光ファイバ式洗掘検出装置及びシステム
【課題】河川の水流に対して水平又は垂直方向の洗掘を広域に亘って検出可能で、従来のものより設置が容易で、簡単且つ低コストの光ファイバ式洗掘検出装置及びシステムを提供する。
【解決手段】洗掘が生じると、水流１０５中に露出した重錘１５０は、自重または水流１０５の抗力により、金属管光ファイバケーブル１３０に張力を与え、センサ部１３６の固定箇所で曲げ変形あるいは破断を生じる。曲げ変形の場合その発生箇所以降で光の損失が発生し、破断の場合フレネル反射の位置が当初の位置から破断位置にまで変化する。このトレース波形の変化をＯＴＤＲで測定することにより洗掘を検出する。
【解決手段】洗掘が生じると、水流１０５中に露出した重錘１５０は、自重または水流１０５の抗力により、金属管光ファイバケーブル１３０に張力を与え、センサ部１３６の固定箇所で曲げ変形あるいは破断を生じる。曲げ変形の場合その発生箇所以降で光の損失が発生し、破断の場合フレネル反射の位置が当初の位置から破断位置にまで変化する。このトレース波形の変化をＯＴＤＲで測定することにより洗掘を検出する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、河川堤防等の防災モニタリングのために、河川堤防等の決壊の原因となる、降雨や増水に伴う河川の洗掘に対して水平及び垂直方向の洗掘を広域に亘って検出する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、降雨や増水に伴う河川堤防の決壊や山岳道路の岩壁の崩落を予測し、これらの災害を未然に防止するために河川堤防等のモニタリングを行う手段として光ファイバを利用したセンサが注目されている。
【０００３】
即ち、センサ機能として長期間に亘るオンライン計測が可能である上に、無誘導性、防爆性、耐腐食性等の特徴を持つ光ファイバは、上述した災害等の防止システムの構成要素として有望であり、光ファイバの種々の特性を利用して監視対象物の変位等を測定する光ファイバセンサとして、多くの提案がなされている。
【０００４】
ところで、後で図面を用いて説明するように、河川には、堤防の法面に連続するように川底と水平な方向に棚部（高水敷）が形成されることが多く、降雨や増水に伴って河川の流量や流速が増加すると、かかる棚部（高水敷）に洗掘を生じる場合がある。このような洗掘は堤防が決壊する虞に直結するものであり、早期に確実に検出する必要性がある。
【０００５】
従来、かかる河川堤防等の洗掘を検知する技術として、例えば、特許文献１には、地山斜面の地すべりや道路周辺の土砂崩れ等の監視対象物が所定の変位量を超えた場合、外側に引き出された光ファイバに、張力がはたらき、光ファイバを巻回収納した巻回部が縮小変形されて、その内側に収納している光ファイバ収納部材に巻き付くようにして押圧されて、曲げ変形や破断を生じるようになっている光ファイバセンサ（以下、従来例と称する）が記載されている。
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−９９７５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、この従来例の光ファイバセンサは、広域に亘る河岸決壊の検出に適用する場合には、センサの構造が複雑なため設置に手間がかかり、それによってコストもかかるという問題がある。そこで、簡単且つ低コストな構造でありながら、上記のような広域に亘る河岸決壊の検出に適用可能な装置又はシステムの開発が望まれている。
【０００８】
本発明の課題は、決壊の原因となる、降雨や増水に伴う河岸洗堀の、河川の水流に対して水平又は垂直方向の洗掘を広域に亘って検出可能であり、従来のものより設置が容易で、簡単な構造で且つ低コストの光ファイバ式洗掘検出装置及びシステムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するため、本発明の第１の様相では、ある一定間隔で金属管光ファイバケーブルに重錘を固定し、重錘上に金属管光ファイバケーブルの巻回部を形成すると共に洗堀が発生した場合に張力が金属管光ファイバケーブルの巻回部に働くようにすることで、曲げ変形および破断による光の変化、たとえば曲げ変形による光の反射光量の変化(損失)または破断によるフレネル反射の位置の変化をＯＴＤＲを用いて測定するようにした。
【００１０】
かかる構成によれば、従来のものより設置が容易で、簡単且つ低コストの光ファイバ式洗掘検出装置及びシステムを構成できる上に、河川の水流に対して水平又は垂直方向の洗掘を広域に亘って検出可能になる。
【００１１】
即ち、本発明の光ファイバ式洗掘検出装置は、光ファイバが内部に挿通された金属管光ファイバケーブルと該金属管光ファイバケーブルの一部を含む複数の検出ユニットを用いて監視対象物に生じる洗掘を段階的に検出する光ファイバ式洗掘検出装置であって、各検出ユニットは、巻回部を含む前記金属管光ファイバケーブルの一部と、前記金属管光ファイバケーブルの巻回部の固定点及び負荷点となる重錘と、前記金属管光ファイバケーブルの巻回部と前記重錘とを固定すると共に前記金属管光ファイバケーブルに曲げ変形または破断を生じさせる固定金具とを有することを特徴とする。
【００１２】
かかる構成によれば、従来のものより設置が容易で、構造も著しく簡単であり、且つ極めて低コストの光ファイバ式洗掘検出装置を構成できる上に、河川の水流に対して水平又は垂直方向の洗掘を広域に亘って検出可能になる。
【００１３】
また、前記金属管光ファイバケーブルは塑性変形可能に構成され、更に、外部からのカによる前記巻回部での局所的変形を防止するための保護カバーと、前記重錘間部分での曲げ変形を防止するための保護用フレキシブルチューブとを有するのが好適である。
【００１４】
かかる構成によれば、金属管光ファイバケーブルの曲げ変形を検出することで洗掘を高精度に検出可能な上に、外部からのカによる前記巻回部での局所的変形による誤検出や前記重錘間部分での曲げ変形による誤検出を有効に防止できる。
【００１５】
尚、更に、前記金属管光ファイバケーブルの巻回部を前記固定金具により前記重錘に固定するために、該重錘に埋め込まれたアンカーを有するようにしても良い。かかる構成によれば、アンカーは前もって重錘に埋め込んでおくことも可能なので、現場での金属管光ファイバケーブルの巻回部の固定作業が容易になる。
【００１６】
また、前記保護カバーは、前記重錘上に載置されることにより前記巻回部での局所的変形を防止すると共に、該保護カバーと前記重錘間に配置されるスペーサを有するのが好適である。
【００１７】
かかる構成によれば、保護カバーと重錘が洗掘の発生時に分離し易くなり、保護カバーにより遮られることなく重錘が金属管光ファイバケーブルに張力を働かせることができる。一方、保護カバーは重錘上に載置されることにより上方からの面圧に対する保護機能を果たせる。更に、スペーサを有するので、上方からの面圧に対する強度が向上する。
【００１８】
また、本発明の第２の様相では、前記スペーサは前記重錘における固定点に不必要な曲げが発生しないように前記金属管光ファイバケーブルの動きを規制する規制部材として機能するように、その大きさ及びその固定箇所を規定されていることを特徴とする。
【００１９】
かかる構成によれば、スペーサは保護カバーの補強機能だけでなく、洗掘が生じていない隣の検出ユニットにおいて金属管光ファイバケーブルに不必要に曲げ変形が生じてしまうのを防止する機能をも奏する。従って、洗掘検出の分解能を高めることができる。
【００２０】
更に、本発明の第３の様相では、前記複数の検出ユニットのうち洗掘を最先の段階で検出する検出ユニットに対応する前記金属管光ファイバケーブルの巻回部は、他の巻回部よりも長めに巻回されていることを特徴とする。
【００２１】
かかる構成によれば、洗掘を最先の段階で検出する検出ユニットに対応する金属管光ファイバケーブルの巻回部での破断をより確実に検出し易くなる。
【００２２】
一方、以上の光ファイバ式洗掘検出装置が少なくとも１本のラインを構成する前記光ファイバの所定の間隔ごとで、且つ、前記監視対象物の所定の間隔ごとに複数設けられると共に、前記少なくとも１本のラインを構成する光ファイバを伝播する光を監視する光監視装置を備えた光ファイバ式洗掘検出システムを構成することもできる。
【００２３】
かかる構成によれば、河川の水流に対して水平又は垂直方向の洗掘を広域に亘って検出することができる上に、洗掘深度又は洗掘長が大きい場合にも適用でき、且つ、低コスト化が可能な光ファイバ式洗掘検出システムを提供することができる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、河川の水流に対して水平又は垂直方向の洗掘を広域に亘って検出可能であり、従来のものより設置が容易で、簡単な構造で且つ低コストの光ファイバ式洗掘検出装置及びシステムを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しつつ具体的に説明する。ここで、添付図面において同一の部材には同一の符号を付している。なお、発明の実施の形態は、本発明が実施される特に有用な形態としてのものであり、本発明がその実施の形態に限定されるものではない。
【００２６】
図１は、本発明の第１の実施形態に係る光ファイバ式洗掘検出装置及びシステムの全体構成を示す概念図である。図２は、図１に示す光ファイバ式洗掘検出システムにおける１ラインの洗掘検出装置の一部の洗掘検出ユニットを拡大して示す平面図、図３は、図１に示す光ファイバ式洗掘検出システムにおける１ラインの洗掘検出装置の一部の洗掘検出ユニットを拡大して示す正面図、図４は、図２に示す一の洗掘検出ユニットに保護カバーを取り付けた状態を示す図であり、（ａ）はその平面図、（ｂ）はその側面側から見た斜視図である。 図５は、図２に示す一の洗掘検出ユニットの保護カバーを取り外した状態を示す平面図、図６は、図２に示す一の洗掘検出ユニットの重錘に光ファイバ固定用のアンカーを打ち込んだ状態を示す斜視図、図７は、光ファイバ固定用金具を示す斜視図、図８は、図２に示す一の洗掘検出ユニットにおいて光ファイバ固定用金具により光ファイバを固定した状態を示す平面図、図９は、図２に示す一の洗掘検出ユニットにおいて光ファイバ固定用金具により光ファイバを固定した状態を示す斜視図、図１０は、図２に示す一の洗掘検出ユニットの保護カバーとスペーサを示す図であり、（ａ）はその正面側から見た斜視図、（ｂ）はその底面側から見た斜視図、（ｃ）はその側面図、図１１は、図２に示す一の洗掘検出ユニットの保護カバーへのスペーサの溶接方法を示す図である。図１２は、図２に示すダブルフレキシブルチューブの一部を示す図であり、（ａ）はその断面図、（ｂ）はその取り付けイメージを示す図である。
【００２７】
図１に示すように、本実施形態に係る光ファイバ式洗掘検出装置及びシステムは、河川１０１の棚部（高水敷）１０３を監視対象物とする。このような棚部（高水敷）１０３は、堤防１０４の法面１０４Ａに連続して川底１０２と水平に数十メートル（ｍ）の幅に亘って形成されることが多い。本実施形態では、棚部（高水敷）１０３の河川１０１の水流１０５と平行な方向及び水流１０５と垂直な方向の洗掘を広域に亘って検出する。即ち、棚部（高水敷）１０３において、本実施形態の光ファイバ式洗掘検出装置及びシステムは、図１に示すように、例えば、水流１０５と平行な方向に１００〜２００ｍ、水流１０５と垂直な方向に３０〜５０ｍの広い領域に亘って敷設され、その河川１０１の水流１０５に対して水平（平行）及び垂直方向の洗掘の深度を、かかる広域に亘って検出するものである。
【００２８】
図１に示すように、本実施形態の光ファイバ式洗掘検出システムでは、光ファイバ１３をその内部に挿通させた複数（３ライン）の洗掘検出装置１００が河川１０１の棚部（高水敷）１０３に、内側、中側、外側に所定の間隔ごとに設けられている。これら洗掘検出装置１００は、光ファイバを用いて監視対象物としての棚部（高水敷）１０３に生じる洗掘を検出する光ファイバ式洗掘検出装置であって、図１乃至図３に示すように、それぞれ１メートル（ｍ）の間隔をおいて洗掘検出ユニット１１１が多数配置された構成を有している。即ち、洗掘検出装置１００は、多数の洗掘検出ユニット１１１が同一ライン上に配置されて構成されている。
【００２９】
各洗掘検出ユニット１１１は、図２乃至図９に示すように、それぞれ内部を各ラインを構成する光ファイバ１３が挿通された金属管光ファイバケーブル１３０と、金属管光ファイバケーブル１３０が鉢巻状に巻回されると共に、その固定点及び負荷点となる複数の重錘１５０と、金属管光ファイバケーブル１３０及び重錘１５０を固定するために、重錘１５０に埋め込まれたアンカー１６０と、金属管光ファイバケーブル１３０と重錘１５０とを固定すると共に金属管光ファイバケーブル１３０に曲げ変形または破断を生じさせる固定金具１７０とを有している。尚、金属管光ファイバケーブル１３０内の光ファイバ１３は、０．９ｍｍ乃至１．０ｍｍのビニール被覆光ファイバである。
【００３０】
上述したように、本発明では、金属管光ファイバケーブル１３０は、重錘１５０上で鉢巻状に巻回される。施工の作業性を考慮すれば、金属管光ファイバケーブル１３０を鉢巻状に巻回しないで、直線状に形成した方が良いが、直線状に形成して重錘１５０に固定した場合には、金属管にある程度の強度があるため、洗掘が発生し、重錘１５０の下方が削られた結果、重錘１５０が沈んだり動いたりしても、両側の重錘１５０が未だ土中に埋まって定常位置にある場合には、金属管光ファイバケーブル１３０は曲がらないで重錘１５０の面外に浮いてしまう虞がある。
【００３１】
これに対して、本実施形態のように、金属管光ファイバケーブル１３０のセンサ部１３６を鉢巻状に巻回して形成することにより、両側の重錘１５０が未だ土中に埋まって定常位置にある場合には、金属管光ファイバケーブル１３０のセンサ部１３６の両端側が引っ張られるので、比較的小さな力により固定部で曲げが発生し損失を生じさせることが可能となる。
【００３２】
上述したセンサ部１３６の曲げ半径は８０ｍｍ（直径１６０ｍｍ）、従って、周長約５００ｍｍとする。この結果、重錘１５０間は１ｍであるが光ファイバ長は１．５ｍとなるので、ＯＴＤＲのファイバ測定長である１ｍとの間に差異が生じるので、換算を行うようにする。尚、センサ部１３６の曲げを作る成形は、後述するように、型を用いて据付現場で行う。
【００３３】
また、金属管光ファイバケーブル１３０は、塑性変形可能に構成されている。更に、各洗掘検出ユニット１１１は、図２乃至図５に示すように、外部からのカ（重機の重さや整地後の土圧が、小石等の凹凸を介して金属管光ファイバケーブルに変形を生じさせる）による重錘１５０部での局所的変形を防止するための保護カバー１９０と、重錘１５０間部分での曲げ変形を防止するための保護用割型ダブルフレキシブルチューブ１８０とを有している。
【００３４】
本実施形態の光ファイバ式洗掘検出装置は、金属管光ファイバケーブル１３０の保護カバー１９０を有しているので、後述するように、組み立てが完了した洗掘検出装置１００を溝に埋め戻した後に整地する際に、重機の重さや整地後の土圧が小石等の凹凸を介して金属管光ファイバケーブル１３０に変形を生じさせるのを有効に防止することができる。
【００３５】
金属管光ファイバケーブル１３０における金属管の材質は、銅、アルミニウム、ステンレス、インコネル等がある。本実施形態では、ステンレス製のものを用いた。海岸線に近い河川の場合には水流に若干塩分を含む場合があるので、インコネル等腐食に強いものを用いても良い。
【００３６】
尚、金属管光ファイバケーブル１３０（内の光ファイバ１３）は、図１に示すように、洗掘検出装置１００の端部で屋外配線用光ケーブル１６内の光ファイバ（芯線）１３に融着され、これら屋外配線用光ケーブル１６により観測小屋１０９内の光監視装置としてのＯＴＤＲ１１２（図１５及び図１６参照）に接続されている。
【００３７】
重錘１５０は、洗掘が発生し、当該重錘１５０が水流１０５中に露出した場合に、水中に沈み込んで金属管光ファイバケーブル１３０に塑性変形を与える程度の重量のものであることを要する。従って、材質は金属材、石材等を問わないが、例えば、樹脂製で水中で浮いてしまうものでは採用できない。
【００３８】
重錘１５０は、本実施形態では、敷石等として用いられる、大きさが３０ｃｍ角、厚さが３０ｍｍ、重さが６Ｋｇ程の通常の敷石様のコンクリート石材を用いた。このように当該敷石は、コンクリート製の安価のものを使用することができる。尚、自然石によるものを使用しても良い。重錘１５０に金属板を用いることも勿論可能であるが、洗掘が発生し、重錘１５０の下方の土砂等が削られて重錘１５０が河川１０１の水流１０５中に流れ出す可能性が高いので、金属よりは石材の方が河川の環境に優しいという利点もある。
【００３９】
アンカー１６０は、図６に示すように、重錘１５０を構成する敷石に打ち込んで形成されており、後述する固定金具１７０をボルトで止められるようにするものである。
【００４０】
固定金具１７０は、図７に示すように、長手方向が３０ｍｍ、短手方向が１２ｍｍ、高さが４ｍｍの直方体状の金属材から構成し、アンカー１６０にボルトで固定するための貫通穴１７２が２個形成されている。また、固定金具１７０には、図７に示すように、金属管光ファイバケーブル１３０を通すための溝１７４が形成されている。溝１７４は、本実施形態では、矩形状の溝に形成したが、例えば、Ｖ字型の溝に形成しても良い。
【００４１】
尚、金属管光ファイバケーブル１３０を重錘１５０に固定金具１７０により２点で固定する場合のその２点は、図９に示すように、重錘１５０において等距離の中心から片側略３０度の位置にくるような２点とした（かかる２点に対応した位置にアンカー１６０を打ち込んで形成する）。尚、固定金具１７０で固定する角度は、片側２０度乃至４０度程度が望ましい。本実施形態では、上記のように片側略３０度とした。
【００４２】
保護カバー１９０は、ステンレス製であり、図４及び図１０に示すように、金属管光ファイバケーブル１３０の鉢巻状に巻回されたセンサ部１３６を収納する約１４ｍｍ程の隙間を形成する。洗掘検出装置及びシステムを組み立てて埋め戻した後に、上部を重機等が通っても、この隙間がつぶされないように、図１０に示すように、この隙間にはスペーサ２００を挿入するようにした。
【００４３】
スペーサ２００は、図１０及び図１１に示すように、金属製のパイプを輪切りにした円筒状のものを用い、その円筒上部の４箇所を保護カバー１９０に溶接するようにした。図１１において、符号２０２は、これら溶接箇所を示す。尚、スペーサ２００には、円筒形のものに代えて断面矩形のものを用いることもできる。但し、円筒形ならば、比較的安価なパイプ材様のものを使えるメリットがある。
【００４４】
また、本実施形態では、スペーサ２００を溶接した保護カバー１９０は、重錘１５０を構成する敷石には固定せず、重機等の圧力からセンサ部１３６を保護するために、ただ重錘１５０の上に載置しておくだけにした。重錘１５０に固定してしまうと、保護カバー１９０との隙間に小石等が詰まって動かない状態になることも考えられ、センサ部１３６での曲げの発生へ影響を与える可能性を無くすため、重錘１５０には固定しないようにした。
【００４５】
保護用割型ダブルフレキシブルチューブ１８０は、図２及び図１２に示すように、蛇腹状に形成された樹脂製の可撓性チューブであり、金属管光ファイバケーブル１３０を保護する機能を有している。即ち、重錘１５０間が金属管光ファイバケーブル１３０だけだと、小砂利等により金属管が曲がって中の光ファイバ１３に損失が発生してしまう虞があるためであり、本実施形態では、保護用割型ダブルフレキシブルチューブ１８０で重錘１５０間の金属管光ファイバケーブル１３０を保護することで誤検出を有効に防止することができる。
【００４６】
また、保護用割型ダブルフレキシブルチューブ１８０は、図１２に示すように、２つ割に構成され、後述するように、金属管光ファイバケーブル１３０と重錘１５０をシステムの全長に亘って敷設した後、重錘１５０間の金属管光ファイバケーブル１３０に後からかぶせるようにして取り付けることができるので、作業性に優れている。
【００４７】
以上のように、本実施形態では、金属管に小石等の凹凸が直接当たり曲げ損失を発生させるのを防止するために保護用割型ダブルフレキシブルチューブ１８０を用いた。割型としたので、金属管光ファイバケーブル１３０を敷設した後に重錘１５０間に装着できる。ただの割型ではなく、ダブル（２重）のものを用いたのは、十分な強度を確保し、重錘１５０間で金属管光ファイバケーブル１３０が曲げ変形を生じてしまうのを確実に防止するためである。フレキシブルとしたのは、洗掘が生じて土砂が削られた時に沈み込んでいくはずの重錘１５０を支えてしまわないようにするためである。
【００４８】
ここで、本実施形態の光ファイバ式洗掘検出装置及びシステムの設置及び組み立て方法を説明する。
【００４９】
本実施形態の光ファイバ式洗掘検出装置及びシステムは、河川の洗掘を広域に亘り検出するため、その組み立ては現地で行う。尚、図１では、各洗掘検出装置１００は河川１０１の棚部（高水敷）１０３上に置かれたように示したが、本実施形態では、各洗掘検出装置１００は棚部（高水敷）１０３上に、例えば、数十センチメートル（ｃｍ）から１ｍ程度の深さの溝を掘り、各洗掘検出装置１００の組み立てが完了したら、それらの溝に埋め戻した後、整地することで、棚部（高水敷）１０３上には露出させないで用いるようにする。かかる設置構成をとることで、人や動物が洗掘検出装置１００（の各洗掘検出ユニット１１１）に衝突等することによる誤検出を防止し易くなる。
【００５０】
まず、整地された高水敷１０３に、あらかじめアンカー１６０を埋め込んである重錘１５０を一定間隔で敷設する。即ち、図１に示した河川１０１の棚部（高水敷）１０３に、各洗掘検出ユニット１１１の重錘１５０を、その金属管光ファイバケーブル１３０を固定する側を天側にして所定の間隔（例えば、１ｍ間隔）で複数個並べる。この間隔が深度検出の分解能になる。そして金属管光ファイバケーブル１３０を型を用いて鉢巻状に巻回したセンサ部１３６を形成し、これらセンサ部１３６を各重錘１５０部分にそれぞれ２つの固定金具１７０で２点固定する。なお重錘１５０には金属管光ファイバケ一ブル１３０の巻回したセンサ部１３６の配置位置の罫書き線をあらかじめ書いておくようにする。また、センサ部１３６の巻回の曲率は、巻回したことによる光の損失が無い程度の曲率で行う。
【００５１】
その後、重錘１５０間部分の金属管光ファイバケーブル１３０には保護用割型ダブルフレキシブルチュ一ブ１８０を取り付け、重錘１５０部分の巻回したセンサ部１３６にはステンレス製の保護カバー１９０をかぶせる。最後に埋め戻して整地する。保護用割型ダブルフレキシブルチュ一ブ１８０はチユーブ長手方向に切り込みがあり、そこから金属管光ファイバケーブル１３０を挿入することができるので、取り付けが容易である。また保護カバー１９０の中央部には重錘１５０との間にスペーサ２００を設けてあり、外力に対するカバーとしての保護強度は十分である。
【００５２】
さて、本実施形態の光ファイバ式洗掘検出装置及びシステムによる洗掘の検出原理を述べる。図１３は、図２に示す一の洗掘検出ユニット１１１における金属管光ファイバケーブル１３０の屈曲の生じ方を示す図、図１４は、図２に示す一の洗掘検出ユニット１１１に洗掘による変位が生じた場合の重錘１５０及び金属管光ファイバケーブル１３０の動きを説明するための図であり、（ａ）はその平面図、（ｂ）はその正面図である。
【００５３】
洗掘が生じた場合、図１４（ｂ）に示すように、重錘１５０は水流１０５中に露出するようになる。露出した重錘１５０は、自重または水流１０５の抗力により、図１３及び図１４（ａ）、（ｂ）に示すように、金属管光ファイバケーブル１３０のセンサ部１３６の固定箇所Ｆに負荷を与える。図１３及び図１４（ａ）、（ｂ）には図示していないが、露出していない重錘１５０は金属管光ファイバケーブル１３０の固定点となる。
【００５４】
露出した重錘１５０の負荷によって金属管光ファイバケーブル１３０には張力が働き、図１３及び図１４（ａ）、（ｂ）に示すように、センサ部１３６の固定箇所Ｆで曲げ変形あるいは破断を生じる。金属管光ファイバケーブル１３０は巻回してセンサ部１３６を形成し重錘１５０に固定してあるので張力が働いた場合、容易に金属管光ファイバケーブル１３０のセンサ部１３６に変形を生じさせることができる。
【００５５】
金属管光ファイバケーブル１３０のセンサ部１３６の変形によって、金属管光ファイバケーブル１３０を伝播する光にも変化が生じる。曲げ変形の場合、後述するように、曲げの発生箇所以降で光の損失が発生する。破断の場合、フレネル反射の位置が最初の位置から破断位置にまで変化する。このトレース波形の変化をＯＴＤＲ１１２で測定することによって、洗掘の度合いを検出することができる。
【００５６】
本実施形態の光ファイバ式洗掘検出装置及びシステムによれば、以下の効果が得られる。
【００５７】
まず、金属管光ファイバケーブル１３０を直線的に重錘１５０に固定した場合、金属管光ファイバケーブル１３０に曲げ変形を生じさせるのは容易ではない。この問題を解決するために金属管光ファイバケーブル１３０は巻回してセンサ部１３６を形成し、このセンサ部１３６を重錘１５０に固定した。これによって比較的小さな張力で金属管光フアイバケーブル１３０のセンサ部１３６は変形する。
【００５８】
次に、巻回したセンサ部１３６を固定金具１７０の１点で固定した場合、洗掘により金属管光ファイバケーブル１３０のセンサ部１３６が破断した場合に金属管光フアイバケーブル１３０は重錘１５０から分離してしまう虞があり、そのようになった場合、重錘１５０は負荷点の機能を失い金属管光ファイバケーブル１３０のセンサ部１３６に変形を生じさせることができずに正確な検出ができなくなる。
【００５９】
更に、固定金具１７０の１点で固定した場合には、センサ部１３６を含む金属管光ファイバケーブル１３０は重錘１５０の面外に出てしまい、容易に保護カバー１９０をかぶせることができない。そこで、このような問題を解決するために、金属管光ファイバケーブル１３０のセンサ部１３６を固定金具１７０を用いて２点で固定した。これによって巻回したセンサ部１３６を含む金属管光ファイバケーブル１３０は設置の段階では重錘１５０の面外に出ることはないので、保護カバー１９０をかぶせるのが容易であり、作業性が向上する。
【００６０】
また、洗掘によって金属管光ファイバケーブル１３０が破断した場合でも、片側の固定箇所では重錘１５０と金属管光ファイバケーブル１３０のセンサ部１３６は固定されたままなので、重錘１５０は負荷点の機能を失わず金属管光ファイバケーブル１３０に曲げ変形を生じさせることができ、正確な洗掘の検出が可能になる。
【００６１】
また、１点で固定した場合、金属管光ファイバケーブル１３０が曲がった状態で、中の光ファイバ（芯線）１３だけがするすると動いてしまう虞がある。これに対して、本実施形態のような２点で固定した場合には、洗掘が発生した箇所の重錘１５０が沈んだり動いたりすると、鉢巻状のセンサ部１３６に両側から張力が働く結果、金属管光ファイバケーブル１３０は、図１３に示すように、固定部の両側で確実に屈曲するので、その状態で中の光ファイバ（芯線）１３だけが動いてしまう虞は無くなる。
【００６２】
更に、広域に亘って洗掘を検出する場合、現地で組み立てることは避けられない問題である。このとき、センサの構造が複雑であっては設置作業に多大の労力を要してしまう。この問題を改善するためにセンサの構造は非常に簡単なもので、且つ確実に金属管光ファイバケーブル１３０に変形を生じさせ、正確に洗掘を検出することができるようにした。
【００６３】
ここで、洗掘検出装置１００を用いて河川１０１の棚部（高水敷）１０３の洗掘の度合いを検出する方法について詳細に述べる。
【００６４】
上述した構成を有する本実施形態の光ファイバ式洗掘検出システムでは、光ファイバ１３を伝播する光の損失を監視する光監視装置としてのＯＴＤＲ１１２（図１５及び図１６参照）を備えており、増水等に伴う河川１０１の棚部（高水敷）１０３の洗掘が生じた場合、図１４（ａ）及び（ｂ）に示したように、洗掘によって土砂が洗われることで、水流中に露出した重錘１５０の負荷によって金属管光ファイバケーブル１３０に張力が働き、固定箇所Ｆで曲げ変形あるいは破断を生じ、この曲げ変形あるいは破断によるトレース波形の変化をＯＴＤＲ１１２で測定することにより洗掘の水平及び垂直方向の度合いを検出する。
【００６５】
図１５は、本実施形態の光ファイバ式洗掘検出システムにおけるＯＴＤＲ１１２を用いた洗掘の検出方法を説明するための図である。即ち、本実施形態の光ファイバ式洗掘検出システムでは、図１５に示すように、パルス発振器１２１により駆動されたレーザダイオード（ＬＤ）１２２は、光パルスを出力し、光パルスは方向性結合器１２３を経て金属管光ファイバケーブル１３０内の光ファイバ１３に入射する。各洗掘検出ユニット１１１内の光ファイバ１３で生じた後方レーリ散乱光、あるいはフレネル反射光は入射端に戻ってくる。
【００６６】
入射端に戻ってきた光は、方向性結合器１２３を通して受光素子（ＰＤ）１２４に入射し、電気信号に変換される。変換された電気信号は、増幅器１２５により所要のレベルまで増幅された後、解析処理部／表示部１２６により時間領域で解析され、解析結果が表示される。１ｍ間隔ごとに各洗掘検出ユニット１１１を設置し、ＯＴＤＲ１１２に接続することにより洗掘の計測システムを構成しているので、洗掘の発生の有無と発生した洗掘の度合いを同時に検出することが可能である。尚、光監視装置であるＯＴＤＲ１１２としては、例えば、試験光波長１３１０ｎｍ、パルス幅１０ｎｓ以上（できるだけ細かく）、空間分解能１ｍ以上（できるだけ短かく）の高分解能形のＯＴＤＲを用いることが可能である。
【００６７】
図１６は、本実施形態の光ファイバ式洗掘検出システムの全体構成を示す機能ブロック図である。図１６に示すように、本実施形態の光ファイバ式洗掘検出システムは、観測小屋１０９内に設けられた観測セクション１１０と、棚部（高水敷）１０３等に設けられた計測セクション１２０から構成される。観測セクション１１０は、光監視装置としてのＯＴＤＲ１１２と、このＯＴＤＲ１１２に接続された制御用ＰＣ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ）１１４と、ＯＴＤＲ１１２に接続され各光ファイバ（芯線）１３より構成される光チャンネルを選択する光チャンネルセレクタ（３０チャンネル）１１６とを有している。計測セクション１２０は、光ファイバ１３をその内部に挿通させた金属管光ファイバケーブル１３０と重錘１５０等を含む多数の洗掘検出ユニット１１１から成る内側、中側、外側（３ライン）の洗掘検出装置１００を含んでおり、各ラインは、それぞれ１メートル（ｍ）の間隔をおいて洗掘検出ユニット１１１が多数配置された構成を有している。
【００６８】
本実施形態では、ＯＴＤＲ１１２による測定は１つのラインにおいて双方向からの測定を行う。測定時間は１ライン約１０秒で、１エリア１分で、最大５エリアまで適用する。５エリアで測定時間５分となる。
【００６９】
双方向から測定するのは、図１に示すような配置をした場合には、片方向では、例えば、Ｘ１で破断した場合にＸ２の箇所の曲げや破断を検出できなくなるからである。反対に、Ｘ２で破断した場合にＸ１の箇所の曲げや破断を検出できなくなるのも同様である。尚、後述する本発明の第３の実施形態のような場合は、片方向で十分である。以上の測定において、決壊箇所は、ＯＴＤＲ１１２で測定した光損失又は破断面からの反射光量が所定の閾値を超えた箇所をもって決壊箇所と判断する。
【００７０】
さて、河川１０１の棚部（高水敷）１０３における洗掘は、河川１０１の水流部分１０５の増水等により、図１にそのイメージを示すように、棚部（高水敷）１０３を段階的に侵食する形で発生していく。かかる洗掘（侵食）をどこでどの程度まで発生したかを検知する必要があり、更には、どのぐらいの速さで洗掘（侵食）が進んでいるかまで検知できるのが望ましい。
【００７１】
上述した構成を有する本実施形態の光ファイバ式洗掘検出システムでは、増水等に伴って河川１０１の棚部（高水敷）１０３に洗掘が生じた場合、図１にそのイメージを示すように、洗掘が生じた箇所に設置された外側のラインと中側のラインの該当する箇所の重錘１５０は水流中に露出する。そして、露出した重錘１５０の負荷によって金属管光ファイバケーブル１３０には張力が働き、図１３及び図１４（ａ）、（ｂ）に示したように、固定箇所Ｆで曲げ変形あるいは破断を生じる。これをＯＴＤＲ１１２により検出することで、当該洗掘の発生箇所を検出する。
【００７２】
この場合、図１に示すような洗掘（侵食）が進んでいく場合、まず、外側のラインの重錘１５０が順番に水流中に露出していき、更に、洗掘（侵食）が進んだ場合は、中側のラインの重錘１５０が順番に水流中に露出していくようになる。従って、ＯＴＤＲ１１２を用いたトレースデータをモニターしていれば、洗掘（侵食）の進み具合を観測可能となる。
【００７３】
図１７は、ＯＴＤＲ１１２を用いたトレースデータの一例を示す図であり、その設置時のトレース波形を示すグラフである。図１８は、ＯＴＤＲ１１２を用いたトレースデータの一例を示す図であり、その光ファイバに曲げが発生した時のトレース波形を示すグラフである。図１９は、ＯＴＤＲ１１２を用いたトレースデータの一例を示す図であり、その光ファイバに破断が発生した時のトレース波形を示すグラフである。
【００７４】
図１７に示すように、設置時には光の損失は全く発生していない。尚、ファイバ長が５７０ｍ付近でトレース波形がパルス状に上昇しているのは、ファイバ終端面のフレネル反射によるものである（ファイバ終端をコネクタ等で接続している場合には、コネクタ等による反射）。
【００７５】
一方、図１８に示すように、例えば、４７５ｍ付近で光ファイバに曲げが発生した時には、当該箇所以降から１０ｄＢ程度の光の損失が発生する。これにより、曲げが発生した箇所を特定することができる。尚、この段階では曲げは発生したが破断には至っていないので、ファイバ長が５７０ｍ付近では、ファイバ終端面のフレネル反射により、損失分だけ下がった値でトレース波形がパルス状に上昇している。
【００７６】
更に、図１９に示すように、例えば、４７５ｍ付近で光ファイバの破断に至った時には、当該箇所に破断したファイバ端面が存在するため、この４７５ｍ付近でフレネル反射によりトレース波形がパルス状に上昇し、当該箇所以降からは、上記の曲げ発生時よりも更に大きな光の損失が発生する。そして、ファイバ終端面のフレネル反射によるトレース波形の上昇部分は観察できなくなる。これにより、当該箇所で光ファイバが破断に至ったことを確認することができる。
【００７７】
尚、上述したように、金属管光ファイバケーブル１３０に双方向から光を入射して検出を行うので、図１に示したような洗掘が生じた場合、外側のラインと中側のラインでそれぞれＸで示す２箇所で曲げ或いは破断が検出される。従って、これら２箇所間の距離を確認することで発生した洗掘の大きさを知ることができる。
【００７８】
図２０は、図１に示す１ラインの洗掘検出装置における洗掘の検出動作を説明するための図である。ここで、図２０を用いて、金属管光ファイバケーブル１３０の鉢巻状のセンサ部１３６を重錘１５０に２点で固定することが隣り合う重錘１５０（洗掘検出ユニット１１１）との関係で意味があることを説明する。尚、図２０において、（ａ）は、洗掘が生じていない状態、（ｂ）は、１つの洗掘検出ユニット１１１で洗掘が生じ、その重錘１５０が水流１０５中に露出して沈み又は動いた状態、（ｃ）は、更に、その隣の洗掘検出ユニット１１１まで洗掘が進み、その重錘１５０も水流１０５中に露出して沈み又は動いた状態を示している。
【００７９】
図２０（ａ）に示すように、全ての洗掘検出ユニット１１１で洗掘が生じていない状態では、全ての重錘１５０は水流１０５中に露出することは無く、高水敷１０３の土砂中に埋まったままである。
【００８０】
これに対して、図２０（ｂ）に示すように、１つの洗掘検出ユニット１１１−１で洗掘が生じると、その重錘１５０―１は水流１０５中に露出し、自重または水流１０５の抗力により沈み又は動く結果、金属管光ファイバケーブル１３０のセンサ部１３６の固定箇所Ｆに負荷を与える。そして、露出した重錘１５０−１の負荷によって金属管光ファイバケーブル１３０には張力が働き、センサ部１３６の固定箇所Ｆで曲げ変形あるいは破断を生じる。図２０（ｂ）では、露出した重錘１５０−１が、矢印で示すように、やや左側にずれるような形で沈み又は動いた場合を想定している。
【００８１】
この結果、重錘１５０−１の２つの固定箇所Ｆで曲げ変形を生じ、左隣の重錘１５０−２の固定箇所Ｆ２でも曲げ変形を生じ、右隣の重錘１５０−３の固定箇所Ｆ３では破断を生じた場合を示している。同図から分かるように、金属管光ファイバケーブル１３０は巻回してセンサ部１３６を形成し重錘１５０に固定してあるので張力が働いた場合、容易に金属管光ファイバケーブル１３０のセンサ部１３６に変形を生じさせることができる。
【００８２】
更に、図２０（ｃ）に示すように、右隣りの洗掘検出ユニット１１１―３まで洗掘が進み、その重錘１５０−３も水流１０５中に露出すると、自重または水流１０５の抗力により沈み又は動く結果、更に右隣りの重錘１５０−４のセンサ部１３６―４の固定箇所Ｆ４に負荷を与える。そして、露出した重錘１５０−３の負荷によって金属管光ファイバケーブル１３０には張力が働き、センサ部１３６−４の固定箇所Ｆ４で曲げ変形あるいは破断を生じる。図２０（ｃ）では、更に右隣りの重錘１５０−４のセンサ部１３６―４の固定箇所Ｆ４でも曲げ変形を生じた場合を示している。
【００８３】
ここで、同図から分かるように、仮に、金属管光ファイバケーブル１３０のセンサ部１３６−３を１点で重錘１５０−３に固定していたとすると、前述したように、重錘１５０−３の固定箇所Ｆ３で破断していると、破断した先端部１３０Ｈは、図２０（ｃ）に示すように重錘１５０−３が自重または水流１０５の抗力により沈み又は動く時に、するするとその１つの固定点（１つの固定金具）をすり抜けて、重錘１５０−３から外れてしまう。従って、この場合には、重錘１５０−３は、更に右隣りの重錘１５０−４のセンサ部１３６−４の固定箇所Ｆ４に負荷を与える重錘（重り）としての機能を果たすことが無くなる。
【００８４】
これに対して、本実施形態の光ファイバ式洗掘検出装置及びシステムでは、上述したように２点で固定しているので、このような事態を防止できる。従って、重錘１５０−３の固定箇所Ｆ３で金属管光ファイバケーブル１３０が破断した場合でも、なお重錘１５０−４のセンサ部１３６−４の固定箇所Ｆ４で曲げ変形を生じたことを検出可能となる。
【００８５】
次に、本発明の第２の実施形態に係る光ファイバ式洗掘検出装置及びシステムについて述べる。図２１は、本発明の第２の実施形態に係る光ファイバ式洗掘検出装置及びシステムにおける洗掘の検出動作を説明するための図である。尚、第１の実施形態に係る光ファイバ式洗掘検出装置及びシステムの構成と同様の部分は同様の参照符号を付し、その説明は省略する。
【００８６】
この第２の実施形態の光ファイバ式洗掘検出装置及びシステムでは、洗掘検出ユニット１１１が上述したスペーサ２００に相当する部材を一対（２つ）有していることを特徴としている。
【００８７】
即ち、上述した第１の実施形態の光ファイバ式洗掘検出装置及びシステムでは、洗掘検出ユニット１１１が上述したスペーサ２００を１つ有しており、スペーサ２００は、面圧に対する保護カバー１９０の強度の向上、即ち、重機等による上からの面圧に保護カバー１９０が耐えられるようにすることを主眼とするものであったが、本実施形態では、一対（２つ）のスペーサ部材は、このような保護カバー１９０の補強機能だけでなく、洗掘が生じていない（水中に露出していない）隣の洗掘検出ユニット１１１において金属管光ファイバケーブル１３０に不必要に曲げ変形が生じてしまうのを防止する機能、従って、検出の分解能を高める機能、をも有していることを大きな特徴としている。
【００８８】
即ち、一対（２つ）のスペーサ部材を有しているので、隣の洗掘検出ユニット１１１において金属管光ファイバケーブル１３０に張力が加わっても、当該固定金具１７０側の（一方の）スペーサ部材に規制されて、当該固定金具１７０による固定端にはそれ以上の張力がかからなくなるので、固定金具１７０による固定端での曲げが発生しにくくなる。
【００８９】
かかる構成と作用効果について図２１を用いて説明する。尚、図２１において、（ａ）は、洗掘が生じていない状態、（ｂ）は、１つの洗掘検出ユニット１１１で洗掘が生じ、その重錘１５０が水流１０５中に露出して沈み又は動いた状態、（ｃ）は、更に、その重錘１５０で金属管光ファイバケーブル１３０が破断した状態、（ｄ）は、更に、その隣の洗掘検出ユニット１１１まで洗掘が進み、その重錘１５０も水流１０５中に露出して沈み又は動いた状態、（ｅ）は、更に、その重錘１５０で金属管光ファイバケーブル１３０が破断した状態を示している。
【００９０】
図２１（ａ）において、本実施形態の光ファイバ式洗掘検出装置及びシステムでは、洗掘検出ユニット１１１は、一対（２つ）のスペーサ部材２０２、２０４を有している。これらスペーサ部材２０２、２０４は、上述した第１の実施形態と同様に、保護カバー１９０に溶接により固定されている。
【００９１】
尚、一対（２つ）のスペーサ部材２０２、２０４は、上述した保護カバー１９０の補強機能だけでなく、当該洗掘検出ユニット１１１では洗掘が生じておらず土砂中に埋まった状態において、両隣の洗掘検出ユニット１１１で洗掘が生じ、その重錘１５０が沈み又は動いた場合でも、金属管光ファイバケーブル１３０のセンサ部１３６の当該洗掘検出ユニット１１１の重錘１５０における固定点（固定金具１７０による固定点）には、不必要な曲げが発生しないように金属管光ファイバケーブル１３０の動きを規制する規制部材として機能するように、大きさ及びそれらの固定箇所を決定している。
【００９２】
まず、図２１（ａ）に示すように、全ての洗掘検出ユニット１１１で洗掘が生じていない状態では、全ての重錘１５０は水流１０５中に露出することは無く、高水敷１０３の土砂中に埋まったままである。
【００９３】
これに対して、図２１（ｂ）に示すように、１つの洗掘検出ユニット１１１−１で洗掘が生じると、その重錘１５０―１は水流１０５中に露出し、自重または水流１０５の抗力により沈み又は動く結果、金属管光ファイバケーブル１３０のセンサ部１３６の固定箇所Ｆに負荷を与える。これと同時に、上述したように保護カバー１９０−１は重錘１５０―１に載置してあるだけなので、保護カバー１９０−１は重錘１５０―１から分離していく。
【００９４】
この図２１（ｂ）に示す場合において、露出した重錘１５０−１の負荷によって金属管光ファイバケーブル１３０には張力が働くが、隣の洗掘検出ユニット１１１−３では洗掘が生じておらず土砂中に埋まった状態にあり、保護カバー１９０−３は重錘１５０―３に載置されたままなので、隣の重錘１５０−１の負荷によって金属管光ファイバケーブル１３０に張力が働いたとしても、金属管光ファイバケーブル１３０の動きはスペーサ部材２０４−３により規制され、金属管光ファイバケーブル１３０のセンサ部１３６−３の固定箇所Ｆ３には、不必要な曲げが発生しなくなる。
【００９５】
更に、図２１（ｃ）は、重錘１５０―１が更に沈み又は動いた結果、金属管光ファイバケーブル１３０のセンサ部１３６の固定箇所Ｆで破断した様子を示している。このように、重錘１５０―１が更に沈み又は動いた結果金属管光ファイバケーブル１３０が破断に至った場合でも、金属管光ファイバケーブル１３０の動きはスペーサ部材２０４−３により規制され続けるので、金属管光ファイバケーブル１３０のセンサ部１３６−３の固定箇所Ｆ３には、不必要な曲げは発生しない。
【００９６】
続いて、図２１（ｄ）に示すように、右隣りの洗掘検出ユニット１１１―３まで洗掘が進み、その重錘１５０−３も水流１０５中に露出すると、自重または水流１０５の抗力により沈み又は動く結果、そのセンサ部１３６−３の固定箇所Ｆ３に負荷を与える。そして、露出した重錘１５０−３の負荷によってセンサ部１３６−３の固定箇所Ｆ３で曲げ変形を生じる。この時、洗掘検出ユニット１１１−３でも洗掘が生じて、その重錘１５０−３も保護カバー１９０−３も土砂中に埋まった状態から水流１０５中に露出するので、保護カバー１９０−３は重錘１５０―３に載置された状態に留まらず、重錘１５０―３から分離する。
【００９７】
従って、この段階では、スペーサ部材２０４−３も（２０２−３も）規制部材としては機能することは無くなる。この図２１（ｄ）に示す場合において、露出した重錘１５０−３の負荷によって金属管光ファイバケーブル１３０には張力が働くが、隣の洗掘検出ユニット１１１−４では洗掘が生じておらず土砂中に埋まった状態にあり、保護カバー１９０−４は重錘１５０―４に載置されたままなので、隣の重錘１５０−３の負荷によって金属管光ファイバケーブル１３０に張力が働いたとしても、金属管光ファイバケーブル１３０の動きはスペーサ部材２０４−４により規制され、金属管光ファイバケーブル１３０のセンサ部１３６−４の固定箇所Ｆ４には、不必要な曲げが発生しないのは、図２１（ｂ）に示した場合と同様である。
【００９８】
更に、図２１（ｅ）は、重錘１５０―３が更に沈み又は動いた結果、金属管光ファイバケーブル１３０のセンサ部１３６−３の固定箇所Ｆ３で破断した様子を示している。このように、重錘１５０―３が更に沈み又は動いた結果金属管光ファイバケーブル１３０が破断に至った場合でも、金属管光ファイバケーブル１３０の動きはスペーサ部材２０４−４により規制され続けるので、金属管光ファイバケーブル１３０のセンサ部１３６−４の固定箇所Ｆ４には、不必要な曲げは発生しないのも図２１（ｃ）に示した場合と同様である。
【００９９】
このように、本実施形態では、一対（２つ）のスペーサ部材２０２、２０４を有し、それらスペーサ部材２０２、２０４を金属管光ファイバケーブル１３０の動きを規制する規制部材として機能するように、その大きさ及び固定箇所を決定しているので、保護カバー１９０の補強機能だけでなく、洗掘が生じていない（水中に露出していない）隣の洗掘検出ユニット１１１において金属管光ファイバケーブル１３０に不必要に曲げ変形が生じてしまうのを防止することができる。
【０１００】
従って、洗掘が生じた（水中に露出した）洗掘検出ユニット１１１においてのみ重錘１５０への金属管光ファイバケーブル１３０（のセンサ部１３６）の固定箇所で曲げ変形或いは破断を発生させることが可能となる。よって、洗掘検出の分解能を高めることができる。
【０１０１】
尚、スペーサ部材２０２等は、上述した保護カバー１９０の補強機能だけでなく、当該洗掘検出ユニット１１１では洗掘が生じておらず土砂中に埋まった状態において、両隣の洗掘検出ユニット１１１で洗掘が生じ、その重錘１５０が沈み又は動いた場合でも、金属管光ファイバケーブル１３０のセンサ部１３６の当該洗掘検出ユニット１１１の重錘１５０における固定点（固定金具１７０による固定点）には、不必要な曲げが発生しないように金属管光ファイバケーブル１３０の動きを規制する規制部材として機能するように、大きさ及びその固定箇所を規定されていれば良く、1個又は３個以上でも良い。
【０１０２】
以上、本発明の第１及び第２の実施形態では、図１に示したように、光ファイバ１３をその内部に挿通させた複数（３ライン）の洗掘検出装置１００を河川１０１の棚部（高水敷）１０３に、内側、中側、外側にループ状に形成し、双方向から測定を行うようにしたが、本発明はこれらの形態に限られず、単方向から測定を行う形態も適用可能である。
【０１０３】
以下、このような単方向から測定を行う本発明の第３の実施形態に係る光ファイバ式洗掘検出装置及びシステムについて述べる。図２２は、本発明の第３の実施形態に係る光ファイバ式洗掘検出装置及びシステムの全体構成を示す概念図である。図２３は、本発明の第３の実施形態の光ファイバ式洗掘検出システムの全体構成を示す機能ブロック図である。図２４は、本発明の第３の実施形態に係る光ファイバ式洗掘検出装置における洗掘の検出動作を説明するための図である。尚、第１及び第２の実施形態に係る光ファイバ式洗掘検出装置及びシステムの構成と同様の部分は同様の参照符号を付し、その説明は省略する。
【０１０４】
図２２に示すように、本実施形態の光ファイバ式洗掘検出システムでは、１本のラインを構成する金属管光ファイバケーブル１３０（とその内部の光ファイバ１３）をその内部に挿通させた複数（３ライン）の洗掘検出装置１００が河川１０１の棚部（高水敷）１０３に水流１０５の方向に沿った所定の間隔ごとに設けられている。これら金属管光ファイバケーブル１３０は、それぞれ内部を光ファイバ１３が挿通されており、各光ファイバ１３は洗掘検出装置１００の端部で屋外配線用光ケーブル１６内の光ファイバ（芯線）１３に融着され、これら屋外配線用光ケーブル１６により接続（ジョイント）ボックス１０８を介して観測小屋１０９内の光監視装置としてのＯＴＤＲ１１２（図２３参照）に接続されている。
【０１０５】
また、図２３に示すように、本実施形態の光ファイバ式洗掘検出システムは、観測小屋１０９内に設けられた観測セクション１１０と、棚部（高水敷）１０３等に設けられた計測セクション１２０から構成される。観測セクション１１０は、光監視装置としてのＯＴＤＲ１１２と、このＯＴＤＲ１１２に接続された制御用ＰＣ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ）１１４と、ＯＴＤＲ１１２に接続され多芯光ファイバケーブル５０の各光ファイバ（芯線）１３より構成される光チャンネルを選択する光チャンネルセレクタ（３ポート）１１６とを有している。計測セクション１２０は、多芯光ファイバケーブル５０の光ファイバ（芯線）１３を３ラインに分岐する接続（ジョイント）ボックス１０８と、ライン１、ライン２及びライン３の各ラインから成る洗掘検出装置１００とを有している。即ち、ライン１、ライン２及びライン３におけるそれぞれの洗掘検出装置１００は、先端側のＮｏ．１ユニットから基端側（接続ボックス１０８側）のＮｏ．３０ユニットまで合計３０の洗掘検出ユニット１１１を有している。各洗掘検出ユニット１１１の構成は、上述した第１及び第２の実施形態のものと同様である。
【０１０６】
尚、本実施形態では、１ラインの洗掘検出装置１００における洗掘検出ユニット１１１の個数は３０個としたが、３０個よりも少なくすることや多くすることは勿論可能である。
さて、河川１０１の棚部（高水敷）１０３における洗掘は、河川１０１の水流部分１０５の増水等により、図２２に破線８１、８２、８３で示すように、棚部（高水敷）１０３を段階的に侵食する形で発生していく。かかる洗掘（侵食）をどこでどの程度まで発生したかを検知する必要があり、更には、どのぐらいの速さで洗掘（侵食）が進んでいるかまで検知できるのが望ましい。
【０１０７】
上述した構成を有する本実施形態の光ファイバ式洗掘検出システムでは、増水等に伴って河川１０１の棚部（高水敷）１０３に水平方向の洗掘が生じた場合、図２２にそのイメージを示すように、洗掘が生じた箇所に設置された各ラインの先端側のＮｏ．１ユニットから順番に水流中又はその上に露出するようになる。そして、露出した各洗掘検出ユニット１１１における重錘１５０が、自重または水流１０５の抗力により、金属管光ファイバケーブル１３０のセンサ部１３６の固定箇所Ｆに負荷を与え曲げ変形あるいは破断を生じさせるのも上述した第１及び第２の実施形態のものと同様である。
【０１０８】
例えば、棚部（高水敷）１０３に、図２２に破線８１で示すような洗掘（侵食）が進んだ場合、ライン１とライン２において、先端側のＮｏ．１ユニットから順番にＮｏ．３ユニットまでが水流中等に露出したことが検知されるが、ライン３ではユニットの露出は全く検知されない。この結果、ライン１とライン２の２箇所で略３ｍ程度の洗掘（侵食）が進んだことが分かる。また、ライン３の箇所では、未だ、殆ど洗掘（侵食）が生じていないことが分かる。
【０１０９】
次に、棚部（高水敷）１０３に、図２２に破線８２で示すような洗掘（侵食）まで進んだ場合、ライン１において、更にＮｏ．４ユニットが水流中等に露出したことが検知され、これにより、ライン１の箇所で破線８１で示した場合よりも更に１ｍ程度の洗掘（侵食）が進んだことが分かる。また、ライン２において、更にＮｏ．４ユニット及びＮｏ．５ユニットが水流中等に露出したことが検知され、これにより、ライン２の箇所では破線８１で示した場合よりも更に２ｍ程度の洗掘（侵食）が進んだことが分かる。尚、ライン３では、依然としてユニットの分離は全く検知されないので、ライン３の箇所では、依然として洗掘（侵食）が生じていないことが分かる。
【０１１０】
続いて、棚部（高水敷）１０３に、図２２に破線８３で示すような洗掘（侵食）まで進んだ場合、ライン１において、更にＮｏ．５ユニットが水流中等に露出したことが検知され、これにより、ライン１の箇所で破線８２で示した場合より、更に１ｍ程度の洗掘（侵食）が進んだことが分かる。また、ライン２において、その後のユニットの露出は検知されない。これにより、ライン２の箇所では破線８２で示した場合より洗掘（侵食）が進んではいないことが分かる。尚、ライン３では、依然としてユニットの露出は全く検知されないので、ライン３の箇所では、依然として洗掘（侵食）が生じていないことが分かる。
【０１１１】
以上のように、本実施形態の光ファイバ式洗掘検出装置及びシステムによれば、ＯＴＤＲ１１２で計測することにより金属管光ファイバケーブル１３０（光ファイバ１３）の曲げ又は破断を検出することで、河川１０１の水流１０５に対して垂直方向の洗掘の度合いを広域に亘って検出することができる。
【０１１２】
ここで、図２４に示すように、本実施形態においても、上述した第２の実施形態と同様に、各洗掘検出ユニット１１１は、一対（２つ）のスペーサ部材２０２、２０４を有し、それらスペーサ部材２０２、２０４を金属管光ファイバケーブル１３０の動きを規制する規制部材として機能するように、その大きさ及び固定箇所を決定しているので、洗掘検出の分解能が高められている。従って、河川１０１の水流１０５に対して垂直方向の洗掘の度合いを高精度に検出することができる。
【０１１３】
また、本実施形態においては、ライン１、ライン２、ライン３のそれぞれにおける最先端の洗掘検出ユニット１１１（Ｎｏ．１ユニット）では、金属管光ファイバケーブル１３０が破断しても、その長さは変わらないので、破断を検出できない可能性が考えられる。そこで、本実施形態では、最先端の洗掘検出ユニット１１１（Ｎｏ．１ユニット）における重錘１５０上で金属管光ファイバケーブル１３０をその分だけ長く巻回してセンサ部１３６を形成しておくようにした。
【０１１４】
かかる構成及び作用効果を図２４を用いて説明する。尚、図２４において、（ａ）は、洗掘が生じていない状態、（ｂ）は、最先端の洗掘検出ユニット１１１（Ｎｏ．１ユニット）で洗掘が生じ、その重錘１５０が水流１０５中に露出して沈み又は動いた状態、（ｃ）は、更に、その重錘１５０が完全に分離して無くなった（流れ又は沈んでしまった）状態、（ｄ）は、更に、その次の洗掘検出ユニット１１１（Ｎｏ．２ユニット）まで洗掘が進み、その重錘１５０も水流１０５中に露出して沈み又は動いた状態、（ｅ）は、更に、その重錘１５０が完全に分離して無くなった（流れ又は沈んでしまった）状態を示している。尚、（ｂ）及び（ｃ）は、１ｍ洗掘（侵食）が進んだ場合、（ｃ）及び（ｄ）は、２ｍ洗掘（侵食）が進んだ場合を示している。
【０１１５】
図２４（ａ）において、本実施形態の光ファイバ式洗掘検出装置及びシステムでは、最先端の洗掘検出ユニット１１１（Ｎｏ．１ユニット）において、重錘１５０上で金属管光ファイバケーブル１３０のセンサ部１３６の曲げ半径は８０ｍｍ（直径１６０ｍｍ）として第１及び第２の実施形態のものと同様としたが、周長約５００ｍｍのところを、４周巻回するようにして３周分の約１５００ｍｍ、即ち、１．５ｍ分だけ長く巻回するようにした。このように最先端の洗掘検出ユニット１１１（Ｎｏ．１ユニット）だけ約１．５ｍ分長く巻回するようにしたが、その作業は、型を用いて据付現場で巻回する時に、最先端の洗掘検出ユニット１１１（Ｎｏ．１ユニット）だけ、型の周りに４周巻回するようにすれば良いので、簡単である。
【０１１６】
さて、図２４（ａ）に示すように、当該ラインにおいて、最先端の洗掘検出ユニット１１１（Ｎｏ．１ユニット）においても洗掘が生じていない状態では、当該洗掘検出ユニット１１１（Ｎｏ．１ユニット）の重錘１５０は水流１０５中に露出することは無く、高水敷１０３の土砂中に埋まったままである。
【０１１７】
これに対して、１ｍ洗掘（侵食）が進み、図２４（ｂ）に示すように、最先端の洗掘検出ユニット１１１（Ｎｏ．１ユニット）において洗掘が生じると、その重錘１５０―１は水流１０５中に露出し、自重または水流１０５の抗力により沈み又は動く結果、金属管光ファイバケーブル１３０のセンサ部１３６の固定箇所Ｆに負荷を与える。これと同時に、上述したように保護カバー１９０−１は重錘１５０―１に載置してあるだけなので、保護カバー１９０−１は重錘１５０―１から分離していく。ここで、重錘１５０−１が水流１０５中に露出すると、自重または水流１０５の抗力により沈み又は動く結果、そのセンサ部１３６−１の固定箇所Ｆ１に負荷を与える。
【０１１８】
そして、露出した重錘１５０−１の負荷によってセンサ部１３６−１の固定箇所Ｆ１で曲げ変形を生じる。従って、ＯＴＤＲ１１２で金属管光ファイバケーブル１３０（光ファイバ１３）の曲げによる光の損失を計測することにより、最先端の洗掘検出ユニット１１１（Ｎｏ．１ユニット）において洗掘が生じたこと、即ち、当該ラインの最先端部で約１ｍの洗掘が発生したことを検出することができる。尚、保護カバー１９０−１は重錘１５０―１から分離するので、スペーサ部材２０２−１も（２０４−１も）センサ部１３６−１の固定箇所Ｆ１での曲げ変形を規制する部材として機能することは無い。
【０１１９】
この図２４（ｂ）に示す場合において、露出した重錘１５０−１の負荷によって金属管光ファイバケーブル１３０には張力が働くが、次の洗掘検出ユニット１１１（Ｎｏ．２ユニット）では洗掘が生じておらず土砂中に埋まった状態にあり、保護カバー１９０−２は重錘１５０―２に載置されたままなので、隣の重錘１５０−１の負荷によって金属管光ファイバケーブル１３０に張力が働いたとしても、金属管光ファイバケーブル１３０の動きはスペーサ部材２０２−２により規制され、金属管光ファイバケーブル１３０のセンサ部１３６−２の固定箇所Ｆ２に不必要な曲げが発生しなくなるのは、上述した第２の実施形態と同様である。
【０１２０】
更に、図２４（ｃ）は、重錘１５０―１が更に沈み又は動いた結果、金属管光ファイバケーブル１３０のセンサ部１３６−１の固定箇所Ｆ１で破断した様子を示している。
【０１２１】
ところで、このように重錘１５０―１が更に沈み又は動いた結果金属管光ファイバケーブル１３０が破断に至った場合でも、仮に、最先端の洗掘検出ユニット１１１（Ｎｏ．１ユニット）における重錘１５０上で金属管光ファイバケーブル１３０を巻回する長さがＮｏ．２ユニット以降と変わらなければ、金属管光ファイバケーブル１３０が破断しても、その長さは変わらないので、この破断を検出できない虞がある。
【０１２２】
しかしながら、本実施形態では、最先端の洗掘検出ユニット１１１（Ｎｏ．１ユニット）における重錘１５０上で金属管光ファイバケーブル１３０を約１．５ｍ分だけ長く巻回してセンサ部１３６−１を形成してあるので、金属管光ファイバケーブル１３０のセンサ部１３６−１の固定箇所Ｆ１で破断すれば、ＯＴＤＲ１１２のトレースデータ上も端面のフレネル反射による立ち上がりの位置（図１７乃至図１９参照）が１．５ｍ分だけずれるので、これを確実に検出することが可能である。
【０１２３】
続いて、図２４（ｄ）に示すように、次の洗掘検出ユニット１１１―２（Ｎｏ．２ユニット）まで洗掘が進み、その重錘１５０−２も水流１０５中に露出すると、自重または水流１０５の抗力により沈み又は動く結果、そのセンサ部１３６−２の固定箇所Ｆ２に負荷を与える。そして、露出した重錘１５０−２の負荷によってセンサ部１３６−２の固定箇所Ｆ２で曲げ変形を生じるので、ＯＴＤＲ１１２で金属管光ファイバケーブル１３０（光ファイバ１３）の曲げによる光の損失を計測することにより、更に、次の洗掘検出ユニット１１１―２（Ｎｏ．２ユニット）において洗掘が生じたこと、即ち、当該ラインの最先端部から約２ｍ分まで洗掘が進んだことを検出することができる。
【０１２４】
更に、図２４（ｅ）は、重錘１５０―２が更に沈み又は動いた結果、金属管光ファイバケーブル１３０のセンサ部１３６−２の固定箇所Ｆ２で破断した様子を示している。
【０１２５】
このように、本実施形態では、最先端の洗掘検出ユニット１１１（Ｎｏ．１ユニット）における重錘１５０上で金属管光ファイバケーブル１３０を約１．５ｍ分だけ長く巻回してセンサ部１３６−１を形成してあるので、金属管光ファイバケーブル１３０のセンサ部１３６−１の固定箇所Ｆ１で破断すれば、この破断をＯＴＤＲ１１２のトレースデータ上確実に検出することができる。尚、最先端の洗掘検出ユニット１１１（Ｎｏ．１ユニット）における重錘１５０上で金属管光ファイバケーブル１３０は、少なくとも１．２５ｍ分程度余分に巻いておけば足りる。
【０１２６】
以上、第１乃至第３の実施形態に係る光ファイバ式洗掘検出装置及びシステムによれば、河川１０１の棚部（高水敷）１０３に対する取り付け・設置等の施工性に優れると共に、監視対象物である棚部（高水敷）１０３に生じた洗掘を光ファイバの伝播光量の変化に効率良く作用させ得る構造を有している。また、比較的低コストでシステムを設置可能であるという大きな利点を有している。即ち、本実施形態では、洗掘検出装置１００は構造が簡単であるため比較的安価に製作することができ、また、測定にも比較的安価なＯＴＤＲ１１２を用いているため、広範囲に亘る洗掘検出システムを低コストで構築することができる。
【０１２７】
尚、本発明の光ファイバ式洗掘検出システムを河川堤防等における災害防止対策に用いても、センサ部が光ファイバのため、誘導及び耐雷対策をとる必要が無い。
【０１２８】
このように、第１乃至第３の実施形態に係る光ファイバ式洗掘検出装置及びシステムによれば、河川１０１の水流１０５と平行（水平）な方向或いは垂直な方向における洗掘を有効に検出することができる上に、洗掘深度又は洗掘長が大きい場合にも適用でき、且つ、低コスト化も可能となる。特に、大規模なエリアに亘って敷設する場合に、構成の簡単さ、作業性、コスト等の点で本発明の意義は大変大きくなる。
【０１２９】
以上、本発明について実施の形態をもとに説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１３０】
本発明は、河川における洗掘の発生の有無及び洗掘の度合いを検出する装置等のみならず、他にも、海や湖における同様の洗掘を検出する装置等にも用いることができる。更に、例えば、道路斜面モニタリングや地すべり検知等のための装置、システム、方法等にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１３１】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る光ファイバ式洗掘検出装置及びシステムの全体構成を示す概念図
【図２】図１に示す光ファイバ式洗掘検出システムにおける１ラインの洗掘検出装置の一部の洗掘検出ユニットを拡大して示す平面図
【図３】図１に示す光ファイバ式洗掘検出システムにおける１ラインの洗掘検出装置の一部の洗掘検出ユニットを拡大して示す正面図
【図４】図２に示す一の洗掘検出ユニットに保護カバーを取り付けた状態を示す図であり、（ａ）はその平面図、（ｂ）はその側面側から見た斜視図
【図５】、図２に示す一の洗掘検出ユニットの保護カバーを取り外した状態を示す平面図
【図６】図２に示す一の洗掘検出ユニットの重錘に光ファイバ固定用のアンカーを打ち込んだ状態を示す斜視図
【図７】光ファイバ固定用金具を示す斜視図
【図８】図２に示す一の洗掘検出ユニットにおいて光ファイバ固定用金具により光ファイバを固定した状態を示す平面図
【図９】図２に示す一の洗掘検出ユニットにおいて光ファイバ固定用金具により光ファイバを固定した状態を示す斜視図
【図１０】図２に示す一の洗掘検出ユニットの保護カバーとスペーサを示す図であり、（ａ）はその正面側から見た斜視図、（ｂ）はその底面側から見た斜視図、（ｃ）はその側面図
【図１１】図２に示す一の洗掘検出ユニットの保護カバーへのスペーサの溶接方法を示す図
【図１２】図２に示すダブルフレキシブルチューブの一部を示す図であり、（ａ）はその断面図、（ｂ）はその取り付けイメージを示す図
【図１３】図２に示す一の洗掘検出ユニット１１１における金属管光ファイバケーブル１３０の屈曲の生じ方を示す図
【図１４】図２に示す一の洗掘検出ユニット１１１に洗掘による変位が生じた場合の重錘１５０及び金属管光ファイバケーブル１３０の動きを説明するための図であり、（ａ）はその平面図、（ｂ）はその正面図
【図１５】本発明の第１の実施形態の光ファイバ式洗掘検出システムにおけるＯＴＤＲ１１２を用いた洗掘の検出方法を説明するための図
【図１６】本発明の第１の実施形態の光ファイバ式洗掘検出システムの全体構成を示す機能ブロック図
【図１７】ＯＴＤＲ１１２を用いたトレースデータの一例を示す図であり、その設置時のトレース波形を示すグラフ
【図１８】ＯＴＤＲ１１２を用いたトレースデータの一例を示す図であり、その光ファイバに曲げが発生した時のトレース波形を示すグラフ
【図１９】ＯＴＤＲ１１２を用いたトレースデータの一例を示す図であり、その光ファイバに破断が発生した時のトレース波形を示すグラフ
【図２０】図１に示す１ラインの洗掘検出装置における洗掘の検出動作を説明するための図
【図２１】本発明の第２の実施形態に係る光ファイバ式洗掘検出装置及びシステムにおける洗掘の検出動作を説明するための図
【図２２】本発明の第３の実施形態に係る光ファイバ式洗掘検出装置及びシステムの全体構成を示す概念図
【図２３】本発明の第３の実施形態の光ファイバ式洗掘検出システムの全体構成を示す機能ブロック図
【図２４】本発明の第３の実施形態に係る光ファイバ式洗掘検出装置における洗掘の検出動作を説明するための図
【符号の説明】
【０１３２】
１３ 光ファイバ、 １６ 屋外配線用光ケーブル、１００ 洗掘検出装置、
１０１ 河川、 １０２ 川底、 １０３ 棚部（高水敷）、１０４ 堤防、
１０５ 河川の水流部分、１０９ 観測小屋、１１１ 洗掘検出ユニット、
１１２ ＯＴＤＲ、 １３０ 金属管光ファイバケーブル、１３６ 巻回部、
１５０ 重錘、 １６０ アンカー、１７０ 固定金具、
１８０ 保護用割型ダブルフレキシブルチューブ、１９０ 保護カバー、
２００ スペーサ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、河川堤防等の防災モニタリングのために、河川堤防等の決壊の原因となる、降雨や増水に伴う河川の洗掘に対して水平及び垂直方向の洗掘を広域に亘って検出する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、降雨や増水に伴う河川堤防の決壊や山岳道路の岩壁の崩落を予測し、これらの災害を未然に防止するために河川堤防等のモニタリングを行う手段として光ファイバを利用したセンサが注目されている。
【０００３】
即ち、センサ機能として長期間に亘るオンライン計測が可能である上に、無誘導性、防爆性、耐腐食性等の特徴を持つ光ファイバは、上述した災害等の防止システムの構成要素として有望であり、光ファイバの種々の特性を利用して監視対象物の変位等を測定する光ファイバセンサとして、多くの提案がなされている。
【０００４】
ところで、後で図面を用いて説明するように、河川には、堤防の法面に連続するように川底と水平な方向に棚部（高水敷）が形成されることが多く、降雨や増水に伴って河川の流量や流速が増加すると、かかる棚部（高水敷）に洗掘を生じる場合がある。このような洗掘は堤防が決壊する虞に直結するものであり、早期に確実に検出する必要性がある。
【０００５】
従来、かかる河川堤防等の洗掘を検知する技術として、例えば、特許文献１には、地山斜面の地すべりや道路周辺の土砂崩れ等の監視対象物が所定の変位量を超えた場合、外側に引き出された光ファイバに、張力がはたらき、光ファイバを巻回収納した巻回部が縮小変形されて、その内側に収納している光ファイバ収納部材に巻き付くようにして押圧されて、曲げ変形や破断を生じるようになっている光ファイバセンサ（以下、従来例と称する）が記載されている。
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−９９７５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、この従来例の光ファイバセンサは、広域に亘る河岸決壊の検出に適用する場合には、センサの構造が複雑なため設置に手間がかかり、それによってコストもかかるという問題がある。そこで、簡単且つ低コストな構造でありながら、上記のような広域に亘る河岸決壊の検出に適用可能な装置又はシステムの開発が望まれている。
【０００８】
本発明の課題は、決壊の原因となる、降雨や増水に伴う河岸洗堀の、河川の水流に対して水平又は垂直方向の洗掘を広域に亘って検出可能であり、従来のものより設置が容易で、簡単な構造で且つ低コストの光ファイバ式洗掘検出装置及びシステムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するため、本発明の第１の様相では、ある一定間隔で金属管光ファイバケーブルに重錘を固定し、重錘上に金属管光ファイバケーブルの巻回部を形成すると共に洗堀が発生した場合に張力が金属管光ファイバケーブルの巻回部に働くようにすることで、曲げ変形および破断による光の変化、たとえば曲げ変形による光の反射光量の変化(損失)または破断によるフレネル反射の位置の変化をＯＴＤＲを用いて測定するようにした。
【００１０】
かかる構成によれば、従来のものより設置が容易で、簡単且つ低コストの光ファイバ式洗掘検出装置及びシステムを構成できる上に、河川の水流に対して水平又は垂直方向の洗掘を広域に亘って検出可能になる。
【００１１】
即ち、本発明の光ファイバ式洗掘検出装置は、光ファイバが内部に挿通された金属管光ファイバケーブルと該金属管光ファイバケーブルの一部を含む複数の検出ユニットを用いて監視対象物に生じる洗掘を段階的に検出する光ファイバ式洗掘検出装置であって、各検出ユニットは、巻回部を含む前記金属管光ファイバケーブルの一部と、前記金属管光ファイバケーブルの巻回部の固定点及び負荷点となる重錘と、前記金属管光ファイバケーブルの巻回部と前記重錘とを固定すると共に前記金属管光ファイバケーブルに曲げ変形または破断を生じさせる固定金具とを有することを特徴とする。
【００１２】
かかる構成によれば、従来のものより設置が容易で、構造も著しく簡単であり、且つ極めて低コストの光ファイバ式洗掘検出装置を構成できる上に、河川の水流に対して水平又は垂直方向の洗掘を広域に亘って検出可能になる。
【００１３】
また、前記金属管光ファイバケーブルは塑性変形可能に構成され、更に、外部からのカによる前記巻回部での局所的変形を防止するための保護カバーと、前記重錘間部分での曲げ変形を防止するための保護用フレキシブルチューブとを有するのが好適である。
【００１４】
かかる構成によれば、金属管光ファイバケーブルの曲げ変形を検出することで洗掘を高精度に検出可能な上に、外部からのカによる前記巻回部での局所的変形による誤検出や前記重錘間部分での曲げ変形による誤検出を有効に防止できる。
【００１５】
尚、更に、前記金属管光ファイバケーブルの巻回部を前記固定金具により前記重錘に固定するために、該重錘に埋め込まれたアンカーを有するようにしても良い。かかる構成によれば、アンカーは前もって重錘に埋め込んでおくことも可能なので、現場での金属管光ファイバケーブルの巻回部の固定作業が容易になる。
【００１６】
また、前記保護カバーは、前記重錘上に載置されることにより前記巻回部での局所的変形を防止すると共に、該保護カバーと前記重錘間に配置されるスペーサを有するのが好適である。
【００１７】
かかる構成によれば、保護カバーと重錘が洗掘の発生時に分離し易くなり、保護カバーにより遮られることなく重錘が金属管光ファイバケーブルに張力を働かせることができる。一方、保護カバーは重錘上に載置されることにより上方からの面圧に対する保護機能を果たせる。更に、スペーサを有するので、上方からの面圧に対する強度が向上する。
【００１８】
また、本発明の第２の様相では、前記スペーサは前記重錘における固定点に不必要な曲げが発生しないように前記金属管光ファイバケーブルの動きを規制する規制部材として機能するように、その大きさ及びその固定箇所を規定されていることを特徴とする。
【００１９】
かかる構成によれば、スペーサは保護カバーの補強機能だけでなく、洗掘が生じていない隣の検出ユニットにおいて金属管光ファイバケーブルに不必要に曲げ変形が生じてしまうのを防止する機能をも奏する。従って、洗掘検出の分解能を高めることができる。
【００２０】
更に、本発明の第３の様相では、前記複数の検出ユニットのうち洗掘を最先の段階で検出する検出ユニットに対応する前記金属管光ファイバケーブルの巻回部は、他の巻回部よりも長めに巻回されていることを特徴とする。
【００２１】
かかる構成によれば、洗掘を最先の段階で検出する検出ユニットに対応する金属管光ファイバケーブルの巻回部での破断をより確実に検出し易くなる。
【００２２】
一方、以上の光ファイバ式洗掘検出装置が少なくとも１本のラインを構成する前記光ファイバの所定の間隔ごとで、且つ、前記監視対象物の所定の間隔ごとに複数設けられると共に、前記少なくとも１本のラインを構成する光ファイバを伝播する光を監視する光監視装置を備えた光ファイバ式洗掘検出システムを構成することもできる。
【００２３】
かかる構成によれば、河川の水流に対して水平又は垂直方向の洗掘を広域に亘って検出することができる上に、洗掘深度又は洗掘長が大きい場合にも適用でき、且つ、低コスト化が可能な光ファイバ式洗掘検出システムを提供することができる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、河川の水流に対して水平又は垂直方向の洗掘を広域に亘って検出可能であり、従来のものより設置が容易で、簡単な構造で且つ低コストの光ファイバ式洗掘検出装置及びシステムを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しつつ具体的に説明する。ここで、添付図面において同一の部材には同一の符号を付している。なお、発明の実施の形態は、本発明が実施される特に有用な形態としてのものであり、本発明がその実施の形態に限定されるものではない。
【００２６】
図１は、本発明の第１の実施形態に係る光ファイバ式洗掘検出装置及びシステムの全体構成を示す概念図である。図２は、図１に示す光ファイバ式洗掘検出システムにおける１ラインの洗掘検出装置の一部の洗掘検出ユニットを拡大して示す平面図、図３は、図１に示す光ファイバ式洗掘検出システムにおける１ラインの洗掘検出装置の一部の洗掘検出ユニットを拡大して示す正面図、図４は、図２に示す一の洗掘検出ユニットに保護カバーを取り付けた状態を示す図であり、（ａ）はその平面図、（ｂ）はその側面側から見た斜視図である。 図５は、図２に示す一の洗掘検出ユニットの保護カバーを取り外した状態を示す平面図、図６は、図２に示す一の洗掘検出ユニットの重錘に光ファイバ固定用のアンカーを打ち込んだ状態を示す斜視図、図７は、光ファイバ固定用金具を示す斜視図、図８は、図２に示す一の洗掘検出ユニットにおいて光ファイバ固定用金具により光ファイバを固定した状態を示す平面図、図９は、図２に示す一の洗掘検出ユニットにおいて光ファイバ固定用金具により光ファイバを固定した状態を示す斜視図、図１０は、図２に示す一の洗掘検出ユニットの保護カバーとスペーサを示す図であり、（ａ）はその正面側から見た斜視図、（ｂ）はその底面側から見た斜視図、（ｃ）はその側面図、図１１は、図２に示す一の洗掘検出ユニットの保護カバーへのスペーサの溶接方法を示す図である。図１２は、図２に示すダブルフレキシブルチューブの一部を示す図であり、（ａ）はその断面図、（ｂ）はその取り付けイメージを示す図である。
【００２７】
図１に示すように、本実施形態に係る光ファイバ式洗掘検出装置及びシステムは、河川１０１の棚部（高水敷）１０３を監視対象物とする。このような棚部（高水敷）１０３は、堤防１０４の法面１０４Ａに連続して川底１０２と水平に数十メートル（ｍ）の幅に亘って形成されることが多い。本実施形態では、棚部（高水敷）１０３の河川１０１の水流１０５と平行な方向及び水流１０５と垂直な方向の洗掘を広域に亘って検出する。即ち、棚部（高水敷）１０３において、本実施形態の光ファイバ式洗掘検出装置及びシステムは、図１に示すように、例えば、水流１０５と平行な方向に１００〜２００ｍ、水流１０５と垂直な方向に３０〜５０ｍの広い領域に亘って敷設され、その河川１０１の水流１０５に対して水平（平行）及び垂直方向の洗掘の深度を、かかる広域に亘って検出するものである。
【００２８】
図１に示すように、本実施形態の光ファイバ式洗掘検出システムでは、光ファイバ１３をその内部に挿通させた複数（３ライン）の洗掘検出装置１００が河川１０１の棚部（高水敷）１０３に、内側、中側、外側に所定の間隔ごとに設けられている。これら洗掘検出装置１００は、光ファイバを用いて監視対象物としての棚部（高水敷）１０３に生じる洗掘を検出する光ファイバ式洗掘検出装置であって、図１乃至図３に示すように、それぞれ１メートル（ｍ）の間隔をおいて洗掘検出ユニット１１１が多数配置された構成を有している。即ち、洗掘検出装置１００は、多数の洗掘検出ユニット１１１が同一ライン上に配置されて構成されている。
【００２９】
各洗掘検出ユニット１１１は、図２乃至図９に示すように、それぞれ内部を各ラインを構成する光ファイバ１３が挿通された金属管光ファイバケーブル１３０と、金属管光ファイバケーブル１３０が鉢巻状に巻回されると共に、その固定点及び負荷点となる複数の重錘１５０と、金属管光ファイバケーブル１３０及び重錘１５０を固定するために、重錘１５０に埋め込まれたアンカー１６０と、金属管光ファイバケーブル１３０と重錘１５０とを固定すると共に金属管光ファイバケーブル１３０に曲げ変形または破断を生じさせる固定金具１７０とを有している。尚、金属管光ファイバケーブル１３０内の光ファイバ１３は、０．９ｍｍ乃至１．０ｍｍのビニール被覆光ファイバである。
【００３０】
上述したように、本発明では、金属管光ファイバケーブル１３０は、重錘１５０上で鉢巻状に巻回される。施工の作業性を考慮すれば、金属管光ファイバケーブル１３０を鉢巻状に巻回しないで、直線状に形成した方が良いが、直線状に形成して重錘１５０に固定した場合には、金属管にある程度の強度があるため、洗掘が発生し、重錘１５０の下方が削られた結果、重錘１５０が沈んだり動いたりしても、両側の重錘１５０が未だ土中に埋まって定常位置にある場合には、金属管光ファイバケーブル１３０は曲がらないで重錘１５０の面外に浮いてしまう虞がある。
【００３１】
これに対して、本実施形態のように、金属管光ファイバケーブル１３０のセンサ部１３６を鉢巻状に巻回して形成することにより、両側の重錘１５０が未だ土中に埋まって定常位置にある場合には、金属管光ファイバケーブル１３０のセンサ部１３６の両端側が引っ張られるので、比較的小さな力により固定部で曲げが発生し損失を生じさせることが可能となる。
【００３２】
上述したセンサ部１３６の曲げ半径は８０ｍｍ（直径１６０ｍｍ）、従って、周長約５００ｍｍとする。この結果、重錘１５０間は１ｍであるが光ファイバ長は１．５ｍとなるので、ＯＴＤＲのファイバ測定長である１ｍとの間に差異が生じるので、換算を行うようにする。尚、センサ部１３６の曲げを作る成形は、後述するように、型を用いて据付現場で行う。
【００３３】
また、金属管光ファイバケーブル１３０は、塑性変形可能に構成されている。更に、各洗掘検出ユニット１１１は、図２乃至図５に示すように、外部からのカ（重機の重さや整地後の土圧が、小石等の凹凸を介して金属管光ファイバケーブルに変形を生じさせる）による重錘１５０部での局所的変形を防止するための保護カバー１９０と、重錘１５０間部分での曲げ変形を防止するための保護用割型ダブルフレキシブルチューブ１８０とを有している。
【００３４】
本実施形態の光ファイバ式洗掘検出装置は、金属管光ファイバケーブル１３０の保護カバー１９０を有しているので、後述するように、組み立てが完了した洗掘検出装置１００を溝に埋め戻した後に整地する際に、重機の重さや整地後の土圧が小石等の凹凸を介して金属管光ファイバケーブル１３０に変形を生じさせるのを有効に防止することができる。
【００３５】
金属管光ファイバケーブル１３０における金属管の材質は、銅、アルミニウム、ステンレス、インコネル等がある。本実施形態では、ステンレス製のものを用いた。海岸線に近い河川の場合には水流に若干塩分を含む場合があるので、インコネル等腐食に強いものを用いても良い。
【００３６】
尚、金属管光ファイバケーブル１３０（内の光ファイバ１３）は、図１に示すように、洗掘検出装置１００の端部で屋外配線用光ケーブル１６内の光ファイバ（芯線）１３に融着され、これら屋外配線用光ケーブル１６により観測小屋１０９内の光監視装置としてのＯＴＤＲ１１２（図１５及び図１６参照）に接続されている。
【００３７】
重錘１５０は、洗掘が発生し、当該重錘１５０が水流１０５中に露出した場合に、水中に沈み込んで金属管光ファイバケーブル１３０に塑性変形を与える程度の重量のものであることを要する。従って、材質は金属材、石材等を問わないが、例えば、樹脂製で水中で浮いてしまうものでは採用できない。
【００３８】
重錘１５０は、本実施形態では、敷石等として用いられる、大きさが３０ｃｍ角、厚さが３０ｍｍ、重さが６Ｋｇ程の通常の敷石様のコンクリート石材を用いた。このように当該敷石は、コンクリート製の安価のものを使用することができる。尚、自然石によるものを使用しても良い。重錘１５０に金属板を用いることも勿論可能であるが、洗掘が発生し、重錘１５０の下方の土砂等が削られて重錘１５０が河川１０１の水流１０５中に流れ出す可能性が高いので、金属よりは石材の方が河川の環境に優しいという利点もある。
【００３９】
アンカー１６０は、図６に示すように、重錘１５０を構成する敷石に打ち込んで形成されており、後述する固定金具１７０をボルトで止められるようにするものである。
【００４０】
固定金具１７０は、図７に示すように、長手方向が３０ｍｍ、短手方向が１２ｍｍ、高さが４ｍｍの直方体状の金属材から構成し、アンカー１６０にボルトで固定するための貫通穴１７２が２個形成されている。また、固定金具１７０には、図７に示すように、金属管光ファイバケーブル１３０を通すための溝１７４が形成されている。溝１７４は、本実施形態では、矩形状の溝に形成したが、例えば、Ｖ字型の溝に形成しても良い。
【００４１】
尚、金属管光ファイバケーブル１３０を重錘１５０に固定金具１７０により２点で固定する場合のその２点は、図９に示すように、重錘１５０において等距離の中心から片側略３０度の位置にくるような２点とした（かかる２点に対応した位置にアンカー１６０を打ち込んで形成する）。尚、固定金具１７０で固定する角度は、片側２０度乃至４０度程度が望ましい。本実施形態では、上記のように片側略３０度とした。
【００４２】
保護カバー１９０は、ステンレス製であり、図４及び図１０に示すように、金属管光ファイバケーブル１３０の鉢巻状に巻回されたセンサ部１３６を収納する約１４ｍｍ程の隙間を形成する。洗掘検出装置及びシステムを組み立てて埋め戻した後に、上部を重機等が通っても、この隙間がつぶされないように、図１０に示すように、この隙間にはスペーサ２００を挿入するようにした。
【００４３】
スペーサ２００は、図１０及び図１１に示すように、金属製のパイプを輪切りにした円筒状のものを用い、その円筒上部の４箇所を保護カバー１９０に溶接するようにした。図１１において、符号２０２は、これら溶接箇所を示す。尚、スペーサ２００には、円筒形のものに代えて断面矩形のものを用いることもできる。但し、円筒形ならば、比較的安価なパイプ材様のものを使えるメリットがある。
【００４４】
また、本実施形態では、スペーサ２００を溶接した保護カバー１９０は、重錘１５０を構成する敷石には固定せず、重機等の圧力からセンサ部１３６を保護するために、ただ重錘１５０の上に載置しておくだけにした。重錘１５０に固定してしまうと、保護カバー１９０との隙間に小石等が詰まって動かない状態になることも考えられ、センサ部１３６での曲げの発生へ影響を与える可能性を無くすため、重錘１５０には固定しないようにした。
【００４５】
保護用割型ダブルフレキシブルチューブ１８０は、図２及び図１２に示すように、蛇腹状に形成された樹脂製の可撓性チューブであり、金属管光ファイバケーブル１３０を保護する機能を有している。即ち、重錘１５０間が金属管光ファイバケーブル１３０だけだと、小砂利等により金属管が曲がって中の光ファイバ１３に損失が発生してしまう虞があるためであり、本実施形態では、保護用割型ダブルフレキシブルチューブ１８０で重錘１５０間の金属管光ファイバケーブル１３０を保護することで誤検出を有効に防止することができる。
【００４６】
また、保護用割型ダブルフレキシブルチューブ１８０は、図１２に示すように、２つ割に構成され、後述するように、金属管光ファイバケーブル１３０と重錘１５０をシステムの全長に亘って敷設した後、重錘１５０間の金属管光ファイバケーブル１３０に後からかぶせるようにして取り付けることができるので、作業性に優れている。
【００４７】
以上のように、本実施形態では、金属管に小石等の凹凸が直接当たり曲げ損失を発生させるのを防止するために保護用割型ダブルフレキシブルチューブ１８０を用いた。割型としたので、金属管光ファイバケーブル１３０を敷設した後に重錘１５０間に装着できる。ただの割型ではなく、ダブル（２重）のものを用いたのは、十分な強度を確保し、重錘１５０間で金属管光ファイバケーブル１３０が曲げ変形を生じてしまうのを確実に防止するためである。フレキシブルとしたのは、洗掘が生じて土砂が削られた時に沈み込んでいくはずの重錘１５０を支えてしまわないようにするためである。
【００４８】
ここで、本実施形態の光ファイバ式洗掘検出装置及びシステムの設置及び組み立て方法を説明する。
【００４９】
本実施形態の光ファイバ式洗掘検出装置及びシステムは、河川の洗掘を広域に亘り検出するため、その組み立ては現地で行う。尚、図１では、各洗掘検出装置１００は河川１０１の棚部（高水敷）１０３上に置かれたように示したが、本実施形態では、各洗掘検出装置１００は棚部（高水敷）１０３上に、例えば、数十センチメートル（ｃｍ）から１ｍ程度の深さの溝を掘り、各洗掘検出装置１００の組み立てが完了したら、それらの溝に埋め戻した後、整地することで、棚部（高水敷）１０３上には露出させないで用いるようにする。かかる設置構成をとることで、人や動物が洗掘検出装置１００（の各洗掘検出ユニット１１１）に衝突等することによる誤検出を防止し易くなる。
【００５０】
まず、整地された高水敷１０３に、あらかじめアンカー１６０を埋め込んである重錘１５０を一定間隔で敷設する。即ち、図１に示した河川１０１の棚部（高水敷）１０３に、各洗掘検出ユニット１１１の重錘１５０を、その金属管光ファイバケーブル１３０を固定する側を天側にして所定の間隔（例えば、１ｍ間隔）で複数個並べる。この間隔が深度検出の分解能になる。そして金属管光ファイバケーブル１３０を型を用いて鉢巻状に巻回したセンサ部１３６を形成し、これらセンサ部１３６を各重錘１５０部分にそれぞれ２つの固定金具１７０で２点固定する。なお重錘１５０には金属管光ファイバケ一ブル１３０の巻回したセンサ部１３６の配置位置の罫書き線をあらかじめ書いておくようにする。また、センサ部１３６の巻回の曲率は、巻回したことによる光の損失が無い程度の曲率で行う。
【００５１】
その後、重錘１５０間部分の金属管光ファイバケーブル１３０には保護用割型ダブルフレキシブルチュ一ブ１８０を取り付け、重錘１５０部分の巻回したセンサ部１３６にはステンレス製の保護カバー１９０をかぶせる。最後に埋め戻して整地する。保護用割型ダブルフレキシブルチュ一ブ１８０はチユーブ長手方向に切り込みがあり、そこから金属管光ファイバケーブル１３０を挿入することができるので、取り付けが容易である。また保護カバー１９０の中央部には重錘１５０との間にスペーサ２００を設けてあり、外力に対するカバーとしての保護強度は十分である。
【００５２】
さて、本実施形態の光ファイバ式洗掘検出装置及びシステムによる洗掘の検出原理を述べる。図１３は、図２に示す一の洗掘検出ユニット１１１における金属管光ファイバケーブル１３０の屈曲の生じ方を示す図、図１４は、図２に示す一の洗掘検出ユニット１１１に洗掘による変位が生じた場合の重錘１５０及び金属管光ファイバケーブル１３０の動きを説明するための図であり、（ａ）はその平面図、（ｂ）はその正面図である。
【００５３】
洗掘が生じた場合、図１４（ｂ）に示すように、重錘１５０は水流１０５中に露出するようになる。露出した重錘１５０は、自重または水流１０５の抗力により、図１３及び図１４（ａ）、（ｂ）に示すように、金属管光ファイバケーブル１３０のセンサ部１３６の固定箇所Ｆに負荷を与える。図１３及び図１４（ａ）、（ｂ）には図示していないが、露出していない重錘１５０は金属管光ファイバケーブル１３０の固定点となる。
【００５４】
露出した重錘１５０の負荷によって金属管光ファイバケーブル１３０には張力が働き、図１３及び図１４（ａ）、（ｂ）に示すように、センサ部１３６の固定箇所Ｆで曲げ変形あるいは破断を生じる。金属管光ファイバケーブル１３０は巻回してセンサ部１３６を形成し重錘１５０に固定してあるので張力が働いた場合、容易に金属管光ファイバケーブル１３０のセンサ部１３６に変形を生じさせることができる。
【００５５】
金属管光ファイバケーブル１３０のセンサ部１３６の変形によって、金属管光ファイバケーブル１３０を伝播する光にも変化が生じる。曲げ変形の場合、後述するように、曲げの発生箇所以降で光の損失が発生する。破断の場合、フレネル反射の位置が最初の位置から破断位置にまで変化する。このトレース波形の変化をＯＴＤＲ１１２で測定することによって、洗掘の度合いを検出することができる。
【００５６】
本実施形態の光ファイバ式洗掘検出装置及びシステムによれば、以下の効果が得られる。
【００５７】
まず、金属管光ファイバケーブル１３０を直線的に重錘１５０に固定した場合、金属管光ファイバケーブル１３０に曲げ変形を生じさせるのは容易ではない。この問題を解決するために金属管光ファイバケーブル１３０は巻回してセンサ部１３６を形成し、このセンサ部１３６を重錘１５０に固定した。これによって比較的小さな張力で金属管光フアイバケーブル１３０のセンサ部１３６は変形する。
【００５８】
次に、巻回したセンサ部１３６を固定金具１７０の１点で固定した場合、洗掘により金属管光ファイバケーブル１３０のセンサ部１３６が破断した場合に金属管光フアイバケーブル１３０は重錘１５０から分離してしまう虞があり、そのようになった場合、重錘１５０は負荷点の機能を失い金属管光ファイバケーブル１３０のセンサ部１３６に変形を生じさせることができずに正確な検出ができなくなる。
【００５９】
更に、固定金具１７０の１点で固定した場合には、センサ部１３６を含む金属管光ファイバケーブル１３０は重錘１５０の面外に出てしまい、容易に保護カバー１９０をかぶせることができない。そこで、このような問題を解決するために、金属管光ファイバケーブル１３０のセンサ部１３６を固定金具１７０を用いて２点で固定した。これによって巻回したセンサ部１３６を含む金属管光ファイバケーブル１３０は設置の段階では重錘１５０の面外に出ることはないので、保護カバー１９０をかぶせるのが容易であり、作業性が向上する。
【００６０】
また、洗掘によって金属管光ファイバケーブル１３０が破断した場合でも、片側の固定箇所では重錘１５０と金属管光ファイバケーブル１３０のセンサ部１３６は固定されたままなので、重錘１５０は負荷点の機能を失わず金属管光ファイバケーブル１３０に曲げ変形を生じさせることができ、正確な洗掘の検出が可能になる。
【００６１】
また、１点で固定した場合、金属管光ファイバケーブル１３０が曲がった状態で、中の光ファイバ（芯線）１３だけがするすると動いてしまう虞がある。これに対して、本実施形態のような２点で固定した場合には、洗掘が発生した箇所の重錘１５０が沈んだり動いたりすると、鉢巻状のセンサ部１３６に両側から張力が働く結果、金属管光ファイバケーブル１３０は、図１３に示すように、固定部の両側で確実に屈曲するので、その状態で中の光ファイバ（芯線）１３だけが動いてしまう虞は無くなる。
【００６２】
更に、広域に亘って洗掘を検出する場合、現地で組み立てることは避けられない問題である。このとき、センサの構造が複雑であっては設置作業に多大の労力を要してしまう。この問題を改善するためにセンサの構造は非常に簡単なもので、且つ確実に金属管光ファイバケーブル１３０に変形を生じさせ、正確に洗掘を検出することができるようにした。
【００６３】
ここで、洗掘検出装置１００を用いて河川１０１の棚部（高水敷）１０３の洗掘の度合いを検出する方法について詳細に述べる。
【００６４】
上述した構成を有する本実施形態の光ファイバ式洗掘検出システムでは、光ファイバ１３を伝播する光の損失を監視する光監視装置としてのＯＴＤＲ１１２（図１５及び図１６参照）を備えており、増水等に伴う河川１０１の棚部（高水敷）１０３の洗掘が生じた場合、図１４（ａ）及び（ｂ）に示したように、洗掘によって土砂が洗われることで、水流中に露出した重錘１５０の負荷によって金属管光ファイバケーブル１３０に張力が働き、固定箇所Ｆで曲げ変形あるいは破断を生じ、この曲げ変形あるいは破断によるトレース波形の変化をＯＴＤＲ１１２で測定することにより洗掘の水平及び垂直方向の度合いを検出する。
【００６５】
図１５は、本実施形態の光ファイバ式洗掘検出システムにおけるＯＴＤＲ１１２を用いた洗掘の検出方法を説明するための図である。即ち、本実施形態の光ファイバ式洗掘検出システムでは、図１５に示すように、パルス発振器１２１により駆動されたレーザダイオード（ＬＤ）１２２は、光パルスを出力し、光パルスは方向性結合器１２３を経て金属管光ファイバケーブル１３０内の光ファイバ１３に入射する。各洗掘検出ユニット１１１内の光ファイバ１３で生じた後方レーリ散乱光、あるいはフレネル反射光は入射端に戻ってくる。
【００６６】
入射端に戻ってきた光は、方向性結合器１２３を通して受光素子（ＰＤ）１２４に入射し、電気信号に変換される。変換された電気信号は、増幅器１２５により所要のレベルまで増幅された後、解析処理部／表示部１２６により時間領域で解析され、解析結果が表示される。１ｍ間隔ごとに各洗掘検出ユニット１１１を設置し、ＯＴＤＲ１１２に接続することにより洗掘の計測システムを構成しているので、洗掘の発生の有無と発生した洗掘の度合いを同時に検出することが可能である。尚、光監視装置であるＯＴＤＲ１１２としては、例えば、試験光波長１３１０ｎｍ、パルス幅１０ｎｓ以上（できるだけ細かく）、空間分解能１ｍ以上（できるだけ短かく）の高分解能形のＯＴＤＲを用いることが可能である。
【００６７】
図１６は、本実施形態の光ファイバ式洗掘検出システムの全体構成を示す機能ブロック図である。図１６に示すように、本実施形態の光ファイバ式洗掘検出システムは、観測小屋１０９内に設けられた観測セクション１１０と、棚部（高水敷）１０３等に設けられた計測セクション１２０から構成される。観測セクション１１０は、光監視装置としてのＯＴＤＲ１１２と、このＯＴＤＲ１１２に接続された制御用ＰＣ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ）１１４と、ＯＴＤＲ１１２に接続され各光ファイバ（芯線）１３より構成される光チャンネルを選択する光チャンネルセレクタ（３０チャンネル）１１６とを有している。計測セクション１２０は、光ファイバ１３をその内部に挿通させた金属管光ファイバケーブル１３０と重錘１５０等を含む多数の洗掘検出ユニット１１１から成る内側、中側、外側（３ライン）の洗掘検出装置１００を含んでおり、各ラインは、それぞれ１メートル（ｍ）の間隔をおいて洗掘検出ユニット１１１が多数配置された構成を有している。
【００６８】
本実施形態では、ＯＴＤＲ１１２による測定は１つのラインにおいて双方向からの測定を行う。測定時間は１ライン約１０秒で、１エリア１分で、最大５エリアまで適用する。５エリアで測定時間５分となる。
【００６９】
双方向から測定するのは、図１に示すような配置をした場合には、片方向では、例えば、Ｘ１で破断した場合にＸ２の箇所の曲げや破断を検出できなくなるからである。反対に、Ｘ２で破断した場合にＸ１の箇所の曲げや破断を検出できなくなるのも同様である。尚、後述する本発明の第３の実施形態のような場合は、片方向で十分である。以上の測定において、決壊箇所は、ＯＴＤＲ１１２で測定した光損失又は破断面からの反射光量が所定の閾値を超えた箇所をもって決壊箇所と判断する。
【００７０】
さて、河川１０１の棚部（高水敷）１０３における洗掘は、河川１０１の水流部分１０５の増水等により、図１にそのイメージを示すように、棚部（高水敷）１０３を段階的に侵食する形で発生していく。かかる洗掘（侵食）をどこでどの程度まで発生したかを検知する必要があり、更には、どのぐらいの速さで洗掘（侵食）が進んでいるかまで検知できるのが望ましい。
【００７１】
上述した構成を有する本実施形態の光ファイバ式洗掘検出システムでは、増水等に伴って河川１０１の棚部（高水敷）１０３に洗掘が生じた場合、図１にそのイメージを示すように、洗掘が生じた箇所に設置された外側のラインと中側のラインの該当する箇所の重錘１５０は水流中に露出する。そして、露出した重錘１５０の負荷によって金属管光ファイバケーブル１３０には張力が働き、図１３及び図１４（ａ）、（ｂ）に示したように、固定箇所Ｆで曲げ変形あるいは破断を生じる。これをＯＴＤＲ１１２により検出することで、当該洗掘の発生箇所を検出する。
【００７２】
この場合、図１に示すような洗掘（侵食）が進んでいく場合、まず、外側のラインの重錘１５０が順番に水流中に露出していき、更に、洗掘（侵食）が進んだ場合は、中側のラインの重錘１５０が順番に水流中に露出していくようになる。従って、ＯＴＤＲ１１２を用いたトレースデータをモニターしていれば、洗掘（侵食）の進み具合を観測可能となる。
【００７３】
図１７は、ＯＴＤＲ１１２を用いたトレースデータの一例を示す図であり、その設置時のトレース波形を示すグラフである。図１８は、ＯＴＤＲ１１２を用いたトレースデータの一例を示す図であり、その光ファイバに曲げが発生した時のトレース波形を示すグラフである。図１９は、ＯＴＤＲ１１２を用いたトレースデータの一例を示す図であり、その光ファイバに破断が発生した時のトレース波形を示すグラフである。
【００７４】
図１７に示すように、設置時には光の損失は全く発生していない。尚、ファイバ長が５７０ｍ付近でトレース波形がパルス状に上昇しているのは、ファイバ終端面のフレネル反射によるものである（ファイバ終端をコネクタ等で接続している場合には、コネクタ等による反射）。
【００７５】
一方、図１８に示すように、例えば、４７５ｍ付近で光ファイバに曲げが発生した時には、当該箇所以降から１０ｄＢ程度の光の損失が発生する。これにより、曲げが発生した箇所を特定することができる。尚、この段階では曲げは発生したが破断には至っていないので、ファイバ長が５７０ｍ付近では、ファイバ終端面のフレネル反射により、損失分だけ下がった値でトレース波形がパルス状に上昇している。
【００７６】
更に、図１９に示すように、例えば、４７５ｍ付近で光ファイバの破断に至った時には、当該箇所に破断したファイバ端面が存在するため、この４７５ｍ付近でフレネル反射によりトレース波形がパルス状に上昇し、当該箇所以降からは、上記の曲げ発生時よりも更に大きな光の損失が発生する。そして、ファイバ終端面のフレネル反射によるトレース波形の上昇部分は観察できなくなる。これにより、当該箇所で光ファイバが破断に至ったことを確認することができる。
【００７７】
尚、上述したように、金属管光ファイバケーブル１３０に双方向から光を入射して検出を行うので、図１に示したような洗掘が生じた場合、外側のラインと中側のラインでそれぞれＸで示す２箇所で曲げ或いは破断が検出される。従って、これら２箇所間の距離を確認することで発生した洗掘の大きさを知ることができる。
【００７８】
図２０は、図１に示す１ラインの洗掘検出装置における洗掘の検出動作を説明するための図である。ここで、図２０を用いて、金属管光ファイバケーブル１３０の鉢巻状のセンサ部１３６を重錘１５０に２点で固定することが隣り合う重錘１５０（洗掘検出ユニット１１１）との関係で意味があることを説明する。尚、図２０において、（ａ）は、洗掘が生じていない状態、（ｂ）は、１つの洗掘検出ユニット１１１で洗掘が生じ、その重錘１５０が水流１０５中に露出して沈み又は動いた状態、（ｃ）は、更に、その隣の洗掘検出ユニット１１１まで洗掘が進み、その重錘１５０も水流１０５中に露出して沈み又は動いた状態を示している。
【００７９】
図２０（ａ）に示すように、全ての洗掘検出ユニット１１１で洗掘が生じていない状態では、全ての重錘１５０は水流１０５中に露出することは無く、高水敷１０３の土砂中に埋まったままである。
【００８０】
これに対して、図２０（ｂ）に示すように、１つの洗掘検出ユニット１１１−１で洗掘が生じると、その重錘１５０―１は水流１０５中に露出し、自重または水流１０５の抗力により沈み又は動く結果、金属管光ファイバケーブル１３０のセンサ部１３６の固定箇所Ｆに負荷を与える。そして、露出した重錘１５０−１の負荷によって金属管光ファイバケーブル１３０には張力が働き、センサ部１３６の固定箇所Ｆで曲げ変形あるいは破断を生じる。図２０（ｂ）では、露出した重錘１５０−１が、矢印で示すように、やや左側にずれるような形で沈み又は動いた場合を想定している。
【００８１】
この結果、重錘１５０−１の２つの固定箇所Ｆで曲げ変形を生じ、左隣の重錘１５０−２の固定箇所Ｆ２でも曲げ変形を生じ、右隣の重錘１５０−３の固定箇所Ｆ３では破断を生じた場合を示している。同図から分かるように、金属管光ファイバケーブル１３０は巻回してセンサ部１３６を形成し重錘１５０に固定してあるので張力が働いた場合、容易に金属管光ファイバケーブル１３０のセンサ部１３６に変形を生じさせることができる。
【００８２】
更に、図２０（ｃ）に示すように、右隣りの洗掘検出ユニット１１１―３まで洗掘が進み、その重錘１５０−３も水流１０５中に露出すると、自重または水流１０５の抗力により沈み又は動く結果、更に右隣りの重錘１５０−４のセンサ部１３６―４の固定箇所Ｆ４に負荷を与える。そして、露出した重錘１５０−３の負荷によって金属管光ファイバケーブル１３０には張力が働き、センサ部１３６−４の固定箇所Ｆ４で曲げ変形あるいは破断を生じる。図２０（ｃ）では、更に右隣りの重錘１５０−４のセンサ部１３６―４の固定箇所Ｆ４でも曲げ変形を生じた場合を示している。
【００８３】
ここで、同図から分かるように、仮に、金属管光ファイバケーブル１３０のセンサ部１３６−３を１点で重錘１５０−３に固定していたとすると、前述したように、重錘１５０−３の固定箇所Ｆ３で破断していると、破断した先端部１３０Ｈは、図２０（ｃ）に示すように重錘１５０−３が自重または水流１０５の抗力により沈み又は動く時に、するするとその１つの固定点（１つの固定金具）をすり抜けて、重錘１５０−３から外れてしまう。従って、この場合には、重錘１５０−３は、更に右隣りの重錘１５０−４のセンサ部１３６−４の固定箇所Ｆ４に負荷を与える重錘（重り）としての機能を果たすことが無くなる。
【００８４】
これに対して、本実施形態の光ファイバ式洗掘検出装置及びシステムでは、上述したように２点で固定しているので、このような事態を防止できる。従って、重錘１５０−３の固定箇所Ｆ３で金属管光ファイバケーブル１３０が破断した場合でも、なお重錘１５０−４のセンサ部１３６−４の固定箇所Ｆ４で曲げ変形を生じたことを検出可能となる。
【００８５】
次に、本発明の第２の実施形態に係る光ファイバ式洗掘検出装置及びシステムについて述べる。図２１は、本発明の第２の実施形態に係る光ファイバ式洗掘検出装置及びシステムにおける洗掘の検出動作を説明するための図である。尚、第１の実施形態に係る光ファイバ式洗掘検出装置及びシステムの構成と同様の部分は同様の参照符号を付し、その説明は省略する。
【００８６】
この第２の実施形態の光ファイバ式洗掘検出装置及びシステムでは、洗掘検出ユニット１１１が上述したスペーサ２００に相当する部材を一対（２つ）有していることを特徴としている。
【００８７】
即ち、上述した第１の実施形態の光ファイバ式洗掘検出装置及びシステムでは、洗掘検出ユニット１１１が上述したスペーサ２００を１つ有しており、スペーサ２００は、面圧に対する保護カバー１９０の強度の向上、即ち、重機等による上からの面圧に保護カバー１９０が耐えられるようにすることを主眼とするものであったが、本実施形態では、一対（２つ）のスペーサ部材は、このような保護カバー１９０の補強機能だけでなく、洗掘が生じていない（水中に露出していない）隣の洗掘検出ユニット１１１において金属管光ファイバケーブル１３０に不必要に曲げ変形が生じてしまうのを防止する機能、従って、検出の分解能を高める機能、をも有していることを大きな特徴としている。
【００８８】
即ち、一対（２つ）のスペーサ部材を有しているので、隣の洗掘検出ユニット１１１において金属管光ファイバケーブル１３０に張力が加わっても、当該固定金具１７０側の（一方の）スペーサ部材に規制されて、当該固定金具１７０による固定端にはそれ以上の張力がかからなくなるので、固定金具１７０による固定端での曲げが発生しにくくなる。
【００８９】
かかる構成と作用効果について図２１を用いて説明する。尚、図２１において、（ａ）は、洗掘が生じていない状態、（ｂ）は、１つの洗掘検出ユニット１１１で洗掘が生じ、その重錘１５０が水流１０５中に露出して沈み又は動いた状態、（ｃ）は、更に、その重錘１５０で金属管光ファイバケーブル１３０が破断した状態、（ｄ）は、更に、その隣の洗掘検出ユニット１１１まで洗掘が進み、その重錘１５０も水流１０５中に露出して沈み又は動いた状態、（ｅ）は、更に、その重錘１５０で金属管光ファイバケーブル１３０が破断した状態を示している。
【００９０】
図２１（ａ）において、本実施形態の光ファイバ式洗掘検出装置及びシステムでは、洗掘検出ユニット１１１は、一対（２つ）のスペーサ部材２０２、２０４を有している。これらスペーサ部材２０２、２０４は、上述した第１の実施形態と同様に、保護カバー１９０に溶接により固定されている。
【００９１】
尚、一対（２つ）のスペーサ部材２０２、２０４は、上述した保護カバー１９０の補強機能だけでなく、当該洗掘検出ユニット１１１では洗掘が生じておらず土砂中に埋まった状態において、両隣の洗掘検出ユニット１１１で洗掘が生じ、その重錘１５０が沈み又は動いた場合でも、金属管光ファイバケーブル１３０のセンサ部１３６の当該洗掘検出ユニット１１１の重錘１５０における固定点（固定金具１７０による固定点）には、不必要な曲げが発生しないように金属管光ファイバケーブル１３０の動きを規制する規制部材として機能するように、大きさ及びそれらの固定箇所を決定している。
【００９２】
まず、図２１（ａ）に示すように、全ての洗掘検出ユニット１１１で洗掘が生じていない状態では、全ての重錘１５０は水流１０５中に露出することは無く、高水敷１０３の土砂中に埋まったままである。
【００９３】
これに対して、図２１（ｂ）に示すように、１つの洗掘検出ユニット１１１−１で洗掘が生じると、その重錘１５０―１は水流１０５中に露出し、自重または水流１０５の抗力により沈み又は動く結果、金属管光ファイバケーブル１３０のセンサ部１３６の固定箇所Ｆに負荷を与える。これと同時に、上述したように保護カバー１９０−１は重錘１５０―１に載置してあるだけなので、保護カバー１９０−１は重錘１５０―１から分離していく。
【００９４】
この図２１（ｂ）に示す場合において、露出した重錘１５０−１の負荷によって金属管光ファイバケーブル１３０には張力が働くが、隣の洗掘検出ユニット１１１−３では洗掘が生じておらず土砂中に埋まった状態にあり、保護カバー１９０−３は重錘１５０―３に載置されたままなので、隣の重錘１５０−１の負荷によって金属管光ファイバケーブル１３０に張力が働いたとしても、金属管光ファイバケーブル１３０の動きはスペーサ部材２０４−３により規制され、金属管光ファイバケーブル１３０のセンサ部１３６−３の固定箇所Ｆ３には、不必要な曲げが発生しなくなる。
【００９５】
更に、図２１（ｃ）は、重錘１５０―１が更に沈み又は動いた結果、金属管光ファイバケーブル１３０のセンサ部１３６の固定箇所Ｆで破断した様子を示している。このように、重錘１５０―１が更に沈み又は動いた結果金属管光ファイバケーブル１３０が破断に至った場合でも、金属管光ファイバケーブル１３０の動きはスペーサ部材２０４−３により規制され続けるので、金属管光ファイバケーブル１３０のセンサ部１３６−３の固定箇所Ｆ３には、不必要な曲げは発生しない。
【００９６】
続いて、図２１（ｄ）に示すように、右隣りの洗掘検出ユニット１１１―３まで洗掘が進み、その重錘１５０−３も水流１０５中に露出すると、自重または水流１０５の抗力により沈み又は動く結果、そのセンサ部１３６−３の固定箇所Ｆ３に負荷を与える。そして、露出した重錘１５０−３の負荷によってセンサ部１３６−３の固定箇所Ｆ３で曲げ変形を生じる。この時、洗掘検出ユニット１１１−３でも洗掘が生じて、その重錘１５０−３も保護カバー１９０−３も土砂中に埋まった状態から水流１０５中に露出するので、保護カバー１９０−３は重錘１５０―３に載置された状態に留まらず、重錘１５０―３から分離する。
【００９７】
従って、この段階では、スペーサ部材２０４−３も（２０２−３も）規制部材としては機能することは無くなる。この図２１（ｄ）に示す場合において、露出した重錘１５０−３の負荷によって金属管光ファイバケーブル１３０には張力が働くが、隣の洗掘検出ユニット１１１−４では洗掘が生じておらず土砂中に埋まった状態にあり、保護カバー１９０−４は重錘１５０―４に載置されたままなので、隣の重錘１５０−３の負荷によって金属管光ファイバケーブル１３０に張力が働いたとしても、金属管光ファイバケーブル１３０の動きはスペーサ部材２０４−４により規制され、金属管光ファイバケーブル１３０のセンサ部１３６−４の固定箇所Ｆ４には、不必要な曲げが発生しないのは、図２１（ｂ）に示した場合と同様である。
【００９８】
更に、図２１（ｅ）は、重錘１５０―３が更に沈み又は動いた結果、金属管光ファイバケーブル１３０のセンサ部１３６−３の固定箇所Ｆ３で破断した様子を示している。このように、重錘１５０―３が更に沈み又は動いた結果金属管光ファイバケーブル１３０が破断に至った場合でも、金属管光ファイバケーブル１３０の動きはスペーサ部材２０４−４により規制され続けるので、金属管光ファイバケーブル１３０のセンサ部１３６−４の固定箇所Ｆ４には、不必要な曲げは発生しないのも図２１（ｃ）に示した場合と同様である。
【００９９】
このように、本実施形態では、一対（２つ）のスペーサ部材２０２、２０４を有し、それらスペーサ部材２０２、２０４を金属管光ファイバケーブル１３０の動きを規制する規制部材として機能するように、その大きさ及び固定箇所を決定しているので、保護カバー１９０の補強機能だけでなく、洗掘が生じていない（水中に露出していない）隣の洗掘検出ユニット１１１において金属管光ファイバケーブル１３０に不必要に曲げ変形が生じてしまうのを防止することができる。
【０１００】
従って、洗掘が生じた（水中に露出した）洗掘検出ユニット１１１においてのみ重錘１５０への金属管光ファイバケーブル１３０（のセンサ部１３６）の固定箇所で曲げ変形或いは破断を発生させることが可能となる。よって、洗掘検出の分解能を高めることができる。
【０１０１】
尚、スペーサ部材２０２等は、上述した保護カバー１９０の補強機能だけでなく、当該洗掘検出ユニット１１１では洗掘が生じておらず土砂中に埋まった状態において、両隣の洗掘検出ユニット１１１で洗掘が生じ、その重錘１５０が沈み又は動いた場合でも、金属管光ファイバケーブル１３０のセンサ部１３６の当該洗掘検出ユニット１１１の重錘１５０における固定点（固定金具１７０による固定点）には、不必要な曲げが発生しないように金属管光ファイバケーブル１３０の動きを規制する規制部材として機能するように、大きさ及びその固定箇所を規定されていれば良く、1個又は３個以上でも良い。
【０１０２】
以上、本発明の第１及び第２の実施形態では、図１に示したように、光ファイバ１３をその内部に挿通させた複数（３ライン）の洗掘検出装置１００を河川１０１の棚部（高水敷）１０３に、内側、中側、外側にループ状に形成し、双方向から測定を行うようにしたが、本発明はこれらの形態に限られず、単方向から測定を行う形態も適用可能である。
【０１０３】
以下、このような単方向から測定を行う本発明の第３の実施形態に係る光ファイバ式洗掘検出装置及びシステムについて述べる。図２２は、本発明の第３の実施形態に係る光ファイバ式洗掘検出装置及びシステムの全体構成を示す概念図である。図２３は、本発明の第３の実施形態の光ファイバ式洗掘検出システムの全体構成を示す機能ブロック図である。図２４は、本発明の第３の実施形態に係る光ファイバ式洗掘検出装置における洗掘の検出動作を説明するための図である。尚、第１及び第２の実施形態に係る光ファイバ式洗掘検出装置及びシステムの構成と同様の部分は同様の参照符号を付し、その説明は省略する。
【０１０４】
図２２に示すように、本実施形態の光ファイバ式洗掘検出システムでは、１本のラインを構成する金属管光ファイバケーブル１３０（とその内部の光ファイバ１３）をその内部に挿通させた複数（３ライン）の洗掘検出装置１００が河川１０１の棚部（高水敷）１０３に水流１０５の方向に沿った所定の間隔ごとに設けられている。これら金属管光ファイバケーブル１３０は、それぞれ内部を光ファイバ１３が挿通されており、各光ファイバ１３は洗掘検出装置１００の端部で屋外配線用光ケーブル１６内の光ファイバ（芯線）１３に融着され、これら屋外配線用光ケーブル１６により接続（ジョイント）ボックス１０８を介して観測小屋１０９内の光監視装置としてのＯＴＤＲ１１２（図２３参照）に接続されている。
【０１０５】
また、図２３に示すように、本実施形態の光ファイバ式洗掘検出システムは、観測小屋１０９内に設けられた観測セクション１１０と、棚部（高水敷）１０３等に設けられた計測セクション１２０から構成される。観測セクション１１０は、光監視装置としてのＯＴＤＲ１１２と、このＯＴＤＲ１１２に接続された制御用ＰＣ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ）１１４と、ＯＴＤＲ１１２に接続され多芯光ファイバケーブル５０の各光ファイバ（芯線）１３より構成される光チャンネルを選択する光チャンネルセレクタ（３ポート）１１６とを有している。計測セクション１２０は、多芯光ファイバケーブル５０の光ファイバ（芯線）１３を３ラインに分岐する接続（ジョイント）ボックス１０８と、ライン１、ライン２及びライン３の各ラインから成る洗掘検出装置１００とを有している。即ち、ライン１、ライン２及びライン３におけるそれぞれの洗掘検出装置１００は、先端側のＮｏ．１ユニットから基端側（接続ボックス１０８側）のＮｏ．３０ユニットまで合計３０の洗掘検出ユニット１１１を有している。各洗掘検出ユニット１１１の構成は、上述した第１及び第２の実施形態のものと同様である。
【０１０６】
尚、本実施形態では、１ラインの洗掘検出装置１００における洗掘検出ユニット１１１の個数は３０個としたが、３０個よりも少なくすることや多くすることは勿論可能である。
さて、河川１０１の棚部（高水敷）１０３における洗掘は、河川１０１の水流部分１０５の増水等により、図２２に破線８１、８２、８３で示すように、棚部（高水敷）１０３を段階的に侵食する形で発生していく。かかる洗掘（侵食）をどこでどの程度まで発生したかを検知する必要があり、更には、どのぐらいの速さで洗掘（侵食）が進んでいるかまで検知できるのが望ましい。
【０１０７】
上述した構成を有する本実施形態の光ファイバ式洗掘検出システムでは、増水等に伴って河川１０１の棚部（高水敷）１０３に水平方向の洗掘が生じた場合、図２２にそのイメージを示すように、洗掘が生じた箇所に設置された各ラインの先端側のＮｏ．１ユニットから順番に水流中又はその上に露出するようになる。そして、露出した各洗掘検出ユニット１１１における重錘１５０が、自重または水流１０５の抗力により、金属管光ファイバケーブル１３０のセンサ部１３６の固定箇所Ｆに負荷を与え曲げ変形あるいは破断を生じさせるのも上述した第１及び第２の実施形態のものと同様である。
【０１０８】
例えば、棚部（高水敷）１０３に、図２２に破線８１で示すような洗掘（侵食）が進んだ場合、ライン１とライン２において、先端側のＮｏ．１ユニットから順番にＮｏ．３ユニットまでが水流中等に露出したことが検知されるが、ライン３ではユニットの露出は全く検知されない。この結果、ライン１とライン２の２箇所で略３ｍ程度の洗掘（侵食）が進んだことが分かる。また、ライン３の箇所では、未だ、殆ど洗掘（侵食）が生じていないことが分かる。
【０１０９】
次に、棚部（高水敷）１０３に、図２２に破線８２で示すような洗掘（侵食）まで進んだ場合、ライン１において、更にＮｏ．４ユニットが水流中等に露出したことが検知され、これにより、ライン１の箇所で破線８１で示した場合よりも更に１ｍ程度の洗掘（侵食）が進んだことが分かる。また、ライン２において、更にＮｏ．４ユニット及びＮｏ．５ユニットが水流中等に露出したことが検知され、これにより、ライン２の箇所では破線８１で示した場合よりも更に２ｍ程度の洗掘（侵食）が進んだことが分かる。尚、ライン３では、依然としてユニットの分離は全く検知されないので、ライン３の箇所では、依然として洗掘（侵食）が生じていないことが分かる。
【０１１０】
続いて、棚部（高水敷）１０３に、図２２に破線８３で示すような洗掘（侵食）まで進んだ場合、ライン１において、更にＮｏ．５ユニットが水流中等に露出したことが検知され、これにより、ライン１の箇所で破線８２で示した場合より、更に１ｍ程度の洗掘（侵食）が進んだことが分かる。また、ライン２において、その後のユニットの露出は検知されない。これにより、ライン２の箇所では破線８２で示した場合より洗掘（侵食）が進んではいないことが分かる。尚、ライン３では、依然としてユニットの露出は全く検知されないので、ライン３の箇所では、依然として洗掘（侵食）が生じていないことが分かる。
【０１１１】
以上のように、本実施形態の光ファイバ式洗掘検出装置及びシステムによれば、ＯＴＤＲ１１２で計測することにより金属管光ファイバケーブル１３０（光ファイバ１３）の曲げ又は破断を検出することで、河川１０１の水流１０５に対して垂直方向の洗掘の度合いを広域に亘って検出することができる。
【０１１２】
ここで、図２４に示すように、本実施形態においても、上述した第２の実施形態と同様に、各洗掘検出ユニット１１１は、一対（２つ）のスペーサ部材２０２、２０４を有し、それらスペーサ部材２０２、２０４を金属管光ファイバケーブル１３０の動きを規制する規制部材として機能するように、その大きさ及び固定箇所を決定しているので、洗掘検出の分解能が高められている。従って、河川１０１の水流１０５に対して垂直方向の洗掘の度合いを高精度に検出することができる。
【０１１３】
また、本実施形態においては、ライン１、ライン２、ライン３のそれぞれにおける最先端の洗掘検出ユニット１１１（Ｎｏ．１ユニット）では、金属管光ファイバケーブル１３０が破断しても、その長さは変わらないので、破断を検出できない可能性が考えられる。そこで、本実施形態では、最先端の洗掘検出ユニット１１１（Ｎｏ．１ユニット）における重錘１５０上で金属管光ファイバケーブル１３０をその分だけ長く巻回してセンサ部１３６を形成しておくようにした。
【０１１４】
かかる構成及び作用効果を図２４を用いて説明する。尚、図２４において、（ａ）は、洗掘が生じていない状態、（ｂ）は、最先端の洗掘検出ユニット１１１（Ｎｏ．１ユニット）で洗掘が生じ、その重錘１５０が水流１０５中に露出して沈み又は動いた状態、（ｃ）は、更に、その重錘１５０が完全に分離して無くなった（流れ又は沈んでしまった）状態、（ｄ）は、更に、その次の洗掘検出ユニット１１１（Ｎｏ．２ユニット）まで洗掘が進み、その重錘１５０も水流１０５中に露出して沈み又は動いた状態、（ｅ）は、更に、その重錘１５０が完全に分離して無くなった（流れ又は沈んでしまった）状態を示している。尚、（ｂ）及び（ｃ）は、１ｍ洗掘（侵食）が進んだ場合、（ｃ）及び（ｄ）は、２ｍ洗掘（侵食）が進んだ場合を示している。
【０１１５】
図２４（ａ）において、本実施形態の光ファイバ式洗掘検出装置及びシステムでは、最先端の洗掘検出ユニット１１１（Ｎｏ．１ユニット）において、重錘１５０上で金属管光ファイバケーブル１３０のセンサ部１３６の曲げ半径は８０ｍｍ（直径１６０ｍｍ）として第１及び第２の実施形態のものと同様としたが、周長約５００ｍｍのところを、４周巻回するようにして３周分の約１５００ｍｍ、即ち、１．５ｍ分だけ長く巻回するようにした。このように最先端の洗掘検出ユニット１１１（Ｎｏ．１ユニット）だけ約１．５ｍ分長く巻回するようにしたが、その作業は、型を用いて据付現場で巻回する時に、最先端の洗掘検出ユニット１１１（Ｎｏ．１ユニット）だけ、型の周りに４周巻回するようにすれば良いので、簡単である。
【０１１６】
さて、図２４（ａ）に示すように、当該ラインにおいて、最先端の洗掘検出ユニット１１１（Ｎｏ．１ユニット）においても洗掘が生じていない状態では、当該洗掘検出ユニット１１１（Ｎｏ．１ユニット）の重錘１５０は水流１０５中に露出することは無く、高水敷１０３の土砂中に埋まったままである。
【０１１７】
これに対して、１ｍ洗掘（侵食）が進み、図２４（ｂ）に示すように、最先端の洗掘検出ユニット１１１（Ｎｏ．１ユニット）において洗掘が生じると、その重錘１５０―１は水流１０５中に露出し、自重または水流１０５の抗力により沈み又は動く結果、金属管光ファイバケーブル１３０のセンサ部１３６の固定箇所Ｆに負荷を与える。これと同時に、上述したように保護カバー１９０−１は重錘１５０―１に載置してあるだけなので、保護カバー１９０−１は重錘１５０―１から分離していく。ここで、重錘１５０−１が水流１０５中に露出すると、自重または水流１０５の抗力により沈み又は動く結果、そのセンサ部１３６−１の固定箇所Ｆ１に負荷を与える。
【０１１８】
そして、露出した重錘１５０−１の負荷によってセンサ部１３６−１の固定箇所Ｆ１で曲げ変形を生じる。従って、ＯＴＤＲ１１２で金属管光ファイバケーブル１３０（光ファイバ１３）の曲げによる光の損失を計測することにより、最先端の洗掘検出ユニット１１１（Ｎｏ．１ユニット）において洗掘が生じたこと、即ち、当該ラインの最先端部で約１ｍの洗掘が発生したことを検出することができる。尚、保護カバー１９０−１は重錘１５０―１から分離するので、スペーサ部材２０２−１も（２０４−１も）センサ部１３６−１の固定箇所Ｆ１での曲げ変形を規制する部材として機能することは無い。
【０１１９】
この図２４（ｂ）に示す場合において、露出した重錘１５０−１の負荷によって金属管光ファイバケーブル１３０には張力が働くが、次の洗掘検出ユニット１１１（Ｎｏ．２ユニット）では洗掘が生じておらず土砂中に埋まった状態にあり、保護カバー１９０−２は重錘１５０―２に載置されたままなので、隣の重錘１５０−１の負荷によって金属管光ファイバケーブル１３０に張力が働いたとしても、金属管光ファイバケーブル１３０の動きはスペーサ部材２０２−２により規制され、金属管光ファイバケーブル１３０のセンサ部１３６−２の固定箇所Ｆ２に不必要な曲げが発生しなくなるのは、上述した第２の実施形態と同様である。
【０１２０】
更に、図２４（ｃ）は、重錘１５０―１が更に沈み又は動いた結果、金属管光ファイバケーブル１３０のセンサ部１３６−１の固定箇所Ｆ１で破断した様子を示している。
【０１２１】
ところで、このように重錘１５０―１が更に沈み又は動いた結果金属管光ファイバケーブル１３０が破断に至った場合でも、仮に、最先端の洗掘検出ユニット１１１（Ｎｏ．１ユニット）における重錘１５０上で金属管光ファイバケーブル１３０を巻回する長さがＮｏ．２ユニット以降と変わらなければ、金属管光ファイバケーブル１３０が破断しても、その長さは変わらないので、この破断を検出できない虞がある。
【０１２２】
しかしながら、本実施形態では、最先端の洗掘検出ユニット１１１（Ｎｏ．１ユニット）における重錘１５０上で金属管光ファイバケーブル１３０を約１．５ｍ分だけ長く巻回してセンサ部１３６−１を形成してあるので、金属管光ファイバケーブル１３０のセンサ部１３６−１の固定箇所Ｆ１で破断すれば、ＯＴＤＲ１１２のトレースデータ上も端面のフレネル反射による立ち上がりの位置（図１７乃至図１９参照）が１．５ｍ分だけずれるので、これを確実に検出することが可能である。
【０１２３】
続いて、図２４（ｄ）に示すように、次の洗掘検出ユニット１１１―２（Ｎｏ．２ユニット）まで洗掘が進み、その重錘１５０−２も水流１０５中に露出すると、自重または水流１０５の抗力により沈み又は動く結果、そのセンサ部１３６−２の固定箇所Ｆ２に負荷を与える。そして、露出した重錘１５０−２の負荷によってセンサ部１３６−２の固定箇所Ｆ２で曲げ変形を生じるので、ＯＴＤＲ１１２で金属管光ファイバケーブル１３０（光ファイバ１３）の曲げによる光の損失を計測することにより、更に、次の洗掘検出ユニット１１１―２（Ｎｏ．２ユニット）において洗掘が生じたこと、即ち、当該ラインの最先端部から約２ｍ分まで洗掘が進んだことを検出することができる。
【０１２４】
更に、図２４（ｅ）は、重錘１５０―２が更に沈み又は動いた結果、金属管光ファイバケーブル１３０のセンサ部１３６−２の固定箇所Ｆ２で破断した様子を示している。
【０１２５】
このように、本実施形態では、最先端の洗掘検出ユニット１１１（Ｎｏ．１ユニット）における重錘１５０上で金属管光ファイバケーブル１３０を約１．５ｍ分だけ長く巻回してセンサ部１３６−１を形成してあるので、金属管光ファイバケーブル１３０のセンサ部１３６−１の固定箇所Ｆ１で破断すれば、この破断をＯＴＤＲ１１２のトレースデータ上確実に検出することができる。尚、最先端の洗掘検出ユニット１１１（Ｎｏ．１ユニット）における重錘１５０上で金属管光ファイバケーブル１３０は、少なくとも１．２５ｍ分程度余分に巻いておけば足りる。
【０１２６】
以上、第１乃至第３の実施形態に係る光ファイバ式洗掘検出装置及びシステムによれば、河川１０１の棚部（高水敷）１０３に対する取り付け・設置等の施工性に優れると共に、監視対象物である棚部（高水敷）１０３に生じた洗掘を光ファイバの伝播光量の変化に効率良く作用させ得る構造を有している。また、比較的低コストでシステムを設置可能であるという大きな利点を有している。即ち、本実施形態では、洗掘検出装置１００は構造が簡単であるため比較的安価に製作することができ、また、測定にも比較的安価なＯＴＤＲ１１２を用いているため、広範囲に亘る洗掘検出システムを低コストで構築することができる。
【０１２７】
尚、本発明の光ファイバ式洗掘検出システムを河川堤防等における災害防止対策に用いても、センサ部が光ファイバのため、誘導及び耐雷対策をとる必要が無い。
【０１２８】
このように、第１乃至第３の実施形態に係る光ファイバ式洗掘検出装置及びシステムによれば、河川１０１の水流１０５と平行（水平）な方向或いは垂直な方向における洗掘を有効に検出することができる上に、洗掘深度又は洗掘長が大きい場合にも適用でき、且つ、低コスト化も可能となる。特に、大規模なエリアに亘って敷設する場合に、構成の簡単さ、作業性、コスト等の点で本発明の意義は大変大きくなる。
【０１２９】
以上、本発明について実施の形態をもとに説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１３０】
本発明は、河川における洗掘の発生の有無及び洗掘の度合いを検出する装置等のみならず、他にも、海や湖における同様の洗掘を検出する装置等にも用いることができる。更に、例えば、道路斜面モニタリングや地すべり検知等のための装置、システム、方法等にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１３１】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る光ファイバ式洗掘検出装置及びシステムの全体構成を示す概念図
【図２】図１に示す光ファイバ式洗掘検出システムにおける１ラインの洗掘検出装置の一部の洗掘検出ユニットを拡大して示す平面図
【図３】図１に示す光ファイバ式洗掘検出システムにおける１ラインの洗掘検出装置の一部の洗掘検出ユニットを拡大して示す正面図
【図４】図２に示す一の洗掘検出ユニットに保護カバーを取り付けた状態を示す図であり、（ａ）はその平面図、（ｂ）はその側面側から見た斜視図
【図５】、図２に示す一の洗掘検出ユニットの保護カバーを取り外した状態を示す平面図
【図６】図２に示す一の洗掘検出ユニットの重錘に光ファイバ固定用のアンカーを打ち込んだ状態を示す斜視図
【図７】光ファイバ固定用金具を示す斜視図
【図８】図２に示す一の洗掘検出ユニットにおいて光ファイバ固定用金具により光ファイバを固定した状態を示す平面図
【図９】図２に示す一の洗掘検出ユニットにおいて光ファイバ固定用金具により光ファイバを固定した状態を示す斜視図
【図１０】図２に示す一の洗掘検出ユニットの保護カバーとスペーサを示す図であり、（ａ）はその正面側から見た斜視図、（ｂ）はその底面側から見た斜視図、（ｃ）はその側面図
【図１１】図２に示す一の洗掘検出ユニットの保護カバーへのスペーサの溶接方法を示す図
【図１２】図２に示すダブルフレキシブルチューブの一部を示す図であり、（ａ）はその断面図、（ｂ）はその取り付けイメージを示す図
【図１３】図２に示す一の洗掘検出ユニット１１１における金属管光ファイバケーブル１３０の屈曲の生じ方を示す図
【図１４】図２に示す一の洗掘検出ユニット１１１に洗掘による変位が生じた場合の重錘１５０及び金属管光ファイバケーブル１３０の動きを説明するための図であり、（ａ）はその平面図、（ｂ）はその正面図
【図１５】本発明の第１の実施形態の光ファイバ式洗掘検出システムにおけるＯＴＤＲ１１２を用いた洗掘の検出方法を説明するための図
【図１６】本発明の第１の実施形態の光ファイバ式洗掘検出システムの全体構成を示す機能ブロック図
【図１７】ＯＴＤＲ１１２を用いたトレースデータの一例を示す図であり、その設置時のトレース波形を示すグラフ
【図１８】ＯＴＤＲ１１２を用いたトレースデータの一例を示す図であり、その光ファイバに曲げが発生した時のトレース波形を示すグラフ
【図１９】ＯＴＤＲ１１２を用いたトレースデータの一例を示す図であり、その光ファイバに破断が発生した時のトレース波形を示すグラフ
【図２０】図１に示す１ラインの洗掘検出装置における洗掘の検出動作を説明するための図
【図２１】本発明の第２の実施形態に係る光ファイバ式洗掘検出装置及びシステムにおける洗掘の検出動作を説明するための図
【図２２】本発明の第３の実施形態に係る光ファイバ式洗掘検出装置及びシステムの全体構成を示す概念図
【図２３】本発明の第３の実施形態の光ファイバ式洗掘検出システムの全体構成を示す機能ブロック図
【図２４】本発明の第３の実施形態に係る光ファイバ式洗掘検出装置における洗掘の検出動作を説明するための図
【符号の説明】
【０１３２】
１３ 光ファイバ、 １６ 屋外配線用光ケーブル、１００ 洗掘検出装置、
１０１ 河川、 １０２ 川底、 １０３ 棚部（高水敷）、１０４ 堤防、
１０５ 河川の水流部分、１０９ 観測小屋、１１１ 洗掘検出ユニット、
１１２ ＯＴＤＲ、 １３０ 金属管光ファイバケーブル、１３６ 巻回部、
１５０ 重錘、 １６０ アンカー、１７０ 固定金具、
１８０ 保護用割型ダブルフレキシブルチューブ、１９０ 保護カバー、
２００ スペーサ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ファイバが内部に挿通された金属管光ファイバケーブルと該金属管光ファイバケーブルの一部を含む複数の検出ユニットを用いて監視対象物に生じる洗掘を段階的に検出する光ファイバ式洗掘検出装置であって、
各検出ユニットは、
巻回部を含む前記金属管光ファイバケーブルの一部と、
前記金属管光ファイバケーブルの巻回部の固定点及び負荷点となる重錘と、
前記金属管光ファイバケーブルの巻回部と前記重錘とを固定すると共に前記金属管光ファイバケーブルに曲げ変形または破断を生じさせる固定金具と、を有することを特徴とする光ファイバ式洗掘検出装置。
【請求項２】
請求項１記載の光ファイバ式洗掘検出装置において、
前記金属管光ファイバケーブルは塑性変形可能に構成され、
更に、外部からのカによる前記巻回部での局所的変形を防止するための保護カバーと、 前記重錘間部分での曲げ変形を防止するための保護用フレキシブルチューブと、を有することを特徴とする光ファイバ式洗掘検出装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載の光ファイバ式洗掘検出装置において、更に、前記金属管光ファイバケーブルの巻回部を前記固定金具により前記重錘に固定するために、該重錘に埋め込まれたアンカーを有することを特徴とする光ファイバ式洗掘検出装置。
【請求項４】
請求項１乃至３記載の光ファイバ式洗掘検出装置において、前記保護カバーは、前記重錘上に載置されることにより前記巻回部での局所的変形を防止すると共に、該保護カバーと前記重錘間に配置されるスペーサを有することを特徴とする光ファイバ式洗掘検出装置。
【請求項５】
請求項４記載の光ファイバ式洗掘検出装置において、前記スペーサは前記重錘における固定点に不必要な曲げが発生しないように前記金属管光ファイバケーブルの動きを規制する規制部材として機能するように、その大きさ及びその固定箇所を規定されていることを特徴とする光ファイバ式洗掘検出装置。
【請求項６】
請求項１乃至５記載の光ファイバ式洗掘検出装置において、前記複数の検出ユニットのうち洗掘を最先の段階で検出する検出ユニットに対応する前記金属管光ファイバケーブルの巻回部は、他の巻回部よりも長めに巻回されていることを特徴とする光ファイバ式洗掘検出装置。
【請求項７】
請求項１乃至６記載の光ファイバ式洗掘検出装置が、少なくとも１本のラインを構成する前記光ファイバの所定の間隔ごとで、且つ、前記監視対象物の所定の間隔ごとに複数設けられると共に、前記少なくとも１本のラインを構成する前記光ファイバを伝播する光を監視する光監視装置を備えていることを特徴とする光ファイバ式洗掘検出システム。
【請求項１】
光ファイバが内部に挿通された金属管光ファイバケーブルと該金属管光ファイバケーブルの一部を含む複数の検出ユニットを用いて監視対象物に生じる洗掘を段階的に検出する光ファイバ式洗掘検出装置であって、
各検出ユニットは、
巻回部を含む前記金属管光ファイバケーブルの一部と、
前記金属管光ファイバケーブルの巻回部の固定点及び負荷点となる重錘と、
前記金属管光ファイバケーブルの巻回部と前記重錘とを固定すると共に前記金属管光ファイバケーブルに曲げ変形または破断を生じさせる固定金具と、を有することを特徴とする光ファイバ式洗掘検出装置。
【請求項２】
請求項１記載の光ファイバ式洗掘検出装置において、
前記金属管光ファイバケーブルは塑性変形可能に構成され、
更に、外部からのカによる前記巻回部での局所的変形を防止するための保護カバーと、 前記重錘間部分での曲げ変形を防止するための保護用フレキシブルチューブと、を有することを特徴とする光ファイバ式洗掘検出装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載の光ファイバ式洗掘検出装置において、更に、前記金属管光ファイバケーブルの巻回部を前記固定金具により前記重錘に固定するために、該重錘に埋め込まれたアンカーを有することを特徴とする光ファイバ式洗掘検出装置。
【請求項４】
請求項１乃至３記載の光ファイバ式洗掘検出装置において、前記保護カバーは、前記重錘上に載置されることにより前記巻回部での局所的変形を防止すると共に、該保護カバーと前記重錘間に配置されるスペーサを有することを特徴とする光ファイバ式洗掘検出装置。
【請求項５】
請求項４記載の光ファイバ式洗掘検出装置において、前記スペーサは前記重錘における固定点に不必要な曲げが発生しないように前記金属管光ファイバケーブルの動きを規制する規制部材として機能するように、その大きさ及びその固定箇所を規定されていることを特徴とする光ファイバ式洗掘検出装置。
【請求項６】
請求項１乃至５記載の光ファイバ式洗掘検出装置において、前記複数の検出ユニットのうち洗掘を最先の段階で検出する検出ユニットに対応する前記金属管光ファイバケーブルの巻回部は、他の巻回部よりも長めに巻回されていることを特徴とする光ファイバ式洗掘検出装置。
【請求項７】
請求項１乃至６記載の光ファイバ式洗掘検出装置が、少なくとも１本のラインを構成する前記光ファイバの所定の間隔ごとで、且つ、前記監視対象物の所定の間隔ごとに複数設けられると共に、前記少なくとも１本のラインを構成する前記光ファイバを伝播する光を監視する光監視装置を備えていることを特徴とする光ファイバ式洗掘検出システム。
【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】
【公開番号】特開２００７−２９２５３０（Ｐ２００７−２９２５３０Ａ）
【公開日】平成１９年１１月８日（２００７．１１．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１１８７６４（Ｐ２００６−１１８７６４）
【出願日】平成１８年４月２４日（２００６．４．２４）
【出願人】（５０１０２８３９０）国土交通省北陸地方整備局長 (12)
【出願人】（０００１４２０６７）株式会社共和電業 (52)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年１１月８日（２００７．１１．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年４月２４日（２００６．４．２４）
【出願人】（５０１０２８３９０）国土交通省北陸地方整備局長 (12)
【出願人】（０００１４２０６７）株式会社共和電業 (52)
【Ｆターム（参考）】
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