土中水分水位検出装置及びこれを用いた斜面崩壊予知システム
【課題】 斜面の土中水分量と地下水位を測定することで斜面崩壊の発生を予知する斜面崩壊予知システムにおいて、設置作業やメンテナンス作業の負担を増すことなく、単一の装置で土中水分量と地下水位の両方を測定可能とする手段を提供する。
【解決手段】 本発明に係る土中水分水位検出装置３は、一端が密封され他端が開口された管状の部材で土中２１に埋め込まれる超音波導波管６、及び超音波導波管６の密封側に設けられる超音波送受信素子を有する検出器５と、反射波３２の最大振幅に基づいて土中水分量を検出する一方、超音波３０の送信から反射波３２の受信までに要する伝播時間に基づいて地下水位面３３の位置を検出する制御部２５と、を備えるものである。また、斜面崩壊予知システム１は、土中水分水位検出装置３が斜面２に設置され、制御部２５が、反射波３２の最大振幅及び伝播時間に基づいて、斜面２が崩壊する旨の警報を発するものである。
【解決手段】 本発明に係る土中水分水位検出装置３は、一端が密封され他端が開口された管状の部材で土中２１に埋め込まれる超音波導波管６、及び超音波導波管６の密封側に設けられる超音波送受信素子を有する検出器５と、反射波３２の最大振幅に基づいて土中水分量を検出する一方、超音波３０の送信から反射波３２の受信までに要する伝播時間に基づいて地下水位面３３の位置を検出する制御部２５と、を備えるものである。また、斜面崩壊予知システム１は、土中水分水位検出装置３が斜面２に設置され、制御部２５が、反射波３２の最大振幅及び伝播時間に基づいて、斜面２が崩壊する旨の警報を発するものである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、単一の装置で土中水分量と地下水位の両方を検出可能な土中水分水位検出装置、及びこれを用いて検出した土中水分量と地下水位に基づいて斜面の崩壊を予知する斜面崩壊予知システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年我が国では、梅雨期や台風襲来期の降雨によって斜面崩壊が多発しており、その被害を最小限に抑えるべく、斜面の崩壊危険度を評価して斜面崩壊の発生を予知する斜面崩壊予知システムが提唱されている。ここで、降雨による斜面崩壊の主たる発生原因としては、土中水分量の増加に伴って土の自重が増すこと、及び地下水位面の上昇に伴って斜面のせん断強度が低下することの２点が挙げられる。従って、斜面の崩壊危険度を評価する際には、土中水分量と地下水位の２つが有効な指標となる。
【０００３】
土中水分量を測定する装置としては、土中の間隙水圧を計測するテンシオメータ（特許文献１参照）が従来用いられている。ここで、間隙水圧とは、土を土粒子と間隙流体とに分けた時、間隙流体である水の圧力のことを意味する。そして、特許文献１の図１に示されるように、テンシオメータの内部には、脱気水すなわち溶解した空気を人工的に除去した水が充填される。
【０００４】
また、土中水分量を測定する他の装置としては、土中の誘電率変化を計測する誘電率土中水分計（特許文献２参照）も従来用いられている。この誘電率土中水分計は、例えば特許文献２の図１に示されるように、高周波信号を発する高周波発信器１と、発せられた高周波信号を伝達するケーブル３０と、入力された高周波信号を共振させて出力するキャピティ共振器２と、出力された高周波信号を伝達するケーブル３８と、出力された高周波信号を受信して共振点を検出する検出器３とから構成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−５８２０２号公報
【特許文献２】特開平０９−２４３５７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、テンシオメータは、上述のように内部に脱気水が充填される構造であるため、夏季には脱気水が乾燥した土に多量に吸収されやすく、また冬季には脱気水が凍結しやすいという特性を有している。従って、テンシオメータによる間隙水圧の正確な計測を年間を通じて行うためには、抜け出した脱気水を補充する或いは凍結した脱気水を解凍するといったメンテナンスが必要であり、斜面上での危険なメンテナンス作業が定期的に要求されるという問題がある。
【０００７】
一方、誘電率水分計は、テンシオメータのように頻繁なメンテナンス作業は要求されない。しかし、特許文献２の図１に示さされるように、誘電率水分計の設置に際しては、設置しようとする深さまで斜面を掘削してキャピティ共振器２を埋め込んだ後、ケーブル３０やケーブル３８を地上まで引き出して高周波発信器１や検出器３と接続する必要があり、設置作業が面倒という問題がある。また、誘電率水分計は、土中の水分が塩分を含んでいる場合、その影響によって誘電率を正確に測定することができないという問題もある。
【０００８】
また、テンシオメータや誘電率水分計は、土中水分量を測定することはできるが、斜面の危険度を評価する上でもう１つの重要な指標である地下水位を測定することはできない。従って、斜面崩壊予知システムを構築するためには、テンシオメータや誘電率水分計とは別に、地下水位を測定するための装置も斜面に設置する必要があり、装置数が多くなる分、その設置作業が面倒であるとともにコストアップにもつながるという問題がある。
【０００９】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、斜面の土中水分量と地下水位を検出することで斜面崩壊の発生を予知する斜面崩壊予知システムにおいて、設置作業やメンテナンス作業の負担を増すことなく、単一の装置で土中水分量と地下水位の両方を検出可能とする手段を提供する。
【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に係る土中水分水位検出装置は、一端が密封され他端が開口された管状の部材であって、開口側を下にして内部に土が入らないように土中に埋め込まれる超音波導波管、該超音波導波管の内部における密封側に設けられ、開口側に向けて超音波を送信する超音波送信素子、及び前記超音波導波管の内部における密封側に設けられ、前記超音波送信素子から送信された超音波のうち、開口側端部の土表面で反射して或いは前記超音波導波管の内部に浸入した地下水位面で反射して戻ってきた反射波を受信する超音波受信素子、を有する検出器と、前記超音波導波管の開口側端部付近での土中水分量を、前記超音波受信素子が受信した反射波の最大振幅に基づいて検出する一方、土中の地下水位の位置を、前記超音波送信素子が超音波を送信してから前記超音波受信素子がその反射波を受信するまでに要する伝播時間に基づいて検出する制御部と、を備えるものである。
【００１１】
また、本発明に係る土中水分水位検出装置は、両端が密封された管状の部材であって、前記検出器の超音波導波管と略平行に同じ深さ位置まで土中に埋め込まれる超音波導波管、該超音波導波管の内部における上端側に設けられ、下端側に向けて超音波を送信する超音波送信素子、及び前記超音波導波管の内部における上端側に設けられ、前記超音波送信素子から送信された超音波のうち、前記超音波導波管の内部底面に予め敷き詰められた性状が既知である土の表面で反射して戻ってきた反射波を受信する超音波受信素子、を有する温度補正器を更に備え、前記制御部が、前記検出器で検出した前記反射波の最大振幅及び前記伝播時間を、前記温度補正器で検出した前記反射波の最大振幅及び前記伝播時間により温度補正するものである。
【００１２】
また、本発明に係る土中水分水位検出装置は、前記温度補正器が、前記検出器と一体的に構成されたものである。
【００１３】
また、本発明に係る土中水分水位検出装置を用いた斜面崩壊予知システムは、前記検出器の超音波導波管に、内部の空気を外部へ排出するための空気排出孔が形成されたものである。
【００１４】
また、本発明に係る土中水分水位検出装置を用いた斜面崩壊予知システムは、前記空気排出孔が、前記検出器の超音波導波管の外部から内部へ向かって上向きに傾斜するように形成されたものである。
【００１５】
また、本発明に係る土中水分水位検出装置を用いた斜面崩壊予知システムは、土中水分水位検出装置が斜面に設置され、前記制御部が、前記反射波の最大振幅及び前記伝播時間の検出結果に基づいて、前記斜面が崩壊する危険性が高い旨の警報を発するものである。
【００１６】
また、本発明に係る土中水分水位検出装置を用いた斜面崩壊予知システムは、前記土中水分水位検出装置が１個設置され、前記制御部が、前記反射波の最大振幅が所定値以上に達した状態が所定時間以上連続して継続した時に、前記斜面の崩壊危険性が危険度レベル１に達したと判定した後、前記伝播時間が減少し始めた時に、前記斜面の崩壊危険性が危険度レベル２に上がったと判定し、前記危険度レベル１が継続した時間と前記危険度レベル２に上がってからの経過時間との関係に基づいて、前記警報を発するものである。
【００１７】
前記土中水分水位検出装置が複数個設置され、前記制御部が、前記反射波の最大振幅が所定値以上に達した状態が所定時間以上連続して継続した前記土中水分水位検出装置の数がＮ１個に達した時に、前記斜面の崩壊危険性が全体系危険度レベル１になったと判定し、その後、前記Ｎ１個のうち前記伝播時間が減少し始めた前記土中水分水位検出装置の数がＮ２個に達した時に、前記斜面の崩壊危険性が全体系危険度レベル１から全体系危険度レベル２に上がったと判定し、前記警報を発するものである。
【００１８】
また、本発明に係る土中水分水位検出装置を用いた斜面崩壊予知システムは、前記検出器の超音波導波管が、その密封側端部を地表より上に露出させるようにして、土中に埋め込まれたものである。
【００１９】
また、本発明に係る土中水分水位検出装置を用いた斜面崩壊予知システムは、前記検出器の超音波導波管が、その全体を地表より下に位置させるようにして、土中に埋め込まれたものである。
【００２０】
また、本発明に係る土中水分水位検出装置を用いた斜面崩壊予知システムは、前記検出器の超音波導波管の開口側端部に、粒径分布が既知である標準土が敷き詰められたものである。
【発明の効果】
【００２１】
本発明に係る土中水分水位検出装置によれば、前記制御部が、超音波導波管の開口側端部付近での土中水分量を、超音波受信素子が受信した反射波の最大振幅に基づいて検出する一方、土中の地下水位の位置を、超音波送信素子が超音波を送信してから前記超音波受信素子がその反射波を受信するまでに要する伝播時間に基づいて検出するので、単一の土中水分水位検出装置によって土中水分量と地下水位の両方を検出することができる。従って、土中水分量を検出する装置と地下水位を検出する装置とを別々に設置する場合と比較して、装置設置作業の簡略化及びコストダウンを図ることができる。
【００２２】
また、本発明に係る土中水分水位検出装置によれば、検出器の超音波送信素子や超音波受信素子は送信特性や受信特性に大きな温度依存性を有しているが、検出器で検出した反射波の最大振幅や超音波の伝播時間が温度補正器によって補正されるので、温度変化の激しい環境下に土中水分水位検出装置を設置する場合でも、土中水分量や地下水位を正確に検出することができる。
【００２３】
また、本発明に係る土中水分水位検出装置によれば、温度補正器が検出器と一体的に構成されるので、検出器と温度補正器とを所定距離だけ離して設置する場合と比較して、検出器と温度補正器との間で設置場所の違いによる温度差が生じにくいので、より正確に検出器の温度補正を行うことができる。また、検出器と温度補正器とを一体構成した方が、検出器と温度補正器とを別々に土中に埋め込むのと比較して、設置作業を簡略化することができる。
【００２４】
また、本発明に係る土中水分水位検出装置によれば、検出器の超音波導波管に空気排出孔が形成されたことにより、地下水位面が超音波導波管の内部に浸入すると、押し出された超音波導波管の内部の空気が空気排出孔を通って外部へ排出される。これにより、超音波導波管の内部でも外部と同様に地下水位面が上昇するので、超音波導波管の内部において地下水位の正確な検出が可能となる。
【００２５】
また、本発明に係る土中水分水位検出装置によれば、空気排出孔が超音波導波管の外部から内部へ向かって上向きに傾斜するように形成されたことにより、降雨時に空気排出孔を通って超音波導波管の外部から内部へ水が浸入しにくく、地下水位を正確に検出することができる。
【００２６】
また、本発明に係る土中水分水位検出装置を用いた斜面崩壊予知システムによれば、土中水分水位検出装置が斜面に設置され、制御部が、斜面が崩壊する危険性が高い旨の警報を発するので、システム使用者は、斜面崩壊の発生を予知して事前に避難等の措置を取ることができる。また、単一の土中水分水位検出装置によって土中水分量と地下水位の両方を検出することができるので、土中水分量を検出する装置と地下水位を検出する装置とを別々に斜面に設置する場合と比較して、装置設置作業の簡略化及びコストダウンを図ることができる。また、斜面崩壊が発生する恐れの低い場合、すなわち土が乾燥状態や含水状態の時は、反射波の最大振幅や超音波の伝播時間の様子を常時監視することにより、システムが正常に動作していることを確認することができる。
【００２７】
また、本発明に係る土中水分水位検出装置を用いた斜面崩壊予知システムによれば、土中水分水位検出装置が１個設置され、制御部が、斜面の崩壊危険性について危険度レベル１が継続した時間と危険度レベル２に上がってからの経過時間との関係に基づいて、警報を発するので、制御の簡略化及びコストダウンを図ることができる。
【００２８】
また、本発明に係る土中水分水位検出装置を用いた斜面崩壊予知システムによれば、土中水分水位検出装置が複数個設置され、制御部が、斜面の崩壊危険性が全体系危険度レベル１になったと判定した後、全体系危険度レベル２に上がったと判定した時点で警報を発するので、ある１つの検出器に生じた誤作動等によって警報を発することがなく、検知精度を向上させることができる。
【００２９】
また、本発明に係る土中水分水位検出装置を用いた斜面崩壊予知システムによれば、検出器の超音波導波管が、その密封側端部を地表より上に露出させるようにして土中に埋め込まれるので、検出器の超音波送信素子や超音波受信素子の配線を超音波導波管の密封側端部から外部へ引き出す場合に、配線も地表より上に露出した状態となるので、この配線を制御部等に接続する作業を行い易い。
【００３０】
また、本発明に係る土中水分水位検出装置を用いた斜面崩壊予知システムによれば、検出器の超音波導波管が、その全体を地表より下に位置させるようにして、土中に埋め込まれるので、超音波導波管の長さによらず、地表から深い位置に検出器を設置することができる。
【００３１】
また、本発明に係る土中水分水位検出装置を用いた斜面崩壊予知システムによれば、検出器の超音波導波管の開口側端部に標準土が敷き詰められるので、開口側端部における超音波の反射状態が安定し、超音波受信素子で十分な強度の反射波を受信することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の第１実施例における斜面崩壊予知システム１の構成を示す模式図。
【図２】土中水分水位検出装置３を構成する検出器５を示す概略縦断面図。
【図３】検出器５の変形例を示す概略縦断面図。
【図４】検出器５の変形例の効果を説明するための説明図。
【図５】検出器５の他の設置例を示す概略縦断面図。
【図６】検出器５の他の設置例を示す概略縦断面図。
【図７】土中水分水位検出装置３を構成する測定器６の構成を示すブロック図。
【図８】地下水位面３３の上昇を説明するための概略縦断面図。
【図９】土の状態と反射波３２の波形との関係を示す図。
【図１０】雨が降り始めてからの経過時間と反射波３２の最大振幅との関係の一例、及び当該経過時間と超音波３０の伝播時間との関係の一例を示した図。
【図１１】第２実施例に係る斜面崩壊予知システム４０の構成を示す模式図。
【図１２】図１１の検出器５及び温度補正器４３を拡大した部分拡大縦断面図。
【図１３】検出器５及び温度補正器４３の変形例を示す概略縦断面図。
【図１４】第３実施例に係る斜面崩壊予知システム５０の構成を示す模式図。
【図１５】測定器５３の構成を示すブロック図。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
まず、本発明の第１実施例に係る斜面崩壊予知システムについて説明する。図１は、第１実施例に係る斜面崩壊予知システム１の構成を示す模式図である。斜面崩壊予知システム１は、対象となる斜面２に設置されて土中水分量及び地下水位を検出する土中水分水位検出装置３と、この土中水分水位検出装置３の検出結果に基づいて斜面崩壊が発生する危険性が高い状態である旨の警報を発する警報装置４と、を備えるものである。尚、土中水分水位検出装置３を設置する斜面２は、山間部等の自然斜面はもちろん、人工的に造成された法面であってもよい。
【００３４】
土中水分水位検出装置３は、図１に示すように、斜面２に埋め込んで設置された１個の検出器５と、この検出器５と電気的に接続された測定器６と、を有している。一方、警報装置４は、システム使用者の視覚，聴覚，嗅覚等に訴えることで危険な状態を認識させ得る手段であって、例えば、視覚に訴えるランプや液晶表示画面、聴覚に訴えるスピーカ等を用いることが可能である。
【００３５】
図２は、土中水分水位検出装置３を構成する検出器５を示す概略縦断面図である。検出器５は、中空の超音波導波管６の内部における一端側に、ダンパー材７を介して超音波トランスデューサ８（超音波送信素子及び超音波受信素子）が設けられてなるものである。ここで、超音波導波管６は、両端が開口された管状の導波管本体９に、その一端側開口を塞いで蓋部材１０を取り付けたものである。ここで、導波管本体９は、長さが３０ｃｍ〜２ｍ程度の真ちゅう製のパイプであって、その内径が略１８ｍｍ、外径が略２２ｍｍである。そして、この導波管本体９の内周面は滑らかに形成され、内部を伝播する超音波がぶつかった時に散乱することなく一定方向に反射しやすくなっている。また、導波管本体９の前記一端側には、外部から内部へ向かって上向きに傾斜するようにして、超音波導波管６の内部の空気を外部へ排出するための空気排出孔３４が貫通形成されている。尚、図２に詳細は示さないが、この空気排出孔３４は導波管本体９の周方向に沿って複数個形成されており、いずれかの空気排出孔３４に土等が詰まっても、他の空気排出孔３４から空気が排出されるようになっている。一方、蓋部材１０は、円柱形状を有する真ちゅう製の部材であって、その径は導波管本体９の外径と同程度に形成されている。そして、この蓋部材１０には、その中心部を貫通して配線引き出し孔１１が形成されるとともに、その内側面を覆ってアルミ板１２が貼り付けられている。これにより、超音波導波管６の一端部は、配線引き出し孔１１の存在に拘わらず、アルミ板１２によって密封された状態となっている。尚、導波管本体９の材質，断面形状，及び長さ等は、本実施例に限定されず適宜設計変更が可能であり、それに合わせて蓋部材１０やアルミ板１２も設計変更が可能である。
【００３６】
他方、検出器５を構成する超音波トランスデューサ８は、圧電効果によって電気信号と機械的振動とをエネルギー変換するデバイスであって、図２に示すように、超音波を送信または受信する送受信兼用素子部１３と、この素子部から引き出された配線１４とを有している。送受信兼用素子部１３は、図に詳細は示さないが、半導体基板の上に超音波送信と超音波受信とを兼用する素子が配置されたものであって、ある周波数の電気信号を与えると、その周波数の超音波を超音波送信素子が出力する一方、ある周波数の超音波を超音波受信素子が受信すると、その周波数の電気信号を出力する。このように構成される超音波トランスデューサ８は、図２に示すように、その送受信兼用素子部１３が、蓋部材１０の内側面を覆うアルミ板１２に対してダンパー材７を介して固定されている。このダンパー材７は、例えばシリコーンゴムからなるものであって、超音波トランスデューサ８の振動が超音波導波管６に伝達するのを防止し、或いは超音波導波管６の振動が超音波トランスデューサ８に伝達するのを防止するものである。そして、送受信兼用素子部１３から伸びる配線１４が、ダンパー材７とアルミ板１２とを挿通され、蓋部材１０の配線引き出し孔１１を通して超音波導波管６の外部へと引き出されている。
【００３７】
尚、本実施例では、超音波導波管６への取り付けスペース等を考慮して、送信機能と受信機能の両方を備えた１個の超音波トランスデューサ８を用いた。しかし、これに限られず、例えば図３に示すように、超音波導波管１５の内部における一端側に、超音波送信素子（不図示）のみが配置された送信専用超音波トランスデューサ１６と、超音波受信素子（不図示）のみが配置された受信専用超音波トランスデューサ１７とを横並びに設けてもよい。この場合、送信専用超音波トランスデューサ１６から超音波を送信し、その反射波を受信専用超音波トランスデューサ１７で受信する。このように送信専用超音波トランスデューサ１６と受信専用超音波トランスデューサ１７とを別々に設けた場合、土中水分量や地下水位の検出が正確に行えるという利点がある。すなわち、送信専用と受信専用の超音波トランスデューサ１６，１７を別々に設けた場合、図４Ａ及び図４Ｂに示すように、送信した超音波の波形（送信波形１８）と受信した反射波の波形（受信波形１９）とが重なり合うことなく別々に検出されるので、反射波の最大振幅や超音波の伝播時間を正確に測定することができる。これに対し、送受信兼用の超音波トランスデューサ８を使用する場合、送信から受信までの時間が短いと、受信波形１９が原点寄りに検出されるので、図４Ｃに示すように、送信波形１８と大きく重なってしまう。これにより、送信波形１８と受信波形１９との識別が困難になり、後述するように反射波の最大振幅や超音波の伝播時間を測定するのが難しい。
【００３８】
このように構成される検出器５は、図２に示すように、その超音波導波管６の開口側端部２０を下にして、土中２１に埋め込まれた状態で斜面２に設置される。ここで、超音波導波管６は、その内部の空気を介して超音波を伝播させるものであるため、検出器５を土中２１へ埋め込む際には、超音波導波管６の内部に土が入り込まないようにする必要がある。本実施例では、検出器５を土中２１に埋め込む手順として、図に詳細は示さないが、検出器５の設置深さを考慮して、斜面２に設置用穴を予め掘削しておき、この設置用穴に検出器５を配置して掘り出した土を埋め戻すことによって、超音波導波管６を土中２１に埋め込む。そして、超音波導波管６から蓋部材１０を取り外し、長尺な棒状部材を導波管本体９の上端開口から差し込むことにより、導波管本体９の内部に入り込んだ土を下端開口から外部へと押し出す。そして、棒状部材を導波管本体９から引き抜いた後、蓋部材１０を再度取り付ける。このような手順により、内部に土が入り込まないようにして、超音波導波管６を土中２１に埋め込むことができる。
【００３９】
また、検出器５を土中２１に埋め込む際には、図２に示すように、超音波導波管６の上端部すなわち密封側端部２３を地表２２より上に若干露出させた状態にしておく。このようにすれば、配線引き出し孔１１から引き出された配線１４も地表２２より上に露出した状態となるので、この配線１４を図１に示す測定器６に接続する際に、土中２１に埋まった状態の配線１４を地上まで引き出してから測定器６に接続する場合と比較すると、接続作業が行い易いという利点がある。更に、導波管本体９に形成された空気排出孔３４も地表２２より上に露出させた状態にしておけば、超音波導波管６の内部の空気が外部に排出されやすく好適である。
【００４０】
尚、検出器５を土中２１に埋め込む際には、図５に示すように、超音波導波管６の密閉側端部２３も地表２２より下に位置させるようにして、超音波導波管６の全体を土中２１に埋め込んでもよい。このようにすれば、超音波導波管６の長さによらず、地表２２から深い位置に検出器５を設置することができるという利点がある。
【００４１】
また、検出器５を土中２１に埋め込む際には、図６に示すように、前記設置用穴の底部に標準土２４を敷き詰め、超音波導波管６の下端開口を標準土２４に密着させるようにして検出器５を配置するのが好適である。この標準土２４とは、土粒子の粒径分布が既知である土、例えば粒径がほぼ一定であるような土を意味する。このように標準土２４を敷き詰めるのは、超音波の反射状態を安定させるためである。すなわち、後述するように、超音波トランスデューサ８は、自らが送信した超音波のうち超音波導波管６の下端部で反射して戻ってきた反射波を受信する。ここで、超音波導波管６の下端開口部に位置するのが粒径が不規則であるような土塊であると、超音波の反射状態が安定せず、超音波トランスデューサ８が十分な強度の反射波を受信することができない。これに対し、標準土２４を敷き詰めておくと、超音波の反射状態が安定するので、超音波トランスデューサ８で十分な強度の反射波を受信することができる。
【００４２】
一方、図７は、土中水分水位検出装置３を構成する測定器６の構成を示すブロック図である。測定器６は、各部の動作を制御する制御部２５に対して、超音波送信回路２６と、超音波受信回路２７と、信号処理回路２８とがシステムバス２９を介して接続されたものである。ここで、超音波送信回路２６は、図２に示す超音波トランスデューサ８に対して所定周波数の電気信号を付与するものである。一方、超音波受信回路２７は、超音波トランスデューサ８から所定周波数の電気信号を受け取って信号処理回路２８へ出力するものである。また、信号処理回路２８は、超音波受信回路２７から入力された電気信号に基づいて土中水分量や地下水位を検出するものである。
【００４３】
次に、土中水分水位検出装置３による土中水分量の検出、及び地下水位の検出について説明する。前記制御部２５の制御を受け、測定器６の超音波送信回路２６から検出器５の超音波トランスデューサ８に対して所定周波数の電気信号が付与されると、図２に示すように、超音波トランスデューサ８から所定周波数の超音波３０が送信される。この超音波３０は、超音波導波管６の内部を下方に向かって伝播し、超音波導波管６の下端に位置する土表面３１にぶつかって反射される。この反射波３２は、超音波導波管６の内部を上方に向かって伝播し、超音波トランスデューサ８によって受信される。そうすると、超音波トランスデューサ８が所定周波数の電気信号を出力し、測定器６の超音波受信回路２７がこの電気信号を受け取って信号処理回路２８へ出力する。そして、信号処理回路２８が、制御部２５による制御の下、入力された電気信号に基づいて、土中水分量及び地下水位をそれぞれ検出する。
【００４４】
ここで、信号処理回路２８は、斜面２の土中水分量を、反射波３２の最大振幅に基づいて検出する。より詳細に説明すると、土は土粒子部分と間隙部分とから構成されるが、土が乾燥状態の時は間隙部分の多くが空気で占められる。従って、このような土に超音波３０がぶつかると、土粒子部分にぶつかった超音波３０は反射波３２として戻ってくるが、間隙部分にぶつかった超音波３０は当該部分を透過することによって反射波３２としては戻ってこない。これにより、反射波３２の最大振幅は小さくなる。一方、土が水分を多く含んだ状態の時は間隙部分の多くが水で占められる。従って、このような土に超音波３０がぶつかると、土粒子部分にぶつかった超音波３０のみならず間隙部分にぶつかった超音波３０も反射波３２として戻ってくる。これにより、反射波３２の最大振幅が大きくなる。以上より、反射波３２の最大振幅を検出することによって、土中水分量を検出することができる。
【００４５】
一方、信号処理回路２８は、斜面２の地下水位を、超音波３０の伝播時間すなわち超音波トランスデューサ８が超音波３０を送信してからその反射波３２を受信するまでの時間に基づいて検出する。より詳細に説明すると、図２に示すように、地下水位面３３が土表面３１より低い位置にある間は、超音波トランスデューサ８から送信された超音波３０は、前述のように土表面３１によって反射される。しかし、降雨等によって地下水位面３３が上昇し、図８に示すように土表面３１を越えて高くなると、超音波トランスデューサ８から送信された超音波３０は、土表面３１ではなく地下水位面３３によって反射される。従って、超音波導波管６の内部を地下水位面３３が上昇するに伴って、超音波トランスデューサ８から地下水位面３３までの距離が短くなるので、超音波３０の伝播時間が徐々に短くなる。以上より、超音波３０の伝播時間を検出することによって、地下水位を検出することができる。尚、地下水位面３３が超音波導波管６の内部に浸入すると、押し出された超音波導波管６の内部の空気が前記空気排出孔３４を通って外部へ排出される。これにより、超音波導波管６の内部でも外部と同様に地下水位面３３が上昇するので、超音波導波管６の内部において地下水位を正確に検出することができる。また、空気排出孔３４は前述のように超音波導波管６の外部から内部へ向かって上向きに傾斜しているので、降雨時に空気排出孔３４を通って超音波導波管６の外部から内部へ水が浸入しにくく、地下水位面３３の正確な検出が可能となっている。
【００４６】
ここで、図９は、土の状態と反射波３２の波形との関係を示す図であって、図９Ａは土が乾燥状態での反射波３２の波形の一例を、図９Ｂは土が含水状態での反射波３２の波形の一例を、図９Ｃは土が浸水状態での反射波３２の波形の一例をそれぞれ示している。尚、本明細書において「乾燥状態」とは降雨等がなく土が少量の水分しか含んでいない状態を、「含水状態」とは降雨等によって土が一定量以上の水分を含んでいるが地下水位面３３は土表面３１より低い位置にある状態を、「浸水状態」とは地下水位面３３が土表面３１を超えて高い位置にある状態を、それぞれ意味している。
【００４７】
まず、この図９を用いて超音波３０の伝播時間について説明すると、図９Ａの乾燥状態と図９Ｂの含水状態では、時刻Ｔ０で送信を開始した超音波３０が時刻Ｔ２で反射波３２として戻ってきており、超音波３０の伝播時間は（Ｔ２−Ｔ０）で同じである。一方、図９Ｃの浸水状態では、時刻Ｔ０で送信を開始した超音波３０が時刻Ｔ２より早い時刻Ｔ１で反射波３２として戻ってきており、超音波３０の伝播時間は（Ｔ１−Ｔ０）となって、乾燥状態や含水状態の伝播時間より短くなっている。これは、上述のように、地下水位面３３の上昇に伴って超音波トランスデューサ８から地下水位面３３までの距離が短くなるからである。
【００４８】
次に、この図９を用いて反射波３２の最大振幅について説明すると、図９Ｂに示す含水状態における反射波３２の最大振幅ＩＢは、図９Ａに示す乾燥状態における反射波３２の最大振幅ＩＡより大きい。これは、上述のように、乾燥状態では土の間隙部分を超音波３０が透過するのに対し、含水状態では土の間隙部分でも超音波３０が反射するからである。一方、図９Ｃに示す浸水状態における反射波３２の最大振幅はＩＣは、図９Ｂに示す含水状態における反射波３２の最大振幅Ｉ２より更に大きい。これは、地下水位面３３の上昇に伴って超音波３０の伝播距離が短くなるので、例えば超音波導波管６内の空気に吸収される等して伝播経路上で減衰する超音波３０の量が減るためである。
【００４９】
次に、本実施例に係る斜面崩壊予知システム１が、土中水分水位検出装置３の検出結果に基づいて警報を発する手順について説明する。図１０は、雨が降り始めてからの経過時間と反射波３２の最大振幅との関係の一例、及び当該経過時間と超音波３０の伝播時間との関係の一例を示した図である。尚、図１０では、反射波３２の最大振幅を一点鎖線で、超音波３０の伝播時間を実線でそれぞれ示している。また、図１０で反射波３２の最大振幅は、最初の測定時点すなわち経過時間０分における測定値を１．０とした時の比率をプロットしたものである。
【００５０】
まず、図１０で経過時間が０分〜約１８０分の区間において、反射波３２の最大振幅は約１．０でほぼ一定に推移する。これは、地表２２に降り注いだ雨水が土中２１へと徐々に染み込んでいく間、検出器５の下端の位置では土中水分量に変化が生じず、土の間隙部分で反射される超音波３０の量が一定だからである。ここで、測定器６の制御部２５は、反射波３２の最大振幅が予め定めた閾値Ｓに達しない間は、土は乾燥状態であると判断する。一方、この乾燥状態の区間では、超音波３０の伝播時間も約２．７でほぼ一定に推移する。これは、地下水位面３３が未だ土表面３１より低い位置にあり、超音波トランスデューサ８から送信された超音波３０は常に土表面３１で反射されるので、超音波３０の伝播距離が一定だからである。
【００５１】
その後、図１０で経過時間が約１８０分を過ぎると、反射波３２の最大振幅が増加し始める。これは、前述のように土の間隙部分が徐々に水分によって占められるに連れて、間隙部分で反射される超音波３０の量が徐々に増えるからである。そして、測定器６の制御部２５は、反射波３２の最大振幅が予め定めた閾値Ｓに達すると、土が乾燥状態から含水状態へと移行したと判断する。一方、超音波３０の伝播時間は、土が乾燥状態から含水状態へと移行しても、乾燥状態の区間と同様に約２．７で一定に推移し続ける。これは、地下水位面３３が依然として図２に示す土表面３１より低い位置にあるからである。
【００５２】
その後、反射波３２の最大振幅は、図１０の経過時間約２２０分で約１．４に達するまで増加し続け、その後も僅かずつ増加する。ここで、制御部２５は、斜面崩壊が発生する恐れの低い乾燥状態や含水状態においては、反射波３２の最大振幅が増加する様子、及び超音波３０の伝播時間が一定に推移する様子を常時監視することにより、斜面崩壊予知システム１が正常に動作していることを確認することができる。
【００５３】
その後、図１０で経過時間が約５００分を過ぎると、超音波３０の伝播時間が減少し始める。これは、地下水位面３３が図８に示す土表面３１を超えて高くなり、超音波トランスデューサ８から送信された超音波３０が土表面３１ではなく地下水位面３３で反射されるようになるので、地下水位面３３の上昇に伴って超音波３０の伝播距離が徐々に短くなるからである。ここで、測定器６の制御部２５は、超音波３０の伝播時間が減少し始めた時点をもって、土が含水状態から浸水状態へと移行したと判断する。そして、制御部２５は、この浸水状態への移行をもって、検出器５を設置した斜面２が崩壊する恐れがあると判断し、前記警報装置４を制御することにより、システム使用者に対して斜面崩壊の危険性がある旨を報知するための警報を発する。これにより、システム使用者は、斜面崩壊の発生を予知して事前に避難等の措置を取ることができる。
【００５４】
一方、浸水状態への移行とともに、反射波３２の最大振幅は移行前より増加し始める。これは、地下水位面３３が上昇して伝播距離が短くなると、経路上での減衰量が減少するからである。
【００５５】
その後、図１０で経過時間が約５６０分に達するまで、超音波３０の伝播時間は減少し続ける一方、反射波３２の最大振幅は増加し続ける。そして、それ以降は、超音波３０の伝播時間及び反射波３２の最大振幅を共に検出しなくなる。これは、地下水位面３３が上昇して超音波トランスデューサ８の位置の近くに到達すると、超音波トランスデューサ８が反射波３２を受信しなくなるからである。尚、超音波３０の伝播時間及び反射波３２の最大振幅を共に検出しなくなった後も、土の浸水状態は継続するものとする。
【００５６】
尚、本実施例では浸水状態への移行と同時に警報を発したが、警報を発するタイミングはこれに限られず、例えば「危険度レベル」という概念を導入して決定してもよい。より詳細に説明すると、制御部２５は、含水状態のスタート時点から経過時間計測を行い、含水状態が連続して予め定めた時間ｔ０だけ継続すると、斜面２の崩壊危険性が「危険度レベル１」になったと判定する。そして、制御部２５は、斜面２が危険度レベル１になってからの経過時間計測を行う。その後、制御部２５は、浸水状態への移行時点をもって斜面２の崩壊危険性が「危険度レベル２」に上がったと判定する。そして、制御部２５は、斜面２が危険度レベル２になってからの経過時間ｔ２を計測する。以上の計測に基づき、危険度レベル１が継続した時間ｔ１、すなわち斜面２が危険度レベル１になってから危険度レベル２になるまでの継続時間ｔ１と、危険度レベル２になってから現在までの経過時間ｔ２との関係が、一定の関係になったと判断すると、制御部２５は、警報装置４を制御して警報を発する。尚、危険度レベル１の継続時間ｔ１と危険度レベル２の経過時間ｔ２との関係としては、任意の関係を設定することができる。
【００５７】
次に、本発明の第２実施例に係る斜面崩壊予知システム４０について説明する。図１１は、第２実施例に係る斜面崩壊予知システム４０の構成を示す模式図である。斜面崩壊予知システム４０は、対象となる斜面２に設置されて土中水分量及び地下水位を検出する土中水分水位検出装置４１と、この土中水分水位検出装置４１の検出結果に基づいて斜面崩壊が発生する危険性が高い状態である旨の警報を発する警報装置４２と、を備えるものである。本実施例を第１実施例と比較すると、土中水分水位検出装置４１の構成が異なっているが、警報装置４２の構成は第１実施例の警報装置４と同じであるため、ここでは説明を省略する。
【００５８】
土中水分水位検出装置４１は、図１１に示すように、斜面２に埋め込んで設置された１個の検出器５と、この検出器５に隣接した位置に同じく斜面２に埋め込んで設置された温度補正器４３と、検出器５及び温度補正器４３に電気的に接続された測定器６と、を有している。尚、検出器５及び測定器６は、第１実施例と同じ構成であるため、図１１では図１と同じ符号を付し、ここでは説明を省略する。
【００５９】
図１２は、図１１の検出器５及び温度補正器４３を拡大した部分拡大縦断面図である。温度補正器４３は、検出器５を温度補正するためのものである。より詳細に説明すると、検出器５を構成する超音波トランスデューサ８は、前述のように超音波送受信を兼用する素子を有しているが、その送信特性及び受信特性には大きな温度依存性がある。従って、これらを温度変化の激しい野外で使用し、反射波３２の最大振幅と超音波３０の伝播時間とを検出する以上、送信特性及び受信特性を温度補正することが好適である。ここで、図１２に示すように、温度補正器４３は、中空の超音波導波管４４の内部における一端側にダンパー材７を介して超音波トランスデューサ８が設けられてなる点では検出器５と同じ構成であるが、超音波導波管４４の構成が検出器５とは異なっている。すなわち、温度補正器４３の超音波導波管４４は、検出器５の導波管本体９と同じ長さの導波管本体４５に、その両端開口を塞いで蓋部材４６がそれぞれ取り付けられたものである。また、導波管本体４５には、検出器５の導波管本体９のように空気排出孔３４を形成していないが、温度変化に伴う内部の気圧変動の影響を排除すべく、導波管本体４５に空気排出孔３４を形成してもよい。
【００６０】
このように構成される温度補正器４３は、超音波トランスデューサ８を設けた側の端部を上にし、検出器５と所定距離を開けて平行するようにして、検出器５と同じ深さまで土中２１に埋め込んだ状態で斜面２に設置される。そして、この時、超音波導波管４４の下端に位置する蓋部材４６の内側面には、性状が既知である土４７を若干量だけ敷き詰めておく。これにより、超音波トランスデューサ８から送信される超音波３０が蓋部材４６ではなく敷き詰められた土４７の表面によって反射される。尚、土４７としては、例えば、検出器５の土表面３１に存在する土と同じ組成の土を用いてもよい。このように、温度補正器４３を検出器５とほぼ同じ状態で土中２１に設置することにより、検出器５と同じ温度条件下で反射波３２の最大振幅や超音波３０の伝播時間を検出することができる。更に、温度補正器４３は、超音波導波管４４の下端に取り付けられた蓋部材４６の存在により、周囲の土中水分量の変化や地下水位の変化には影響を受けない。従って、この温度補正器４３によれば、反射波３２の最大振幅や超音波３０の伝播時間を、温度変化の影響だけを受けた状態で検出することができる。
【００６１】
次に、温度補正器４３による検出器５の温度補正について説明する。測定器６の制御部２５による制御の下、測定器６の超音波送信回路２６から温度補正器４３の超音波トランスデューサ８に対して所定周波数の電気信号が付与されると、図１２に示すように、超音波トランスデューサ８から所定周波数の超音波３０が送信される。この超音波３０は、超音波導波管４４の内部を下方に向かって伝播し、蓋部材４６の内側面に敷き詰められた土４７によって反射される。この反射波３２は、超音波導波管４４の内部を上方に向かって伝播し、超音波トランスデューサ８によって受信される。そうすると、超音波トランスデューサ８が所定周波数の電気信号を出力し、測定器６の超音波受信回路２７がこの電気信号を受け取って信号処理回路２８へ出力する。そして、信号処理回路２８が、制御部２５による制御の下、例えば検出器５の出力値を温度補正器４３の出力値で除算することにより、検出器５の出力値を温度補正する。このようにして、反射波３２の最大振幅や超音波３０の伝播時間を温度補正することができる。
【００６２】
尚、本実施例では温度補正器４３を検出器５とは別体として設けたが、図１３に示すように、温度補正器４３を検出器５と一体的に設けてもよい。このように検出器５と温度補正器４３とを一体構成した場合、検出器５と温度補正器４３とを所定距離だけ離して設置する場合と比較して、検出器５と温度補正器４３との間で設置場所の違いによる温度差が生じにくいので、より正確に検出器５の温度補正が行えるという利点がある。また、検出器５と温度補正器４３とを一体構成した方が、検出器５と温度補正器４３とを別々に土中２１に埋め込むのと比較して、設置作業が簡略化するという利点もある。
【００６３】
次に、本発明の第３実施例に係る斜面崩壊予知システム５０について説明する。図１４は、第３実施例に係る斜面崩壊予知システム５０の構成を示す模式図である。斜面崩壊予知システム５０は、対象となる斜面２に設置されて土中水分量及び地下水位を検出する土中水分水位検出装置５１と、この土中水分水位検出装置５１の検出結果に基づいて斜面崩壊が発生する危険性が高い状態である旨の警報を発する警報装置５２とを備えるものである。本実施例を第１実施例と比較すると、土中水分水位検出装置５１の構成及び警報を発する手順が異なっているが、警報装置５２の構成は第１実施例の警報装置４と同じであるため、ここでは説明を省略する。
【００６４】
土中水分水位検出装置５１は、斜面２の異なる位置にそれぞれ埋め込んで設置された複数個の検出器５と、各検出器５とそれぞれ電気的に接続された測定器５３と、を有している。ここで、各検出器５の構成及び設置方法は、第１実施例と同じであるため、第１実施例と同じ符号を使用し、ここでは説明を省略する。尚、第２実施例と同様に、各検出器５を温度補正するための温度補正器４３を別途設けてもよい。また、本実施例では、各検出器５の長さを種々変化させてその先端が地表２２から異なる深さ位置にそれぞれ達するようにしており、各検出器５で異なる深さ位置の土中水分量及び地下水位を検出している。もちろん、これに限られず、各検出器５で同じ深さ位置の土中水分量及び地下水位を検出してもよい。
【００６５】
一方、図１５は、測定器５３の構成を示すブロック図である。測定器５３は、各部の動作を制御する制御部５４に対して、超音波送信回路５５と、超音波受信回路５６と、マルチプレクサ５７と、信号処理回路５８とがシステムバス５９を介して接続されたものである。ここで、超音波送信回路５５は、図２に示す超音波トランスデューサ８に対して所定周波数の電気信号を付与するものである。一方、超音波受信回路５６は、超音波トランスデューサ８から所定周波数の電気信号を受け取って信号処理回路５８へ出力するものである。また、マルチプレクサ５７は、複数の検出器５から入力された電気信号を適宜切り替えながら超音波受信回路５６へ出力し、或いは超音波送信回路５５から入力された複数の電気信号を適宜切り替えながら検出器５へ出力するものである。また、信号処理回路５８は、超音波受信回路５６から入力された電気信号に基づいて土中水分量や地下水位を検出するものである。
【００６６】
次に、本実施例に係る斜面崩壊予知システム５０が、土中水分水位検出装置５１の検出結果に基づいて警報を発する手順について説明する。尚、各検出器５について、雨が降り始めてからの経過時間と反射波３２の最大振幅との関係、及び当該経過時間と超音波３０の伝播時間との関係は第１実施例と同じであるため、図１０を用いて説明する。
【００６７】
測定器５３の制御部５４は、１つの斜面２に設置した例えばＮ個の検出器５の動向を観察し、図１０に示す含水状態が連続して時間ｔ０以上に渡って継続している検出器５が徐々に増え、その数が予め定めたＮ１個に達したと判断すると、斜面２の崩壊危険性が「全体系危険度レベル１」になったと判定する。その後、制御部５４は各検出器５の動向を引き続き観察し、前記Ｎ１個の検出器５のうち、図１０に示す浸水状態へ移行した検出器５の数が予め定めたＮ２個に達したと判断すると、斜面２の崩壊危険性が「全体系危険度レベル２」に上がったと判定する。
【００６８】
そして、制御部５４は、斜面２の崩壊危険性が全体系危険度レベル１を経て、且つ、その後に全体系危険度レベル２に上がった時点をもって、その斜面２が崩壊する恐れがあると判断し、警報装置５２を制御することによりシステム使用者に対して警報を発する。このように、複数個の検出器５の検出結果に基づいて斜面２の状態を判定することにより、ある１つの検出器５に生じた誤作動等によって警報を発することがなく、検知精度を向上させることができる。
【００６９】
尚、本実施例では、斜面２の崩壊危険性が全体系危険度レベル１に達した後に全体系危険度レベル２に達したことをトリガとして警報を発したが、これに限られず、斜面２の崩壊危険性が全体系危険度レベル２に達したことのみをトリガとして警報を発してもよい。この場合、制御部５４は、斜面２の崩壊危険性が全体系危険度レベル１になったか否かによらず、すなわち含水状態が連続して時間ｔ０以上に渡って継続している検出器５の数がＮ１個に達したか否かによらず、斜面２の崩壊危険性が全体系危険度レベル２になったことのみをもって、すなわち浸水状態へ移行した検出器５の数がＮ２個に達したことのみをもって、警報を発する。このように全体系危険度レベル２に達したことのみをトリガとした方が制御部５４による処理は簡略化できる点で好適であるが、含水状態を経ることなくいきなり浸水状態になるという検出器５の誤動作の影響を排除できる点では、前述のように全体系危険度レベル１に達したこともトリガに加えた方が好適である。
【００７０】
以上のように、本発明に係る斜面崩壊予知システムによれば、単一の土中水分水位検出装置によって土中水分量と地下水位の両方を検出することができる。従って、土中水分量を検出する装置と地下水位を検出する装置とを別々に斜面に設置する場合と比較して、装置設置作業の簡略化及びコストダウンを図ることができる。また、斜面崩壊が発生する恐れの低い場合、すなわち土が乾燥状態や含水状態の時は、反射波の最大振幅や超音波の伝播時間の様子を常時監視することにより、システムが正常に動作していることを確認することができる。
【産業上の利用可能性】
【００７１】
尚、本斜面崩壊予知システムは、降雨による斜面崩壊の予知に用いられるだけでなく、例えば融雪水による斜面崩壊、すなわち春先の好天の日に雪が溶け出した水が土に染み込むことによって起こる斜面崩壊の予知にも用いることができる。
【符号の説明】
【００７２】
１ 斜面崩壊予知システム
３ 土中水分水位検出装置
５ 検出器
６ 超音波導波管
８ 超音波トランスデューサ（超音波送信素子及び超音波受信素子）
２０ 開口側端部
２１ 土中
２５ 制御部
３０ 超音波
３１ 土表面
３２ 反射波
３３ 地下水位面
３４ 空気排出孔
【技術分野】
【０００１】
本発明は、単一の装置で土中水分量と地下水位の両方を検出可能な土中水分水位検出装置、及びこれを用いて検出した土中水分量と地下水位に基づいて斜面の崩壊を予知する斜面崩壊予知システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年我が国では、梅雨期や台風襲来期の降雨によって斜面崩壊が多発しており、その被害を最小限に抑えるべく、斜面の崩壊危険度を評価して斜面崩壊の発生を予知する斜面崩壊予知システムが提唱されている。ここで、降雨による斜面崩壊の主たる発生原因としては、土中水分量の増加に伴って土の自重が増すこと、及び地下水位面の上昇に伴って斜面のせん断強度が低下することの２点が挙げられる。従って、斜面の崩壊危険度を評価する際には、土中水分量と地下水位の２つが有効な指標となる。
【０００３】
土中水分量を測定する装置としては、土中の間隙水圧を計測するテンシオメータ（特許文献１参照）が従来用いられている。ここで、間隙水圧とは、土を土粒子と間隙流体とに分けた時、間隙流体である水の圧力のことを意味する。そして、特許文献１の図１に示されるように、テンシオメータの内部には、脱気水すなわち溶解した空気を人工的に除去した水が充填される。
【０００４】
また、土中水分量を測定する他の装置としては、土中の誘電率変化を計測する誘電率土中水分計（特許文献２参照）も従来用いられている。この誘電率土中水分計は、例えば特許文献２の図１に示されるように、高周波信号を発する高周波発信器１と、発せられた高周波信号を伝達するケーブル３０と、入力された高周波信号を共振させて出力するキャピティ共振器２と、出力された高周波信号を伝達するケーブル３８と、出力された高周波信号を受信して共振点を検出する検出器３とから構成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−５８２０２号公報
【特許文献２】特開平０９−２４３５７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、テンシオメータは、上述のように内部に脱気水が充填される構造であるため、夏季には脱気水が乾燥した土に多量に吸収されやすく、また冬季には脱気水が凍結しやすいという特性を有している。従って、テンシオメータによる間隙水圧の正確な計測を年間を通じて行うためには、抜け出した脱気水を補充する或いは凍結した脱気水を解凍するといったメンテナンスが必要であり、斜面上での危険なメンテナンス作業が定期的に要求されるという問題がある。
【０００７】
一方、誘電率水分計は、テンシオメータのように頻繁なメンテナンス作業は要求されない。しかし、特許文献２の図１に示さされるように、誘電率水分計の設置に際しては、設置しようとする深さまで斜面を掘削してキャピティ共振器２を埋め込んだ後、ケーブル３０やケーブル３８を地上まで引き出して高周波発信器１や検出器３と接続する必要があり、設置作業が面倒という問題がある。また、誘電率水分計は、土中の水分が塩分を含んでいる場合、その影響によって誘電率を正確に測定することができないという問題もある。
【０００８】
また、テンシオメータや誘電率水分計は、土中水分量を測定することはできるが、斜面の危険度を評価する上でもう１つの重要な指標である地下水位を測定することはできない。従って、斜面崩壊予知システムを構築するためには、テンシオメータや誘電率水分計とは別に、地下水位を測定するための装置も斜面に設置する必要があり、装置数が多くなる分、その設置作業が面倒であるとともにコストアップにもつながるという問題がある。
【０００９】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、斜面の土中水分量と地下水位を検出することで斜面崩壊の発生を予知する斜面崩壊予知システムにおいて、設置作業やメンテナンス作業の負担を増すことなく、単一の装置で土中水分量と地下水位の両方を検出可能とする手段を提供する。
【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に係る土中水分水位検出装置は、一端が密封され他端が開口された管状の部材であって、開口側を下にして内部に土が入らないように土中に埋め込まれる超音波導波管、該超音波導波管の内部における密封側に設けられ、開口側に向けて超音波を送信する超音波送信素子、及び前記超音波導波管の内部における密封側に設けられ、前記超音波送信素子から送信された超音波のうち、開口側端部の土表面で反射して或いは前記超音波導波管の内部に浸入した地下水位面で反射して戻ってきた反射波を受信する超音波受信素子、を有する検出器と、前記超音波導波管の開口側端部付近での土中水分量を、前記超音波受信素子が受信した反射波の最大振幅に基づいて検出する一方、土中の地下水位の位置を、前記超音波送信素子が超音波を送信してから前記超音波受信素子がその反射波を受信するまでに要する伝播時間に基づいて検出する制御部と、を備えるものである。
【００１１】
また、本発明に係る土中水分水位検出装置は、両端が密封された管状の部材であって、前記検出器の超音波導波管と略平行に同じ深さ位置まで土中に埋め込まれる超音波導波管、該超音波導波管の内部における上端側に設けられ、下端側に向けて超音波を送信する超音波送信素子、及び前記超音波導波管の内部における上端側に設けられ、前記超音波送信素子から送信された超音波のうち、前記超音波導波管の内部底面に予め敷き詰められた性状が既知である土の表面で反射して戻ってきた反射波を受信する超音波受信素子、を有する温度補正器を更に備え、前記制御部が、前記検出器で検出した前記反射波の最大振幅及び前記伝播時間を、前記温度補正器で検出した前記反射波の最大振幅及び前記伝播時間により温度補正するものである。
【００１２】
また、本発明に係る土中水分水位検出装置は、前記温度補正器が、前記検出器と一体的に構成されたものである。
【００１３】
また、本発明に係る土中水分水位検出装置を用いた斜面崩壊予知システムは、前記検出器の超音波導波管に、内部の空気を外部へ排出するための空気排出孔が形成されたものである。
【００１４】
また、本発明に係る土中水分水位検出装置を用いた斜面崩壊予知システムは、前記空気排出孔が、前記検出器の超音波導波管の外部から内部へ向かって上向きに傾斜するように形成されたものである。
【００１５】
また、本発明に係る土中水分水位検出装置を用いた斜面崩壊予知システムは、土中水分水位検出装置が斜面に設置され、前記制御部が、前記反射波の最大振幅及び前記伝播時間の検出結果に基づいて、前記斜面が崩壊する危険性が高い旨の警報を発するものである。
【００１６】
また、本発明に係る土中水分水位検出装置を用いた斜面崩壊予知システムは、前記土中水分水位検出装置が１個設置され、前記制御部が、前記反射波の最大振幅が所定値以上に達した状態が所定時間以上連続して継続した時に、前記斜面の崩壊危険性が危険度レベル１に達したと判定した後、前記伝播時間が減少し始めた時に、前記斜面の崩壊危険性が危険度レベル２に上がったと判定し、前記危険度レベル１が継続した時間と前記危険度レベル２に上がってからの経過時間との関係に基づいて、前記警報を発するものである。
【００１７】
前記土中水分水位検出装置が複数個設置され、前記制御部が、前記反射波の最大振幅が所定値以上に達した状態が所定時間以上連続して継続した前記土中水分水位検出装置の数がＮ１個に達した時に、前記斜面の崩壊危険性が全体系危険度レベル１になったと判定し、その後、前記Ｎ１個のうち前記伝播時間が減少し始めた前記土中水分水位検出装置の数がＮ２個に達した時に、前記斜面の崩壊危険性が全体系危険度レベル１から全体系危険度レベル２に上がったと判定し、前記警報を発するものである。
【００１８】
また、本発明に係る土中水分水位検出装置を用いた斜面崩壊予知システムは、前記検出器の超音波導波管が、その密封側端部を地表より上に露出させるようにして、土中に埋め込まれたものである。
【００１９】
また、本発明に係る土中水分水位検出装置を用いた斜面崩壊予知システムは、前記検出器の超音波導波管が、その全体を地表より下に位置させるようにして、土中に埋め込まれたものである。
【００２０】
また、本発明に係る土中水分水位検出装置を用いた斜面崩壊予知システムは、前記検出器の超音波導波管の開口側端部に、粒径分布が既知である標準土が敷き詰められたものである。
【発明の効果】
【００２１】
本発明に係る土中水分水位検出装置によれば、前記制御部が、超音波導波管の開口側端部付近での土中水分量を、超音波受信素子が受信した反射波の最大振幅に基づいて検出する一方、土中の地下水位の位置を、超音波送信素子が超音波を送信してから前記超音波受信素子がその反射波を受信するまでに要する伝播時間に基づいて検出するので、単一の土中水分水位検出装置によって土中水分量と地下水位の両方を検出することができる。従って、土中水分量を検出する装置と地下水位を検出する装置とを別々に設置する場合と比較して、装置設置作業の簡略化及びコストダウンを図ることができる。
【００２２】
また、本発明に係る土中水分水位検出装置によれば、検出器の超音波送信素子や超音波受信素子は送信特性や受信特性に大きな温度依存性を有しているが、検出器で検出した反射波の最大振幅や超音波の伝播時間が温度補正器によって補正されるので、温度変化の激しい環境下に土中水分水位検出装置を設置する場合でも、土中水分量や地下水位を正確に検出することができる。
【００２３】
また、本発明に係る土中水分水位検出装置によれば、温度補正器が検出器と一体的に構成されるので、検出器と温度補正器とを所定距離だけ離して設置する場合と比較して、検出器と温度補正器との間で設置場所の違いによる温度差が生じにくいので、より正確に検出器の温度補正を行うことができる。また、検出器と温度補正器とを一体構成した方が、検出器と温度補正器とを別々に土中に埋め込むのと比較して、設置作業を簡略化することができる。
【００２４】
また、本発明に係る土中水分水位検出装置によれば、検出器の超音波導波管に空気排出孔が形成されたことにより、地下水位面が超音波導波管の内部に浸入すると、押し出された超音波導波管の内部の空気が空気排出孔を通って外部へ排出される。これにより、超音波導波管の内部でも外部と同様に地下水位面が上昇するので、超音波導波管の内部において地下水位の正確な検出が可能となる。
【００２５】
また、本発明に係る土中水分水位検出装置によれば、空気排出孔が超音波導波管の外部から内部へ向かって上向きに傾斜するように形成されたことにより、降雨時に空気排出孔を通って超音波導波管の外部から内部へ水が浸入しにくく、地下水位を正確に検出することができる。
【００２６】
また、本発明に係る土中水分水位検出装置を用いた斜面崩壊予知システムによれば、土中水分水位検出装置が斜面に設置され、制御部が、斜面が崩壊する危険性が高い旨の警報を発するので、システム使用者は、斜面崩壊の発生を予知して事前に避難等の措置を取ることができる。また、単一の土中水分水位検出装置によって土中水分量と地下水位の両方を検出することができるので、土中水分量を検出する装置と地下水位を検出する装置とを別々に斜面に設置する場合と比較して、装置設置作業の簡略化及びコストダウンを図ることができる。また、斜面崩壊が発生する恐れの低い場合、すなわち土が乾燥状態や含水状態の時は、反射波の最大振幅や超音波の伝播時間の様子を常時監視することにより、システムが正常に動作していることを確認することができる。
【００２７】
また、本発明に係る土中水分水位検出装置を用いた斜面崩壊予知システムによれば、土中水分水位検出装置が１個設置され、制御部が、斜面の崩壊危険性について危険度レベル１が継続した時間と危険度レベル２に上がってからの経過時間との関係に基づいて、警報を発するので、制御の簡略化及びコストダウンを図ることができる。
【００２８】
また、本発明に係る土中水分水位検出装置を用いた斜面崩壊予知システムによれば、土中水分水位検出装置が複数個設置され、制御部が、斜面の崩壊危険性が全体系危険度レベル１になったと判定した後、全体系危険度レベル２に上がったと判定した時点で警報を発するので、ある１つの検出器に生じた誤作動等によって警報を発することがなく、検知精度を向上させることができる。
【００２９】
また、本発明に係る土中水分水位検出装置を用いた斜面崩壊予知システムによれば、検出器の超音波導波管が、その密封側端部を地表より上に露出させるようにして土中に埋め込まれるので、検出器の超音波送信素子や超音波受信素子の配線を超音波導波管の密封側端部から外部へ引き出す場合に、配線も地表より上に露出した状態となるので、この配線を制御部等に接続する作業を行い易い。
【００３０】
また、本発明に係る土中水分水位検出装置を用いた斜面崩壊予知システムによれば、検出器の超音波導波管が、その全体を地表より下に位置させるようにして、土中に埋め込まれるので、超音波導波管の長さによらず、地表から深い位置に検出器を設置することができる。
【００３１】
また、本発明に係る土中水分水位検出装置を用いた斜面崩壊予知システムによれば、検出器の超音波導波管の開口側端部に標準土が敷き詰められるので、開口側端部における超音波の反射状態が安定し、超音波受信素子で十分な強度の反射波を受信することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の第１実施例における斜面崩壊予知システム１の構成を示す模式図。
【図２】土中水分水位検出装置３を構成する検出器５を示す概略縦断面図。
【図３】検出器５の変形例を示す概略縦断面図。
【図４】検出器５の変形例の効果を説明するための説明図。
【図５】検出器５の他の設置例を示す概略縦断面図。
【図６】検出器５の他の設置例を示す概略縦断面図。
【図７】土中水分水位検出装置３を構成する測定器６の構成を示すブロック図。
【図８】地下水位面３３の上昇を説明するための概略縦断面図。
【図９】土の状態と反射波３２の波形との関係を示す図。
【図１０】雨が降り始めてからの経過時間と反射波３２の最大振幅との関係の一例、及び当該経過時間と超音波３０の伝播時間との関係の一例を示した図。
【図１１】第２実施例に係る斜面崩壊予知システム４０の構成を示す模式図。
【図１２】図１１の検出器５及び温度補正器４３を拡大した部分拡大縦断面図。
【図１３】検出器５及び温度補正器４３の変形例を示す概略縦断面図。
【図１４】第３実施例に係る斜面崩壊予知システム５０の構成を示す模式図。
【図１５】測定器５３の構成を示すブロック図。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
まず、本発明の第１実施例に係る斜面崩壊予知システムについて説明する。図１は、第１実施例に係る斜面崩壊予知システム１の構成を示す模式図である。斜面崩壊予知システム１は、対象となる斜面２に設置されて土中水分量及び地下水位を検出する土中水分水位検出装置３と、この土中水分水位検出装置３の検出結果に基づいて斜面崩壊が発生する危険性が高い状態である旨の警報を発する警報装置４と、を備えるものである。尚、土中水分水位検出装置３を設置する斜面２は、山間部等の自然斜面はもちろん、人工的に造成された法面であってもよい。
【００３４】
土中水分水位検出装置３は、図１に示すように、斜面２に埋め込んで設置された１個の検出器５と、この検出器５と電気的に接続された測定器６と、を有している。一方、警報装置４は、システム使用者の視覚，聴覚，嗅覚等に訴えることで危険な状態を認識させ得る手段であって、例えば、視覚に訴えるランプや液晶表示画面、聴覚に訴えるスピーカ等を用いることが可能である。
【００３５】
図２は、土中水分水位検出装置３を構成する検出器５を示す概略縦断面図である。検出器５は、中空の超音波導波管６の内部における一端側に、ダンパー材７を介して超音波トランスデューサ８（超音波送信素子及び超音波受信素子）が設けられてなるものである。ここで、超音波導波管６は、両端が開口された管状の導波管本体９に、その一端側開口を塞いで蓋部材１０を取り付けたものである。ここで、導波管本体９は、長さが３０ｃｍ〜２ｍ程度の真ちゅう製のパイプであって、その内径が略１８ｍｍ、外径が略２２ｍｍである。そして、この導波管本体９の内周面は滑らかに形成され、内部を伝播する超音波がぶつかった時に散乱することなく一定方向に反射しやすくなっている。また、導波管本体９の前記一端側には、外部から内部へ向かって上向きに傾斜するようにして、超音波導波管６の内部の空気を外部へ排出するための空気排出孔３４が貫通形成されている。尚、図２に詳細は示さないが、この空気排出孔３４は導波管本体９の周方向に沿って複数個形成されており、いずれかの空気排出孔３４に土等が詰まっても、他の空気排出孔３４から空気が排出されるようになっている。一方、蓋部材１０は、円柱形状を有する真ちゅう製の部材であって、その径は導波管本体９の外径と同程度に形成されている。そして、この蓋部材１０には、その中心部を貫通して配線引き出し孔１１が形成されるとともに、その内側面を覆ってアルミ板１２が貼り付けられている。これにより、超音波導波管６の一端部は、配線引き出し孔１１の存在に拘わらず、アルミ板１２によって密封された状態となっている。尚、導波管本体９の材質，断面形状，及び長さ等は、本実施例に限定されず適宜設計変更が可能であり、それに合わせて蓋部材１０やアルミ板１２も設計変更が可能である。
【００３６】
他方、検出器５を構成する超音波トランスデューサ８は、圧電効果によって電気信号と機械的振動とをエネルギー変換するデバイスであって、図２に示すように、超音波を送信または受信する送受信兼用素子部１３と、この素子部から引き出された配線１４とを有している。送受信兼用素子部１３は、図に詳細は示さないが、半導体基板の上に超音波送信と超音波受信とを兼用する素子が配置されたものであって、ある周波数の電気信号を与えると、その周波数の超音波を超音波送信素子が出力する一方、ある周波数の超音波を超音波受信素子が受信すると、その周波数の電気信号を出力する。このように構成される超音波トランスデューサ８は、図２に示すように、その送受信兼用素子部１３が、蓋部材１０の内側面を覆うアルミ板１２に対してダンパー材７を介して固定されている。このダンパー材７は、例えばシリコーンゴムからなるものであって、超音波トランスデューサ８の振動が超音波導波管６に伝達するのを防止し、或いは超音波導波管６の振動が超音波トランスデューサ８に伝達するのを防止するものである。そして、送受信兼用素子部１３から伸びる配線１４が、ダンパー材７とアルミ板１２とを挿通され、蓋部材１０の配線引き出し孔１１を通して超音波導波管６の外部へと引き出されている。
【００３７】
尚、本実施例では、超音波導波管６への取り付けスペース等を考慮して、送信機能と受信機能の両方を備えた１個の超音波トランスデューサ８を用いた。しかし、これに限られず、例えば図３に示すように、超音波導波管１５の内部における一端側に、超音波送信素子（不図示）のみが配置された送信専用超音波トランスデューサ１６と、超音波受信素子（不図示）のみが配置された受信専用超音波トランスデューサ１７とを横並びに設けてもよい。この場合、送信専用超音波トランスデューサ１６から超音波を送信し、その反射波を受信専用超音波トランスデューサ１７で受信する。このように送信専用超音波トランスデューサ１６と受信専用超音波トランスデューサ１７とを別々に設けた場合、土中水分量や地下水位の検出が正確に行えるという利点がある。すなわち、送信専用と受信専用の超音波トランスデューサ１６，１７を別々に設けた場合、図４Ａ及び図４Ｂに示すように、送信した超音波の波形（送信波形１８）と受信した反射波の波形（受信波形１９）とが重なり合うことなく別々に検出されるので、反射波の最大振幅や超音波の伝播時間を正確に測定することができる。これに対し、送受信兼用の超音波トランスデューサ８を使用する場合、送信から受信までの時間が短いと、受信波形１９が原点寄りに検出されるので、図４Ｃに示すように、送信波形１８と大きく重なってしまう。これにより、送信波形１８と受信波形１９との識別が困難になり、後述するように反射波の最大振幅や超音波の伝播時間を測定するのが難しい。
【００３８】
このように構成される検出器５は、図２に示すように、その超音波導波管６の開口側端部２０を下にして、土中２１に埋め込まれた状態で斜面２に設置される。ここで、超音波導波管６は、その内部の空気を介して超音波を伝播させるものであるため、検出器５を土中２１へ埋め込む際には、超音波導波管６の内部に土が入り込まないようにする必要がある。本実施例では、検出器５を土中２１に埋め込む手順として、図に詳細は示さないが、検出器５の設置深さを考慮して、斜面２に設置用穴を予め掘削しておき、この設置用穴に検出器５を配置して掘り出した土を埋め戻すことによって、超音波導波管６を土中２１に埋め込む。そして、超音波導波管６から蓋部材１０を取り外し、長尺な棒状部材を導波管本体９の上端開口から差し込むことにより、導波管本体９の内部に入り込んだ土を下端開口から外部へと押し出す。そして、棒状部材を導波管本体９から引き抜いた後、蓋部材１０を再度取り付ける。このような手順により、内部に土が入り込まないようにして、超音波導波管６を土中２１に埋め込むことができる。
【００３９】
また、検出器５を土中２１に埋め込む際には、図２に示すように、超音波導波管６の上端部すなわち密封側端部２３を地表２２より上に若干露出させた状態にしておく。このようにすれば、配線引き出し孔１１から引き出された配線１４も地表２２より上に露出した状態となるので、この配線１４を図１に示す測定器６に接続する際に、土中２１に埋まった状態の配線１４を地上まで引き出してから測定器６に接続する場合と比較すると、接続作業が行い易いという利点がある。更に、導波管本体９に形成された空気排出孔３４も地表２２より上に露出させた状態にしておけば、超音波導波管６の内部の空気が外部に排出されやすく好適である。
【００４０】
尚、検出器５を土中２１に埋め込む際には、図５に示すように、超音波導波管６の密閉側端部２３も地表２２より下に位置させるようにして、超音波導波管６の全体を土中２１に埋め込んでもよい。このようにすれば、超音波導波管６の長さによらず、地表２２から深い位置に検出器５を設置することができるという利点がある。
【００４１】
また、検出器５を土中２１に埋め込む際には、図６に示すように、前記設置用穴の底部に標準土２４を敷き詰め、超音波導波管６の下端開口を標準土２４に密着させるようにして検出器５を配置するのが好適である。この標準土２４とは、土粒子の粒径分布が既知である土、例えば粒径がほぼ一定であるような土を意味する。このように標準土２４を敷き詰めるのは、超音波の反射状態を安定させるためである。すなわち、後述するように、超音波トランスデューサ８は、自らが送信した超音波のうち超音波導波管６の下端部で反射して戻ってきた反射波を受信する。ここで、超音波導波管６の下端開口部に位置するのが粒径が不規則であるような土塊であると、超音波の反射状態が安定せず、超音波トランスデューサ８が十分な強度の反射波を受信することができない。これに対し、標準土２４を敷き詰めておくと、超音波の反射状態が安定するので、超音波トランスデューサ８で十分な強度の反射波を受信することができる。
【００４２】
一方、図７は、土中水分水位検出装置３を構成する測定器６の構成を示すブロック図である。測定器６は、各部の動作を制御する制御部２５に対して、超音波送信回路２６と、超音波受信回路２７と、信号処理回路２８とがシステムバス２９を介して接続されたものである。ここで、超音波送信回路２６は、図２に示す超音波トランスデューサ８に対して所定周波数の電気信号を付与するものである。一方、超音波受信回路２７は、超音波トランスデューサ８から所定周波数の電気信号を受け取って信号処理回路２８へ出力するものである。また、信号処理回路２８は、超音波受信回路２７から入力された電気信号に基づいて土中水分量や地下水位を検出するものである。
【００４３】
次に、土中水分水位検出装置３による土中水分量の検出、及び地下水位の検出について説明する。前記制御部２５の制御を受け、測定器６の超音波送信回路２６から検出器５の超音波トランスデューサ８に対して所定周波数の電気信号が付与されると、図２に示すように、超音波トランスデューサ８から所定周波数の超音波３０が送信される。この超音波３０は、超音波導波管６の内部を下方に向かって伝播し、超音波導波管６の下端に位置する土表面３１にぶつかって反射される。この反射波３２は、超音波導波管６の内部を上方に向かって伝播し、超音波トランスデューサ８によって受信される。そうすると、超音波トランスデューサ８が所定周波数の電気信号を出力し、測定器６の超音波受信回路２７がこの電気信号を受け取って信号処理回路２８へ出力する。そして、信号処理回路２８が、制御部２５による制御の下、入力された電気信号に基づいて、土中水分量及び地下水位をそれぞれ検出する。
【００４４】
ここで、信号処理回路２８は、斜面２の土中水分量を、反射波３２の最大振幅に基づいて検出する。より詳細に説明すると、土は土粒子部分と間隙部分とから構成されるが、土が乾燥状態の時は間隙部分の多くが空気で占められる。従って、このような土に超音波３０がぶつかると、土粒子部分にぶつかった超音波３０は反射波３２として戻ってくるが、間隙部分にぶつかった超音波３０は当該部分を透過することによって反射波３２としては戻ってこない。これにより、反射波３２の最大振幅は小さくなる。一方、土が水分を多く含んだ状態の時は間隙部分の多くが水で占められる。従って、このような土に超音波３０がぶつかると、土粒子部分にぶつかった超音波３０のみならず間隙部分にぶつかった超音波３０も反射波３２として戻ってくる。これにより、反射波３２の最大振幅が大きくなる。以上より、反射波３２の最大振幅を検出することによって、土中水分量を検出することができる。
【００４５】
一方、信号処理回路２８は、斜面２の地下水位を、超音波３０の伝播時間すなわち超音波トランスデューサ８が超音波３０を送信してからその反射波３２を受信するまでの時間に基づいて検出する。より詳細に説明すると、図２に示すように、地下水位面３３が土表面３１より低い位置にある間は、超音波トランスデューサ８から送信された超音波３０は、前述のように土表面３１によって反射される。しかし、降雨等によって地下水位面３３が上昇し、図８に示すように土表面３１を越えて高くなると、超音波トランスデューサ８から送信された超音波３０は、土表面３１ではなく地下水位面３３によって反射される。従って、超音波導波管６の内部を地下水位面３３が上昇するに伴って、超音波トランスデューサ８から地下水位面３３までの距離が短くなるので、超音波３０の伝播時間が徐々に短くなる。以上より、超音波３０の伝播時間を検出することによって、地下水位を検出することができる。尚、地下水位面３３が超音波導波管６の内部に浸入すると、押し出された超音波導波管６の内部の空気が前記空気排出孔３４を通って外部へ排出される。これにより、超音波導波管６の内部でも外部と同様に地下水位面３３が上昇するので、超音波導波管６の内部において地下水位を正確に検出することができる。また、空気排出孔３４は前述のように超音波導波管６の外部から内部へ向かって上向きに傾斜しているので、降雨時に空気排出孔３４を通って超音波導波管６の外部から内部へ水が浸入しにくく、地下水位面３３の正確な検出が可能となっている。
【００４６】
ここで、図９は、土の状態と反射波３２の波形との関係を示す図であって、図９Ａは土が乾燥状態での反射波３２の波形の一例を、図９Ｂは土が含水状態での反射波３２の波形の一例を、図９Ｃは土が浸水状態での反射波３２の波形の一例をそれぞれ示している。尚、本明細書において「乾燥状態」とは降雨等がなく土が少量の水分しか含んでいない状態を、「含水状態」とは降雨等によって土が一定量以上の水分を含んでいるが地下水位面３３は土表面３１より低い位置にある状態を、「浸水状態」とは地下水位面３３が土表面３１を超えて高い位置にある状態を、それぞれ意味している。
【００４７】
まず、この図９を用いて超音波３０の伝播時間について説明すると、図９Ａの乾燥状態と図９Ｂの含水状態では、時刻Ｔ０で送信を開始した超音波３０が時刻Ｔ２で反射波３２として戻ってきており、超音波３０の伝播時間は（Ｔ２−Ｔ０）で同じである。一方、図９Ｃの浸水状態では、時刻Ｔ０で送信を開始した超音波３０が時刻Ｔ２より早い時刻Ｔ１で反射波３２として戻ってきており、超音波３０の伝播時間は（Ｔ１−Ｔ０）となって、乾燥状態や含水状態の伝播時間より短くなっている。これは、上述のように、地下水位面３３の上昇に伴って超音波トランスデューサ８から地下水位面３３までの距離が短くなるからである。
【００４８】
次に、この図９を用いて反射波３２の最大振幅について説明すると、図９Ｂに示す含水状態における反射波３２の最大振幅ＩＢは、図９Ａに示す乾燥状態における反射波３２の最大振幅ＩＡより大きい。これは、上述のように、乾燥状態では土の間隙部分を超音波３０が透過するのに対し、含水状態では土の間隙部分でも超音波３０が反射するからである。一方、図９Ｃに示す浸水状態における反射波３２の最大振幅はＩＣは、図９Ｂに示す含水状態における反射波３２の最大振幅Ｉ２より更に大きい。これは、地下水位面３３の上昇に伴って超音波３０の伝播距離が短くなるので、例えば超音波導波管６内の空気に吸収される等して伝播経路上で減衰する超音波３０の量が減るためである。
【００４９】
次に、本実施例に係る斜面崩壊予知システム１が、土中水分水位検出装置３の検出結果に基づいて警報を発する手順について説明する。図１０は、雨が降り始めてからの経過時間と反射波３２の最大振幅との関係の一例、及び当該経過時間と超音波３０の伝播時間との関係の一例を示した図である。尚、図１０では、反射波３２の最大振幅を一点鎖線で、超音波３０の伝播時間を実線でそれぞれ示している。また、図１０で反射波３２の最大振幅は、最初の測定時点すなわち経過時間０分における測定値を１．０とした時の比率をプロットしたものである。
【００５０】
まず、図１０で経過時間が０分〜約１８０分の区間において、反射波３２の最大振幅は約１．０でほぼ一定に推移する。これは、地表２２に降り注いだ雨水が土中２１へと徐々に染み込んでいく間、検出器５の下端の位置では土中水分量に変化が生じず、土の間隙部分で反射される超音波３０の量が一定だからである。ここで、測定器６の制御部２５は、反射波３２の最大振幅が予め定めた閾値Ｓに達しない間は、土は乾燥状態であると判断する。一方、この乾燥状態の区間では、超音波３０の伝播時間も約２．７でほぼ一定に推移する。これは、地下水位面３３が未だ土表面３１より低い位置にあり、超音波トランスデューサ８から送信された超音波３０は常に土表面３１で反射されるので、超音波３０の伝播距離が一定だからである。
【００５１】
その後、図１０で経過時間が約１８０分を過ぎると、反射波３２の最大振幅が増加し始める。これは、前述のように土の間隙部分が徐々に水分によって占められるに連れて、間隙部分で反射される超音波３０の量が徐々に増えるからである。そして、測定器６の制御部２５は、反射波３２の最大振幅が予め定めた閾値Ｓに達すると、土が乾燥状態から含水状態へと移行したと判断する。一方、超音波３０の伝播時間は、土が乾燥状態から含水状態へと移行しても、乾燥状態の区間と同様に約２．７で一定に推移し続ける。これは、地下水位面３３が依然として図２に示す土表面３１より低い位置にあるからである。
【００５２】
その後、反射波３２の最大振幅は、図１０の経過時間約２２０分で約１．４に達するまで増加し続け、その後も僅かずつ増加する。ここで、制御部２５は、斜面崩壊が発生する恐れの低い乾燥状態や含水状態においては、反射波３２の最大振幅が増加する様子、及び超音波３０の伝播時間が一定に推移する様子を常時監視することにより、斜面崩壊予知システム１が正常に動作していることを確認することができる。
【００５３】
その後、図１０で経過時間が約５００分を過ぎると、超音波３０の伝播時間が減少し始める。これは、地下水位面３３が図８に示す土表面３１を超えて高くなり、超音波トランスデューサ８から送信された超音波３０が土表面３１ではなく地下水位面３３で反射されるようになるので、地下水位面３３の上昇に伴って超音波３０の伝播距離が徐々に短くなるからである。ここで、測定器６の制御部２５は、超音波３０の伝播時間が減少し始めた時点をもって、土が含水状態から浸水状態へと移行したと判断する。そして、制御部２５は、この浸水状態への移行をもって、検出器５を設置した斜面２が崩壊する恐れがあると判断し、前記警報装置４を制御することにより、システム使用者に対して斜面崩壊の危険性がある旨を報知するための警報を発する。これにより、システム使用者は、斜面崩壊の発生を予知して事前に避難等の措置を取ることができる。
【００５４】
一方、浸水状態への移行とともに、反射波３２の最大振幅は移行前より増加し始める。これは、地下水位面３３が上昇して伝播距離が短くなると、経路上での減衰量が減少するからである。
【００５５】
その後、図１０で経過時間が約５６０分に達するまで、超音波３０の伝播時間は減少し続ける一方、反射波３２の最大振幅は増加し続ける。そして、それ以降は、超音波３０の伝播時間及び反射波３２の最大振幅を共に検出しなくなる。これは、地下水位面３３が上昇して超音波トランスデューサ８の位置の近くに到達すると、超音波トランスデューサ８が反射波３２を受信しなくなるからである。尚、超音波３０の伝播時間及び反射波３２の最大振幅を共に検出しなくなった後も、土の浸水状態は継続するものとする。
【００５６】
尚、本実施例では浸水状態への移行と同時に警報を発したが、警報を発するタイミングはこれに限られず、例えば「危険度レベル」という概念を導入して決定してもよい。より詳細に説明すると、制御部２５は、含水状態のスタート時点から経過時間計測を行い、含水状態が連続して予め定めた時間ｔ０だけ継続すると、斜面２の崩壊危険性が「危険度レベル１」になったと判定する。そして、制御部２５は、斜面２が危険度レベル１になってからの経過時間計測を行う。その後、制御部２５は、浸水状態への移行時点をもって斜面２の崩壊危険性が「危険度レベル２」に上がったと判定する。そして、制御部２５は、斜面２が危険度レベル２になってからの経過時間ｔ２を計測する。以上の計測に基づき、危険度レベル１が継続した時間ｔ１、すなわち斜面２が危険度レベル１になってから危険度レベル２になるまでの継続時間ｔ１と、危険度レベル２になってから現在までの経過時間ｔ２との関係が、一定の関係になったと判断すると、制御部２５は、警報装置４を制御して警報を発する。尚、危険度レベル１の継続時間ｔ１と危険度レベル２の経過時間ｔ２との関係としては、任意の関係を設定することができる。
【００５７】
次に、本発明の第２実施例に係る斜面崩壊予知システム４０について説明する。図１１は、第２実施例に係る斜面崩壊予知システム４０の構成を示す模式図である。斜面崩壊予知システム４０は、対象となる斜面２に設置されて土中水分量及び地下水位を検出する土中水分水位検出装置４１と、この土中水分水位検出装置４１の検出結果に基づいて斜面崩壊が発生する危険性が高い状態である旨の警報を発する警報装置４２と、を備えるものである。本実施例を第１実施例と比較すると、土中水分水位検出装置４１の構成が異なっているが、警報装置４２の構成は第１実施例の警報装置４と同じであるため、ここでは説明を省略する。
【００５８】
土中水分水位検出装置４１は、図１１に示すように、斜面２に埋め込んで設置された１個の検出器５と、この検出器５に隣接した位置に同じく斜面２に埋め込んで設置された温度補正器４３と、検出器５及び温度補正器４３に電気的に接続された測定器６と、を有している。尚、検出器５及び測定器６は、第１実施例と同じ構成であるため、図１１では図１と同じ符号を付し、ここでは説明を省略する。
【００５９】
図１２は、図１１の検出器５及び温度補正器４３を拡大した部分拡大縦断面図である。温度補正器４３は、検出器５を温度補正するためのものである。より詳細に説明すると、検出器５を構成する超音波トランスデューサ８は、前述のように超音波送受信を兼用する素子を有しているが、その送信特性及び受信特性には大きな温度依存性がある。従って、これらを温度変化の激しい野外で使用し、反射波３２の最大振幅と超音波３０の伝播時間とを検出する以上、送信特性及び受信特性を温度補正することが好適である。ここで、図１２に示すように、温度補正器４３は、中空の超音波導波管４４の内部における一端側にダンパー材７を介して超音波トランスデューサ８が設けられてなる点では検出器５と同じ構成であるが、超音波導波管４４の構成が検出器５とは異なっている。すなわち、温度補正器４３の超音波導波管４４は、検出器５の導波管本体９と同じ長さの導波管本体４５に、その両端開口を塞いで蓋部材４６がそれぞれ取り付けられたものである。また、導波管本体４５には、検出器５の導波管本体９のように空気排出孔３４を形成していないが、温度変化に伴う内部の気圧変動の影響を排除すべく、導波管本体４５に空気排出孔３４を形成してもよい。
【００６０】
このように構成される温度補正器４３は、超音波トランスデューサ８を設けた側の端部を上にし、検出器５と所定距離を開けて平行するようにして、検出器５と同じ深さまで土中２１に埋め込んだ状態で斜面２に設置される。そして、この時、超音波導波管４４の下端に位置する蓋部材４６の内側面には、性状が既知である土４７を若干量だけ敷き詰めておく。これにより、超音波トランスデューサ８から送信される超音波３０が蓋部材４６ではなく敷き詰められた土４７の表面によって反射される。尚、土４７としては、例えば、検出器５の土表面３１に存在する土と同じ組成の土を用いてもよい。このように、温度補正器４３を検出器５とほぼ同じ状態で土中２１に設置することにより、検出器５と同じ温度条件下で反射波３２の最大振幅や超音波３０の伝播時間を検出することができる。更に、温度補正器４３は、超音波導波管４４の下端に取り付けられた蓋部材４６の存在により、周囲の土中水分量の変化や地下水位の変化には影響を受けない。従って、この温度補正器４３によれば、反射波３２の最大振幅や超音波３０の伝播時間を、温度変化の影響だけを受けた状態で検出することができる。
【００６１】
次に、温度補正器４３による検出器５の温度補正について説明する。測定器６の制御部２５による制御の下、測定器６の超音波送信回路２６から温度補正器４３の超音波トランスデューサ８に対して所定周波数の電気信号が付与されると、図１２に示すように、超音波トランスデューサ８から所定周波数の超音波３０が送信される。この超音波３０は、超音波導波管４４の内部を下方に向かって伝播し、蓋部材４６の内側面に敷き詰められた土４７によって反射される。この反射波３２は、超音波導波管４４の内部を上方に向かって伝播し、超音波トランスデューサ８によって受信される。そうすると、超音波トランスデューサ８が所定周波数の電気信号を出力し、測定器６の超音波受信回路２７がこの電気信号を受け取って信号処理回路２８へ出力する。そして、信号処理回路２８が、制御部２５による制御の下、例えば検出器５の出力値を温度補正器４３の出力値で除算することにより、検出器５の出力値を温度補正する。このようにして、反射波３２の最大振幅や超音波３０の伝播時間を温度補正することができる。
【００６２】
尚、本実施例では温度補正器４３を検出器５とは別体として設けたが、図１３に示すように、温度補正器４３を検出器５と一体的に設けてもよい。このように検出器５と温度補正器４３とを一体構成した場合、検出器５と温度補正器４３とを所定距離だけ離して設置する場合と比較して、検出器５と温度補正器４３との間で設置場所の違いによる温度差が生じにくいので、より正確に検出器５の温度補正が行えるという利点がある。また、検出器５と温度補正器４３とを一体構成した方が、検出器５と温度補正器４３とを別々に土中２１に埋め込むのと比較して、設置作業が簡略化するという利点もある。
【００６３】
次に、本発明の第３実施例に係る斜面崩壊予知システム５０について説明する。図１４は、第３実施例に係る斜面崩壊予知システム５０の構成を示す模式図である。斜面崩壊予知システム５０は、対象となる斜面２に設置されて土中水分量及び地下水位を検出する土中水分水位検出装置５１と、この土中水分水位検出装置５１の検出結果に基づいて斜面崩壊が発生する危険性が高い状態である旨の警報を発する警報装置５２とを備えるものである。本実施例を第１実施例と比較すると、土中水分水位検出装置５１の構成及び警報を発する手順が異なっているが、警報装置５２の構成は第１実施例の警報装置４と同じであるため、ここでは説明を省略する。
【００６４】
土中水分水位検出装置５１は、斜面２の異なる位置にそれぞれ埋め込んで設置された複数個の検出器５と、各検出器５とそれぞれ電気的に接続された測定器５３と、を有している。ここで、各検出器５の構成及び設置方法は、第１実施例と同じであるため、第１実施例と同じ符号を使用し、ここでは説明を省略する。尚、第２実施例と同様に、各検出器５を温度補正するための温度補正器４３を別途設けてもよい。また、本実施例では、各検出器５の長さを種々変化させてその先端が地表２２から異なる深さ位置にそれぞれ達するようにしており、各検出器５で異なる深さ位置の土中水分量及び地下水位を検出している。もちろん、これに限られず、各検出器５で同じ深さ位置の土中水分量及び地下水位を検出してもよい。
【００６５】
一方、図１５は、測定器５３の構成を示すブロック図である。測定器５３は、各部の動作を制御する制御部５４に対して、超音波送信回路５５と、超音波受信回路５６と、マルチプレクサ５７と、信号処理回路５８とがシステムバス５９を介して接続されたものである。ここで、超音波送信回路５５は、図２に示す超音波トランスデューサ８に対して所定周波数の電気信号を付与するものである。一方、超音波受信回路５６は、超音波トランスデューサ８から所定周波数の電気信号を受け取って信号処理回路５８へ出力するものである。また、マルチプレクサ５７は、複数の検出器５から入力された電気信号を適宜切り替えながら超音波受信回路５６へ出力し、或いは超音波送信回路５５から入力された複数の電気信号を適宜切り替えながら検出器５へ出力するものである。また、信号処理回路５８は、超音波受信回路５６から入力された電気信号に基づいて土中水分量や地下水位を検出するものである。
【００６６】
次に、本実施例に係る斜面崩壊予知システム５０が、土中水分水位検出装置５１の検出結果に基づいて警報を発する手順について説明する。尚、各検出器５について、雨が降り始めてからの経過時間と反射波３２の最大振幅との関係、及び当該経過時間と超音波３０の伝播時間との関係は第１実施例と同じであるため、図１０を用いて説明する。
【００６７】
測定器５３の制御部５４は、１つの斜面２に設置した例えばＮ個の検出器５の動向を観察し、図１０に示す含水状態が連続して時間ｔ０以上に渡って継続している検出器５が徐々に増え、その数が予め定めたＮ１個に達したと判断すると、斜面２の崩壊危険性が「全体系危険度レベル１」になったと判定する。その後、制御部５４は各検出器５の動向を引き続き観察し、前記Ｎ１個の検出器５のうち、図１０に示す浸水状態へ移行した検出器５の数が予め定めたＮ２個に達したと判断すると、斜面２の崩壊危険性が「全体系危険度レベル２」に上がったと判定する。
【００６８】
そして、制御部５４は、斜面２の崩壊危険性が全体系危険度レベル１を経て、且つ、その後に全体系危険度レベル２に上がった時点をもって、その斜面２が崩壊する恐れがあると判断し、警報装置５２を制御することによりシステム使用者に対して警報を発する。このように、複数個の検出器５の検出結果に基づいて斜面２の状態を判定することにより、ある１つの検出器５に生じた誤作動等によって警報を発することがなく、検知精度を向上させることができる。
【００６９】
尚、本実施例では、斜面２の崩壊危険性が全体系危険度レベル１に達した後に全体系危険度レベル２に達したことをトリガとして警報を発したが、これに限られず、斜面２の崩壊危険性が全体系危険度レベル２に達したことのみをトリガとして警報を発してもよい。この場合、制御部５４は、斜面２の崩壊危険性が全体系危険度レベル１になったか否かによらず、すなわち含水状態が連続して時間ｔ０以上に渡って継続している検出器５の数がＮ１個に達したか否かによらず、斜面２の崩壊危険性が全体系危険度レベル２になったことのみをもって、すなわち浸水状態へ移行した検出器５の数がＮ２個に達したことのみをもって、警報を発する。このように全体系危険度レベル２に達したことのみをトリガとした方が制御部５４による処理は簡略化できる点で好適であるが、含水状態を経ることなくいきなり浸水状態になるという検出器５の誤動作の影響を排除できる点では、前述のように全体系危険度レベル１に達したこともトリガに加えた方が好適である。
【００７０】
以上のように、本発明に係る斜面崩壊予知システムによれば、単一の土中水分水位検出装置によって土中水分量と地下水位の両方を検出することができる。従って、土中水分量を検出する装置と地下水位を検出する装置とを別々に斜面に設置する場合と比較して、装置設置作業の簡略化及びコストダウンを図ることができる。また、斜面崩壊が発生する恐れの低い場合、すなわち土が乾燥状態や含水状態の時は、反射波の最大振幅や超音波の伝播時間の様子を常時監視することにより、システムが正常に動作していることを確認することができる。
【産業上の利用可能性】
【００７１】
尚、本斜面崩壊予知システムは、降雨による斜面崩壊の予知に用いられるだけでなく、例えば融雪水による斜面崩壊、すなわち春先の好天の日に雪が溶け出した水が土に染み込むことによって起こる斜面崩壊の予知にも用いることができる。
【符号の説明】
【００７２】
１ 斜面崩壊予知システム
３ 土中水分水位検出装置
５ 検出器
６ 超音波導波管
８ 超音波トランスデューサ（超音波送信素子及び超音波受信素子）
２０ 開口側端部
２１ 土中
２５ 制御部
３０ 超音波
３１ 土表面
３２ 反射波
３３ 地下水位面
３４ 空気排出孔
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一端が密封され他端が開口された管状の部材であって、開口側を下にして内部に土が入らないように土中に埋め込まれる超音波導波管、該超音波導波管の内部における密封側に設けられ、開口側に向けて超音波を送信する超音波送信素子、及び前記超音波導波管の内部における密封側に設けられ、前記超音波送信素子から送信された超音波のうち、開口側端部の土表面で反射して或いは前記超音波導波管の内部に浸入した地下水位面で反射して戻ってきた反射波を受信する超音波受信素子、を有する検出器と、
前記超音波導波管の開口側端部付近での土中水分量を、前記超音波受信素子が受信した反射波の最大振幅に基づいて検出する一方、土中の地下水位の位置を、前記超音波送信素子が超音波を送信してから前記超音波受信素子がその反射波を受信するまでに要する伝播時間に基づいて検出する制御部と、
を備えることを特徴とする土中水分水位検出装置。
【請求項２】
両端が密封された管状の部材であって、前記検出器の超音波導波管と略平行に同じ深さ位置まで土中に埋め込まれる超音波導波管、該超音波導波管の内部における上端側に設けられ、下端側に向けて超音波を送信する超音波送信素子、及び前記超音波導波管の内部における上端側に設けられ、前記超音波送信素子から送信された超音波のうち、前記超音波導波管の内部底面に予め敷き詰められた性状が既知である土の表面で反射して戻ってきた反射波を受信する超音波受信素子、を有する温度補正器を更に備え、
前記制御部が、前記検出器で検出した前記反射波の最大振幅及び前記伝播時間を、前記温度補正器で検出した前記反射波の最大振幅及び前記伝播時間により温度補正することを特徴とする請求項１に記載の土中水分水位検出装置。
【請求項３】
前記温度補正器が、前記検出器と一体的に構成されたことを特徴とする請求項２に記載の土中水分水位検出装置。
【請求項４】
前記検出器の超音波導波管に、内部の空気を外部へ排出するための空気排出孔が形成されたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の土中水分水位検出装置。
【請求項５】
前記空気排出孔が、前記検出器の超音波導波管の外部から内部へ向かって上向きに傾斜するように形成されたことを特徴とする請求項４に記載の土中水分水位検出装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれかに記載の土中水分水位検出装置が斜面に設置され、前記制御部が、前記反射波の最大振幅及び前記伝播時間の検出結果に基づいて、前記斜面が崩壊する危険性が高い旨の警報を発することを特徴とする土中水分水位検出装置を用いた斜面崩壊予知システム。
【請求項７】
前記土中水分水位検出装置が１個設置され、前記制御部が、前記反射波の最大振幅が所定値以上に達した状態が所定時間以上連続して継続した時に、前記斜面の崩壊危険性が危険度レベル１に達したと判定した後、前記伝播時間が減少し始めた時に、前記斜面の崩壊危険性が危険度レベル２に上がったと判定し、前記危険度レベル１が継続した時間と前記危険度レベル２に上がってからの経過時間との関係に基づいて、前記警報を発することを特徴とする請求項６に記載の土中水分水位検出装置を用いた斜面崩壊予知システム。
【請求項８】
前記土中水分水位検出装置が複数個設置され、前記制御部が、前記反射波の最大振幅が所定値以上に達した状態が所定時間以上連続して継続した前記土中水分水位検出装置の数がＮ１個に達した時に、前記斜面の崩壊危険性が全体系危険度レベル１になったと判定し、その後、前記Ｎ１個のうち前記伝播時間が減少し始めた前記土中水分水位検出装置の数がＮ２個に達した時に、前記斜面の崩壊危険性が全体系危険度レベル１から全体系危険度レベル２に上がったと判定し、前記警報を発することを特徴とする請求項６に記載の土中水分水位検出装置を用いた斜面崩壊予知システム。
【請求項９】
前記検出器の超音波導波管が、その密封側端部を地表より上に露出させるようにして、土中に埋め込まれたことを特徴とする請求項６乃至８のいずれかに記載の土中水分水位検出装置を用いた斜面崩壊予知システム。
【請求項１０】
前記検出器の超音波導波管が、その全体を地表より下に位置させるようにして、土中に埋め込まれたことを特徴とする請求項６乃至８のいずれかに記載の土中水分水位検出装置を用いた斜面崩壊予知システム。
【請求項１１】
前記検出器の超音波導波管の開口側端部に、粒径分布が既知である標準土が敷き詰められたことを特徴とする請求項６乃至１０のいずれかに記載の土中水分水位検出装置を用いた斜面崩壊予知システム。
【請求項１】
一端が密封され他端が開口された管状の部材であって、開口側を下にして内部に土が入らないように土中に埋め込まれる超音波導波管、該超音波導波管の内部における密封側に設けられ、開口側に向けて超音波を送信する超音波送信素子、及び前記超音波導波管の内部における密封側に設けられ、前記超音波送信素子から送信された超音波のうち、開口側端部の土表面で反射して或いは前記超音波導波管の内部に浸入した地下水位面で反射して戻ってきた反射波を受信する超音波受信素子、を有する検出器と、
前記超音波導波管の開口側端部付近での土中水分量を、前記超音波受信素子が受信した反射波の最大振幅に基づいて検出する一方、土中の地下水位の位置を、前記超音波送信素子が超音波を送信してから前記超音波受信素子がその反射波を受信するまでに要する伝播時間に基づいて検出する制御部と、
を備えることを特徴とする土中水分水位検出装置。
【請求項２】
両端が密封された管状の部材であって、前記検出器の超音波導波管と略平行に同じ深さ位置まで土中に埋め込まれる超音波導波管、該超音波導波管の内部における上端側に設けられ、下端側に向けて超音波を送信する超音波送信素子、及び前記超音波導波管の内部における上端側に設けられ、前記超音波送信素子から送信された超音波のうち、前記超音波導波管の内部底面に予め敷き詰められた性状が既知である土の表面で反射して戻ってきた反射波を受信する超音波受信素子、を有する温度補正器を更に備え、
前記制御部が、前記検出器で検出した前記反射波の最大振幅及び前記伝播時間を、前記温度補正器で検出した前記反射波の最大振幅及び前記伝播時間により温度補正することを特徴とする請求項１に記載の土中水分水位検出装置。
【請求項３】
前記温度補正器が、前記検出器と一体的に構成されたことを特徴とする請求項２に記載の土中水分水位検出装置。
【請求項４】
前記検出器の超音波導波管に、内部の空気を外部へ排出するための空気排出孔が形成されたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の土中水分水位検出装置。
【請求項５】
前記空気排出孔が、前記検出器の超音波導波管の外部から内部へ向かって上向きに傾斜するように形成されたことを特徴とする請求項４に記載の土中水分水位検出装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれかに記載の土中水分水位検出装置が斜面に設置され、前記制御部が、前記反射波の最大振幅及び前記伝播時間の検出結果に基づいて、前記斜面が崩壊する危険性が高い旨の警報を発することを特徴とする土中水分水位検出装置を用いた斜面崩壊予知システム。
【請求項７】
前記土中水分水位検出装置が１個設置され、前記制御部が、前記反射波の最大振幅が所定値以上に達した状態が所定時間以上連続して継続した時に、前記斜面の崩壊危険性が危険度レベル１に達したと判定した後、前記伝播時間が減少し始めた時に、前記斜面の崩壊危険性が危険度レベル２に上がったと判定し、前記危険度レベル１が継続した時間と前記危険度レベル２に上がってからの経過時間との関係に基づいて、前記警報を発することを特徴とする請求項６に記載の土中水分水位検出装置を用いた斜面崩壊予知システム。
【請求項８】
前記土中水分水位検出装置が複数個設置され、前記制御部が、前記反射波の最大振幅が所定値以上に達した状態が所定時間以上連続して継続した前記土中水分水位検出装置の数がＮ１個に達した時に、前記斜面の崩壊危険性が全体系危険度レベル１になったと判定し、その後、前記Ｎ１個のうち前記伝播時間が減少し始めた前記土中水分水位検出装置の数がＮ２個に達した時に、前記斜面の崩壊危険性が全体系危険度レベル１から全体系危険度レベル２に上がったと判定し、前記警報を発することを特徴とする請求項６に記載の土中水分水位検出装置を用いた斜面崩壊予知システム。
【請求項９】
前記検出器の超音波導波管が、その密封側端部を地表より上に露出させるようにして、土中に埋め込まれたことを特徴とする請求項６乃至８のいずれかに記載の土中水分水位検出装置を用いた斜面崩壊予知システム。
【請求項１０】
前記検出器の超音波導波管が、その全体を地表より下に位置させるようにして、土中に埋め込まれたことを特徴とする請求項６乃至８のいずれかに記載の土中水分水位検出装置を用いた斜面崩壊予知システム。
【請求項１１】
前記検出器の超音波導波管の開口側端部に、粒径分布が既知である標準土が敷き詰められたことを特徴とする請求項６乃至１０のいずれかに記載の土中水分水位検出装置を用いた斜面崩壊予知システム。
【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】
【公開番号】特開２０１１−４７６７６（Ｐ２０１１−４７６７６Ａ）
【公開日】平成２３年３月１０日（２０１１．３．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１９４１９８（Ｐ２００９−１９４１９８）
【出願日】平成２１年８月２５日（２００９．８．２５）
【出願人】（５９３００６６３０）学校法人立命館 (359)
【出願人】（０００２２１６１６）東日本旅客鉄道株式会社 (833)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年３月１０日（２０１１．３．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年８月２５日（２００９．８．２５）
【出願人】（５９３００６６３０）学校法人立命館 (359)
【出願人】（０００２２１６１６）東日本旅客鉄道株式会社 (833)
【Ｆターム（参考）】
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