カリフォルニア州サンディエゴ郡のノース カウンティ トランジット ディストリクト (NCTD) は、デル マーの海岸沿いの崖の上にある 3 区間の線路で、危険な斜面の変動を監視する必要があると判断しました。これにより、3,300 フィート (1,000 メートル) の線路に沿った継続的な監視システムが開発されました。監視対象の長さのため、複数の傾斜計や設置型傾斜計 (IPI) などの従来の単一ポイント監視システムの使用は実用的ではありませんでした。崖の崩壊は線路のどこででも発生する可能性があるため、単一ポイントの計器を使用するには、多数のセンサーとモニターが必要になります。代わりに、線路の危険度の高い区間に沿って、水平時間領域反射率測定 (TDR) 同軸ケーブル センサーを設置することが提案されました。
TDR モニタリング システムはレーダーと同様に機能します。同軸ケーブルをセンサーとして使用し、傾斜が動くと、ケーブルが動く場所で変形またはせん断されます。反射計からの電圧パルスが変形またはセンサーの端に当たると、反射エネルギーの量は変形の程度に比例します。反射計は、反射の大きさから、変形の位置と相対的な動きの範囲を正確に判断します。
サイトの説明
監視対象地域は、侵食や比較的小規模なブロック崩壊が発生しやすい海岸の断崖で構成されていました。断崖は海岸から約 50 フィート (15 メートル) の高さにありました。断崖に沿った鉄道の線路は、断崖の端から 20 フィート (6 メートル) ほどのところから 100 フィート (30 メートル) ほどのところまでありました。
崖は安定しているように見えましたが、侵食の問題があり、ソルジャーパイル壁、排水の強化、吹付けコンクリートの補強が必要でした。さらに、約 50 年前には崖の一部が崩れ、貨物列車が大破する事故が発生しました。
断崖は比較的強固な（しかし割れたり、節理がある）砂岩と、柔らかく侵食されやすいシルト岩でできています。波の作用と、造園灌漑による大量の地下水が、シルト岩の弱化と軟化に寄与しました。その結果、砂岩が崩壊し、続いて沿岸の断崖が局所的に崩壊しました。
計測機器の概要
リモート データ収集装置には、データ ロガー、マルチプレクサ、通信デバイスが含まれます。さらに、データ ロガーをプログラムして操作するためのソフトウェアも必要でした。TDR は、傾斜の動きを監視するための比較的新しい方法です。もともとは通信線や電力線の断線や障害の位置を特定するために開発されたこの技術では、同軸ケーブルをセンサーとして使用し、時間領域反射計を使用して測定を行います。
マルチプレクサを使用すると、複数のセンサーを 1 つのデータ ロガーに接続できます。マルチプレクサは、データ ロガーの 1 セットのポートに接続されます。データはロガーによって順番に収集されます。マルチプレクサは相互に多重化することもでき、多数の機器を読み取る機能を作成できます。
監視システム設計
監視システムは、中央制御および監視ユニットと 3 つの TDR 監視ステーションで構成されていました。中央監視ユニットは、各監視ステーションの状態を確認し、システムの警告通知機能を制御しました。TDR 監視ステーションはそれぞれ、ケーブルの変形や破損を検出するために 2 本の TDR センサー ケーブルをポーリングしました。
各監視ステーションには、Campbell Scientific CR10X データロガー、SDMX50 TDR マルチプレクサ、および TDR100 反射計がありました。データロガーは 4 分ごとに 2 本の水平 TDR ケーブルをポーリングし、反射波形を基準シグネチャと比較しました。反射データがケーブルの変形または破損を示している場合、中央制御および監視ユニットの CR23X マイクロロガーによって監視されているワイヤに 5 Vdc の警告信号が適用されました。そこで、自動電話ダイヤラーが鉄道職員に崖の移動の可能性を通知しました。その後、職員は電話でシステムに連絡してケーブルの変形場所を特定し、崖と線路の安全検査を行うことができました。
データ ロガーは、低レベルの警報 (ケーブルの変形は小さな動きを示している) と高レベルの警報 (ケーブルの切断と大規模な斜面崩壊の可能性) を区別することができました。TDR センサー ケーブルは線路の下に配線され、浅い溝に線路と平行に設置されました。ケーブルはセメント/砂のグラウトで覆われており、斜面の動きが発生した場合に変形が起こらないようにしています。合計で約 3,300 フィート (1,000 m) のセンサー ケーブルが設置されました。
通信
各データ ロガーは、Campbell Scientific MD9 マルチドロップ インターフェイスに接続されていました。これらのネットワーク ノードを接続するために、RG59 同軸ケーブルが使用されました。中央監視ステーションでは、追加の MD9 が電話回線を介してネットワーク データ ロガーにアクセスしました。
モデムに加えて、3 つの自動ダイヤラーも電話回線を使用しました。ダイヤラーが起動すると、最大 8 つの電話番号に電話をかけ、必要なアクションの種類に該当する警告メッセージを配信しました。
工事
同軸センサー ケーブルは、トラクターに取り付けられたトレンチャーを使用して設置されました。溝は、線路と崖の端の間の線路中心線から約 13 フィート (4 メートル) 離れたところに、線路と平行に 2 フィート (0.7 メートル) の深さで掘られました。溝の底に 2 インチ (50 ミリメートル) の薄いコンクリート層が置かれ、その上にセンサー ケーブルが敷かれました。ケーブルの上にさらに 1 フィート (0.3 メートル) のコンクリートが置かれました。コンクリートが固まった後、溝の残りの部分は圧縮充填材で埋め戻されました。
革新的な技術の応用
このプロジェクトは、移動アラート機能を備えた TDR 傾斜監視のこれまでで最大の単一アプリケーションの 1 つです。アラート機能の主な利点は、各監視ステーションが最大 8 つの異なる電話番号に電話をかけて、障害の可能性を担当者に通知できることです。3 つのダイヤラーはそれぞれ、リモート監視ステーションの 1 つ専用でした。たとえば、リモート監視ステーション 2 のセンサーが変形すると、ステーション 2 付近の傾斜移動の可能性を警告するために 8 人の担当者に電話がかかってきます。さらに、監視対象エリアの範囲は、危険な傾斜移動の脅威にさらされている鉄道や高速道路を保護するのに非常に有効です。