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導入事例

長大橋を対象とした地震モニタリングの実証運用にsonas xシリーズを採用

横浜国立大学様(藤野陽三教授)

背景

日本では、近年の東日本大震災、熊本地震などをはじめ、数多くの大地震を経験し、今後も地震のリスクにさらされています。大地震による被害を低減していくためには、発生した地震を計測し、構造物が損傷したメカニズムを解明し、構造物の補強方法や設計方針を洗練させていくというプロセスが必要となります。そこで注目されているのが、地震時の構造物の挙動を計測しデータを蓄積・分析していく「地震モニタリング」です。

横浜国立大学の藤野陽三・上席特別教授は、橋梁全般を専門とする土木分野の第一人者であり、構造物モニタリングについても1990年代後半から研究を進められてきました。UNISONetの潜在能力にも早くから着目してくださり、UNISONetが土木へ貢献可能な点等、数年に渡り議論を進めてまいりました。

今回、藤野教授に、新那珂川大橋(橋長約530m)および隣接する勝田高架橋(橋長約200m)を一括して対象とする地震モニタリングに、x01をご採用いただきました。新那珂川大橋では、2011年の東日本大震災で、地震応答によるゴム支承の損傷が発生しています。

大規模地震時の複雑な挙動の把握と応答解析技術の精緻化のために、斜張橋である新那珂川大橋と一般的な構造である勝田高架橋および周辺地盤に対して、x01を試行導入しました。

課題とご採用ポイント

地震モニタリングでは、構造物ヘルスモニタリングで一般的に必要となる時刻同期やロスレスデータ収集に加えて(軍艦島モニタリング を参照)、消費電力面での制約が非常に強くなります。いつ発生するか分からない地震を捉えるためには、モニタリングを常時継続する必要があるためです。地震発生を検知して計測するのでは、地震発生直後の貴重なデータを取り逃してしまうことになります。比較的強い地震を取得するためには、常時計測を行いつつも、バッテリで年単位の連続計測を実現することが求められます。

また、今回のモニタリングシステムの構築においては、固定電源が利用できる場所が1箇所もないため、親機やインターネット接続を行うノードも含めて、全ノードが電池駆動可能であること、および地震発生時の加速度データを現地に行かずに確認できるデータアップロード機能を有することをも要求としました。 このような、一般のセンサネットワーク技術では困難される要求を、特殊な実装や設定を追加で行うことなく、x01で実現することができました。具体的には、下記のような性能・特徴を確認しています。

性能・機能詳細
大規模性全長730mに渡る範囲に分散配置された55台のセンサを1つのネットワークで収容
3Gモジュール搭載 ノードの消費電力入念な省電力制御の導入により、1.5年間程度バッテリのみで動作可能
1ホップの距離幅300メートル程度の川を跨いだ通信が1ホップで実現可能
設置の容易さ学生および教員数人で、2日程度で設置可能

なお、加速度センサには単一電池5本を、3Gモジュール搭載ノードには単一電池25本を、それぞれ搭載させています。左の写真は設置されたセンサ、右の写真ははしご車に登って橋桁に取り付けている様子です。

2017年5月から試計測を開始し、UNISONetの開発が完了した2018年5月から本計測を開始しました。本計測後は、獣害などによるハードウェアの故障を除いて、地震を逃さずに記録しています。今回の取り組みにより、UNISONetの到達距離、大規模計測での安定性等について、検証を行うことができたと考えています。震度1(加速度振幅1mg程度)の地震もノイズに埋もれず感知可能な低ノイズセンサを用いながら、数年間バッテリで計測できる無線センシングシステムをこの規模の長大橋において構築するのは、我々の知る限り、世界初の事例です。

地震モニタリングは、他にも「巨大地震発生時の損傷度推定」「施工直後の異常振動の確認」といった用途にも期待されています。ソナスでは様々な応用を見据えつつ、引き続き、構造物モニタリング/地震モニタリングへの貢献を進めてまいります。

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