、傾斜センサ１５から計測値を取得し、取得した計測値を計測データ送信部４１２に渡す。

【0040】

計測データ送信部４１２は、計測処理部４１１から渡された計測値を含むデータである計測データ５００を、無線装置（近距離）１２又は無線装置（遠距離）１３によりゲートウェイ装置２０に向けて送信する。

【0041】

図５に計測データ５００のフォーマットを示している。同図に示すように、計測データ５００には、送信元のセンサノード１０を特定する識別子であるノードＩＤ５１１、計測値５１２、及び計測値５１２を取得した日時である取得日時５１３等の情報を含む。制御装置１１は、ノードＩＤ５１１を、図４のノードＩＤ４２１として記憶している。計測値５１２は、傾斜センサ１５の出力値である。尚、計測データ５００の各項目は必ずしも全てが一度に送信されなくてもよく、ノードＩＤ５１１と他の一つ以上の項目との組合せが個別に送信される構成としてもよい。

【0042】

図４に戻り、消費電力制御部４１３は、センサノード１０の構成要素のうち駆動電力を必要とする構成（例えば、制御装置１１、無線装置１２、傾斜センサ１５）について消費電力の制御を行う。この制御は、例えば、計測処理部４１１による単位時間当たりの計測値５１２の取得回数（単位時間当たりのサンプリング数）の増減、スタンバイモード等の待機状態（低消費電力な動作状態）への遷移、後述する傾斜センサ１５の選択において選択されなかった傾斜センサ１５を機能停止（もしくは低消費電力モードに移行）させること等により行われる。

【0043】

消費電力制御部４１３は、例えば、ゲートウェイ装置２０から消費電力の制御を指示する命令（以下、消費電力制御指示６００と称する。）を受信したのに応じて消費電力の制御を行う。

【0044】

図６にゲートウェイ装置２０から送られてくる消費電力制御指示６００のフォーマットを示している。同図に示すように、消費電力制御指示６００は、制御対象となるセンサノード１０の構成要素を特定する情報（傾斜センサ１５の識別子等）である制御対象６１１、制御の内容に関する情報である制御内容６１２（傾斜センサ１５を低消費電力モードに移行させる、傾斜センサ１５を低消費電力モードから通常動作モード（動作が可能なモード）に移行させる等）等の情報を含む。

【0045】

図４に戻り、制御装置１１は、制御情報４２２を記憶している。制御情報４２２は、消費電力の制御の内容に関する情報である。制御情報４２２はゲートウェイ装置２０から受信した消費電力制御指示６００によって随時更新される。

【0046】

通信機能設定情報受信部４１４は、当該制御装置１１が所属するセンサノード１０を、当該センサノード１０が所属する後述のグループにおいてゲートウェイ装置２０と直接通信するノード（以下、中継ノードとも称する。）として機能させるか否かを示す情報を含む通信機能設定情報４２３を、ゲートウェイ装置２０から直接もしくは間接（他のセンサノード１０を介して）に受信してこれを記憶する。計測データ送信部４１２は、通信機能設定情報４２３に従って計測データ５００をゲートウェイ装置２０に送信する。

【0047】

例えば、通信機能設定情報４２３が、当該制御装置１１が所属するセンサノード１０を中継ノードとして機能させる内容である場合、計測データ送信部４１２は、無線装置（近距離）１２により他のセンサノード１０と通信して他のセンサノード１０から計測データ５００を受信し、受信した計測データ５００を無線装置（遠距離）１３によりゲートウェイ装置２０に中継送信する。また通信機能設定情報４２３が中継ノードとして機能させる内容でない場合、計測データ送信部４１２は、無線装置（近距離）１２により他のセンサノード１０と通信し、中継ノードとして動作している他のセンサノード１０に計測データ５００を送信する。

【0048】

図７にゲートウェイ装置２０のハードウェアを示している。同図に示すように、ゲートウェイ装置２０は、中央処理装置２１、記憶装置２２、計時装置２３、無線装置２４、出力装置２５、及び通信装置２６を備える。

【0049】

中央処理装置２１は、例えば、ＭＰＵ、ＣＰＵ等であり、記憶装置２２は、例えば、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＮＶＲＡＭ等である。中央処理装置２１及び記憶装置２２は、ゲートウェイ装置２０に情報処理装置としての機能を実現する。計時装置２３は、ＲＴＣ等を用いて構成され、日時情報を出力する。無線装置２４は、センサノード１０の無線装置１２と無線通信する装置であり、例えば、特定小電力無線局、小電力無線局、微弱な無線局等である。出力装置２５は、情報を出力するユーザインタフェースであり、例えば、液晶モニタ、スピーカ等である。通信装置２６は、ＮＩＣ（Network Interface Card）や無線ＬＡＮアダプタ等であり、通信網５を介してサーバ装置３０等の他の装置と通信する。

【0050】

図８にゲートウェイ装置２０の機能及びゲートウェイ装置２０が記憶する情報を示している。同図に示すように、ゲートウェイ装置２０は、計測データ受信部８１１、計測データ送信部８１３、制御指示中継部８１４、地盤変位検知部８１５、及び通信機能設定情報送信部８１６の各機能を有する。これらの機能は、ゲートウェイ装置２０の中央処理装置２１が、記憶装置２２に格納されているプログラムを読み出して実行することにより実現される。またゲートウェイ装置２０は、計測値管理テーブル９００及び地盤変位判定結果テーブル９５０を記憶する。

【0051】

計測データ受信部８１１は、センサノード１０の制御装置１１が送信する計測データ５００を受信し、受信した計測データ５００の内容を計測値管理テーブル９００に出力する。

【0052】

図９に計測値管理テーブル９００の一例を示している。同図に示すように、計測値管理テーブル９００は、ノードＩＤ９１１、グループＩＤ９１２、計測値９１４（傾斜角(変位角））、及び計測日時９１５の各項目を有するレコードの集合である。

【0053】

ノードＩＤ９１１には、当該レコードの計測値９１４の送信元のセンサノード１０のノードＩＤが設定される。グループＩＤ９１２には、当該レコードのノードＩＤ９１１で特定されるセンサノード１０の傾斜センサ１５が所属している、後述するグループの識別子（以下、グループＩＤと称する。）が設定される。計測値９１４には、センサノード１０において計測された傾斜角９１４１（傾斜センサ１５の出力値）が設定される。計測日時９１５には、当該レコードの計測値９１４が計測された日時が設定される。

【0054】

図８に戻り、計測データ送信部８１３は、計測データ受信部８１１が受信した計測データ５００をサーバ装置３０に中継送信する。制御指示中継部８１４は、サーバ装置３０から送られてくる消費電力制御指示６００を受信すると、これをセンサノード１０に中継送信する。

【0055】

地盤変位検知部８１５は、現在、地盤変位が生じているか否かを判定する処理（後述する地盤変位検知処理Ｓ２２５５）を行い、その結果を地盤変位判定結果テーブル９５０に出力する。地盤変位判定結果テーブル９５０の詳細については後述する。

【0056】

通信機能設定情報送信部８１６は、後述するグループに所属するセンサノード１０のうち、いずれのセンサノード１０を中継ノードとして機能させるか否かを決定し、その結果を通信機能設定情報テーブル９６０に記憶する。また通信機能設定情報送信部８１６は、上記結果に従って各センサノード１０を動作させるべく、通信機能設定情報テーブル９６０の内容をセンサノード１０に送信する。各センサノード１０は、通信機能設定情報テーブル９６０の内容を受信するとこれを通信機能設定情報４２３として記憶する。尚、通信機能設定情報送信部８１６は、各センサノード１０に通信機能設定情報テーブル９６０の全ての内容を送信してもよいし、通信機能設定情報テーブル９６０のうち送信先のセンサノード１０に関係する内容（例えば、そのセンサノード１０が所属するグループに所属する他のセンサノード１０の情報）のみを送信してもよい。

【0057】

図１０にサーバ装置３０のハードウェアを示している。同図に示すように、サーバ装置３０は、中央処理装置３１、記憶装置３２、通信装置３３、及び出力装置３４を備える。

【0058】

中央処理装置３１は、例えば、ＭＰＵ、ＣＰＵ等である。記憶装置３２は、例えば、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＮＶＲＡＭ等である。中央処理装置３１及び記憶装置３２は、サーバ装置３０に情報処理装置としての機能を実現する。通信装置３３は、ＮＩＣや無線ＬＡＮアダプタ等であり、通信網５を介してゲートウェイ装置２０やユーザ端末４０と通信する。出力装置３４は、情報を出力するユーザインタフェースであり、例えば、液晶モニタ、スピーカ等である。

【0059】

図１１にサーバ装置３０の機能及びサーバ装置３０が記憶する情報を示している。同図に示すように、サーバ装置３０は、計測データ受信部１１１１、制御指示送信部１１１４、及び監視制御機能提供部１１１５の各機能を有する。これらの機能は、サーバ装置３０の中央処理装置３１が、記憶装置３２に格納されているプログラムを読み出して実行することにより実現される。

【0060】

計測データ受信部１１１１は、ゲートウェイ装置２０から送られてくる計測データ５００を受信する。

【0061】

制御指示送信部１１１４は、計測値管理テーブル１１２２の内容に基づき消費電力制御指示６００を生成し、ゲートウェイ装置２０に送信する。例えば、制御指示送信部１１１４は、後述する傾斜センサ１５の選択において選択されなかった傾斜センサ１５のオフ（もしくは低消費電力モードに移行）を指示する内容の消費電力制御指示６００を生成してゲートウェイ装置２０に送信する。また例えば、制御指示送信部１１１４は、傾斜センサ１５を低消費電力モードから通常動作モードに移行させる内容の消費電力制御指示６００を生成してゲートウェイ装置２０に送信する。

【0062】

監視制御機能提供部１１１５は、通信網５を介してアクセスしてくる情報処理装置（パーソナルコンピュータ等）であるユーザ端末４０に、計測値管理テーブル１１２２に基づく情報の提供やセンサノード１０の制御のための機能の提供を行う。これらの機能は、例えば、Ｗｅｂページを介してユーザ端末４０に提供される。

【0063】

同図に示すように、サーバ装置３０は、計測値管理テーブル１１２２を記憶する。計測値管理テーブル１１２２の内容は、図９に示した計測値管理テーブル９００の内容を含む。サーバ装置３０は、ゲートウェイ装置２０から送られてくる計測データ５００によって計測値管理テーブル１１２２の内容を随時更新する。

【0064】

＝検知精度の向上＝
続いて地盤変位の検知精度を向上させる仕組みについて説明する。

【0065】

＜外乱による傾斜＞
前述したように、本実施形態における傾斜センサ１５は、傾斜角（変位角）を２軸で検出するタイプであり、傾斜角（変位角）を、二次元座標系（Ｘ，Ｙ）の平面上のベクトル（大きさ（傾斜角度），方位角）として表現した値を出力する。二次元座標系（Ｘ，Ｙ）の原点Ｏは、例えば、傾斜センサ１５の設置時（動作開始時）から２４時間が経過した時点までの平均値に設定される。尚、傾斜センサ１５の計測値には正規分布を示す誤差が含まれているが、上記誤差は、統計的に有意な数の計測値を取得してそれらの平均（例えば２４回移動平均等）を求めることにより低減することができる。

【0066】

地盤変位の検知精度を向上させるには、地盤のわずかな動きが正確に傾斜センサ１５に伝わるように傾斜センサ１５を設置する必要があり、例えば、地盤にコンクリート基礎を埋め込み、コンクリートに対して傾斜センサ１５を金物等により堅牢に固定するといった方法がとられる。しかしこの方法を採用したとしても、例えば、施工時にコンクリート基礎の内部に生じた歪みが時間の経過とともに顕在化する、地盤がコンクリート基礎の重量を支えきれずコンクリート基礎が徐々に沈下する、といった理由により、傾斜センサ１５が次第に傾斜する現象（以下、この傾斜のことを「外乱による傾斜」とも称する。）が発生することがある。

【0067】

この外乱による傾斜の推移を検証するため、本発明者等は実験系１２００を構成して実験を行った。図１２に実験系１２００の要部の様子を示す。同図に示すように、傾斜センサ１５はコンクリート基礎１２１１に埋め込まれたアンカーボルトに固定した。またコンクリート基礎１２１１は、安定性の高い除振台１２１２の上に載置した。

【0068】

図１３に時間経過に対する「外乱による傾斜ベクトル」の大きさ（傾斜角度）の推移（計測結果（２４回移動平均））を示している。同図から、コンクリート基礎１２１１を非常に安定した除振台１２１２に載置しているにも関わらず、３００ｈを経過した後、大きさ（傾斜角度）が顕著に増加、停止、逆戻り等していることがわかる。

【0069】

図１４に時間経過に対する「外乱による傾斜ベクトル」の方位角の推移（計測結果）を示している。同図から、方位角については、最初は不安定であるが、３００ｈを経過したあたりから一定の方位に安定していることがわかる。

【0070】

そこで現場に設置される以上のような傾斜センサ１５の特性を踏まえ、本実施形態では次に説明する仕組みにより地盤変位の検知精度を向上させている。

【0071】

まず図１５に示すように、近い位置に設置されている傾斜センサ１５（センサノード１０）を、同じグループ（グループＩＤを「Ａ」、「Ｂ」、「Ｃ」・・・」としている。）に分類する。尚、グループは、同じグループに所属している複数の傾斜センサ１５の夫々に地盤変位による傾斜ベクトルが一様に作用するように（同じ真の傾斜角（変位角）が計測されるように）設ける。但し、上記一様性に必ずしも厳密性は要求されず、上記一様性は地盤変位観測システム１に対して求められる地盤変位の検知精度や除去不可能な誤差の大きさ等との関係で許容範囲を有していてもよい。

【0072】

ここで傾斜センサ１５の二次元座標系（Ｘ，Ｙ）における前述した傾斜角（変位角）のベクトル（大きさ（傾斜角度），方位角）が、例えば、図１６に示すように時系列的に変化（変化前のベクトル（細い実線で示すベクトル）からΔｔ時間経過後の変化後のベクトル（太い実線で示すベクトル）に変化）した場合を考える。この場合、図１７に示すように、傾斜センサ１５には、「外乱による傾斜ベクトル」と「地盤変位による傾斜ベクトル」が作用している。ここで「外乱による傾斜ベクトル」は、変化前のベクトルと方向は一致しているが大きさが増大している（尚、停止や逆戻りすることもあるが、ここでは説明の簡単のため、大きさが時系列的に増大する場合を例示している。）。そしてこの「外乱による傾斜ベクトル」と「地盤変位による傾斜ベクトル」とを合成したものは図１６に示した変化後のベクトルに等しくなる。

【0073】

ここで「地盤変位による傾斜ベクトル」のうち、「外乱による傾斜ベクトル」に対して垂直な方向の成分（この成分もベクトルである）は、図１８に示すように、変化前のベクトルと変化後のベクトルとから、代数学的もしくは幾何学的な演算により求めることができる。そしてこのような垂直な方向の成分は、同一のグループに所属する傾斜センサ１５の夫々について求めることができる。図１９並びに図２０に、同一のグループに所属する他の傾斜センサ１５により上記垂直な方向の成分を求めた例を示す。

【0074】

図１８乃至図２０に示すように、「外乱による傾斜ベクトル」は傾斜センサ１５ごとに異なるが、「地盤変位による傾斜ベクトル」については一致している（同一のグループに所属する各傾斜センサ１５には「地盤変位による傾斜ベクトル」が一様に作用するという前述した前提による。）。ここで「地盤変位による傾斜ベクトル」のうち、「外乱による傾斜ベクトル」に対して垂直な方向の成分は、「外乱による傾斜ベクトル」を対象軸として当該対称軸の左右両側に正規分布する。従って、上記の対象軸上をゼロとして「外乱による傾斜ベクトル」に対して垂直な方向の成分の大きさについて平均を求めると、その値は地盤変位による傾斜が発生していない場合は０となり、地盤変位による傾斜が発生している場合には正値又は負値となり、求めた上記値から、地盤変位による傾斜が発生しているか否か、地盤変位による傾斜が増加または減少しているか、といった情報を得ることができる。

【0075】

このように、以上の方法では、上記の情報を得るにあたり、複数の傾斜センサ１５から取得される計測値を用いているので、単数の傾斜センサ１５で計測値を収集する場合に比べて計測値の収集に要する時間を短縮することができ、ひいては地盤変位の検知速度を早める（地盤変位の検知のリアルタイム性を高める）ことができる。またリアルタイム性を高めようとして、例えば、単純にサンプリング数を増大させてしまうとセンサノード１０における電力消費量が増大し、太陽電池１８の電力供給不足、蓄電池１７の交換が頻繁に発生することによるコストの増大等の問題に繋がるが、上記方法によればそのような問題は生じない。

【0076】

続いて、図２１とともに、上記平均を求める方法、即ち「外乱による傾斜ベクトル」に対して垂直な方向の成分の平均を求める方法について具体的に説明する。図２１には、図１８乃至図２０の各図に示した「外乱による傾斜ベクトル」に対して垂直な方向の成分の大きさを示している。

【0077】

まず図２１において、図２０に示した「外乱による傾斜ベクトル」に対して垂直な方向の成分の大きさと、図１８に示した「外乱による傾斜ベクトル」に対して垂直な方向の成分の大きさとは、行列演算を行っていずれか一方（もしくは双方）のベクトルを回転させて両者の方向を一致させた場合に大きさの符号が一致するので、いずれか一方（もしくは双方）のベクトルを回転させて両者の方向を一致させることにより容易に上記平均を求めることができる。

【0078】

一方、図２０に示した「外乱による傾斜ベクトル」に対して垂直な方向の成分の大きさもしくは図１８に示した「外乱による傾斜ベクトル」に対して垂直な方向の成分の大きさと、図１９に示した「外乱による傾斜ベクトル」に対して垂直な方向の成分の大きさとは、行列演算を行っていずれか一方（もしくは双方）のベクトルを回転させて両者の方向を一致させた場合に大きさの符号が逆になってしまうため、そのまま両者の平均を求めてしまうと地盤変位による傾斜を正しく評価することができない。

【0079】

ここでこのように行列演算を行っていずれか一方（もしくは双方）のベクトルを回転させて両者の方向を一致させた場合に、両者のベクトルの大きさの符号が一致するか逆になるかは、傾斜センサ１５の「外乱による傾斜ベクトル」の方向と、「地盤変位による傾斜ベクトル」の方向との関係、即ち傾斜センサ１５の「外乱による傾斜ベクトル」の方向が、「地盤変位による傾斜ベクトル」の方向に対して左右何れの側にあるか否か（０゜〜１８０゜の範囲と１８０゜〜３６０゜の範囲の何れの側にあるか）に依存して定まる。

【0080】

そこで本実施形態の地盤変位観測システム１においては、大きさの平均を求めようとする２つのベクトル（「外乱による傾斜ベクトル」に対して垂直な方向の成分）が、いずれか一方（もしくは双方）のベクトルを回転させて両者の方向を一致させた場合に符号が逆になってしまう関係である場合には、両者の平均を求める際にいずれか一方の符号を反転させて符号を一致させるようにしている。尚、いずれか一方（もしくは双方）のベクトルを回転させて両者の方向を一致させた場合に大きさの符号が同じになるか逆になるかは、例えば、次の方法により判定することができる。

【0081】

まず図２１に示すように、原点Ｏを通る２つの直線Ｌ及び直線Ｌ’を引き、これらを境界線として二次元座標系（Ｘ，Ｙ）を４つの領域（Ｙ軸の正側部分を含む領域（以下、「上領域」と称する。），Ｙ軸の負側部分を含む領域（以下、「下領域」と称する。）、Ｘ軸の正側の部分を含む領域（以下、「右領域」と称する。）、及びＸ軸の負側の部分を含む領域（以下、「左領域」と称する。））に分割する。このとき、原点Ｏを始点とした場合における「地盤変位による傾斜ベクトル」の先端が下領域に含まれるようにする。尚、計測前の段階では「地盤変位による傾斜ベクトル」を正確には把握できていないので、この場合の「地盤変位による傾斜ベクトル」の方向としては、例えば、過去の計測値から経験的に推定される方向を採用する。また２つの直線Ｌ及び直線Ｌ’の方向には自由度があるが、好ましくは、同一グループに所属しているなるべく多くの傾斜センサ１５が、原点Ｏを始点とした場合にその「外乱による傾斜ベクトル」の先端が上領域又は下領域に入らないようにする。尚、その「外乱による傾斜ベクトル」の先端が上領域又は下領域に入る傾斜センサ１５については、いずれの符号とするかを決定することができないため、上記平均（「外乱による傾斜ベクトル」に対して垂直な方向の成分の平均）の算出には用いない。

【0082】

二次元座標系（Ｘ，Ｙ）をこのような４つの領域に分轄した場合、原点Ｏを始点とした場合における「外乱による傾斜ベクトル」の先端が右領域内に入っている複数の傾斜センサ１５の間では、行列演算を行っていずれか一方（もしくは双方）の「外乱による傾斜ベクトル」に対して垂直な方向の成分を回転させて両者の方向を一致させた場合に大きさの符号が一致する。また原点Ｏを始点とした場合における「外乱による傾斜ベクトル」の先端が左領域内に入っている複数の傾斜センサ１５の間では、行列演算を行っていずれか一方（もしくは双方）の「外乱による傾斜ベクトル」に対して垂直な方向の成分を回転させて両者の方向を一致させた場合に大きさの符号が一致する。

【0083】

一方、原点Ｏを始点とした場合における「外乱による傾斜ベクトル」の先端が右領域内に入っている傾斜センサ１５と、原点Ｏを始点とした場合における「外乱による傾斜ベクトル」の先端が左領域内に入っている傾斜センサ１５との間では、行列演算を行っていずれか一方（もしくは双方）のベクトルを回転させ両者の方向を一致させた場合に大きさの符号が逆になる。

【0084】

以上の通り、行列演算を行っていずれか一方（もしくは双方）の「外乱による傾斜ベクトル」に対して垂直な方向の成分を回転させ両者の方向を一致させた場合に大きさの符号が同じになるか逆になるかは、両者の夫々について原点Ｏを始点とした場合における「外乱による傾斜ベクトル」がいずれの領域に入っているかを調べることにより判定することができる。

【0085】

尚、同一のグループに所属する傾斜センサ１５のうち地盤変位の検知に用いる傾斜センサ１５を選択する場合には、「外乱による傾斜ベクトル」の方向が０゜に近いものを優先して選択することにより、「地盤変位による傾斜ベクトル」の方向の幅を広くすることができ、「地盤変位による傾斜ベクトル」の発生をなるべく広い方向範囲で想定することができて地盤変位観測システム１の運用の自由度が向上する。

【0086】

以上に説明したように、本実施形態の地盤変位観測システム１によれば、複数の傾斜センサ１５の計測値（「外乱による傾斜ベクトル」に対して垂直な方向の成分の大きさ）の平均を求めることにより、地盤変位による傾斜が発生しているか否か、地盤変位による傾斜が増加または減少しているか、といった情報を得ることができ、統計的に有意な数の計測値を得ることが難しい場合でも、地盤変位を精度よく検知することができる。このため、例えば、地盤変位を予兆の段階で検知することができる。

【0087】

＜センサノードの有効利用＞
前述したように、その「外乱による傾斜ベクトル」の先端が上領域又は下領域に入る傾斜センサ１５については、いずれの符号とするかを決定することができないため、上記平均（「外乱による傾斜ベクトル」に対して垂直な方向の成分の平均）の算出には用いることができない。そこで本実施形態の地盤変位観測システム１では、そのような傾斜センサ１５が所属するセンサノード１０を中継ノードとして動作させることにより、センサノード１０の有効利用を図るようにしている。

【0088】

具体的には、ゲートウェイ装置２０において、前述したグループごとに「外乱による傾斜ベクトル」の先端が上領域又は下領域に入る傾斜センサ１５が所属するセンサノード１０を特定し、各グループにおいて上記特定したセンサノード１０が中継ノードとして動作するように通信機能設定情報テーブル９６０を設定するようにする。尚、そのようにした場合、平均値の算出に寄与する傾斜センサ１５が所属するセンサノード１０は、計測データ５００を無線装置（近距離）１２により中継ノードに送り、中継ノードを介して計測データ５００をゲートウェイ装置２０に送るので、低消費電力で長期間に亘って動作することができ、長期間に亘って計測を行うことができる。

【0089】

尚、「外乱による傾斜ベクトル」の先端が上領域又は下領域に入る傾斜センサ１５が存在しないグループについては、例えば、デフォルトで設定されているセンサノード１０を中継ノードとして動作させる。

【0090】

また同じグループに複数の中継ノードの候補が登録されている場合、ゲートウェイ装置２０は、例えば、ノードＩＤの最も小さいものを中継ノードとして設定する。また同じグループに複数の中継ノードの候補が登録されている場合、センサノード１０を有効利用すべく、それらの候補の２つ以上を中継ノードとして冗長に設定し、計測データ５００がより確実にゲートウェイ装置２０に伝達されるようにしてもよい。

【0091】

＝処理説明＝
続いて、地盤変位観測システム１において行われる処理について説明する。

【0092】

＜地盤変位観測処理＞
図２２は、地盤変位観測システム１において行われる処理（以下、地盤変位観測処理Ｓ２２００と称する。）を説明するフローチャートである。以下、同図とともに地盤変位観測処理Ｓ２２００について説明する。

【0093】

センサノード１０の制御装置１１は、ゲートウェイ装置２０からの消費電力制御指示６００の受信有無をリアルタイムに監視している（Ｓ２２１１）。消費電力制御指示６００を受信すると（Ｓ２２１１：ＹＥＳ）、制御装置１１は、受信した消費電力制御指示６００の内容に従ってセンサノード１０の構成要素の消費電力の制御を行う（Ｓ２２１２）。消費電力制御指示６００を受信していない場合（Ｓ２２１１：ＮＯ）、制御装置１１はＳ２２１３からの処理を行う。

【0094】

Ｓ２２１３では、制御装置１１は、当該センサノード１０の傾斜センサ１５が、現在、オン（傾斜角（変位角）を計測可能な状態）であるか否かを判定する。傾斜センサ１５がオンである場合（Ｓ２２１３：ＹＥＳ）、処理はＳ２２１４に進む。一方、傾斜センサ１５がオフ（傾斜角（変位角）を計測できない状態）である場合（Ｓ２２１３：ＮＯ）、処理はＳ２２１１に戻る。

【0095】

Ｓ２２１４では、制御装置１１は、現在が傾斜角（変位角）の計測時機か否かを判定する。現在が傾斜角（変位角）の計測時機である場合（Ｓ２２１４：ＹＥＳ）、制御装置１１は、当該センサノード１０の傾斜センサ１５から計測値を取得し（Ｓ２２１５）、計測値を設定した計測データ５００を生成してゲートウェイ装置２０に送信する（Ｓ２２１６）。一方、現在が計測時機でない場合（Ｓ２２１４：ＮＯ）、処理はＳ２２１１に戻る。

【0096】

ゲートウェイ装置２０は、センサノード１０からの計測データ５００の受信時機が到来した否かをリアルタイムに監視している（Ｓ２２５１）。現在が計測データ５００の受信時機である場合（Ｓ２２５１：ＹＥＳ）、ゲートウェイ装置２０は、計測データ５００の受信を開始し（Ｓ２２５２）、計測データ５００を受信すると、ゲートウェイ装置２０は、受信した計測データ５００の内容を計測値管理テーブル９００に出力する（Ｓ２２５３）。尚、ゲートウェイ装置２０は、計測データ５００を随時サーバ装置３０に中継送信し、一方でサーバ装置３０は、計測データ５００を受信すると、計測値管理テーブル９００の内容を、受信した計測データ５００の内容に更新する。

【0097】

Ｓ２２５４では、ゲートウェイ装置２０は、計測データ５００を受信することが予定されている全てのセンサノード１０からの計測データ５００の受信を完了した否か、もしくは、タイムアウトしたか（予定されている受信期間を経過したか）否かを判定する。いずれかの上記条件が成立する場合（Ｓ２２５４：ＹＥＳ）、処理はＳ２２５５に進む。上記条件のいずれも成立しない場合（Ｓ２２５４：ＮＯ）、処理はＳ２２５２に戻る。

【0098】

Ｓ２２５５では、ゲートウェイ装置２０は、地盤変位が生じているか否かを判定する。この処理（以下、地盤変位検知処理Ｓ２２５５と称する。）の詳細については後述する。

【0099】

Ｓ２２５６では、ゲートウェイ装置２０は、中継ノードの設定に関する処理を行う。この処理（以下、中継ノード設定処理Ｓ２２５６と称する。）の詳細については後述する。

【0100】

Ｓ２２５７では、ゲートウェイ装置２０は、地盤変位検知処理Ｓ２２５５の結果が、「地盤変位有り」であるか否かを判定する。地盤変位検知処理Ｓ２２５５の結果が「地盤変位有り」である場合（Ｓ２２５７：ＹＥＳ）、ゲートウェイ装置２０は、地盤変位を検知した旨を出力装置２５に出力する（Ｓ２２５８）。一方、地盤変位検知処理Ｓ２２５５の結果が「地盤変位有り」でない場合（Ｓ２２５７：ＮＯ）、処理はＳ２２５９に進む。

【0101】

Ｓ２２５９では、サーバ装置３０が消費電力生成指示６００を生成する。Ｓ２２６０では、サーバ装置３０が消費電力制御指示６００をゲートウェイ装置２０を介してセンサノード１０に送信する。

【0102】

＜地盤変位検知処理＞
図２３は、図２２における地盤変位検知処理Ｓ２２５５を説明するフローチャートである。以下、同図とともに地盤変位検知処理Ｓ２２５５について説明する。

【0103】

まずゲートウェイ装置２０は、計測値管理テーブル９００から、グループ（グループＩＤ）を一つ選択する（Ｓ２３１１）。

【0104】

続いて、ゲートウェイ装置２０は、計測値管理テーブル９００から、選択したグループに所属する傾斜センサ１５の組を選択する（Ｓ２３１２）。尚、ゲートウェイ装置２０は、例えば、夫々の「外乱による傾斜ベクトル」の方向のなす角が０゜に近い傾斜センサ１５の組を優先して選択する（尚、このときに参照する各傾斜センサ１５の「外乱による傾斜ベクトル」の方向については、例えば、ゲートウェイ装置２０に予め格納（記憶）しておく。）。

【0105】

続いて、ゲートウェイ装置２０は、計測値管理テーブル９００から、選択した傾斜センサ１５の夫々について、時系列的な変化の前後のベクトルを取得する（Ｓ２３１３）。

【0106】

続いて、ゲートウェイ装置２０は、Ｓ２３１２で選択した傾斜センサ１５から、その「外乱による傾斜ベクトル」の先端が上領域又は下領域に入る傾斜センサ１５を除外し、除外した傾斜センサ１５が所属するセンサノード１０のノードＩＤを、中継ノード候補管理テーブル９５５に登録する（Ｓ２３１４）。

【0107】

続いて、ゲートウェイ装置２０は、計測値管理テーブル９００から、Ｓ２３１４にて上記除外を行った後の、Ｓ２３１２で選択した傾斜センサ１５の夫々について、前述した演算を行うことにより「地盤変位による傾斜ベクトル」のうち「外乱による傾斜ベクトル」に対して垂直な方向の成分を求める（Ｓ２３１５）。

【0108】

続いて、ゲートウェイ装置２０は、Ｓ２３１４にて上記除外を行った後の、Ｓ２３１２で選択した傾斜センサ１５の夫々について求めた「外乱による傾斜ベクトル」に対して垂直な方向の成分の大きさの平均を求める（Ｓ２３１６）。

【0109】

続いて、ゲートウェイ装置２０は、Ｓ２３１６で求めた平均値の絶対値が予め設定された閾値を超えているか否かを判定する（Ｓ２３１７）。上記絶対値が予め設定された閾値以上である場合（Ｓ２３１７：ＹＥＳ）、ゲートウェイ装置２０は現在選択中のグループについて「地盤変位有り」と判定する（Ｓ２３１８）。その後はＳ２３２０に進む。一方、上記絶対値が予め設定された閾値を未満である場合（Ｓ２３１７：ＮＯ）、ゲートウェイ装置２０は現在選択中のグループについて「地盤変位無し」と判定する（Ｓ２３１９）。その後はＳ２３２０に進む。

【0110】

Ｓ２３２０では、ゲートウェイ装置２０は、Ｓ２３１８又はＳ２３１９の判定結果を地盤変位判定結果テーブル９５０に出力する。

【0111】

図２４に、地盤変位判定結果テーブル９５０の一例を示している。同図に示すように、地盤変位判定結果テーブル９５０は、グループＩＤ９５１、判定結果９５２、平均値９５３、及び判定日時９５４の各項目を有するレコードの集合である。判定結果９５２には、当該レコードのグループＩＤ９５１の判定結果が設定される（「地盤変位有り」の場合は「有」、「地盤変位無し」の場合は「無」が設定される。）。平均値９５３には、当該レコードのグループ９５１についてＳ２３１５にて求めた平均値が設定される。尚、ユーザは合成ベクトル９５３から合成ベクトルの方向と大きさを知ることができる。判定日時９５４には、当該レコードのグループ９５１について当該判定結果９５２の判定を行った日時が設定される。地盤変位判定結果テーブル９５０の内容を参照することで、ユーザはグループごとに（観測エリア２の所定領域ごとに）地盤変位が生じているか否かを把握することができる。

【0112】

＜中継ノード設定処理＞
図２５は、図２２における中継ノード設定処理Ｓ２３５６を説明するフローチャートである。以下、同図とともに中継ノード設定処理Ｓ２３５６について説明する。

【0113】

まずゲートウェイ装置２０は、各グループについて中継ノードとするセンサノード１０を決定する（Ｓ２５１１）。具体的には、ゲートウェイ装置２０は、中継ノード候補管理テーブル９５５に登録されている各グループについて、夫々に候補として登録されているセンサノード１０を中継ノードとして設定する。図２６に中継ノード候補管理テーブル９５５の一例を示す。

【0114】

続いてゲートウェイ装置２０は、設定した中継ノードのノードＩＤをグループＩＤに対応づけて通信機能設定情報テーブル９６０に登録する（Ｓ２５１２）。図２７に通信機能設定情報テーブル９６０の一例を示す。尚、前述したように、同じグループ（グループＩＤ）に複数の中継ノードの候補が登録されている場合、センサノード１０を有効利用すべく、それらの候補の２つ以上を中継ノードとして冗長に設定してもよい。

【0115】

図２５に戻り、続いて、ゲートウェイ装置２０は、通信機能設定情報テーブル９６０の内容を各センサノード１０に送信する（Ｓ２５１３）。各センサノード１０は、通信機能設定情報テーブル９６０の内容を受信すると、受信通知をセンサノード１０に送信するとともに、自身が記憶している通信機能設定情報４２３の内容を更新し、更新後の自身の設定内容に従った動作を開始する。尚、前述したように、ゲートウェイ装置２０は、各センサノード１０に通信機能設定情報テーブル９６０の全ての内容を送信してもよいし、通信機能設定情報テーブル９６０のうち送信先のセンサノード１０に関係する内容のみを送信してもよい。

【0116】

ところで、以上の説明は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明はその趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に本発明にはその等価物が含まれることは勿論である。

【0117】

例えば、ゲートウェイ装置２０とサーバ装置３０を共通のハードウェア（ゲートウェイ装置２０とサーバ装置３０の双方の機能を兼ね備えた装置）としてもよい。

【0118】

また前述した地盤変位観測処理Ｓ２２００においてゲートウェイ装置２０が主体となって行う処理については、これをサーバ装置３０が主体となって行う処理としてもよい。

【符号の説明】

【0119】

１ 地盤変位観測システム、２ 観測エリア、５ 通信網、１０ センサノード、１１ 制御装置、１２ 無線装置、１５ 傾斜センサ、２０ ゲートウェイ装置、３０ サーバ装置、４０ ユーザ端末、５００ 計測データ、６００ 消費電力制御指示、８１５ 地盤変位検知部、９００ 計測値管理テーブル、９５０ 地盤変位判定結果テーブル、１２００ 実験系

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】

【図24】

【図25】

【図26】

【図27】