JP6471009B2 - 地盤変位観測システム、及び地盤変位観測方法 - Google Patents

Description

この発明は、地盤変位観測システム、及び地盤変位観測方法に関する。

特許文献１には、所定のエリア内の位置が異なる各部における環境状況などを監視するためのセンサネットワークシステムに関し、所定のエリア内に複数個のセンサ端末が配置され、複数個のセンサ端末のそれぞれから無線送信されたセンシングデータを収集する監視センタ装置を備えたセンサネットワークシステムにおいて、センサ端末が、センサの識別情報と当該センサの最新のセンシングデータとからなる送信信号を間欠的に無線送信し、監視センタ装置が、センサ端末の所定のエリア内での位置情報を取得する機能を備え、センサ端末からのセンシングデータのそれぞれを、その取得時点の情報と対応させて時系列データとして蓄積し、センサ端末の位置情報と蓄積したセンシングデータの時系列データに基づいて所定のエリア内における環境要素の時系列変化を視覚化して呈示することが記載されている。

特開２０１４−８１８６０号公報

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。ここで上記地盤変位の要因としては、自然現象に関するもの（積雪後の融雪による地下水位の上昇、梅雨や台風時の大雨、地震等）や人の活動に関するもの（近隣で行われている工事等）がある。

地盤変位を検知する方法としては、伸縮計を用いる方法、Ｂ−ＯＴＤＲ方式、レーザー測距方式、ＧＰＳ相対測位方式などがあり、いずれの方法も高い精度（数ｍｍ程度）が得られるが、機器の設置の手間やコストがかかる。そのため、近年、複数の傾斜センサを傾斜面に広範囲に配置し、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。

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。傾斜センサ方式による場合、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。

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求められないが、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のであれば既存技術と同等の検知精度が要求される。このため傾斜センサ方式において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。

前述したように、傾斜センサ方式は、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で間接的に地盤変位を検知する方式である。そのため、前述した他の技術と同等の検知精度（数ｍｍ）を得るには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゜と算出できる）。

また傾斜センサ方式では、各傾斜センサの測定値に正規分布をなす誤差が含まれていることが課題となるが、このような誤差を低減する方法としては、統計的に有意な数の測定値を得た上で平均値を算出するのが一般的である。このため、状態変化が急激に進行するようなケースについてその予兆を確実に捉えようとすれば、単位時間あたりのサンプリング数を増やす必要があり、バッテリの消費量が増大してメンテナンスの手間やコストが増大してしまう。また太陽電池の出力は環境に左右されやすく、単位時間あたりのサンプリング数を増やすと日射量が不十分な場合は発電量が不足することも考えられる。

本発明はこのような背景に鑑みてなされたもので、消費電力を抑えつつ、簡素な構成にて高い精度で地盤変位を検知することが可能な地盤変位観測システム、及び地盤変位観測方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための本発明のうちの一つは、地盤変位を観測する地盤変位観測システムであって、地盤変位の観測が行われる屋外のエリアに設けられる複数のセンサノードと、前記センサノードから送信される無線信号を受信するゲートウェイ装置と、前記ゲートウェイ装置と通信可能に接続する情報処理装置であるサーバ装置と、を含み、前記センサノードは、前記地盤変位の検知に用いる情報を計測するセンサ、前記無線信号を生成する無線装置、及び前記無線信号を送信するアンテナを備え、前記アンテナは、積雪時に少なくともその一部が埋雪される高さで前記センサノードに設けられ、前記ゲートウェイ装置は、前記センサノードから受信する前記無線信号の受信電界強度を計測する電界強度計を備え、前記サーバ装置は、前記ゲートウェイ装置が前記センサノードから受信する前記無線信号の受信電界強度の変化に基づき、前記エリアにおける融雪の有無を判定することとする。

本発明によれば、センサノードからゲートウェイ装置に送信される無線信号の受信電界強度が、センサノードのアンテナが積雪によって埋雪されることにより変化することを利用して融雪の有無を判断するので、簡素な仕組みにより融雪があったことを検知することができる。そのため、高精度の計測が必要となる融雪の時機を正確に把握することができ、他の期間においてはセンサノードやゲートウェイ装置の消費電力を抑制することができる。これによれば、消費電力を抑えつつ、簡素な構成にて融雪に起因する地盤変位を予兆の段階から高精度で検知することができる。

本発明のうちの他の一つは、上記地盤変位観測システムであって、前記サーバ装置は、所定数以上の前記センサノードから受信する前記無線信号の受信電界強度が予め設定された閾値以上から前記閾値未満に変化した場合に、前記エリアに積雪があったと判定することとする。

このように所定数以上のセンサノードから送られてくる無線信号の受信電界強度が予め設定された閾値以上から閾値未満に変化した場合に積雪があったと判定することで、精度よく積雪があったことを検知することができ、これにより融雪があったか否かの判定精度を高めることができる。

本発明のうちの他の一つは、上記地盤変位観測システムであって、前記センサノードは、前記エリアにおける外気温を計測する温度センサを備え、前記サーバ装置は、所定数以上の前記センサノードから受信する前記無線信号の受信電界強度が予め設定された閾値以上から前記閾値未満に変化し、かつ、前記温度センサの計測値が予め設定された閾値未満である場合に、前記エリアに積雪があったと判定することとする。

このように所定数以上のセンサノードから送られてくる無線信号の受信電界強度が予め設定された閾値以上から閾値未満に変化し、かつ、温度センサの計測値が予め設定された閾値未満である場合に積雪があったと判定することで、より高い精度で確実に積雪があったことを検知することができる。

本発明のうちの他の一つは、上記地盤変位観測システムであって、前記サーバ装置は、前記積雪があったと判定した後、所定数以上の前記センサノードから受信する前記無線信号の受信電界強度が予め設定された閾値未満から前記閾値以上に変化した場合に、前記エリアに融雪があったと判定することとする。

このように所定数以上のセンサノードから送られてくる無線信号の受信電界強度が予め設定された閾値未満から閾値以上に変化した場合に融雪があったと判定することで、精度よく融雪があったことを検知することができる。

本発明のうちの他の一つは、上記地盤変位観測システムであって、前記センサノードは、前記エリアにおける外気温を計測する温度センサを備え、前記サーバ装置は、前記積雪があったと判定した後、所定数以上の前記センサノードから受信する前記無線信号の受信電界強度が予め設定された閾値未満から前記閾値以上に変化し、かつ、前記温度センサの計測値が予め設定された閾値以上である場合に、前記エリアに融雪があったと判定することとする。

このように積雪があったと判定した後、所定数以上のセンサノードから送られてくる無線信号の受信電界強度が予め設定された閾値未満から閾値以上に変化し、かつ、温度センサの計測値が予め設定された閾値以上である場合に融雪があったと判定することで、より高い精度で融雪があったことを検知することができる。

本発明のうちの他の一つは、上記地盤変位観測システムであって、前記センサノードは、前記センサノードにおける消費電力を制御する制御装置を備え、前記サーバ装置が前記エリアに融雪があったと判定すると、前記ゲートウェイ装置が前記センサノードに消費電力の制限を解除する指示を含む消費電力制御指示を送信し、前記センサノードは、前記消費電力制御指示を受信すると前記センサノードにおける消費電力の制限を解除することとする。

このようにサーバ装置が融雪があったと判定した場合はセンサノードにおける消費電力の制限が解除されるので、平時は消費電力を抑制しつつ、必要な時機には地盤変位の検知精度を高めることができる。

本発明のうちの他の一つは、上記地盤変位観測システムであって、前記消費電力制御指示は、前記センサの計測値の単位時間当たりのサンプリング数の増大を指示する内容を含み、前記センサノードは、前記消費電力制御指示を受信すると前記センサの計測値の単位時間当たりのサンプリング数を増大させることとする。

このようにサーバ装置が融雪があったと判定した場合は、消費電力に与える影響が比較的大きな、センサの計測値の単位時間当たりのサンプリング数を増大させるので、平時は消費電力を抑制しつつ、必要な時機には地盤変位の検知精度を高めることができる。

本発明のうちの他の一つは、上記地盤変位観測システムであって、前記サーバ装置は、前記ゲートウェイ装置が前記センサノードから受信する前記無線信号の受信電界強度の変化に基づき、前記エリアにおける積雪があった日時及び融雪があった日時を取得し、これらを用いて前記エリアにおける積雪量を求めることとする。

このようにサーバ装置は、ゲートウェイ装置がセンサノードから受信する無線信号の受信電界強度の変化に基づき、積雪があった日時及び融雪があった日時を取得し、これらに基づきエリアにおける積雪量を求めるので、積雪計等を用いた場合等に比べて簡素かつ安価な構成に積雪量を把握することができる。

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。

本発明によれば、消費電力を抑えつつ、簡素な構成にて高い精度で地盤変位を検知することができる。

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。 センサノード１０の構成を示す図である。 制御装置１１のハードウェア構成を示す図である。 制御装置１１の機能（ソフトウェア構成）及び制御装置１１が記憶する情報を示す図である。 計測データ５００のフォーマットを示す図である。 消費電力制御指示６００のフォーマットを示す図である。 ゲートウェイ装置２０のハードウェア構成を示す図である。 ゲートウェイ装置２０の機能（ソフトウェア構成）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。 計測値管理テーブル９００の一例を示す図である。 サーバ装置３０のハードウェア構成を示す図である。 サーバ装置３０の機能（ソフトウェア構成）及びサーバ装置３０が記憶する情報を示す図である。 地盤変位観測処理Ｓ１２００を説明するフローチャートである。

以下、図面とともに本発明の実施形態について詳述する。

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。

同図に示すように、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。

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１２、アンテナ１３、電界強度計１４（ＲＳＳＩ（Received Signal Strength Indication））、傾斜センサ１５、温度センサ１６、蓄電池１７、及び太陽電池１８を備える。制御装置１１、無線装置１２、アンテナ１３、電界強度計１４（ＲＳＳＩ（Received Signal Strength Indication））、傾斜センサ１５、及び温度センサ１６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。

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、電界強度計１４、傾斜センサ１５、及び温度センサ１６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との間の通信等を行う。

無線装置１２は、ゲートウェイ装置２０や他のセンサノード１０の無線装置１２と無線通信を行う。無線装置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）、微弱な無線局等として機能する。尚、無線装置１２は、ゲートウェイ装置２０と直接通信するものであってもよいし、アドホック機能等により他の無線装置１２を介して間接的にゲートウェイ装置２０と通信するものであってもよい。

アンテナ１３は、無線装置１２に入力、もしくは無線装置１２から出力される電波の送受信に用いられる。アンテナ１３は、例えば、ホイップ（ロッド）アンテナであり、地表面から所定の高さ（積雪によってアンテナ１３から放射される電波の電界強度が変動する高さ）で上方に延出させて設けられる。アンテナ１３は、その電波の放射部分の少なくとも一部が積雪時に埋雪される高さで設けられる。尚、アンテナから放射される電波は、埋雪されることによって大きく減衰すること、また、降雨によっては減衰は殆ど生じないことが知られている。

電界強度計１４は、例えば、ログアンプ（Logarithmic Amplifier）や演算増幅器（Operational Amplifier）を用いて構成され、無線装置１２が受信する電波の受信電界強度を示す値を出力する。

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。

温度センサ１６は、サーミスタ、リニア抵抗器、測温抵抗体等を用いて構成される素子であり、観測エリア２における外気温に応じた信号（例えば、温度に応じたアナログ電圧値を示す信号）を出力する。

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。蓄電池１７は、電池残量を計測するセンサ（例えば、蓄電池１７の端子間電圧を計測する電圧計）を備えており、制御装置１１に随時電池残量を通知する。

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、太陽電池パネルは積雪により埋雪されてしまわない程度の高さ（例えば、過去の最大積雪量を上回る高さ）で設けられる。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。

図３に制御装置１１のハードウェア構成を示している。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、計時装置１１３、及び電池残量センサ１１４を備える。

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。

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。

電池残量センサ１１４は、蓄電池１７の残量を示す情報（例えば、蓄電池１７の端子間電圧）を出力する。

図４に制御装置１１の機能（ソフトウェア構成）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、及び消費電力制御部４１３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。

計測処理部４１１は、計測値の計測時機が到来すると、電界強度計１４、傾斜センサ１５、及び温度センサ１６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。尚、計測処理部４１１が計測する電界強度計１４の計測値は、ゲートウェイ装置２０から受信した無線信号の受信電界強度（センサノード１０の電界強度計１４の出力値）である。

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を送信する。

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、計測値５１２を取得した日時である取得日時５１３、電池残量５１４、及び受信電界強度５１５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、ゲートウェイ装置２０から受信した無線信号の受信電界強度（センサノード１０の電界強度計１４の出力値）、及び傾斜センサ１５の出力値、温度センサ１６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まとめて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。

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、温度センサ１６）について消費電力の制御を行う。この消費電力の制御は、例えば、計測処理部４１１による単位時間当たりの計測値（電界強度計１４の出力値、傾斜センサ１５の出力値、温度センサ１６の出力値のうちの少なくともいずれか）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への遷移等により行われる。

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。また消費電力制御部４１３は、蓄電池１７の電池残量が少なくなった（閾値未満となった）場合や温度が低下して蓄電池１７の性能が低下する可能性がある場合にセンサノード１０の構成要素のうち駆動電力を必要とする構成について消費電力を自動的に抑制する。消費電力制御部４１３は、外部からの入力設定等に応じて、消費電力制御指示６００を優先するモードと自身の自動的な抑制を優先するモードのいずれかに切り替える機能を備える。

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（制御装置１１がセンサ（電界強度計１４、傾斜センサ１５、温度センサ１６）から取得する計測値の単位時間当たりのサンプリング数等）等の情報を含む。

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り、例えば、制御装置１１がセンサ（電界強度計１４、傾斜センサ１５、温度センサ１６）から取得する計測値の単位時間当たりのサンプリング数、消費電力制御の対象となるセンサノード１０の構成要素を特定する情報、構成要素ごとの制御の内容等である。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。

図７にゲートウェイ装置２０のハードウェア構成を示している。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、電界強度計２５（ＲＳＳＩ）、及び通信装置２６を備える。

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。電界強度計２５は、例えば、ログアンプや演算増幅器を用いて構成され、無線装置２４が受信する電波の受信電界強度を計測する。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。

図８にゲートウェイ装置２０の機能（ソフトウェア構成）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、電界強度取得部８１２、計測データ送信部８１３、及び制御指示中継部８１４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。

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に登録する。

電界強度取得部８１２は、計測データ受信部８１１がセンサノード１０から受信した無線信号（計測データ５００）の受信電界強度を取得し、当該計測データ５００の内容に対応づけて計測値管理テーブル９００に後述する受信電界強度（センサノード）９１３として登録する。

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、受信電界強度（ゲートウェイ装置）９１２、受信電界強度（センサノード）９１３、計測値９１４（温度９１４１、傾斜角９１４２）、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。

ノードＩＤ９１１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である。受信電界強度（ゲートウェイ装置）９１２は、当該レコードに対応する計測データ５００を受信した際の当該計測データ５００を載せた無線信号（電波）の受信電界強度である。受信電界強度（センサノード）９１３は、当該レコードの計測値９１４の送信元のセンサノード１０において計測されたゲートウェイ装置２０からの無線信号（電波）の受信電界強度である。

計測値９１４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）と温度９１４２（温度センサ１６の出力値）とを含む。計測日時９１５は、当該レコードの計測値９１４が計測された日時である。

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。

図１０にサーバ装置３０のハードウェア構成を示している。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、及び通信装置３３を備える。中央処理装置３１は、例えば、ＭＰＵ、ＣＰＵ等であり、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。

図１１にサーバ装置３０の機能（ソフトウェア構成）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、積雪／融雪判定部１１１２、積雪量算出部１１１３、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。

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。

積雪／融雪判定部１１１２は、計測値管理テーブル１１２２の内容に基づき、積雪の有無及び融雪の有無を判定する。

例えば、積雪／融雪判定部１１１２は、所定数以上のセンサノード１０から受信する無線信号の受信電界強度が予め設定された閾値以上から閾値未満に順次或いはほぼ同時に変化した場合に観測エリア２に積雪があったと判定する。

また例えば、積雪／融雪判定部１１１２は、所定数以上のセンサノード１０から受信する無線信号の受信電界強度が予め設定された閾値以上から閾値未満に変化し、かつ、温度センサ１６の計測値が予め設定された閾値（例えば０℃）未満である場合に観測エリア２に積雪があったと判定する。

また例えば、積雪／融雪判定部１１１２は、積雪があったと判定した後、所定数以上のセンサノード１０から受信する無線信号の受信電界強度が予め設定された閾値未満から閾値以上に変化した場合に観測エリア２に融雪があったと判定する。

また例えば、積雪／融雪判定部１１１２は、積雪があったと判定した後、所定数以上のセンサノード１０から受信する無線信号の受信電界強度が予め設定された閾値未満から閾値以上に変化し、かつ、温度センサ１６の計測値が予め設定された閾値（例えば０℃）以上である場合に観測エリア２に融雪があったと判定する。

尚、積雪又は融雪の判定に際し、傾斜センサ１５の計測値が大きく変化していないこと（観測エリア２に土砂崩れ等が発生していないこと）を確認するようにしてもよい。

積雪量算出部１１１３は、積雪／融雪判定部１１１２により取得される、積雪があった日時及び融雪があった日時、及び計測値管理テーブル１１２２の内容に基づき、観測エリア２における積雪量を求める。

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、融雪があったと判定した際、計測値の単位時間あたりのサンプリング数を増大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。

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９００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。

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の計測値管理テーブル９００の内容と基本的に同様である。計測値管理テーブル１１２２の内容はゲートウェイ装置２０から送られてくる計測データ５００によって随時更新される。

図１２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Ｓ１２００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Ｓ１２００について説明する。

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（Ｓ１２１１）。消費電力制御指示６００を受信すると（Ｓ１２１１：ＹＥＳ）、制御装置１１は、受信した消費電力制御指示６００の内容に従って消費電力の制御を行う（Ｓ１２１２）。消費電力制御指示６００を受信していない場合（Ｓ１２１１：ＮＯ）、制御装置１１はＳ１２１３からの処理を行う。

Ｓ１２１３では、制御装置１１は、現在が計測時機か否かを判定する。現在が計測時機である場合（Ｓ１２１３：ＹＥＳ）、制御装置１１は、傾斜センサ１５及び温度センサ１６から計測値を取得し（Ｓ１２１４）、計測値を含む計測データ５００を生成してゲートウェイ装置２０に送信する。現在が計測時機でない場合（Ｓ１２１３：ＮＯ）、処理はＳ１２１１に戻る。

一方、ゲートウェイ装置２０は、現在がセンサノード１０からの計測データ５００の受信時機であるかをリアルタイムに判定している（Ｓ１２２１）。現在が計測データ５００の受信時機であると判定すると（Ｓ１２２１：ＹＥＳ）、ゲートウェイ装置２０は、計測データ５００の受信を開始する。計測データ５００を受信すると（Ｓ１２２２）、ゲートウェイ装置２０は、センサノード１０から受信した計測データ５００（無線信号）の受信電界強度を取得し（Ｓ１２２３）、取得した受信電界強度を受信電界強度（ゲートウェイ装置）９１２として、計測データ５００の内容とともに計測値管理テーブル９００に登録する（Ｓ１２２４）。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、サーバ装置３０は、計測値管理テーブル１１２２の内容を、受信した計測データ５００の内容に更新する。

Ｓ１２２５では、ゲートウェイ装置２０は、全てのセンサノード１０から計測データ５００を受信したか否か、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過ぎたか）否かを判定する。条件が成立する場合（Ｓ１２２５：ＹＥＳ）、処理はＳ１２２６に進む。条件が成立しない場合（Ｓ１２２５：ＮＯ）、処理はＳ１２２２に戻る。

Ｓ１２２６では、サーバ装置３０は、計測値管理テーブル１１２２の内容に基づき、積雪又は融雪があったか否かを判定する。サーバ装置３０が積雪及び融雪のいずれも無かったと判定した場合（Ｓ１２２６：ＮＯ）、処理はＳ１２２１に戻る。一方、積雪又は融雪があったと判定した場合（Ｓ１２２６：ＹＥＳ）、サーバ装置３０は、現在日時を積雪又は融雪があった日時として記憶し（Ｓ１２２７）、その後はＳ１２２８の処理に進む。

Ｓ１２２８では、サーバ装置３０は、融雪があったか否かを判定する。融雪がなかったと判定した場合（Ｓ１２２８：ＮＯ）、処理はＳ１２２１に戻る。融雪があったと判定した場合（Ｓ１２２８：ＹＥＳ）、処理はＳ１２２９に進む。

Ｓ１２２９では、サーバ装置３０は、ゲートウェイ装置２０を介して消費電力制御指示６００をセンサノード１０に送信する。

Ｓ１２３０では、サーバ装置３０は、積雪があった日時、融雪があった日時、及び計測値管理テーブル１１２２の内容に基づき積雪量を算出して記憶する。その後、処理はＳ１２２１に戻る。

尚、Ｓ１２１２で消費電力の抑制が解除された場合には、必要とされる精度を得るための計測値のサンプリングが行われた後、自動的に又は手動によりセンサノード１０において消費電力の抑制が再開される。

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にあっては、センサノード１０からゲートウェイ装置２０に送信される無線信号の受信電界強度が、センサノード１０のアンテナ１３が積雪によって埋雪されることにより変化することを利用して融雪の有無を判断するので、簡素な仕組みにて融雪があったことを確実に検知することができる。そのため、消費電力を抑えつつ、簡素な構成にて融雪に起因する地盤変位を予兆の段階から高精度で検知することができる。

また融雪を検知した場合、地盤変位観測システム１は、平時等における消費電力の抑制を解除して計測値の単位時間あたりのサンプリング数を増加させるので、融雪開始時等の地盤変位が発生しやすい時機を狙って所定期間だけ計測値の単位時間当たりのサンプリング数を増大させることができる。このため、平時は電力消費を抑えつつ、必要な時機には精度を高めて効率よく地盤変位観測システム１を機能させることができる。

尚、積雪や融雪を検知する方法としては、積雪計を用いることも考えられるが、積雪計はポール上に設けた測定部と雪面との間の距離を測る原理により積雪の深さを求める一種の距離計であり、雪面に向けて照射したレーザー光や超音波が雪面に反射して戻ってくるまでの時間を計る仕組みであるまえ、設置場所の安定性や強風の有無に注意が必要であり、機器の導入やメンテナンスに費用がかかる。これに対し、本実施形態の地盤変位観測システム１は、既存のシステムに対して電界強度計の設置とソフトウェアの変更を行うだけで実施することが可能であり、積雪計を用いた場合に比べて簡素かつ安価な構成にて、積雪や融雪の検知や積雪量を取得する仕組みを実現することができる。

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。

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としてもよい（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を構成する）。

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、１１４ 電池残量センサ、４１１ 計測処理部、４１２ 計測データ送信部、４１３ 消費電力制御部、４２１ ノードＩＤ、４２２ 制御情報、５００ 計測データ、６００ 消費電力制御指示、１４ 電界強度計、１５ 傾斜センサ、１６ 温度センサ、１７ 蓄電池１７、１８ 太陽電池、２０ ゲートウェイ装置、２５ 電界強度計、８１１ 計測データ受信部、８１２ 電界強度取得部、８１３ 計測データ送信部、８１４ 制御指示中継部、３０ サーバ装置、１１１１ 計測データ受信部、１１１２ 積雪／融雪判定部、１１１３ 積雪量算出部、１１１４ 制御指示送信部、１１１５ 監視制御機能提供部、４０ ユーザ端末、Ｓ１２００ 地盤変位観測処理

Claims (10)

1. 地盤変位を観測する地盤変位観測システムであって、
   地盤変位の観測が行われる屋外のエリアに設けられる複数のセンサノードと、
   前記センサノードから送信される無線信号を受信するゲートウェイ装置と、
   前記ゲートウェイ装置と通信可能に接続する情報処理装置であるサーバ装置と、
   を含み、
   前記センサノードは、前記地盤変位の検知に用いる情報を計測するセンサ、前記無線信号を生成する無線装置、及び前記無線信号を送信するアンテナを備え、
   前記アンテナは、積雪時に少なくともその一部が埋雪される高さで前記センサノードに設けられ、
   前記ゲートウェイ装置は、前記センサノードから受信する前記無線信号の受信電界強度を計測する電界強度計を備え、
   前記サーバ装置は、前記ゲートウェイ装置が前記センサノードから受信する前記無線信号の受信電界強度の変化に基づき、前記エリアにおける融雪の有無を判定する
   地盤変位観測システム。
2. 請求項１に記載の地盤変位観測システムであって、
   前記サーバ装置は、所定数以上の前記センサノードから受信する前記無線信号の受信電界強度が予め設定された閾値以上から前記閾値未満に変化した場合に、前記エリアに積雪があったと判定する
   地盤変位観測システム。
3. 請求項１に記載の地盤変位観測システムであって、
   前記センサノードは、前記エリアにおける外気温を計測する温度センサを備え、
   前記サーバ装置は、所定数以上の前記センサノードから受信する前記無線信号の受信電界強度が予め設定された閾値以上から前記閾値未満に変化し、かつ、前記温度センサの計測値が予め設定された閾値未満である場合に、前記エリアに積雪があったと判定する
   地盤変位観測システム。
4. 請求項２又は３に記載の地盤変位観測システムであって、
   前記サーバ装置は、前記積雪があったと判定した後、所定数以上の前記センサノードから受信する前記無線信号の受信電界強度が予め設定された閾値未満から前記閾値以上に変化した場合に、前記エリアに融雪があったと判定する
   地盤変位観測システム。
5. 請求項２又は３に記載の地盤変位観測システムであって、
   前記センサノードは、前記エリアにおける外気温を計測する温度センサを備え、
   前記サーバ装置は、前記積雪があったと判定した後、所定数以上の前記センサノードから受信する前記無線信号の受信電界強度が予め設定された閾値未満から前記閾値以上に変化し、かつ、前記温度センサの計測値が予め設定された閾値以上である場合に、前記エリアに融雪があったと判定する
   地盤変位観測システム。
6. 請求項４又は５に記載の地盤変位観測システムであって、
   前記センサノードは、前記センサノードにおける消費電力を制御する制御装置を備え、
   前記サーバ装置が前記エリアに融雪があったと判定すると、前記ゲートウェイ装置が前記センサノードに消費電力の制限を解除する指示を含む消費電力制御指示を送信し、
   前記センサノードは、前記消費電力制御指示を受信すると前記センサノードにおける消費電力の制限を解除する
   地盤変位観測システム。
7. 請求項６に記載の地盤変位観測システムであって、
   前記消費電力制御指示は、前記センサの計測値の単位時間当たりのサンプリング数の増大を指示する内容を含み、
   前記センサノードは、前記消費電力制御指示を受信すると前記センサの計測値の単位時間当たりのサンプリング数を増大させる
   地盤変位観測システム。
8. 請求項１に記載の地盤変位観測システムであって、
   前記サーバ装置は、前記ゲートウェイ装置が前記センサノードから受信する前記無線信号の受信電界強度の変化に基づき、前記エリアにおける積雪があった日時及び融雪があった日時を取得し、これらを用いて前記エリアにおける積雪量を求める
   地盤変位観測システム。
9. 請求項１に記載の地盤変位観測システムであって、
   前記センサは傾斜センサである
   地盤変位観測システム。
10. 地盤変位を観測する方法であって、
    地盤変位の観測が行われる屋外のエリアに複数のセンサノードを設け、
    前記センサノードから送信される無線信号をゲートウェイ装置により受信し、
    前記ゲートウェイ装置と通信可能に接続する情報処理装置であるサーバ装置を設け、み、
    前記センサノードに、前記地盤変位の検知に用いる情報を計測するセンサ、前記無線信号を生成する無線装置、及び前記無線信号を送信するアンテナを設け、
    前記アンテナを、積雪時に少なくともその一部が埋雪される高さで前記センサノードに設け、
    前記ゲートウェイ装置に、前記センサノードから受信する前記無線信号の受信電界強度を計測する電界強度計を設け、
    前記センサノードに、前記センサノードにおける消費電力を制御する制御装置を設け、
    前記サーバ装置が、前記ゲートウェイ装置が前記センサノードから受信する前記無線信号の受信電界強度の変化に基づき、前記エリアにおける融雪の有無を判定し、
    前記サーバ装置が前記エリアに融雪があったと判定した場合に、前記ゲートウェイ装置が前記センサノードに消費電力の制限を解除する指示を含む消費電力制御指示を送信し、
    前記センサノードが、前記消費電力制御指示を受信すると前記センサノードにおける消費電力の制限を解除する
    地盤変位観測方法。

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