GPS による斜面の微小変位の検出方法の検討

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(1)3‑148. 土木学会第59回年次学術講演会（平成16年9月）. GPS による斜面の微小変位の検出方法の検討山口大学大学院. 学○宇野豊. 防衛施設庁. 正. 秋山晋八. 山口大学工学部. 正. 清水則一. 1. はじめに重要である．GPS による変位計測はこれまで，通常 5 〜 10mm 程度と考えられていたが，筆者らの研究開発により，1 〜 2mm の変位ま. 10 E. 変位量（m m ）. 斜面の安全監視においては，微小な変位を早期に検出することは. で検出可能となってきた 1）．本研究では GPS によって斜面の微小変. 0 ‑5. 計測値平滑化結果. 5. EEEE E E 真の変位 E E EE E EE E E E EE EE EE E EE EE EE E EEEE E E E E EEEEEE E EEE E EE EEEE E E EEEEEEE E E E E E EE E E E EE EE E EEE E EE E E E EE E E E E E E E EEE E E EEE E E E E E EE EEE EE E E EE EEE E E E E EE E E EEEEE E E EEE E E E E E E EEEE E E EEE E EEEEE E EEE E E E EEEE E E E E EE E EEE EE E E EE EE E E EE E EE E E E E EEE EE EEE E E E EE E EE E E EE E E E EEE E EEEEE E EE E E EEEE E EEE EE EE E E E E EEEE E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E EEE EEE E E E E E E E E EE E E. ‑10 0. 位を検出する方法を検討する．. 50. 100. 150 200 計測時間（時間）. 250. 300. 350. （a）変位計測から298時間後（突発変位から ‑1 時間後）. 2. 突発的な変位の早期検出の課題と考え方筆者らは，変位計測を目的に開発したGPS受信機を用いて，24時スは 1 時間毎に変位を求めている（図中○印）．さらに計測結果に対して，トレンドモデルを適用して計測結果を平滑化し，真の変位. E. 変位量（m m ）. 間連続して計測を行っている．図 1 はその結果の一例で，このケー. 10 5 0 ‑5. 平滑化結果. E E E E E 真の変位 EEEE E E E E E E EEE E E E E EE EE E E EE E EE EE EE EE E EEEE E E EE EEEE E E E EE E E E E E E EE E E E EE EE E EEE E EE EE E EEE E EE EE E EE E E E E E E E E E E EE E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E EE E EE EEEE E E E E E E EEEE E EE E EE EE E E E E E E EE E EE E EEE E EE EE E EEE EE EE EE EE E E EE EE E E E E E EEE EE EEE E E E EE E E E EE EE EE E EE E EE E E E E E E E EE E E E E E E E E E E E E E E EEE E E E E E EE E E E E E EEEE EEEE E E EE E EEEE EEEE E EE E. ‑10. を推定する（図中実線）．このような方法によって，1 〜 2mm の変. 0. 50. 図 1 は，時々刻々得られる計測値に対して，トレンドモデルを適. 10. らかなように，突発変位が生じた際に，トレンドモデルの結果は反. 変位量（m m ）. E. の突発的な変位が生じた例（シミュレーション）である．図から明. 100. 150 200 計測時間（時間）. 250. 300. 350. （b）変位計測から304時間後（突発変位から 5 時間後）. 位を検出できることを実証している 1）．用した様子を示している．これは，計測開始から，299時間目に4mm. 計測値. 応するものの，実際に 4mm を検出するには，時間的な遅れが生じ. 5 0 ‑5. 計測値. E 平滑化結果 E EEE E E EE E E E EEE E EEE E EE E EEEE E E E 真の変位 EE E E E E E E E EEE E E E E EE EE E EE EE EE EE E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E EE EE EE E E EEE EE E EEEE E EE E EEE EEE EE EE EE E EE E EEEE E EE E EE E EE E E EE EE E E E E E EE EE E E EEE E E E E E EE E E E E E E EE E EEEEE EE EEEE E E E E EE E EE E E EEE E E E EE E E E E E E E E E E E E EE EE E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E EE E E EEE EE E EE E EE E E EE E E E EEE EE E EE E E E EEEE E EEE E EE E E EE E E E E E E EEEE E EEEE EEEE EEEE E EE EE E E E E. ‑10 0. 50. る．したがって，どれだけ早く正確に変位を検出できるかが課題で. 100. 150 200 計測時間（時間）. 250. 300. 350. （c）変位計測から311時間後. ある．. （突発変位から 24 時間後） 10. 図2は，時々刻々と得られる計測結果に対して適用したトレンド刻に対してプロットしたものである．図には突発変位を生じた場合とそうでない場合についてプロットしている．この図から，例えば 1mmを変位検出基準にすると，突発変位を生じた場合はすべてこの. 変位量（m m ）. モデルによる平滑化結果の最終値（現時点の値：最新値）を計測時. E. 5 0 ‑5. 計測値. E 平滑化結果 E EEE EE E E E EE EE EEE E E EE E EE E EEEE E E E 真の変位 EE E E E E E E E EEE E E E E EE EE E EE EE EE EE E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E EE EE E E EEE EEE E E E E EEEE E EE E EEE EEE EE EE EE E EE E EEE E EE E EE E E EE EEE E E EEE E EE EE E E EEE E E E E EE E E E E E E E EE E E EEEEE E E E E EEE E EE E EEE E E EEE E E E EE E E E E E E E E E E E E EE EE E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E EE E E EEE EE E EE E E E EE E E E EEE EE E EE E E EE E E EEEE E EEE E E EE E E E E E E EEEE EEEE E E E E E EE E EEEE EEEE EE E E. ‑10 0. 50. 150 200 計測時間（時間）. 図1 突発変位の検出経過（標準偏差 =1.2mm，突発変位 4mm）. 注視して，基準値（ここでは 1mm）を越えたときに，突発変位を生じたと判断する．. 6. 3.模擬計測データを用いたシミュレーション結果. 5. 変位検出量（m m ）. 以上の検出法による突発変位 4mm の場合の変位検出時間の結果を図 4 に示す．図 5 は，変位検出基準を変えて，トレンドモデルによる平滑化結果が真の変位の±1mm範囲に4つ連続で入った場合，突発変位が生じたと判断したものである．つまり最終的な変位の検. 突発変位あり. 4 3 2 変位検出基準. 1. 出時間となる．横軸は標準偏差，右側縦軸は検出時間，左側縦軸は. 0. 観測時間を示す．図中破線は，標準偏差と観測時間の関係を，図中. ‑1. 突発変位なし. 図2. 法を用いた近似曲線である．なお，通常のGPS変位計測では基線長. 0. 10. 20. 30 40 50 60 70 80 突発変位発生からのデータ数. TEL：0836（85）9334. ‑295‑. 100. 突発変位ありと突発変位変位なしの. 山口大学理工学研究科社会建設工学専攻. e-mail：[email protected]. 90. 場合の時々刻々と得られる計測結果のその都度の平滑化結果の最終値. キーワード：GPS，斜面，変位計測，安全監視山口県宇部市常盤台 2-16-1. 300. （突発変位から 26 時間後）. 以上の考察から，常にトレンドモデルによる平滑結果の最新値を. 連絡先：〒 755-8611. 250. （d）変位計測から325時間後. 基準を越え，生じていない場合は基準を越えない．. 実線は標準偏差と検出時間の関係を示す．それぞれの線は最小二乗. 100. 350.

(2) 3‑148. 土木学会第59回年次学術講演会（平成16年9月）. 1000m以下の範囲で設置し，基線長1000m以下であれば緯度，経度方向はほ. 緯度，経度方向の近似曲線高さ方向の近似曲線. ぼ同程度の標準偏差となるため，まとめて水平方向の標準偏差として近似. 16. している（図 3 参照）．. 14. 2）. 緯度方向. 図4，図5の見方を，観測時間30分の高さ方向の検出時間の場合を例にとっ ①右側縦軸より観測時間 30 分を選択する． ②観測時間 30 分に対する標準偏差を読み取る（σ =6.7mm）（破線に示す）． ③その標準偏差（σ=6.7mm）から，最初に選択した観測時間30分に対応する変. 計測標準偏差（m m ）. て説明する．. 経度方向. 12. 高さ方向. 10 8 6 4. 位検出時間を左縦軸から読み取る（実線に示す）．変位検出時間は19時間となる．. 2. 表 1 に突発変位 2mm，4mm，8mm に対する変位検出基準 1mm の場合の検. 0. 出時間を示す．表 2 に突発変位 2mm，4mm，8mm に対する最終的な変位の. 0. 10. 20. 図3. 検出時間を示す．表 1，表 2 より突発変位 2mm，4mm，8mm のすべての変位. 30 40 観測時間（分）. 50. 60. 標準偏差の近似曲線. 量に対して，観測時間 15 分の場合が最も早く変位検出できている．観測時間 30 分の場合は，他の観測時間と比較して変位検出時間が長い傾向にあり，突発変位の早期検出には不適正であるように思われる．また，高さ方向の変位検出時間は概ね水平方向の検出時間の 2 〜 3 倍となる．データ数はまだ不十分であるものの，突発変位検出の最適観測時間や変位検出時間の予測を大まかに行うことができる． 4. むすび本研究では，斜面の微小変位の早期検出方法について検討した．今後は精度向上と確実性を増すこと，また現場における実証を進めたい．参考文献 1）松田浩朗，安立寛，西村好恵，清水則一：GPSによる斜面変位計測結果の平滑化処理と変位挙動予測手法の実用性の検証，土木学会論文集，No.715/ Ⅲ ‑60，pp.333‑343，2002． 2）松田浩朗，清水則一，吉冨功，川畑一洋，千葉敏博，頓所幹宏：GPS による長大斜面の変位計測の精度について，資源と素材，vol.119，No.6,7,2003，pp.389-395，2003． 30分 50.0. 25.0. ③. 20.0. 40.0 15分. 15.0. 30.0. ①. 10.0. 20.0. 観測時間（分）. 検出時間（時間）. 20分. ② 5.0. 10.0. 0.0 0.0. 2.0. 図4. 表1. 4.0 6.0 8.0 標準偏差（mm）. 10.0. 60.0. 検出時間近似直線（観測時間別） 60分 30分 20分 15分水平方向の標準偏差高さ方向の標準偏差. 検出時間（観測時間別） ■ 60分 ● 30分 ▲ 20分 × 15分. 50.0. 50.0. 40.0. 40.0. 30.0. 20分 30.0 15分. 20.0. 2.0. 図5. 4.0 6.0 8.0 計測標準偏差（mm）. 10.0. 0.0 12.0. 標準偏差 ‑ 観測時間 ‑ 検出時間の関係（最終的な変位の検出時間）. 表2. 最終的な変位の検出時間（時間）（a）水平方向. （a）水平方向 20. 30. 60. NA NA 18 6 7 7 2 3 3. 21 7 2. 観測時間（分）突発変位量（ mm） 2 4 8. 15. 20. 30. 60. 11 7 6. 17 8 8. 21 15 9. 22 15 10. （時間）. （時間）. （b）高さ方向. （b）高さ方向観測時間（分）突発変位量（ mm） 2 4 8. 15. 検出時間近似直線（観測時間別） 60分 30分 20分 15分水平方向の標準偏差高さ方向の標準偏差. 検出時間（観測時間別） ■ 60分 ● 30分 ▲ 20分 × 15分. 20.0. 10.0. 0.0 0.0. 0.0 12.0. 変位検出基準 1mm の場合の検出時間（時間）. 15. 30分. 10.0. 標準偏差 ‑ 観測時間 ‑ 検出時間の関係（変位検出基準1mm）. 観測時間（分）突発変位量（ mm） 2 4 8. 60.0 60分. 観測時間（分）. 60分. 検出時間（時間）. 60.0. 30.0. 20. 30. 60. NA NA 46 14 17 19 6 8 7. 56 18 5. 観測時間（分）突発変位量（ mm） 2 4 8. 15. 20. 30. 60. 29 19 15. 29 27 21. 55 40 25. 58 38 27. （時間）. （時間）. ‑296‑.

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