2017 Fiscal Year Research-status Report
斜面崩壊危険性評価のための無線センサネットワークシステムによる多点計測手法の開発
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17K13005
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| Research Institution | Nagasaki University |
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Principal Investigator |
杉本 知史 長崎大学, 工学研究科, 助教 (60404240)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 斜面 / 遠隔モニタリング / 無線センサネットワーク / 雨水浸透 / 地下水 / 安定性評価 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、人工的に盛り立てられた土砂地盤を対象として、降雨による地盤内の水の浸透と地下水位の変化を無線センサネットワークにより観測するためのシステムを構築し、継続的なデータ収集と分析を通して斜面変状の進行を定量的に明らかにするとともに、室内降雨浸透実験とこれに対応した数値解析による斜面変状の力学的考察を目的としている。
本年度は、特にワイヤレスセンサネットワーク(WSN)システムの構築を行った。対象斜面は、地表面付近に土砂主体の産業廃棄物、その下に崖錐堆積物、基盤岩で構成され、約4年前の大雨が原因で中段付近に生じたクラックの対策として土砂の切り返しによる緩勾配化と表層50cm程度の覆土による遮水工が施されている。当該斜面に構築したモニタリングシステムは、エンドデバイス（端末）、ルーター（中継機）、コーディネータ（親機）の三つで構成している。エンドデバイスには土壌水分計・間隙水圧計・転倒マス型雨量計を接続している。これらより得られる出力電圧を、増幅回路を通すことで分解能を調整し、無線ネットワークを介しコーディネータに通信する。その際モニタリングエリア内に適宜設置したルーターを経由することで、安定した通信品質を確保している。5～10分毎に収集したデータはコーディネータに蓄積され、LTE回線を通して遠隔地にてモニタリングを行うことを可能とした。
その結果、おおむねセンシングはできているものの、年間を通した継続的かつ安定的な計測を実現するためには、システムの安定性に潜在的な問題点があることが明確となった。センサについては、地盤内への設置簡易性がセンサネットワークを拡大するにあたり、大変重要であることが確認された。また、エネルギーハーベスティングによる給電力および化学電池を用いた蓄電の温度変化によるその特性の変化などの問題が大きいことが明確となった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
計画当初は、モニタリング用簡易計測センサの開発を先行して行う予定であったが、モニタリング対象斜面の状況を鑑み、既製のセンサを用いた現地でのモニタリングシステムの構築とその運用を優先させることとした。その結果、年間を通した継続的かつ安定的な計測を実現するためには、システムの安定性に潜在的な問題点があることが明確となった。センサについては、地盤内への設置簡易性がセンサネットワークを拡大するにあたり、大変重要であることが確認された。また、エネルギーハーベスティングによる給電力および化学電池を用いた蓄電の温度変化によるその特性の変化などの問題が大きいことが明確となった。
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究において、数十～数百m程度の比較的規模の大きい斜面もしくは法面の降雨による崩壊を想定し、地表面変位や表層の土壌水分率、地盤の変位・土圧・間隙圧、地下水位などの変動を多点で計測することを目的とする。先述の通り、土木・建築向けの市販センサの場合、精度は極めて高いものの1基数万円程度するものが一般的であり、許容される精度に落としつつ費用を大幅に抑制することが多点計測で求められる。そこで、電気電子工学分野では広く利用されている汎用の各種センサを活用することを考え、土圧や間隙圧、地下水位の変化を計測するための圧力センサ、土壌水分率を推定するための伝導率センサ、地表面の変位や傾斜を推定するための加速度センサをこれに代替可能なものに、仕様に応じて選択する。水圧の測定においては、センサ部の防水加工等を施すものとする。これらを「多点計測用センサ」と位置づけ、砂質系ならびに粘性土系の土質に対し、従来型のセンサとの比較を交え、斜面への降雨を想定した不飽和状態～飽和状態への変化を再現した環境下において、出力値の精度評価を行う。これらのセンサ類は、順次平成29年度に構築したモニタリングシステムに導入し、屋外環境下での継続的な計測のための検証を行う予定である。
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