観測装置、土地地盤変位監視システムおよびアンテナ装置
【課題】人や車両の通行を妨げたり、景観を損ねたりすることのない、観測装置および当該観測装置を用いた土地地盤変位監視システムを提供する。
【解決手段】土地地盤変位監視システム１は、高速道路１５の路側帯１６上の各測定点に埋め込まれた測定点観測装置１０と、位置が既知である基準点に設置された基準点観測装置１１と、監視装置１２とから構成される。測定点観測装置１０は舗装部１９に固定されている。測定点観測装置１０と基準点観測装置１１とは、ＧＰＳ衛星２１からの電波を受信し、電波の搬送波の位相に関するデータ等を求める。監視装置１２は、測定点観測装置１０と基準点観測装置１１とから受信した位相に関するデータ等から基準点に対する測定点の相対位置を求め、さらに相対位置の変化から測定点の土地地盤変位を検知する。
【解決手段】土地地盤変位監視システム１は、高速道路１５の路側帯１６上の各測定点に埋め込まれた測定点観測装置１０と、位置が既知である基準点に設置された基準点観測装置１１と、監視装置１２とから構成される。測定点観測装置１０は舗装部１９に固定されている。測定点観測装置１０と基準点観測装置１１とは、ＧＰＳ衛星２１からの電波を受信し、電波の搬送波の位相に関するデータ等を求める。監視装置１２は、測定点観測装置１０と基準点観測装置１１とから受信した位相に関するデータ等から基準点に対する測定点の相対位置を求め、さらに相対位置の変化から測定点の土地地盤変位を検知する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＧＰＳ衛星等の測位用衛星からの電波を観測する観測装置、当該観測装置を用いて土地地盤の変位を監視する土地地盤変位監視システムに関する。さらには、ＧＰＳ衛星等の測位用衛星からの電波を受信するアンテナ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、地すべりが起きやすい山の傾斜地などにおいては、土地変動観測システム（土地地盤変位監視システム）を利用して土地の変動が観測されている（例えば、特許文献１、２）。特許文献１に示される土地変動観測システムでは、位置が既知である基準点および土地の変動を観測する傾斜地の測定点にそれぞれＧＰＳ衛星からの電波を観測する観測装置を設置する。基準点および測定点の観測装置は、アンテナで電波を受信し、受信した電波の搬送波の位相に関するデータ等を監視装置に送信する。監視装置は、位相に関するデータ等やＧＰＳ衛星の位置情報から基準点に対する測定点の相対位置（三次元方向と距離とからなる基線ベクトル）を求め、これを記憶部に蓄積する。さらに、測定点ごとに蓄積された相対位置データの変化を検知して、測定点の土地変動を観測する。このとき、僅かな土地変動でも検知できるように、測位精度の高い干渉測位法で測定点の相対位置が求められる。
【０００３】
干渉測位法で測定点の相対位置を求めるためには、４つ以上のＧＰＳ衛生からの電波を基準点および測定点の観測装置で観測する必要がある。このため、観測装置のアンテナをポールなどの上部に取り付けて、アンテナから見た天空方向の視界が良くなるようにしている。ところが、地上のアンテナやポールが人や車両の通行を妨げたり、景観を損ねたりすることから、人や車両の通行や景観のことなどを考えなくてもよい区域、例えば山の傾斜地などに限って土地変動観測システムが利用されているのが現状である。
【０００４】
下記の特許文献３には、ＧＰＳ衛星からの信号を受信するアンテナ、制御回路部および電源部（電池）を外装ケース内に収めた検知装置が示されている。この検知装置は、例えば駐車場の駐車スペースごとに上面が大気に露出するようにして埋め込まれる。車両が駐車しているときにはＧＰＳ衛星からの信号（電波）が車両で遮られることから、駐車スペースの車両の有無は、検知装置が信号を捕捉できたか否かで分かる。検知装置による信号の捕捉状況は無線通信によって監視装置に送信され、監視装置が受信した捕捉状況から駐車スペースごとの車両の有無を判定・管理する。
【０００５】
【特許文献１】特開平６−１６０５０９号公報（平成５年６月３日に提出された手続補正書による補正後の段落００１２〜００１７）
【特許文献２】特開２００３−０７７０８５号公報（段落００２２〜００３７）
【特許文献３】特開平９−２９７１７１号公報（要約、段落００２１〜００２５）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
一方では、人や車両の通行する道路などの土地変動を観測したいという潜在需要があるものの、従来の土地変動観測システム（土地地盤変位監視システム）は人や車両の通行を妨げたり、景観を損ねたりするため、潜在需要に応えることができない。つまり、人や車両の通行を妨げたり、景観を損ねたりすることのない土地地盤変位監視システムが望まれているが、今までこのような要望を満たすシステムは存在しなかった。なお、上記の特許文献３に示される検知装置は、ＧＰＳ衛星からの信号を単に補足するだけであり、４つ以上のＧＰＳ衛星からの信号を捕捉する必要はない。また、土地の変動を高い精度で観測するものではないので、土地に対して検知装置を固定するという考えもないし、信号（電波）のマルチパスによる弊害について考慮する必要性も小さい。
【０００７】
本発明は、上記問題点を解決するものであって、その課題とするところは、人や車両の通行を妨げたり、景観を損ねたりすることのない、観測装置、土地地盤変位監視システムおよびアンテナ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
第１の発明に係る観測装置は、測位衛星からの電波を受信して当該電波の位相に関するデータを求める観測装置であって、平坦な上面を大気に露出させて地面に埋め込まれる分離可能な密閉容器と、密閉容器内に収納された、アンテナモジュール、シールド板および受信機と、密閉容器内に水が浸入するのを防止する防水手段と、密閉容器を土地に固定するための固定用手段と、を備える。そして、密閉容器の上壁は電波透過率の高い材質からなり、アンテナモジュールは上記電波を受信して受信信号を増幅し、シールド板は、電波反射率の高い材質からなり、密閉容器の底壁あるいは側壁で上記電波が反射しないように配置され、受信機は、アンテナモジュールから出力される増幅された受信信号に対して信号処理を施すことにより、上記電波の位相に関するデータを求める。上記の密閉容器を土地に固定するとは、地面（例えば、舗装道路の舗装部）に固定することや、地中に埋設された基台に固定することなどである。
【０００９】
このようにすることで、密閉容器を地面に埋め込んで観測装置が使用される場合、アンテナモジュールなどを収納した密閉容器が上面を大気に露出させて地面に埋め込まれるので、すなわち密閉容器が地面から突出しないので、人や車の通行を妨げたり、景観を損ねたりせずに、測位衛星からの電波を受信して電波の位相に関するデータを求めることができる。また、観測装置のメンテナンスをするときに、高所作業をしなくてもよいというメリットもある。さらに、シールド板によって測位衛星からの電波が密閉容器の底壁や側壁で反射するのが防止されるので、電波のマルチパスによる受信障害が低減され、測位衛星からの電波の位相に関するデータを正確に求めることができる。さらに、防水手段によって密閉容器内に水が浸入しないようになっているので、密閉容器内に収納されたアンテナモジュールなどが水による損傷を受けることがない。さらに、密閉容器を地面に埋め込んで観測装置が土地地盤変位監視システムにおいて使用される場合、固定用手段を用いて密閉容器を土地に固定することにより、測定点の地面や地中の土地地盤変位を監視することが可能となる。なお、本発明の価値は、測位衛星からの電波を良好に受信できるようにアンテナを高所に設置してアンテナから見た天空方向の視界を良くするという従来からの考え方を覆したところにある。
【００１０】
第２の発明に係る観測装置は、測位衛星からの電波を受信して当該電波の位相に関するデータを求める観測装置であって、平坦な上面を大気に露出させて地面に埋め込まれる分離可能な密閉容器と、密閉容器内に収納された、アンテナモジュールおよびシールド板と、密閉容器内に水が浸入するのを防止する防水手段と、密閉容器を土地に固定するための固定用手段と、密閉容器外に配置される受信機と、を備える。そして、密閉容器の上壁は電波透過率の高い材質からなり、アンテナモジュールは上記電波を受信して受信信号を増幅し、シールド板は、電波反射率の高い材質からなり、密閉容器の底壁あるいは側壁で上記電波が反射しないように配置され、受信機は、アンテナモジュールから出力される増幅された受信信号に対して信号処理を施すことにより、上記電波の位相に関するデータを求める。上記の密閉容器を土地に固定するとは、地面（例えば、舗装道路の舗装部）に固定することや、地中に埋設された基台に固定することなどである。このようにすることで、第１の発明と同様の作用効果が得られることに加えて、密閉容器の小型化および密閉容器の容器壁の肉厚の薄型化を実現できるので、より多くの利用分野での使用が可能となる。
【００１１】
第３の発明に係る土地地盤変位監視システムは、位置が既知の基準点に設置され、測位衛星からの電波を受信して当該電波の位相に関するデータを求める基準点観測装置と、第１または第２の発明に係る観測装置であって、１つまたは複数の測定点に、密閉容器が上面を大気に露出させて埋め込まれ、かつ固定用手段を用いて土地に固定された測定点観測装置と、基準点観測装置で求められる位相に関するデータ、測定点観測装置で求められる位相に関するデータ、および測位衛星の位置情報から基準点に対する測定点の相対位置を求める相対位置算出手段と、上記相対位置の変動を検知する相対位置変動検知手段と、を備える。上記の密閉容器を土地に固定するとは、地面（例えば、舗装道路の舗装部）に固定することや、地中に埋設された基台に固定することなどである。
【００１２】
上記のように、測定点観測装置の密閉容器が上面を大気に露出させて地面に埋め込まれているので、すなわち密閉容器が地面から突出しないので、人や車の通行を妨げたり、景観を損ねたりせずに、測定点観測装置で測位衛星からの電波を受信して電波の位相に関するデータを求めることができる。また、測定点観測装置のメンテナンスをするときに、高所作業をしなくてもよいというメリットもある。さらに、固定用手段を用いて密閉容器が土地に固定されているので、測定点の地面や地中の土地地盤変位を監視することができる。さらに、シールド板によって測位衛星からの電波が密閉容器の底壁や側壁で反射するのが防止されるので、電波のマルチパスによる受信障害が低減され、測定点観測装置で測位衛星からの電波の位相に関するデータを正確に求めることができる。これにより、測定点の僅かな土地地盤変位をも監視することが可能となる。さらに、防水手段によって密閉容器内に水が浸入しないようになっているので、密閉容器内に収納されたアンテナモジュールなどが水による損傷を受けることがない。なお、本発明の価値は、測位衛星からの電波を良好に受信できるようにアンテナを高所に設置してアンテナから見た天空方向の視界を良くするという従来からの考え方を覆したところにある。
【００１３】
第３の発明においては、固定用手段を用いて密閉容器が地面に固定される。このようにすることで、測定点の地面の土地地盤変位を監視することができる。
【００１４】
また、第３の発明においては、密閉容器と地中に埋設された基台との距離を測定する距離測定手段をさらに備える。このようにすることで、測定点の地面の土地地盤変位だけでなく、地中の土地地盤変位（あるいは基台の位置の変動）も監視することができる。
【００１５】
さらに、第３の発明においては、固定用手段を用いて密閉容器が地中に埋設された基台に固定される。このようにすることで、地中の土地地盤変位（あるいは基台の位置の変動）を監視することができる。すなわち、密閉容器が地面ではなく地中に埋設された基台に固定されているので、地面の土地変動がなく外見的には土地変動が起きていないように見えるときでも、地中の土地地盤変位を監視することができる。
【００１６】
第４の発明に係るアンテナ装置は、測位衛星からの電波を受信するアンテナ装置であって、平坦な上面を大気に露出させて地面に埋め込まれる分離可能な密閉容器と、密閉容器内に収納された、アンテナモジュールおよびシールド板と、密閉容器内に水が浸入するのを防止する防水手段と、密閉容器を土地に固定するための固定用手段と、を備える。そして、密閉容器の上壁は電波透過率の高い材質からなり、シールド板は、電波反射率の高い材質からなり、密閉容器の底壁あるいは側壁で上記電波が反射しないように配置され、アンテナモジュールは上記電波を受信し、受信信号を増幅して出力する。上記の密閉容器を土地に固定するとは、地面（例えば、舗装道路の舗装部）に固定することや、地中に埋設された基台に固定することなどである。
【００１７】
このようにすることで、密閉容器を地面に埋め込んでアンテナ装置が使用される場合、アンテナモジュールなどを収納した密閉容器が上面を大気に露出させて地面に埋め込まれるので、すなわち密閉容器が地面から突出しないので、人や車の通行を妨げたり、景観を損ねたりせずに、測位衛星からの電波を受信し、受信信号を増幅して出力することができる。また、アンテナ装置のメンテナンスをするときに、高所作業をしなくてもよいというメリットもある。さらに、シールド板によって測位衛星からの電波が密閉容器の底壁や側壁で反射するのが防止されるので、電波のマルチパスによる受信障害が低減され、ノイズ成分の少ない信号を出力することができる。さらに、防水手段によって密閉容器内に水が浸入しないようになっているので、密閉容器内に収納されたアンテナモジュールなどが水による損傷を受けることがない。さらに、アンテナ装置が上述の受信機に接続して使用される場合、第１の発明と同様な作用効果も得られる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、アンテナモジュールなどを収納した密閉容器が上面を大気に露出させて地面に埋め込まれるので、すなわち密閉容器が地面から突出しないので、人や車の通行を妨げたり、景観を損ねたりすることのない、観測装置、土地地盤変位監視システムおよびアンテナ装置を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
まず、本発明の第１の実施形態について説明する。図１は土地地盤変位監視システムの構成を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は縦断面図である。図２は土地地盤変位監視システム１で用いる測定点観測装置１０の構造を示す縦断面図である。この土地地盤変位監視システム１は、高速道路１５の路側帯１６上の各測定点における土地地盤変位を監視するシステムであり、各測定点に埋め込まれた測定点観測装置１０と、位置（三次元座標）が既知である基準点に設置された基準点観測装置１１と、監視装置１２とから構成される。基準点としては地質的に安定な場所が選ばれ、ここでは基準点は高速道路１５の外側に位置する。図１において、１７は中央分離帯、１８は路側帯１６を示すライン、１９は路側帯１６のアスファルトあるいはコンクリートの舗装部、２０は舗装部１９の下の下層である。
【００２０】
地上に設置された基準点観測装置１１は、アンテナ部と受信機とから構成され、ハードウエア的にも機能的にも特許文献１に示される基準点観測装置と同様である。測定点観測装置１０は、機能的には特許文献１に示される測定点観測装置と同様であるが、路側帯１６の測定点に埋め込まれている点で異なる。測定点観測装置１０および基準点観測装置１１は、測位衛星であるＧＰＳ衛星２１から送信される電波を受信し、電波の搬送波の位相に関するデータ（いわゆる位相差積算値）や当該データの受信時刻、航法メッセージに含まれるＧＰＳ衛星２１の軌道情報などを監視装置１２に送信する。これらのデータの送信はデイジーチェーン接続されたケーブル１３、１４を介して行われる。また、測定点観測装置１０および基準点観測装置１１への電源の供給もケーブル１３，１４を介して行われるが、電源の供給源の図示は省略する。ケーブル１３は、路側帯１６を通行する車両の邪魔にならないように、下層２０に埋設されている。
【００２１】
次に、図２を参照しつつ測定点観測装置１０の構造を説明する。測定点観測装置１０は、上面が平坦な密閉容器３０と、密閉容器内３０に収納されたアンテナモジュール４０、シールド板５１および受信機５２とから構成される。密閉容器３０は有底円筒状の下部容器３２と円形平板状の蓋３１とから構成される。下部容器３２は鋳物製であるが、プラスチック製やコンクリート製などであってもよい。密閉容器３０の上壁を形成する蓋３１は、ポリエチレンやＦＲＰ（繊維強化プラスチック）などの電波透過率の高い材質でできている。これにより、ＧＰＳ衛星２１からの電波が、蓋３１の下方に配置されたアンテナモジュール４０のアンテナ４１で良好に受信される。
【００２２】
蓋３１は数本のネジ３４で下部容器３２に固定されている。また、蓋３１と下部容器３２の上端面との隙間から水が密閉容器３０内に浸入しないように、蓋３１と下部容器３２の上端面との間にＯリング３３が介装されている。下部容器３２の側壁のケーブル１３が通る貫通穴３９からも水が浸入しないように、貫通穴３９がパテ３８で埋められている。さらに、貫通穴３９を下部容器３２の内側から外側へ下向きに傾斜させることで、防水性能を高めている。上記のＯリング３３およびパテ３８が本発明の防水手段に相当する。図１、２ではケーブル１３が下層２０（地中）を通っているが、コンクリート管や有蓋の溝の中を通すようにしてもよい。下部容器３２の上部開口の周囲のリング状の張り出し部３７には貫通穴３６が設けられており、貫通穴３６からボルト３５を舗装部１９に埋め込まれたナット（図示せず）に捩じ込むことによって、密閉容器３０（測定点観測装置１０）が舗装部１９に固定される。この貫通穴３６が本発明の固定用手段に相当する。なお、密閉容器３０上を通行する車両の輪重に耐えられるように、蓋３１および下部容器３２の材質と肉厚とが決められている。
【００２３】
アンテナモジュール４０は、アンテナ４１と、プリント基板４５と、アルミニューム製のシールドケース４６とから構成される。このアンテナ４１は、アンテナパターン４３がガラスエポキシ樹脂製の基板４２の上面中央部に形成され、アースパターン４３が基板４２の下面全体に形成されたパッチアンテナである。アンテナパターン４３はプリント基板４５に搭載された増幅回路（図示せず）に２本の接続線４７で接続されており、アンテナ４１で受信された電波が増幅回路で増幅される。増幅回路で増幅された信号は、同軸ケーブル５３を介して受信機５２に入力される。シールドケース４６は、受信機５２のデジタル回路で発生するノイズからアンテナ４１や増幅回路を遮蔽する。
【００２４】
アンテナ４１の周囲には、電波反射率の高いアルミニューム製でリング状のシールド板５１が配置されている。シールド板５１をこのように配置することで、ＧＰＳ衛星２１からの電波が下部容器３２の底壁や側壁で反射しなくなり、電波のマルチパスによる受信障害が低減される。上記のシールドケース４６はシールド板５１と同じ機能も有する。シールド板５１、アースパターン４４およびシールドケース４６は接地されているが、接地系統の図示は省略されている。受信機５２は、Ａ／Ｄ変換器や、信号処理回路、演算制御回路、通信Ｉ／Ｆ回路などから構成され、プリント基板４５の増幅回路から出力される信号に対して信号処理を施すことにより、ＧＰＳ衛星２１からの電波の搬送波の位相に関するデータや、当該データを受信した時刻、電波に含まれる航法メッセージ中のＧＰＳ衛星２１の軌道情報などを求める。これらのデータは通信Ｉ／Ｆ回路からケーブル１３を介して監視装置１２に送信される。
【００２５】
図１に示す監視装置１２は、測定点観測装置１０と基準点観測装置１１とから所定の時間間隔ごとに出力される位相に関するデータやＧＰＳ衛星２１の位置情報などを用いて干渉測位法によって基準点に対する測定点の相対位置（基準点から測定点への基線ベクトル）を求め、さらに監視装置１２の記憶部（ハードディスクなど）に測定点ごとの相対位置データを蓄積する。そして、蓄積された相対位置データの変化から相対位置の変動を検知することにより、測定点の土地地盤変位を監視する。監視装置１２が本発明の相対位置算出手段および相対位置変動検知手段に相当する。ここでは監視装置１２としてパーソナルコンピュータが使用される。なお、監視装置１２は高速道路の管理事務所などに設置されるが、管理事務所が測定点観測装置１０および基準点観測装置１１から遠く離れている場合、測定点観測装置１０および基準点観測装置１１からインターネット経由でデータが監視装置１２に送信される。
【００２６】
上述のように、測定点観測装置１０が上面を大気に露出させて地面（舗装部１９）に埋め込まれているので、人や車両の通行を妨げたり、景観を損ねたりすることがない。また、測定点観測装置１０が地面に固定されているので、測定点観測装置１０の出力データを用いて測定点の地面の変位（変動）を監視することができる。さらに、密閉容器３０内に配置されたシールド板５１によってＧＰＳ衛星２１からの電波が密閉容器３０の底壁や側壁で反射するのが防止され、電波のマルチパスに起因する受信障害が低減されるので、電波の位相に関するデータを正確に求めることができる。これにより、測定点の相対位置を正確に求めることができ、ひいては測定点の僅かな土地地盤変位（土地変動）をも検知することができる。さらに、Ｏリング３３やパテ３８といった防水手段によって密閉容器３０内に水が浸入するのが防止されるので、アンテナモジュール４０や受信機５２が水による損傷を受けることがない。なお、図２に示す測定点観測装置１０の試作機、および基準点観測装置１２と同様な構造の測定点観測装置のいずれを用いても、略同じ測位精度で測定点の相対位置が求められることが実験で確認されている。上記の試作機は直径が２５０ｍｍ、高さが１４０ｍｍであったが、直径を１００ｍｍ以下にすることは特に難しいことではない。
【００２７】
上述の実施形態では、測定点観測装置１０を高速道路１５の路側帯１６に埋め込んだが、他の場所、例えば一般道路や、鉄道の線路、飛行場の滑走路などに埋め込んで使用することもできる。一般道路では、例えば、道路のセンターライン上に測定点観測装置１０を埋め込む。鉄道の線路では、例えば、測定点観測装置１０を収容する凹部を有するコンクリート製の取り付けベースを線路間に埋め込み、それに対して測定点観測装置１０を固定する。また、上記実施形態では、基準点観測装置１１が地上に設置されていたが、基準点観測装置として測定点観測装置１０と同様な装置を用いてもよい。
【００２８】
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。図３は土地地盤変位監視システムの構成を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）はＡ−Ｂ線での縦断面図である。図４は土地地盤変位監視システム２で用いる測定点観測装置１０ａの構造を示す縦断面図である。本実施形態では、第１の実施形態に示すもとの同じものについては同じ符号を用いる。第１の実施形態に示すものと一部異なるものについては符号の最後に「ａ」を付ける。例えば、密閉容器の符号は第１の実施形態では３０、本実施形態では３０ａである。この土地地盤変位監視システム２は、ロックフィルダムの堤体６０上の各測定点における土地地盤変位を監視するシステムであり、第１の実施形態と同様に、各測定点に埋め込まれた測定点観測装置１０ａと、位置が既知である基準点に設置された基準点観測装置１１と、監視装置１２とから構成される。ケーブル１３は舗装道路６３の下、すなわち中央堤体６１の中を通って測定点観測装置１０ａに接続されている。
【００２９】
ロックフィルダムの堤体６０は、主に粘土からなる中央堤体６１と、中央堤体６１の両側の主に土砂からなるサイド堤体６２と、中央堤体６１およびサイド堤体６２の上のダム管理用の舗装道路６３とからなる。中央堤体６１は粘土でできているため、時の経過にともなって沈下することがある。このとき、舗装道路６３が沈下するとは限らない。ここでは中央堤体６１の沈下を観測するために、中央堤体６１に基台６４を埋設し、この基台６４に測定点観測装置１０ａを固定する。中央堤体６１が沈下すると、それにともなって基台６４および基台６４に固定された測定点観測装置１０ａも沈下する。中央堤体６１の沈下（あるいは基台６４の沈下）は、基準点に対する測定点観測装置１０ａ（測定点）の相対位置の変動として監視装置１２で検知される。
【００３０】
次に、図４を参照しつつ測定点観測装置１０ａの構造を説明する。アンテナモジュール４０およびシールド板５１は図２に示すものと同じであるので、ここでは簡略化して図示する。測定点観測装置１０ａ（密閉容器３０ａ）は円筒状のコンクリート管６５の内部に収納されている。コンクリート管６５は密閉容器３０ａが基台６４と一緒に沈下するときにガイド機構として機能し、側部にはケーブル１３が通る大きな貫通穴６６が設けられている。土地地盤変位が起きていないときは、密閉容器３０ａの蓋３１ａの上面、コンクリート管６５の上端面および舗装道路６３の路面は同一平面上に位置する。基台６４の上面から突出する２本の埋め込みボルト６７は、下部容器３２ａの底壁の貫通穴６９を貫通してナット６８で締められ、これによって測定点観測装置１０ａ（密閉容器３０ａ）が基台６４に固定される。貫通穴６９が本発明の固定用手段に相当する。また、貫通穴６９から水が密閉容器３０ａ内に浸入しないように、下部容器３２ａの底面と基台６４の上面との間には２つの貫通穴６９を囲むようにＯリング７０が介装されている。
【００３１】
上述のように、本実施形態では、密閉容器３０ａが地面（舗装道路６３）ではなく地中（中央堤体６１）に埋設された基台６４に固定されているので、地面の土地変動がなく外見的には土地変動が起きていないように見えるときでも、基準点に対する測定点観測装置１０ａの相対位置の変化を検知することにより、地中の土地地盤変位（中央堤体６１の沈下あるいは基台６４の沈下）を監視することができる。また、測定点観測装置１０ａが地面に埋め込まれており、舗装道路６３を通行する人や車両の通行を妨げないことや景観を損ねないことは勿論である。
【００３２】
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。本実施形態では、第１の実施形態に示すもとの同じものについては同じ符号を用いる。第１の実施形態に示すものと一部異なるものについては符号の最後に「ｂ」を付ける。上述のように、第１の実施形態では、測定点観測装置１０が地面に固定され、地面の土地地盤変位が監視された。第２の実施形態では、測定点観測装置１０ａが地中に埋設された基台６４に固定され、地中の土地地盤変位が監視された。本実施形態では、地面および地中の土地地盤変位が監視される。測定点観測装置１０ｂは、図１の土地地盤変位監視システム１や、図２の土地地盤変位監視システム２などで利用できるが、ここでは図１の土地地盤変位監視システム１で利用されているものとする。
【００３３】
図５は測定点観測装置１０ｂの構造を示す縦断面図である。第１の実施形態と同様に、測定点観測装置１０ｂ（密閉容器３０ｂ）はボルト３５で舗装部１９に固定されている。さらに、下部容器３２ｂの底面と下層２０に埋設された基台６４ｂの上面との間には伸縮計８１が接続されている。伸縮計８１が本発明の距離測定手段に相当する。図中の８２、８３は、それぞれ伸縮計８１が下部容器３２ｂの底面および基台６４ｂの上面に接続される接続部を示す。伸縮計８１の周囲には下部容器３２ｂの下方突出部８７で囲まれた空間８０が形成されており、伸縮計８１の動作が下層２０によって妨げられないようになっている。伸縮計８１は、例えばバネとバネの両端間の距離を測定する計器とからなり、下部容器３２ｂの底面と基台６４ｂの上面との距離に相当する電気信号を出力する。ここでは電気信号はデジタル信号とする。この電気信号は、信号線８４、受信機５２およびケーブル１３を経由して監視装置１２に送信される。また、信号線８４が通る貫通穴８５はパテ８６で埋められている。
【００３４】
監視装置１２は、周知の干渉測位法によって基準点に対する測定点観測装置１０ｂ（測定点）の相対位置を算出する。さらに、算出された相対位置から上記の電気信号に相当する距離を減算することで基台６４ｂの相対位置を求める。さらに、このようにして求められた測定点観測装置１０ｂおよび基台６４ｂの相対位置の変化から、舗装部１９の変動および下層２０の変動（あるいは基台６４ｂの位置の変動）を検知する。つまり、本実施形態によれば、地面および地中の土地地盤変位を監視することができる。
【００３５】
以上述べた第１から第３の実施形態においては、密閉容器３０、３０ａ、３０ｂの中に受信機５２を収納したが、図６に示すように、受信機５２を密閉容器３０ｃの外部に配置することもできる。図において、１０ｃは、密閉容器３０ｃとアンテナモジュール４０とシールド板５１と受信機５２とから構成される測定点観測装置である。９０は、密閉容器３０ｃとアンテナモジュール４０とシールド板５１とから構成されるアンテナ装置である。密閉容器３０ｃは、上記の密閉容器３０、３０ａ、３０ｂのいずれかと同等なものである。アンテナモジュール４０のプリント基板４５（図２参照）から出力される増幅された電波信号は、同軸ケーブル５３を介して受信機５２に送信される。受信機５２は道路の脇の空き地などに設置された防水ケース９１に収納されている。受信機５２から出力されるデータは、図１と同様にケーブル１３を介して監視装置１２に送信される。このようにすることで、密閉容器３０ｃを小型化することができ、さらには密閉容器３０ｃの壁部や蓋の肉厚を薄くすることもできる。
【００３６】
また、上記第１から第３の実施形態では、密閉容器３０が蓋３１と下部容器３２とからなる中空円柱状であったが、密閉容器の形態はこれに限定されるものではない。例えば、密閉容器の形状が中空四角柱状であってもよいし、密閉容器が有天円筒状の上部容器と有底円筒状の下部容器とからなるものでもよい。さらに、上記第１から第３の実施形態では、測定点観測装置１０、１０ａ、１０ｂが土地地盤変位監視システム１、２で利用される場合について説明したが、測定点観測装置１０等を利用可能な他のシステムがあれば、当該システムで用いるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】第１の実施形態に係る土地地盤変位監視システムの構成を示す図である。
【図２】第１の実施形態に係る測定点観測装置の構造を示す縦断面図である。
【図３】第２の実施形態に係る土地地盤変位監視システムの構成を示す図である。
【図４】第２の実施形態に係る測定点観測装置の構造を示す縦断面図である。
【図５】第３の実施形態に係る測定点観測装置の構造を示す縦断面図である。
【図６】第１から第３の実施形態に係る測定点観測装置の他の構成例を示す図である。
【符号の説明】
【００３８】
１ 土地地盤変位監視システム（第１の実施形態）
２ 土地地盤変位監視システム（第２の実施形態）
１０、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ 測定点観測装置
１１ 基準点観測装置
１２ 監視装置
１９ 舗装部
３０、３０ａ、３０ｂ、３０ｃ 密閉容器
３１、３１ａ 蓋
３２、３２ａ、３２ｂ 下部容器
３３ Ｏリング
３８ パテ
４０ アンテナモジュール
４１ アンテナ
４５ プリント基板
５１ シールド板
５２ 受信機
６３ 舗装道路
６４、６４ｂ 基台
６５ コンクリート管
８１ 伸縮計
９０ アンテナ装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＧＰＳ衛星等の測位用衛星からの電波を観測する観測装置、当該観測装置を用いて土地地盤の変位を監視する土地地盤変位監視システムに関する。さらには、ＧＰＳ衛星等の測位用衛星からの電波を受信するアンテナ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、地すべりが起きやすい山の傾斜地などにおいては、土地変動観測システム（土地地盤変位監視システム）を利用して土地の変動が観測されている（例えば、特許文献１、２）。特許文献１に示される土地変動観測システムでは、位置が既知である基準点および土地の変動を観測する傾斜地の測定点にそれぞれＧＰＳ衛星からの電波を観測する観測装置を設置する。基準点および測定点の観測装置は、アンテナで電波を受信し、受信した電波の搬送波の位相に関するデータ等を監視装置に送信する。監視装置は、位相に関するデータ等やＧＰＳ衛星の位置情報から基準点に対する測定点の相対位置（三次元方向と距離とからなる基線ベクトル）を求め、これを記憶部に蓄積する。さらに、測定点ごとに蓄積された相対位置データの変化を検知して、測定点の土地変動を観測する。このとき、僅かな土地変動でも検知できるように、測位精度の高い干渉測位法で測定点の相対位置が求められる。
【０００３】
干渉測位法で測定点の相対位置を求めるためには、４つ以上のＧＰＳ衛生からの電波を基準点および測定点の観測装置で観測する必要がある。このため、観測装置のアンテナをポールなどの上部に取り付けて、アンテナから見た天空方向の視界が良くなるようにしている。ところが、地上のアンテナやポールが人や車両の通行を妨げたり、景観を損ねたりすることから、人や車両の通行や景観のことなどを考えなくてもよい区域、例えば山の傾斜地などに限って土地変動観測システムが利用されているのが現状である。
【０００４】
下記の特許文献３には、ＧＰＳ衛星からの信号を受信するアンテナ、制御回路部および電源部（電池）を外装ケース内に収めた検知装置が示されている。この検知装置は、例えば駐車場の駐車スペースごとに上面が大気に露出するようにして埋め込まれる。車両が駐車しているときにはＧＰＳ衛星からの信号（電波）が車両で遮られることから、駐車スペースの車両の有無は、検知装置が信号を捕捉できたか否かで分かる。検知装置による信号の捕捉状況は無線通信によって監視装置に送信され、監視装置が受信した捕捉状況から駐車スペースごとの車両の有無を判定・管理する。
【０００５】
【特許文献１】特開平６−１６０５０９号公報（平成５年６月３日に提出された手続補正書による補正後の段落００１２〜００１７）
【特許文献２】特開２００３−０７７０８５号公報（段落００２２〜００３７）
【特許文献３】特開平９−２９７１７１号公報（要約、段落００２１〜００２５）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
一方では、人や車両の通行する道路などの土地変動を観測したいという潜在需要があるものの、従来の土地変動観測システム（土地地盤変位監視システム）は人や車両の通行を妨げたり、景観を損ねたりするため、潜在需要に応えることができない。つまり、人や車両の通行を妨げたり、景観を損ねたりすることのない土地地盤変位監視システムが望まれているが、今までこのような要望を満たすシステムは存在しなかった。なお、上記の特許文献３に示される検知装置は、ＧＰＳ衛星からの信号を単に補足するだけであり、４つ以上のＧＰＳ衛星からの信号を捕捉する必要はない。また、土地の変動を高い精度で観測するものではないので、土地に対して検知装置を固定するという考えもないし、信号（電波）のマルチパスによる弊害について考慮する必要性も小さい。
【０００７】
本発明は、上記問題点を解決するものであって、その課題とするところは、人や車両の通行を妨げたり、景観を損ねたりすることのない、観測装置、土地地盤変位監視システムおよびアンテナ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
第１の発明に係る観測装置は、測位衛星からの電波を受信して当該電波の位相に関するデータを求める観測装置であって、平坦な上面を大気に露出させて地面に埋め込まれる分離可能な密閉容器と、密閉容器内に収納された、アンテナモジュール、シールド板および受信機と、密閉容器内に水が浸入するのを防止する防水手段と、密閉容器を土地に固定するための固定用手段と、を備える。そして、密閉容器の上壁は電波透過率の高い材質からなり、アンテナモジュールは上記電波を受信して受信信号を増幅し、シールド板は、電波反射率の高い材質からなり、密閉容器の底壁あるいは側壁で上記電波が反射しないように配置され、受信機は、アンテナモジュールから出力される増幅された受信信号に対して信号処理を施すことにより、上記電波の位相に関するデータを求める。上記の密閉容器を土地に固定するとは、地面（例えば、舗装道路の舗装部）に固定することや、地中に埋設された基台に固定することなどである。
【０００９】
このようにすることで、密閉容器を地面に埋め込んで観測装置が使用される場合、アンテナモジュールなどを収納した密閉容器が上面を大気に露出させて地面に埋め込まれるので、すなわち密閉容器が地面から突出しないので、人や車の通行を妨げたり、景観を損ねたりせずに、測位衛星からの電波を受信して電波の位相に関するデータを求めることができる。また、観測装置のメンテナンスをするときに、高所作業をしなくてもよいというメリットもある。さらに、シールド板によって測位衛星からの電波が密閉容器の底壁や側壁で反射するのが防止されるので、電波のマルチパスによる受信障害が低減され、測位衛星からの電波の位相に関するデータを正確に求めることができる。さらに、防水手段によって密閉容器内に水が浸入しないようになっているので、密閉容器内に収納されたアンテナモジュールなどが水による損傷を受けることがない。さらに、密閉容器を地面に埋め込んで観測装置が土地地盤変位監視システムにおいて使用される場合、固定用手段を用いて密閉容器を土地に固定することにより、測定点の地面や地中の土地地盤変位を監視することが可能となる。なお、本発明の価値は、測位衛星からの電波を良好に受信できるようにアンテナを高所に設置してアンテナから見た天空方向の視界を良くするという従来からの考え方を覆したところにある。
【００１０】
第２の発明に係る観測装置は、測位衛星からの電波を受信して当該電波の位相に関するデータを求める観測装置であって、平坦な上面を大気に露出させて地面に埋め込まれる分離可能な密閉容器と、密閉容器内に収納された、アンテナモジュールおよびシールド板と、密閉容器内に水が浸入するのを防止する防水手段と、密閉容器を土地に固定するための固定用手段と、密閉容器外に配置される受信機と、を備える。そして、密閉容器の上壁は電波透過率の高い材質からなり、アンテナモジュールは上記電波を受信して受信信号を増幅し、シールド板は、電波反射率の高い材質からなり、密閉容器の底壁あるいは側壁で上記電波が反射しないように配置され、受信機は、アンテナモジュールから出力される増幅された受信信号に対して信号処理を施すことにより、上記電波の位相に関するデータを求める。上記の密閉容器を土地に固定するとは、地面（例えば、舗装道路の舗装部）に固定することや、地中に埋設された基台に固定することなどである。このようにすることで、第１の発明と同様の作用効果が得られることに加えて、密閉容器の小型化および密閉容器の容器壁の肉厚の薄型化を実現できるので、より多くの利用分野での使用が可能となる。
【００１１】
第３の発明に係る土地地盤変位監視システムは、位置が既知の基準点に設置され、測位衛星からの電波を受信して当該電波の位相に関するデータを求める基準点観測装置と、第１または第２の発明に係る観測装置であって、１つまたは複数の測定点に、密閉容器が上面を大気に露出させて埋め込まれ、かつ固定用手段を用いて土地に固定された測定点観測装置と、基準点観測装置で求められる位相に関するデータ、測定点観測装置で求められる位相に関するデータ、および測位衛星の位置情報から基準点に対する測定点の相対位置を求める相対位置算出手段と、上記相対位置の変動を検知する相対位置変動検知手段と、を備える。上記の密閉容器を土地に固定するとは、地面（例えば、舗装道路の舗装部）に固定することや、地中に埋設された基台に固定することなどである。
【００１２】
上記のように、測定点観測装置の密閉容器が上面を大気に露出させて地面に埋め込まれているので、すなわち密閉容器が地面から突出しないので、人や車の通行を妨げたり、景観を損ねたりせずに、測定点観測装置で測位衛星からの電波を受信して電波の位相に関するデータを求めることができる。また、測定点観測装置のメンテナンスをするときに、高所作業をしなくてもよいというメリットもある。さらに、固定用手段を用いて密閉容器が土地に固定されているので、測定点の地面や地中の土地地盤変位を監視することができる。さらに、シールド板によって測位衛星からの電波が密閉容器の底壁や側壁で反射するのが防止されるので、電波のマルチパスによる受信障害が低減され、測定点観測装置で測位衛星からの電波の位相に関するデータを正確に求めることができる。これにより、測定点の僅かな土地地盤変位をも監視することが可能となる。さらに、防水手段によって密閉容器内に水が浸入しないようになっているので、密閉容器内に収納されたアンテナモジュールなどが水による損傷を受けることがない。なお、本発明の価値は、測位衛星からの電波を良好に受信できるようにアンテナを高所に設置してアンテナから見た天空方向の視界を良くするという従来からの考え方を覆したところにある。
【００１３】
第３の発明においては、固定用手段を用いて密閉容器が地面に固定される。このようにすることで、測定点の地面の土地地盤変位を監視することができる。
【００１４】
また、第３の発明においては、密閉容器と地中に埋設された基台との距離を測定する距離測定手段をさらに備える。このようにすることで、測定点の地面の土地地盤変位だけでなく、地中の土地地盤変位（あるいは基台の位置の変動）も監視することができる。
【００１５】
さらに、第３の発明においては、固定用手段を用いて密閉容器が地中に埋設された基台に固定される。このようにすることで、地中の土地地盤変位（あるいは基台の位置の変動）を監視することができる。すなわち、密閉容器が地面ではなく地中に埋設された基台に固定されているので、地面の土地変動がなく外見的には土地変動が起きていないように見えるときでも、地中の土地地盤変位を監視することができる。
【００１６】
第４の発明に係るアンテナ装置は、測位衛星からの電波を受信するアンテナ装置であって、平坦な上面を大気に露出させて地面に埋め込まれる分離可能な密閉容器と、密閉容器内に収納された、アンテナモジュールおよびシールド板と、密閉容器内に水が浸入するのを防止する防水手段と、密閉容器を土地に固定するための固定用手段と、を備える。そして、密閉容器の上壁は電波透過率の高い材質からなり、シールド板は、電波反射率の高い材質からなり、密閉容器の底壁あるいは側壁で上記電波が反射しないように配置され、アンテナモジュールは上記電波を受信し、受信信号を増幅して出力する。上記の密閉容器を土地に固定するとは、地面（例えば、舗装道路の舗装部）に固定することや、地中に埋設された基台に固定することなどである。
【００１７】
このようにすることで、密閉容器を地面に埋め込んでアンテナ装置が使用される場合、アンテナモジュールなどを収納した密閉容器が上面を大気に露出させて地面に埋め込まれるので、すなわち密閉容器が地面から突出しないので、人や車の通行を妨げたり、景観を損ねたりせずに、測位衛星からの電波を受信し、受信信号を増幅して出力することができる。また、アンテナ装置のメンテナンスをするときに、高所作業をしなくてもよいというメリットもある。さらに、シールド板によって測位衛星からの電波が密閉容器の底壁や側壁で反射するのが防止されるので、電波のマルチパスによる受信障害が低減され、ノイズ成分の少ない信号を出力することができる。さらに、防水手段によって密閉容器内に水が浸入しないようになっているので、密閉容器内に収納されたアンテナモジュールなどが水による損傷を受けることがない。さらに、アンテナ装置が上述の受信機に接続して使用される場合、第１の発明と同様な作用効果も得られる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、アンテナモジュールなどを収納した密閉容器が上面を大気に露出させて地面に埋め込まれるので、すなわち密閉容器が地面から突出しないので、人や車の通行を妨げたり、景観を損ねたりすることのない、観測装置、土地地盤変位監視システムおよびアンテナ装置を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
まず、本発明の第１の実施形態について説明する。図１は土地地盤変位監視システムの構成を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は縦断面図である。図２は土地地盤変位監視システム１で用いる測定点観測装置１０の構造を示す縦断面図である。この土地地盤変位監視システム１は、高速道路１５の路側帯１６上の各測定点における土地地盤変位を監視するシステムであり、各測定点に埋め込まれた測定点観測装置１０と、位置（三次元座標）が既知である基準点に設置された基準点観測装置１１と、監視装置１２とから構成される。基準点としては地質的に安定な場所が選ばれ、ここでは基準点は高速道路１５の外側に位置する。図１において、１７は中央分離帯、１８は路側帯１６を示すライン、１９は路側帯１６のアスファルトあるいはコンクリートの舗装部、２０は舗装部１９の下の下層である。
【００２０】
地上に設置された基準点観測装置１１は、アンテナ部と受信機とから構成され、ハードウエア的にも機能的にも特許文献１に示される基準点観測装置と同様である。測定点観測装置１０は、機能的には特許文献１に示される測定点観測装置と同様であるが、路側帯１６の測定点に埋め込まれている点で異なる。測定点観測装置１０および基準点観測装置１１は、測位衛星であるＧＰＳ衛星２１から送信される電波を受信し、電波の搬送波の位相に関するデータ（いわゆる位相差積算値）や当該データの受信時刻、航法メッセージに含まれるＧＰＳ衛星２１の軌道情報などを監視装置１２に送信する。これらのデータの送信はデイジーチェーン接続されたケーブル１３、１４を介して行われる。また、測定点観測装置１０および基準点観測装置１１への電源の供給もケーブル１３，１４を介して行われるが、電源の供給源の図示は省略する。ケーブル１３は、路側帯１６を通行する車両の邪魔にならないように、下層２０に埋設されている。
【００２１】
次に、図２を参照しつつ測定点観測装置１０の構造を説明する。測定点観測装置１０は、上面が平坦な密閉容器３０と、密閉容器内３０に収納されたアンテナモジュール４０、シールド板５１および受信機５２とから構成される。密閉容器３０は有底円筒状の下部容器３２と円形平板状の蓋３１とから構成される。下部容器３２は鋳物製であるが、プラスチック製やコンクリート製などであってもよい。密閉容器３０の上壁を形成する蓋３１は、ポリエチレンやＦＲＰ（繊維強化プラスチック）などの電波透過率の高い材質でできている。これにより、ＧＰＳ衛星２１からの電波が、蓋３１の下方に配置されたアンテナモジュール４０のアンテナ４１で良好に受信される。
【００２２】
蓋３１は数本のネジ３４で下部容器３２に固定されている。また、蓋３１と下部容器３２の上端面との隙間から水が密閉容器３０内に浸入しないように、蓋３１と下部容器３２の上端面との間にＯリング３３が介装されている。下部容器３２の側壁のケーブル１３が通る貫通穴３９からも水が浸入しないように、貫通穴３９がパテ３８で埋められている。さらに、貫通穴３９を下部容器３２の内側から外側へ下向きに傾斜させることで、防水性能を高めている。上記のＯリング３３およびパテ３８が本発明の防水手段に相当する。図１、２ではケーブル１３が下層２０（地中）を通っているが、コンクリート管や有蓋の溝の中を通すようにしてもよい。下部容器３２の上部開口の周囲のリング状の張り出し部３７には貫通穴３６が設けられており、貫通穴３６からボルト３５を舗装部１９に埋め込まれたナット（図示せず）に捩じ込むことによって、密閉容器３０（測定点観測装置１０）が舗装部１９に固定される。この貫通穴３６が本発明の固定用手段に相当する。なお、密閉容器３０上を通行する車両の輪重に耐えられるように、蓋３１および下部容器３２の材質と肉厚とが決められている。
【００２３】
アンテナモジュール４０は、アンテナ４１と、プリント基板４５と、アルミニューム製のシールドケース４６とから構成される。このアンテナ４１は、アンテナパターン４３がガラスエポキシ樹脂製の基板４２の上面中央部に形成され、アースパターン４３が基板４２の下面全体に形成されたパッチアンテナである。アンテナパターン４３はプリント基板４５に搭載された増幅回路（図示せず）に２本の接続線４７で接続されており、アンテナ４１で受信された電波が増幅回路で増幅される。増幅回路で増幅された信号は、同軸ケーブル５３を介して受信機５２に入力される。シールドケース４６は、受信機５２のデジタル回路で発生するノイズからアンテナ４１や増幅回路を遮蔽する。
【００２４】
アンテナ４１の周囲には、電波反射率の高いアルミニューム製でリング状のシールド板５１が配置されている。シールド板５１をこのように配置することで、ＧＰＳ衛星２１からの電波が下部容器３２の底壁や側壁で反射しなくなり、電波のマルチパスによる受信障害が低減される。上記のシールドケース４６はシールド板５１と同じ機能も有する。シールド板５１、アースパターン４４およびシールドケース４６は接地されているが、接地系統の図示は省略されている。受信機５２は、Ａ／Ｄ変換器や、信号処理回路、演算制御回路、通信Ｉ／Ｆ回路などから構成され、プリント基板４５の増幅回路から出力される信号に対して信号処理を施すことにより、ＧＰＳ衛星２１からの電波の搬送波の位相に関するデータや、当該データを受信した時刻、電波に含まれる航法メッセージ中のＧＰＳ衛星２１の軌道情報などを求める。これらのデータは通信Ｉ／Ｆ回路からケーブル１３を介して監視装置１２に送信される。
【００２５】
図１に示す監視装置１２は、測定点観測装置１０と基準点観測装置１１とから所定の時間間隔ごとに出力される位相に関するデータやＧＰＳ衛星２１の位置情報などを用いて干渉測位法によって基準点に対する測定点の相対位置（基準点から測定点への基線ベクトル）を求め、さらに監視装置１２の記憶部（ハードディスクなど）に測定点ごとの相対位置データを蓄積する。そして、蓄積された相対位置データの変化から相対位置の変動を検知することにより、測定点の土地地盤変位を監視する。監視装置１２が本発明の相対位置算出手段および相対位置変動検知手段に相当する。ここでは監視装置１２としてパーソナルコンピュータが使用される。なお、監視装置１２は高速道路の管理事務所などに設置されるが、管理事務所が測定点観測装置１０および基準点観測装置１１から遠く離れている場合、測定点観測装置１０および基準点観測装置１１からインターネット経由でデータが監視装置１２に送信される。
【００２６】
上述のように、測定点観測装置１０が上面を大気に露出させて地面（舗装部１９）に埋め込まれているので、人や車両の通行を妨げたり、景観を損ねたりすることがない。また、測定点観測装置１０が地面に固定されているので、測定点観測装置１０の出力データを用いて測定点の地面の変位（変動）を監視することができる。さらに、密閉容器３０内に配置されたシールド板５１によってＧＰＳ衛星２１からの電波が密閉容器３０の底壁や側壁で反射するのが防止され、電波のマルチパスに起因する受信障害が低減されるので、電波の位相に関するデータを正確に求めることができる。これにより、測定点の相対位置を正確に求めることができ、ひいては測定点の僅かな土地地盤変位（土地変動）をも検知することができる。さらに、Ｏリング３３やパテ３８といった防水手段によって密閉容器３０内に水が浸入するのが防止されるので、アンテナモジュール４０や受信機５２が水による損傷を受けることがない。なお、図２に示す測定点観測装置１０の試作機、および基準点観測装置１２と同様な構造の測定点観測装置のいずれを用いても、略同じ測位精度で測定点の相対位置が求められることが実験で確認されている。上記の試作機は直径が２５０ｍｍ、高さが１４０ｍｍであったが、直径を１００ｍｍ以下にすることは特に難しいことではない。
【００２７】
上述の実施形態では、測定点観測装置１０を高速道路１５の路側帯１６に埋め込んだが、他の場所、例えば一般道路や、鉄道の線路、飛行場の滑走路などに埋め込んで使用することもできる。一般道路では、例えば、道路のセンターライン上に測定点観測装置１０を埋め込む。鉄道の線路では、例えば、測定点観測装置１０を収容する凹部を有するコンクリート製の取り付けベースを線路間に埋め込み、それに対して測定点観測装置１０を固定する。また、上記実施形態では、基準点観測装置１１が地上に設置されていたが、基準点観測装置として測定点観測装置１０と同様な装置を用いてもよい。
【００２８】
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。図３は土地地盤変位監視システムの構成を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）はＡ−Ｂ線での縦断面図である。図４は土地地盤変位監視システム２で用いる測定点観測装置１０ａの構造を示す縦断面図である。本実施形態では、第１の実施形態に示すもとの同じものについては同じ符号を用いる。第１の実施形態に示すものと一部異なるものについては符号の最後に「ａ」を付ける。例えば、密閉容器の符号は第１の実施形態では３０、本実施形態では３０ａである。この土地地盤変位監視システム２は、ロックフィルダムの堤体６０上の各測定点における土地地盤変位を監視するシステムであり、第１の実施形態と同様に、各測定点に埋め込まれた測定点観測装置１０ａと、位置が既知である基準点に設置された基準点観測装置１１と、監視装置１２とから構成される。ケーブル１３は舗装道路６３の下、すなわち中央堤体６１の中を通って測定点観測装置１０ａに接続されている。
【００２９】
ロックフィルダムの堤体６０は、主に粘土からなる中央堤体６１と、中央堤体６１の両側の主に土砂からなるサイド堤体６２と、中央堤体６１およびサイド堤体６２の上のダム管理用の舗装道路６３とからなる。中央堤体６１は粘土でできているため、時の経過にともなって沈下することがある。このとき、舗装道路６３が沈下するとは限らない。ここでは中央堤体６１の沈下を観測するために、中央堤体６１に基台６４を埋設し、この基台６４に測定点観測装置１０ａを固定する。中央堤体６１が沈下すると、それにともなって基台６４および基台６４に固定された測定点観測装置１０ａも沈下する。中央堤体６１の沈下（あるいは基台６４の沈下）は、基準点に対する測定点観測装置１０ａ（測定点）の相対位置の変動として監視装置１２で検知される。
【００３０】
次に、図４を参照しつつ測定点観測装置１０ａの構造を説明する。アンテナモジュール４０およびシールド板５１は図２に示すものと同じであるので、ここでは簡略化して図示する。測定点観測装置１０ａ（密閉容器３０ａ）は円筒状のコンクリート管６５の内部に収納されている。コンクリート管６５は密閉容器３０ａが基台６４と一緒に沈下するときにガイド機構として機能し、側部にはケーブル１３が通る大きな貫通穴６６が設けられている。土地地盤変位が起きていないときは、密閉容器３０ａの蓋３１ａの上面、コンクリート管６５の上端面および舗装道路６３の路面は同一平面上に位置する。基台６４の上面から突出する２本の埋め込みボルト６７は、下部容器３２ａの底壁の貫通穴６９を貫通してナット６８で締められ、これによって測定点観測装置１０ａ（密閉容器３０ａ）が基台６４に固定される。貫通穴６９が本発明の固定用手段に相当する。また、貫通穴６９から水が密閉容器３０ａ内に浸入しないように、下部容器３２ａの底面と基台６４の上面との間には２つの貫通穴６９を囲むようにＯリング７０が介装されている。
【００３１】
上述のように、本実施形態では、密閉容器３０ａが地面（舗装道路６３）ではなく地中（中央堤体６１）に埋設された基台６４に固定されているので、地面の土地変動がなく外見的には土地変動が起きていないように見えるときでも、基準点に対する測定点観測装置１０ａの相対位置の変化を検知することにより、地中の土地地盤変位（中央堤体６１の沈下あるいは基台６４の沈下）を監視することができる。また、測定点観測装置１０ａが地面に埋め込まれており、舗装道路６３を通行する人や車両の通行を妨げないことや景観を損ねないことは勿論である。
【００３２】
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。本実施形態では、第１の実施形態に示すもとの同じものについては同じ符号を用いる。第１の実施形態に示すものと一部異なるものについては符号の最後に「ｂ」を付ける。上述のように、第１の実施形態では、測定点観測装置１０が地面に固定され、地面の土地地盤変位が監視された。第２の実施形態では、測定点観測装置１０ａが地中に埋設された基台６４に固定され、地中の土地地盤変位が監視された。本実施形態では、地面および地中の土地地盤変位が監視される。測定点観測装置１０ｂは、図１の土地地盤変位監視システム１や、図２の土地地盤変位監視システム２などで利用できるが、ここでは図１の土地地盤変位監視システム１で利用されているものとする。
【００３３】
図５は測定点観測装置１０ｂの構造を示す縦断面図である。第１の実施形態と同様に、測定点観測装置１０ｂ（密閉容器３０ｂ）はボルト３５で舗装部１９に固定されている。さらに、下部容器３２ｂの底面と下層２０に埋設された基台６４ｂの上面との間には伸縮計８１が接続されている。伸縮計８１が本発明の距離測定手段に相当する。図中の８２、８３は、それぞれ伸縮計８１が下部容器３２ｂの底面および基台６４ｂの上面に接続される接続部を示す。伸縮計８１の周囲には下部容器３２ｂの下方突出部８７で囲まれた空間８０が形成されており、伸縮計８１の動作が下層２０によって妨げられないようになっている。伸縮計８１は、例えばバネとバネの両端間の距離を測定する計器とからなり、下部容器３２ｂの底面と基台６４ｂの上面との距離に相当する電気信号を出力する。ここでは電気信号はデジタル信号とする。この電気信号は、信号線８４、受信機５２およびケーブル１３を経由して監視装置１２に送信される。また、信号線８４が通る貫通穴８５はパテ８６で埋められている。
【００３４】
監視装置１２は、周知の干渉測位法によって基準点に対する測定点観測装置１０ｂ（測定点）の相対位置を算出する。さらに、算出された相対位置から上記の電気信号に相当する距離を減算することで基台６４ｂの相対位置を求める。さらに、このようにして求められた測定点観測装置１０ｂおよび基台６４ｂの相対位置の変化から、舗装部１９の変動および下層２０の変動（あるいは基台６４ｂの位置の変動）を検知する。つまり、本実施形態によれば、地面および地中の土地地盤変位を監視することができる。
【００３５】
以上述べた第１から第３の実施形態においては、密閉容器３０、３０ａ、３０ｂの中に受信機５２を収納したが、図６に示すように、受信機５２を密閉容器３０ｃの外部に配置することもできる。図において、１０ｃは、密閉容器３０ｃとアンテナモジュール４０とシールド板５１と受信機５２とから構成される測定点観測装置である。９０は、密閉容器３０ｃとアンテナモジュール４０とシールド板５１とから構成されるアンテナ装置である。密閉容器３０ｃは、上記の密閉容器３０、３０ａ、３０ｂのいずれかと同等なものである。アンテナモジュール４０のプリント基板４５（図２参照）から出力される増幅された電波信号は、同軸ケーブル５３を介して受信機５２に送信される。受信機５２は道路の脇の空き地などに設置された防水ケース９１に収納されている。受信機５２から出力されるデータは、図１と同様にケーブル１３を介して監視装置１２に送信される。このようにすることで、密閉容器３０ｃを小型化することができ、さらには密閉容器３０ｃの壁部や蓋の肉厚を薄くすることもできる。
【００３６】
また、上記第１から第３の実施形態では、密閉容器３０が蓋３１と下部容器３２とからなる中空円柱状であったが、密閉容器の形態はこれに限定されるものではない。例えば、密閉容器の形状が中空四角柱状であってもよいし、密閉容器が有天円筒状の上部容器と有底円筒状の下部容器とからなるものでもよい。さらに、上記第１から第３の実施形態では、測定点観測装置１０、１０ａ、１０ｂが土地地盤変位監視システム１、２で利用される場合について説明したが、測定点観測装置１０等を利用可能な他のシステムがあれば、当該システムで用いるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】第１の実施形態に係る土地地盤変位監視システムの構成を示す図である。
【図２】第１の実施形態に係る測定点観測装置の構造を示す縦断面図である。
【図３】第２の実施形態に係る土地地盤変位監視システムの構成を示す図である。
【図４】第２の実施形態に係る測定点観測装置の構造を示す縦断面図である。
【図５】第３の実施形態に係る測定点観測装置の構造を示す縦断面図である。
【図６】第１から第３の実施形態に係る測定点観測装置の他の構成例を示す図である。
【符号の説明】
【００３８】
１ 土地地盤変位監視システム（第１の実施形態）
２ 土地地盤変位監視システム（第２の実施形態）
１０、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ 測定点観測装置
１１ 基準点観測装置
１２ 監視装置
１９ 舗装部
３０、３０ａ、３０ｂ、３０ｃ 密閉容器
３１、３１ａ 蓋
３２、３２ａ、３２ｂ 下部容器
３３ Ｏリング
３８ パテ
４０ アンテナモジュール
４１ アンテナ
４５ プリント基板
５１ シールド板
５２ 受信機
６３ 舗装道路
６４、６４ｂ 基台
６５ コンクリート管
８１ 伸縮計
９０ アンテナ装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測位衛星からの電波を受信して当該電波の位相に関するデータを求める観測装置であって、
平坦な上面を大気に露出させて地面に埋め込まれる分離可能な密閉容器と、
前記密閉容器内に収納された、アンテナモジュール、シールド板および受信機と、
前記密閉容器内に水が浸入するのを防止する防水手段と、
前記密閉容器を土地に固定するための固定用手段と、を備え、
前記密閉容器の上壁は電波透過率の高い材質からなり、
前記アンテナモジュールは前記電波を受信して受信信号を増幅し、
前記シールド板は、電波反射率の高い材質からなり、前記密閉容器の底壁あるいは側壁で前記電波が反射しないように配置され、
前記受信機は、前記アンテナモジュールから出力される増幅された受信信号に対して信号処理を施すことにより、前記電波の位相に関するデータを求めることを特徴とする観測装置。
【請求項２】
測位衛星からの電波を受信して当該電波の位相に関するデータを求める観測装置であって、
平坦な上面を大気に露出させて地面に埋め込まれる分離可能な密閉容器と、
前記密閉容器内に収納された、アンテナモジュールおよびシールド板と、
前記密閉容器内に水が浸入するのを防止する防水手段と、
前記密閉容器を土地に固定するための固定用手段と、
前記密閉容器外に配置される受信機と、を備え、
前記密閉容器の上壁は電波透過率の高い材質からなり、
前記アンテナモジュールは前記電波を受信して受信信号を増幅し、
前記シールド板は、電波反射率の高い材質からなり、前記密閉容器の底壁あるいは側壁で前記電波が反射しないように配置され、
前記受信機は、前記アンテナモジュールから出力される増幅された受信信号に対して信号処理を施すことにより、前記電波の位相に関するデータを求めることを特徴とする観測装置。
【請求項３】
位置が既知の基準点に設置され、測位衛星からの電波を受信して当該電波の位相に関するデータを求める基準点観測装置と、
請求項１または請求項２に記載の観測装置であって、１つまたは複数の測定点に、前記密閉容器が上面を大気に露出させて埋め込まれ、かつ前記固定用手段を用いて土地に固定された測定点観測装置と、
前記基準点観測装置で求められる位相に関するデータ、測定点観測装置で求められる位相に関するデータ、および測位衛星の位置情報から基準点に対する測定点の相対位置を求める相対位置算出手段と、
前記相対位置の変動を検知する相対位置変動検知手段と、を備えることを特徴とする土地地盤変位監視システム。
【請求項４】
請求項３に記載の土地地盤変位監視システムにおいて、
前記固定用手段を用いて前記密閉容器が地面に固定されることを特徴とする土地地盤変位監視システム。
【請求項５】
請求項４に記載の土地地盤変位監視システムにおいて、
前記密閉容器と地中に埋設された基台との距離を測定する距離測定手段をさらに備えることを特徴とする土地地盤変位監視システム。
【請求項６】
請求項３に記載の土地地盤変位監視システムにおいて、
前記固定用手段を用いて前記密閉容器が地中に埋設された基台に固定されることを特徴とする土地地盤変位監視システム。
【請求項７】
測位衛星からの電波を受信するアンテナ装置であって、
平坦な上面を大気に露出させて地面に埋め込まれる分離可能な密閉容器と、
前記密閉容器内に収納された、アンテナモジュールおよびシールド板と、
前記密閉容器内に水が浸入するのを防止する防水手段と、
前記密閉容器を土地に固定するための固定用手段と、を備え、
前記密閉容器の上壁は電波透過率の高い材質からなり、
前記シールド板は、電波反射率の高い材質からなり、前記密閉容器の底壁あるいは側壁で前記電波が反射しないように配置され、
前記アンテナモジュールは前記電波を受信し、受信信号を増幅して出力することを特徴とするアンテナ装置。
【請求項１】
測位衛星からの電波を受信して当該電波の位相に関するデータを求める観測装置であって、
平坦な上面を大気に露出させて地面に埋め込まれる分離可能な密閉容器と、
前記密閉容器内に収納された、アンテナモジュール、シールド板および受信機と、
前記密閉容器内に水が浸入するのを防止する防水手段と、
前記密閉容器を土地に固定するための固定用手段と、を備え、
前記密閉容器の上壁は電波透過率の高い材質からなり、
前記アンテナモジュールは前記電波を受信して受信信号を増幅し、
前記シールド板は、電波反射率の高い材質からなり、前記密閉容器の底壁あるいは側壁で前記電波が反射しないように配置され、
前記受信機は、前記アンテナモジュールから出力される増幅された受信信号に対して信号処理を施すことにより、前記電波の位相に関するデータを求めることを特徴とする観測装置。
【請求項２】
測位衛星からの電波を受信して当該電波の位相に関するデータを求める観測装置であって、
平坦な上面を大気に露出させて地面に埋め込まれる分離可能な密閉容器と、
前記密閉容器内に収納された、アンテナモジュールおよびシールド板と、
前記密閉容器内に水が浸入するのを防止する防水手段と、
前記密閉容器を土地に固定するための固定用手段と、
前記密閉容器外に配置される受信機と、を備え、
前記密閉容器の上壁は電波透過率の高い材質からなり、
前記アンテナモジュールは前記電波を受信して受信信号を増幅し、
前記シールド板は、電波反射率の高い材質からなり、前記密閉容器の底壁あるいは側壁で前記電波が反射しないように配置され、
前記受信機は、前記アンテナモジュールから出力される増幅された受信信号に対して信号処理を施すことにより、前記電波の位相に関するデータを求めることを特徴とする観測装置。
【請求項３】
位置が既知の基準点に設置され、測位衛星からの電波を受信して当該電波の位相に関するデータを求める基準点観測装置と、
請求項１または請求項２に記載の観測装置であって、１つまたは複数の測定点に、前記密閉容器が上面を大気に露出させて埋め込まれ、かつ前記固定用手段を用いて土地に固定された測定点観測装置と、
前記基準点観測装置で求められる位相に関するデータ、測定点観測装置で求められる位相に関するデータ、および測位衛星の位置情報から基準点に対する測定点の相対位置を求める相対位置算出手段と、
前記相対位置の変動を検知する相対位置変動検知手段と、を備えることを特徴とする土地地盤変位監視システム。
【請求項４】
請求項３に記載の土地地盤変位監視システムにおいて、
前記固定用手段を用いて前記密閉容器が地面に固定されることを特徴とする土地地盤変位監視システム。
【請求項５】
請求項４に記載の土地地盤変位監視システムにおいて、
前記密閉容器と地中に埋設された基台との距離を測定する距離測定手段をさらに備えることを特徴とする土地地盤変位監視システム。
【請求項６】
請求項３に記載の土地地盤変位監視システムにおいて、
前記固定用手段を用いて前記密閉容器が地中に埋設された基台に固定されることを特徴とする土地地盤変位監視システム。
【請求項７】
測位衛星からの電波を受信するアンテナ装置であって、
平坦な上面を大気に露出させて地面に埋め込まれる分離可能な密閉容器と、
前記密閉容器内に収納された、アンテナモジュールおよびシールド板と、
前記密閉容器内に水が浸入するのを防止する防水手段と、
前記密閉容器を土地に固定するための固定用手段と、を備え、
前記密閉容器の上壁は電波透過率の高い材質からなり、
前記シールド板は、電波反射率の高い材質からなり、前記密閉容器の底壁あるいは側壁で前記電波が反射しないように配置され、
前記アンテナモジュールは前記電波を受信し、受信信号を増幅して出力することを特徴とするアンテナ装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００８−５８２４５（Ｐ２００８−５８２４５Ａ）
【公開日】平成２０年３月１３日（２００８．３．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２３８１２１（Ｐ２００６−２３８１２１）
【出願日】平成１８年９月１日（２００６．９．１）
【出願人】（０００１６６２４７）古野電気株式会社 (441)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年３月１３日（２００８．３．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年９月１日（２００６．９．１）
【出願人】（０００１６６２４７）古野電気株式会社 (441)
【Ｆターム（参考）】
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