ダムの安全性の向上：変形モニタリングにおけるGNSS技術の利用

ダムの安全性は、下流のコミュニティ、インフラ、および環境を保護するために不可欠です。ダムの変形をモニタリングすることは、ダムの構造的完全性を維持するための重要な鍵であり、大きな破損につながる前に潜在的な問題を特定するのに役立ちます。歴史的に、モニタリングは光学トータルステーションに頼ることが多かった。効果的ではありますが、これらのステーションには多くの欠点があります。

CHCNAVH3 GNSSレシーバーのような、全地球測位衛星システム（GNSS）技術の最近の進歩は、ダムの構造健全性モニタリングのアプローチを変えつつあります。この技術は、従来の方法の限界を克服し、ダムの構造健全性の詳細な画像を提供する連続的で高精度の測定を提供します。

図1.CHCNAV H3受信機をダムと地すべりが発生しやすい場所に設置し、変形モニタリングを行っている様子。

精密なダム変形モニタリングの必要性

ダム変形の背後にある力を解明する

ダムは、時間の経過とともにその構造を弱める多くの自然および人為的な力に直面しています。水圧、環境変化、地震活動は、構造に大きな変化をもたらす可能性のある重要な要因です。小さな変形であっても、ダムの安定性を脅かす深刻な構造上の問題を知らせることがあり、その結果、下流の地域社会や生態系の安全が脅かされることになります。このような小さな変位を早期に発見し対応することは非常に重要であり、継続的で正確な変形モニタリングの必要性を強調しています。

インフラの老朽化：高まる懸念

世界のダムインフラが老朽化するにつれて、この問題はより緊急性を増しています。数十年前に設計・建設された既存のダムの多くは、本来の耐用年数を超えて稼動しています。材料が老朽化し、環境からの絶え間ない圧力で劣化するにつれて、これらの構造物は破損しやすくなります。

ダム変形モニタリングの原理

ダム変形モニタリングの核心は、比較のための安定した基準点を使用して、ダム構造内の変化を注意深く測定する必要があることです。これらの測定により、エンジニアは時間の経過に伴う変化を特定し、ダムの構造の健全性と安定性に関する貴重な洞察を得ることができます。効果的なモニタリングは、これらの測定の精度と信頼性にかかっており、わずかな動きも検出して貴重なデータに変換できる高度な技術が必要です。

従来のモニタリング技術から高度なモニタリング技術への移行

図2. トータルステーションによるダム監視の概略図。

従来のトータルステーションシステムの限界

トータルステーションシステムは、精密な計測のために広く使用され、信頼性が高いにもかかわらず、ダムの変形モニタリングにはいくつかの課題があります。これらの課題には以下が含まれます：

• 視線依存性：トータルステーションは、計測器とターゲットポイントとの間に明確な視線が必要ですが、ダム周辺の複雑な地形や構造物では、その実現が困難な場合が多くあります。

• 測定間隔：手動操作の必要性から、データ収集は不連続な間隔に制限されます。このような断続的なデータ収集は、重要な動きを見逃し、変形の傾向を完全に捉えることができない可能性があります。

• 環境の影響を受けやすい：光学機器であるトータルステーションは天候の影響を受けやすく、悪天候下では計測が中断され、データの精度が低下する可能性があります。

これらの制限により、特にダムのような安全性と運用の完全性が最優先される重要なインフラストラクチャでは、より堅牢で継続的なモニタリングソリューションが必要となります。

優れたダム監視のためのGNSS技術の活用

図3.GNSS受信機によるダム監視の概略図。

ダムの安全管理の分野は、全地球測位衛星システム（GNSS）技術の導入により大きな変化を遂げつつあります。GNSSシステム、特にCHCNAVH3 GNSSレシーバーは、変形モニタリングにいくつかのユニークな利点を提供し、この変革をリードしています。この技術は、継続的で高精度な計測を提供するだけでなく、従来のモニタリングアプローチでは不可能だった新しいレベルの自動化と柔軟性をもたらします。

継続的な高精度測定

GNSS技術の主な利点は、直接見通しや手動入力を必要とせず、継続的で自動化されたモニタリングを提供できることです。これは、絶え間ない環境変化や構造変化に注意を払わなければならないダムの変形モニタリングにとって、非常に価値のあるものです。GNSS受信機のネットワークは、ダム構造物全体に戦略的に配置され、広範囲をカバーし、ミリメートル以下の精度で非常に小さな動きを検出する能力を提供します。

高度なアルゴリズムとエラー補正

GNSSモニタリングの精度は、高度なアルゴリズムとエラー補正方法によって大幅に向上します。プリサイス・ポイント・ポジショニング（PPP）やリアルタイム・キネマティック（RTK）などの技術により、CHCNAV H3はミリメートルレベルの精度を達成することができます。この高い精度は、潜在的な構造上の問題を早期に発見し、タイムリーな対応を可能にし、致命的な故障のリスクを低減するために不可欠です。

悪条件下でも妥協のない性能

GNSS技術の主な特徴は、様々な環境条件下で高い性能を発揮することです。従来の光学的測定方法とは異なり、GNSS信号は霧、雨、雪などの厳しい気象条件下でも信頼性を保ちます。この回復力により、ダムの変形モニタリングは天候に関係なく中断することなく続けられ、長期的なダムの安全性と性能評価に不可欠なデータの連続ストリームを提供することができます。

遠隔監視と拡張性

遠隔操作の可能性は、モニタリング技術の大きな進歩です。GNSSシステムは遠隔操作とデータ収集を可能にし、現場要員の必要性を減らし、事実上どこからでもリアルタイムのデータ分析を可能にします。この機能は、遠隔地や手の届きにくい場所にあるダムの監視に特に有益です。さらに、GNSSモニタリング・ネットワークのスケーラブルな設計は、より広い地域をカバーしたり、より包括的な測定キャンペーンをサポートしたりするための容易な拡張を可能にし、変化するモニタリング・ニーズを満たすための柔軟で適応性のあるアプローチを提供します。

課題への取り組み

GNSS技術は、従来のトータルステーション方式と比較して多くの利点を提供する一方で、各モニタリングポイントに独自のGNSS受信機や必要な電力・通信インフラが必要であるなど、考慮すべき新たな要素ももたらします。しかし、GNSS技術の利点-特にその精度、信頼性、適応性-は、これらの物流上のハードルを凌駕します。

図4.ダムに取り付けられたH3は厳しいモニタリングのニーズに応えている。

CHCNAV H3 GNSS受信機のご紹介：ダム変形モニタリングの革新

構造物の変形モニタリング用GNSS技術の最先端を行くCHCNAVH3 GNSSレシーバーは、ダムモニタリングの厳しい要求を満たすために特別に設計されたセンサーとして際立っています。このコンパクトなオールインワンデバイスは、高精度GNSS機能と最先端のデータ処理および接続機能を組み合わせ、厳しい条件下でも優れた精度、信頼性、使いやすさを提供します。

優れた精度と信頼性

CHCNAV H3は、高精度GNSSモジュールを搭載し、GPS、GLONASS、BeiDou、Galileo、QZSSを含む様々な衛星コンステレーションをサポートしています。この幅広いコンステレーションサポートにより、GNSS信号の広範な利用可能性と一貫した精度が保証され、データ収集のギャップを減らし、変形測定の信頼性を向上させます。

統合MEMSセンサーによるモニタリングの強化

H3GNSSレシーバーの特筆すべき特徴は、統合されたMEMSセンサーで、GNSSベースの測定を強化するために、傾斜と加速度データを追加します。この追加されたデータ層は、受信機の動きや不安定性を検出・補正することで、モニタリングシステムの完全性と信頼性を向上させ、機器に関連した問題ではなく、構造的な変化を正確に反映した測定を保証します。

リアルタイムの洞察のためのシームレスな接続性

接続性はH3の設計の中心であり、4Gモデムやイーサネットなど様々な通信モジュールが組み込まれています。これらの機能により、リアルタイムのデータ転送とリモートアクセスが可能になり、タイムリーな意思決定と行動のための継続的な情報の流れが確保されます。レシーバーをリモートで設定・管理できるため、変化する状況やニーズに対するシステムの適応性と応答性が高まります。

耐久性過酷な環境に耐える堅牢設計

CHCNAV H3は、ダムという困難で遠隔地に設置されることが多い環境を考慮して設計されており、耐久性に優れています。IP67準拠の筐体は防塵・防水性能を備え、低消費電力（2W未満）は長時間の現場での操作をサポートします。堅牢性と効率性を兼ね備えたH3は、過酷な環境での長期使用に最適で、最小限のメンテナンスで安定した性能を発揮します。

設置と統合が容易

H3はコンパクトな一体型デザインで、セットアッププロセスを簡素化し、現場での複雑な設置や追加機器の必要性を排除します。業界標準のソフトウェアとの互換性により、H3は既存のダム監視システムに簡単に統合でき、GNSS技術へのスムーズな移行を実現します。

将来を見据えて：GNSS技術に支えられた未来

ダムの変形モニタリングにGNSS技術を取り入れることは、これらの重要な資産を管理する新しい時代への移行を意味します。GNSS技術を活用することで、ダム管理者とエンジニアは、これらの繊細な構造物の安全性、信頼性、寿命を向上させることができます。将来を見据えて、CHCNAV H3のようなGNSSソリューションの継続的な進歩は、ダムの構造的完全性を監視し維持する能力をさらに強化し、ダムに依存する地域社会や生態系を保護するでしょう。

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CHCナビゲーションについて

CHC Navigation (CHCNAV)は、革新的なマッピング、ナビゲーション、ポジショニング・ソリューションを創造し、お客様の作業をより効率的にします。CHCNAVの製品とソリューションは、地理空間、建設、農業、海洋など、さまざまな業界をカバーしています。世界120カ国以上に販売代理店を持ち、1,700人以上の従業員を擁するCHCナビゲーションは、今日、ジオマティクス技術において最も急成長している企業の1つとして認められています。