JP2004226157A - センサネットワーク、センサ、電波送信体、及びコンピュータプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】配線施工の問題や電源供給の問題が無いセンサネットワークを提供する。
【解決手段】計測対象の複数の部位に配置され、送信された電波を受信して前記電波のエネルギーを電源として動作する複数のセンサ３０と、電源１１を有し前記センサに対して前記電波を送信する電波送信体１０とを備え、前記センサは、前記電波の受信に応答して、前記センサが配置された前記部位の物理量又は化学量を計測し、前記電波送信体は、前記計測対象に関する物理量又は化学量を検出し、前記検出の結果に基づいて、前記電波を送信するタイミングを決定する。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、センサネットワーク、センサ、電波送信体、橋梁の計測システム、霧の発生検知システム、土砂の崩落検知システム及びコンピュータプログラムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の計測においては、センサと、そのセンサによる計測結果を収集する測定装置間の配線施工が大変であり、特に多数の計測点がある場合には、準備作業、材料費などの費用も大きかった。
【０００３】
一方、配線レス化の手法として、センサに無線装置を取付け、センサで検出したデータを測定装置に無線伝送する手法が開発されている。しかし、無線装置付のセンサには電源が必要であり、外部電源からの給電を受ける場合には、電源との配線作業が依然として必要となる上に、電源と配線接続する関係で設置場所が限定されていた。電池式にする場合には、定期的に電池の交換が必要であった。これらのことから、計測点が多数である場合には、無線装置付のセンサの採用は作業性が容易とはいえなかった。
【０００４】
また、電源を持たないＲＦＩＤ方式（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｉｄｅｎｔｉｆｉｅｒ：無線タグ方式）のセンサもあるが、常時計測ができないことから用途が限られていた。
【０００５】
【非特許文献１】
日経エレクトロニクス（２００２年６月１７日発行）第３７頁の「無線センサ・ネットに米国で関心高まる」と題する記事
【特許文献１】
特開２００１−３２０７８１号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
配線施工の問題や電源供給の問題が無いセンサが望まれている。
特に、多数の計測点に配置され、配線施工の問題や電源供給の問題が無いセンサが望まれている。
省エネルギーでかつ所望の計測を確実に行えるセンサが望まれている。
配線施工の問題や電源供給の問題が無く、複数のセンサが異なるタイミング（順番を含む）で計測を行えるセンサが望まれている。
配線施工の問題や電源供給の問題が無く、複数のセンサのそれぞれのサンプリング（計測）周期を変えることができるセンサが望まれている。
【０００７】
本発明の目的は、配線施工の問題や電源供給の問題が無いセンサネットワーク、センサ、電波送信体、橋梁の計測システム、霧の発生検知システム、土砂の崩落検知システム及びコンピュータプログラムを提供することである。
本発明の他の目的は、特に、多数の計測点に配置され、配線施工の問題や電源供給の問題が無いセンサネットワーク、センサ、電波送信体、橋梁の計測システム、霧の発生検知システム、土砂の崩落検知システム及びコンピュータプログラムを提供することである。
本発明の更に他の目的は、省エネルギーでかつ所望の計測を確実に行えるセンサネットワーク、センサ、電波送信体、橋梁の計測システム、霧の発生検知システム、土砂の崩落検知システム及びコンピュータプログラムを提供することである。
本発明の更に他の目的は、配線施工の問題や電源供給の問題が無く、複数のセンサが異なるタイミング（順番を含む）で計測を行えるセンサネットワーク、センサ、電波送信体、橋梁の計測システム、霧の発生検知システム、土砂の崩落検知システム及びコンピュータプログラムを提供することである。
本発明の更に他の目的は、配線施工の問題や電源供給の問題が無く、複数のセンサのそれぞれのサンプリング（計測）周期を変えることができるセンサネットワーク、センサ、電波送信体、橋梁の計測システム、霧の発生検知システム、土砂の崩落検知システム及びコンピュータプログラムを提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
以下に、［発明の実施の形態］で使用する番号・符号を用いて、［課題を解決するための手段］を説明する。これらの番号・符号は、［特許請求の範囲］の記載と［発明の実施の形態］の記載との対応関係を明らかにするために付加されたものであるが、［特許請求の範囲］に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。
【０００９】
本発明のセンサネットワークは、計測対象の複数の部位に配置され、送信された電波を受信して前記電波のエネルギーを電源として動作する複数のセンサ（３０）と、電源（１１）を有し前記センサ（３０）に対して前記電波を送信する電波送信体（１０）とを備え、前記センサ（３０）は、前記電波の受信に応答して、前記センサ（３０）が配置された前記部位の物理量又は化学量を計測し、前記電波送信体（１０）は、前記計測対象に関する物理量又は化学量を検出し、前記検出の結果に基づいて、前記電波を送信するタイミングを決定する。
【００１０】
本発明のセンサネットワークにおいて、前記電波送信体（１０）は、前記センサ（３０）が計測する第１の前記物理量又は化学量とは異なる第２の前記物理量又は化学量を検出する。
【００１１】
本発明のセンサネットワークにおいて、前記電波送信体（１０）は、前記計測対象に配置され、前記第２の物理量又は化学量を検出するセンサである。
【００１２】
本発明のセンサネットワークにおいて、前記センサ（３０）は、計測した前記第１の物理量又は化学量を示すデータを前記電波送信体（１０）に送信し、前記電波送信体（１０）は、受信した前記センサ（３０）からの前記第１の物理量又は化学量を示すデータの受信タイミングに基づいて、前記第２の物理量又は化学量として、前記センサ（１０）と前記電波送信体（１０）との間の距離を検出する。
【００１３】
本発明のセンサネットワークにおいて、前記電波送信体（１０）は、前記複数のセンサ（３０）のそれぞれを識別するための識別子を示すデータを含む信号に対応する前記電波を前記センサ（３０）に送信し、前記センサ（３０）は、前記電波に対応する前記信号に含まれる前記データに含まれる前記識別子に基づいて、前記センサ（３０）が配置された前記部位の物理量又は化学量を計測するか否かを決定する。
【００１４】
本発明のセンサネットワークにおいて、前記電波送信体（１０）を複数含み、前記センサ（３０）は、計測した前記第１の物理量又は化学量を示すデータを前記電波送信体（１０）に送信し、第１の前記電波送信体（１０）は、受信した前記第１の物理量又は化学量を示すデータを第２の前記電波送信体（１０）に送信する。
【００１５】
本発明のセンサは、計測対象の複数の部位のそれぞれに配置されるセンサ（３０）であって、前記計測対象に関する物理量又は化学量に基づいて送信された電波を受信して前記電波のエネルギーを電源として動作し、前記電波の受信に応答して、前記センサ（３０）が配置された前記部位の物理量又は化学量を計測する。
【００１６】
本発明の電波送信体は、電源を有する電波送信体（１０）であって、計測対象の複数の部位に配置され送信された電波を受信して前記電波のエネルギーを電源として動作し前記電波の受信に応答して前記配置された部位の物理量又は化学量を計測する複数のセンサ（３０）に対して、前記電波を送信し、前記計測対象に関する物理量又は化学量を検出し、前記検出の結果に基づいて、前記電波を送信するタイミングを決定する。
【００１７】
本発明の橋梁の計測システムは、橋梁の複数の部位に配置され、送信された電波を受信して前記電波のエネルギーを電源として動作する複数の第１センサ（３０）と、前記橋梁に配置され前記橋梁に関する物理量又は化学量を計測し、電源（１１）を有し前記第１センサ（３０）に対して前記電波を送信する第２センサ（１０）とを備え、前記第１センサ（３０）は、前記電波の受信に応答して、前記第１センサ（３０）が配置された前記部位の物理量又は化学量を計測し、前記第２センサ（１０）は、計測した前記物理量又は化学量に基づいて、前記電波を送信するか否かを決定する。
【００１８】
本発明の橋梁の計測システムにおいて、前記第２センサ（１０）は、風速計であり、前記第１センサ（３０）は、加速度センサ、変位センサ及び歪センサを含む応力検知センサのうちの少なくともいずれか一つである。
【００１９】
本発明の橋梁の計測システムにおいて、前記第２センサ（１０）は、重量計及び速度計の少なくともいずれか一つであり、前記第１センサ（３０）は、歪センサを含む応力検知センサである。
【００２０】
本発明の霧の発生検知システムは、霧の発生を検知すべき計測場所に配置され、送信された電波を受信して前記電波のエネルギーを電源として動作する複数の第１センサ（３０）と、前記計測場所に配置され前記計測場所に関する物理量又は化学量を計測し、電源（１１）を有し前記第１センサ（３０）に対して前記電波を送信する第２センサ（１０）とを備え、前記第１センサ（３０）は、前記電波の受信に応答して、前記第１センサ（３０）が配置された前記計測場所の物理量又は化学量を計測し、前記第２センサ（１０）は、計測した前記物理量又は化学量に基づいて、前記電波を送信するか否かを決定する。
【００２１】
本発明の霧の発生検知システムにおいて、前記第２センサ（１０）は、温度・湿度計であり、前記第１センサ（３０）は、視程計である。
【００２２】
本発明の土砂の崩落検知システムは、土砂の崩落を検知すべき計測場所に配置され、送信された電波を受信して前記電波のエネルギーを電源として動作する複数の第１センサ（３０）と、電源（１１）を有し前記第１センサ（３０）に対して前記電波を送信する電波送信体（１０）とを備え、前記第１センサ（３０）は、前記電波の受信に応答して、前記第１センサ（３０）が配置された前記計測場所の物理量又は化学量を計測し、前記計測の結果を前記電波送信体（１０）に送信し、前記電波送信体（１０）は、受信した前記計測の結果の受信タイミング及び前記計測の結果の少なくともいずれか一方に基づいて、前記土砂の崩落の可能性を検知する。
【００２３】
本発明の土砂の崩落検知システムにおいて、前記電波送信体（１０）は、前記計測の結果に基づいて、前記電波を送信する頻度を決定する。
【００２４】
本発明の土砂の崩落検知システムにおいて、前記第１センサ（３０）は、水分計である。
【００２５】
本発明のコンピュータプログラムは、電源（１１）を有する親センサ（１０）を含むコンピュータで実行されるコンピュータプログラムであって、（ａ） 計測対象物に関し前記親センサ（１０）で計測された物理量又は化学量が基準値以上であるか否かを判定するステップと、（ｂ） 前記（ａ）の判定の結果、前記物理量又は化学量が前記基準値以上であれば、前記計測対象物の複数の部位に配置され送信された電波を受信して前記電波のエネルギーを電源として動作するとともに前記電波の受信に応答して前記配置された部位の物理量又は化学量を計測する複数の子センサ（３０）に対して、前記電波を送信するステップとを前記コンピュータに実行させるためのコンピュータプログラムである。
【００２６】
【発明の実施の形態】
添付図面を参照して、本発明のセンサネットワークの一実施形態を説明する。
【００２７】
本実施形態は、図１に示すように、電源が必要な無線機能付きセンサを親センサ１０とし、電源を持たないＲＦＩＤ方式のセンサを子センサ３０として、親センサ１０と複数の子センサ３０とが組み合わされてなるセンサネットワークである。なお、子センサ３０は、ＲＦＩＤ方式に限られない。子センサ３０は、自らは電源を持たずに、送信された電波を受信して、その受信電波を電源のエネルギーとして起動するものであればよい。
【００２８】
本実施形態は、個々のアプリケーション（後述）毎に、親センサ１０、子センサ３０のセンシング部を変更し、親センサ１０の計測ロジックを変更することができ、配線レスである無線機能付きセンサの特徴を生かしたセンサネットワークである。
【００２９】
親センサ１０は、複数の子センサ３０と双方向に無線通信する。親センサ１０ａは、複数の子センサ３０ａ〜３０ｄと通信し、１つのグループを形成している。親センサ１０ｂは、複数の子センサ３０ｅ、３０ｆ、…と通信し、１つのグループを形成している。親センサ１０ｃは、図示しない複数の子センサと通信し、１つのグループを形成している。図示しない他の親センサ１０ｄ、１０ｅ…についても同様である。
【００３０】
各親センサ１０ａ、１０ｂは、その無線機能によりデータ収集センタ５０と無線通信網６０を介してデータ通信する。
【００３１】
次に、図３を参照して、親センサ１０の構成について説明する。なお、親センサ１０ａ、１０ｂ…の構成は基本的に互いに同一である。
【００３２】
親センサ１０は、電源１１と、メモリ１２と、補助記憶装置１３と、カレンダー・タイマ機能部１４と、入力部１５と、センサ１６と、子センサ用無線機能部１７と、通信機能部１８と、制御装置１９とを備えている。
【００３３】
電源１１は、電池、充電池、又は周辺の商用電源である。電源１１として、風力発電、太陽電池の利用なども親センサ１０の設置場所によっては考えられる。電源１１より各部１２〜１９へ給電される。
【００３４】
メモリ１２は、プログラム領域１２ａと、データ領域１２ｂに分かれている。プログラム領域１２ａには、適用されるアプリケーション毎の子センサ３０との通信処理手順、上位との通信処理手順、収集したセンサ値の処理手順、センサ値やタイマ値等に基づいて子センサ３０からデータを得る処理手順が記録されている。また、プログラム領域１２ａには、親センサ１０を識別するＩＤコードが記録されている。そのＩＤコードは、子センサ３０、他の親センサ１０又はデータ収集センタ５０との通信時に、その親センサ１０を特定するために通信データに含まれる。データ領域１２ｂは、収集したデータを、上位へ通知するまでの間、一時的にデータを保存する場所である。
【００３５】
補助記憶装置１３は、上位へ通信によりデータを送るのではなく、メモリカードのような取替え可能な記録メディアによりデータの収集を行う場合に利用するもので、必要に応じて設置される。その場合、作業員が定期点検時等に、記録メディアを交換してデータを収集する。
【００３６】
カレンダー・タイマ機能部１４は、日時をカウントする時計であり、定期的なデータ収集の収集周期の計時に利用したり、イベント（外部入力値が所定値を超えた場合など）の発生時の日時記録の為などに利用する。なお、後述するアプリケーションによっては利用されない場合がある。
【００３７】
入力部１５は、入力端子１５ａと、入力インターフェース（Ｉ／Ｆ）１５ｂとを有している。センサ１６の信号を入力端子１５ａで受け、入力インターフェース１５ｂでアナログ値をデジタル値に変換（ＡＤ変換）し、またｏｎ／ｏｆｆのデジタル信号も内部回路で扱えるレベルに変換（ＤＩ入力）して制御装置１９に取込めるようにする。
【００３８】
センサ１６は、アプリケーション毎に異なるが、温度計、湿度計、加速度計、歪み計、変位センサ、水分計、照度計、風向風速計、重量計、圧力計、電圧・電流計、抵抗計などの物理量を計測するセンサ又は、ＣＯ２、Ｏ２、ＮＯｘ、ＳＯｘ、ダイオキシン等の化学量を計測するセンサが考えられる。
【００３９】
子センサ用無線機能部１７は、複数の子センサ３０のそれぞれに電波を送ることで、各子センサ３０に動作エネルギーを供給して活性化させ、各子センサ３０からセンシング結果を示すデータを受信する。子センサ用無線機能部１７は、受信データに含まれる子センサ３０毎のＩＤを認識し、複数の子センサ３０からの信号を判別して送受信処理する。
【００４０】
通信機能部１８は、上位のデータ収集センタ５０との通信を行う。通信機能部１８としては、システム構成に応じて無線、有線を選択して構成する。また、直接、上位のデータ収集センタ５０と通信をせずに、親センサ１０間のネットワークを経由して通信することもできる。
【００４１】
制御装置１９は、メモリ１２のプログラム領域１２ａに記載された処理手順に従い、計測処理、通信処理を行う。
【００４２】
次に、図４を参照して、子センサ３０の構成について説明する。複数の子センサ３０ａ、３０ｂ…の構成は、基本的に互いに同一である。
【００４３】
子センサ３０は、電源機能部３１と、メモリ３２と、入力Ｉ／Ｆ部３３と、センサ機能部３４と、制御機能部３５と、無線機能部３６とを備えている。
【００４４】
電源機能部３１は、無線機能部３６で受信した電波のエネルギーを電源として必要な電圧に変換して、各部３２〜３６に給電する。
【００４５】
メモリ３２には、動作時の入力処理手順、通信処理手順が記録されている。また、子センサ３０を識別するためのＩＤコードも記録されている。そのＩＤコードは、子センサ３０から親センサ１０に計測結果を送信するときの送信データに含まれる。
【００４６】
入力Ｉ／Ｆ部３３は、センサ機能部３４からの信号をデジタル値化（ＡＤ変換等）して制御機能部３５に出力する。
【００４７】
センサ機能部３４は、小型省電力化したものを選定する。センサ機能部３４は、アプリケーション毎に異なるが、温度計、湿度計、加速度計、歪み計、水分計、照度計、風向風速計、重量計、視程計、圧力計、電圧・電流計、抵抗計などの物理量を計測するセンサ又は、ＣＯ２、Ｏ２、ＮＯｘ、ＳＯｘ、ダイオキシン等の化学量を計測するセンサが考えられる。
【００４８】
制御機能部３５は、電源が入り動作を始めると、メモリ３２より処理手順を読出し入力Ｉ／Ｆ部３３からデータを取込み、無線機能部３６を通じて親センサ１０に計測値を通知する。
【００４９】
無線機能部３６は、親センサ１０からの電波を受けエネルギーとして電源機能部３１へ送る機能と、親センサ１０との送受信を行う機能を有する。
【００５０】
子センサ３０の各部３１〜３６は、小型一体化することが望ましく、センサ機能部３４以外はＩＣチップとして一体化することができる。センサ機能部３４は、歪みゲージのように被計測物に密着させる必要があるものなど、計測対象によっては、一体化が困難であるので、センサ機能部３４の構成は対象に応じて決める。
【００５１】
次に、本実施形態が適用される例（アプリケーション）について説明する。
【００５２】
図２に示すように、本実施形態は、橋梁のモニタリングシステムに適用可能である。本例では、親センサ１０ａ、１０ｂ…は、風速計であり、子センサ３０ａ、３０ｂ…は、加速度計である。
【００５３】
親センサ１０ａ、１０ｂ…は、橋梁の支柱部分５に設置されている。支柱部分５には、街灯６が設置されている。親センサ１０ａ、１０ｂ…は、街灯６用の電源（図示されず）から給電されることで常時稼動することができる。
【００５４】
親センサ１０ａ、１０ｂ…の設置位置は、特に限定されないが、電源との配線作業性及びコストの観点から、電源の位置から近い場所が適している。街灯６用の電源のような既設の電源がある場合には、その近くに設けられることが望ましい。
【００５５】
親センサ１０ａ、１０ｂ…の通信機能部（アンテナ）１８は、高架橋を走行する道路点検パトロールカー（データ収集センタ５０）と良好に通信可能なように、高架橋の上方に出るように設置されている。
【００５６】
子センサ３０ａ、３０ｂ…は、高架橋の下面側（裏側）に設置される。子センサ３０ａ、３０ｂ…は、電源と配線で接続されていたり電池を内蔵している訳ではない電源レスである。子センサ３０ａ、３０ｂ…のそれぞれは、同じグループを形成する親センサ１０ａ、１０ｂ…から送信された電波を受信し、その電波のエネルギーを電源として使用する。
【００５７】
親センサ１０ａ、１０ｂ…が子センサ３０ａ、３０ｂ…から収集したセンシング結果は、橋梁を定期的に走行する道路点検パトロールカー５０と親センサ１０ａ、１０ｂ…との間の無線通信により、道路点検パトロールカー５０に伝送される。道路点検パトロールカー５０は、橋梁を走行しながら、その走行場所に近い親センサ１０ａ、１０ｂ…と順次通信することで、各親センサ１０ａ、１０ｂ…からセンシング結果を受ける。
【００５８】
次に、他の実施形態（アプリケーション例）について説明する。
第１のアプリケーションは、▲１▼強風時の振動計測に関し、第２のアプリケーションは、▲２▼過積載車通過時の橋部材の応力計測に関し、第３のアプリケーションは、▲３▼霧発生検知に関し、第４のアプリケーションは、▲４▼がけ／傾斜地の崩落検知に関する。
【００５９】
▲１▼強風時の振動計測
強風が吹くと橋が振動する問題がある。しかし橋が振動するほどの強風は年に数回しかなく常時観測し続けるのは効率が悪く、強風時にのみ観測できることが望ましい。一方、振動計測時にはなるべく多数の点の情報が得られることが評価の精度を上げるために必要である。
【００６０】
そこで、本実施形態の橋の振動計測システムでは、親センサ１０に風速計を設けると共に、子センサ３０には加速度計を設け、親センサ１０で所定の値以上の風速を検知した場合に親センサ１０から子センサ３０に計測指示信号を送る。子センサ３０は、計測指示信号を電波で受けると、その電波をエネルギーとして給電されて動作を開始する。子センサ３０は、計測指示信号を受信するまでは、無給電状態であるため動作は停止したままである。子センサ３０は、受信した計測指示信号に応答して、センサ機能部３４で計測（振動計測）し、その計測結果を親センサ１０に出力する。親センサ１０は、所定値以上の風速を検知した場合に、所定の計測時間の間、所定のサンプリング周期で計測指示信号を子センサ３０に送信する。子センサ３０は、その計測指示信号を受信する度に計測し、その計測結果を親センサ１０に送信する。なお、子センサ３０には加速度センサ以外に、歪センサ、変位センサを用いる場合がある。
【００６１】
図５は、親センサ１０の全体の動作を示すフローチャートである。
【００６２】
親センサ１０は、電源が投入されると、制御装置１９がメモリ１２のプログラム領域１２ａに格納されたプログラムを読み込み（ステップＳ１）、子センサ用無線機能部１７、通信機能部１８、及び入力Ｉ／Ｆ部１５ｂの初期化処理を行う（ステップＳ２）。その後、親センサ１０は、上位のデータ収集センタ５０や親センサ１０との上位通信処理（ステップＳ３）と計測処理（ステップＳ４）を繰り返す。
【００６３】
図６は、親センサ１０の上位通信処理（ステップＳ３）の動作を示すフローチャートである。
【００６４】
親センサ１０は、上位（データ収集センタ５０又は他の親センサ１０）との接続があるか否かを判断し、接続するまで待つ（ステップＳ１１）。親センサ１０は、上位と接続すると、メモリ１２のデータ領域１２ｂに送信すべきデータが有るか否かを判断する（ステップＳ１２）。その結果、データ領域１２ｂに送信すべきデータが無い場合には、「メモリ１２ｂ内に送信すべきデータが無い」旨の情報を、接続中の上位に送信し（ステップＳ１３）、ステップＳ１１に戻る。
【００６５】
一方、ステップＳ１２の結果、データ領域１２ｂに送信すべきデータが有る場合には、データ領域１２ｂから送信すべきデータを１セット読出し（ステップＳ１４）、その読み出したデータを上位に送信する（ステップＳ１５）。次に、ステップＳ１５での送信が正常に完了したか否かを判断し（ステップＳ１６）、正常に完了していなければステップＳ１１に戻る。一方、正常に完了していれば、その送信した１セットのデータをデータ領域１２ｂから削除し（ステップＳ１７）、ステップＳ１２に戻る。
【００６６】
図７は、上記▲１▼の例をとった場合の親センサ１０の計測処理（ステップＳ４）の動作を示すフローチャートである。
【００６７】
親センサ１０は、風速計（センサ１６）の計測データを読み込み（ステップＳ２１）、その計測値が基準値以上であるか否かを判定する（ステップＳ２２）。その判定の結果、計測値が基準値未満であれば、ステップＳ２１に戻る。
【００６８】
一方、制御装置１９は、その判定の結果、計測値が基準値以上であれば、カレンダー・タイマ機能部１４の計測タイマ（ｎ分）とサンプリングタイマ（ｍ秒）をスタートさせる（ステップＳ２３）。ここで、計測タイマは、計測値が基準値以上であった場合に、継続して計測を行う所定時間（ｎ分）をカウントし、サンプリングタイマは、その所定時間内で計測を行うときのサンプリング周期（ｍ秒）をカウントする。
【００６９】
その後、親センサ１０は、子センサ３０へ計測指示信号を送信する（ステップＳ２４）。このとき、親センサ１０は、計測指示信号の電波で子センサ３０に電力を送信する（ステップＳ２４）。この場合、親センサ１０は、その親センサ１０のグループに属する複数の子センサ３０（親センサ１０ａであれば子センサ３０ａ〜３０ｄ）に対して同時に計測指示信号を送信する。
【００７０】
その後、親センサ１０は、計測指示信号の送信先である複数の子センサ３０のそれぞれから、子センサ３０の計測値を示すデータを受信する（ステップＳ２５）。また、親センサ１０は、風速計１６の計測データを読み込み（ステップＳ２６）、その風速計の計測データと、ステップＳ２５で受信した子センサ３０の計測値を示すデータとをデータ領域１２ｂに保存する（ステップＳ２７）。
【００７１】
ここで、データ領域１２ｂには、計測日時と、風速（ステップＳ２６での親センサ１０の計測値）と、ステップＳ２５で複数の子センサ３０のそれぞれから受信した加速度の値（加速度＃１、加速度＃２…）が記録される。親センサ１０が親センサ１０ａである場合には、加速度＃１は、子センサ３０ａの計測結果に対応し、加速度＃２は、子センサ３０ｂの計測結果に対応する。
【００７２】
次いで、計測タイマが終了していないか否かを判定し、終了していればステップＳ２１に戻り、終了していなければステップＳ２９に進む（ステップＳ２８）。ステップＳ２９では、サンプリングタイマが終了していないか否かを判定し、終了していればステップＳ２４とステップＳ２６に戻り、終了するまでＳ２９を繰り返す。
【００７３】
図８は、子センサ３０の全体の動作を示すフローチャートである。
【００７４】
子センサ３０は、親センサ１０から計測指示信号の電波（ステップＳ２４参照）を受信する。子センサ３０は、受信した電波により電源が供給される（ステップＳ３１）。次いで、子センサ３０は、メモリ３２に格納されたプログラムを読み込み（ステップＳ３２）、入力Ｉ／Ｆ部３３や無線機能部３６を初期化する（ステップＳ３３）。次いで、子センサ３０は、センサ機能部３４によりセンシングした計測値を入力Ｉ／Ｆ部３３を介して入力する（ステップＳ３４）。次いで、子センサ３０は、入力した計測値を、自己のＩＤを示すデータとともに親センサ１０に送信する（ステップＳ３５）。なお、サンプリング間隔が非常に短い場合は、親センサ１０からの電波を出し続けることで、子センサ３０は受信中は給電状態が続くので、計測指示信号受信時に毎回ステップＳ３１，Ｓ３２，Ｓ３３の処理を行う必要はなく、計測（Ｓ３４）と送信（Ｓ３５）のみを行えばよく、高速サンプリングを可能とする。
【００７５】
次に、第２のアプリケーションについて説明する。
【００７６】
▲２▼過積載車通過時の橋部材の応力計測
鉄構構造物の疲労は、そこにかかる応力の大きさと回数によって決まるので、発生した応力の強さと回数を計測することが、構造物の余寿命診断の重要なデータとなる。例えば橋梁の場合、設計時に想定する最大車両重量（例えば２５ｔ）を超えた過積載車両（例えば３０〜４０ｔ）によるダメージが、設計寿命を低下させる大きな要因となるため、この頻度を計測して橋の補修計画を立てることで、効率よく構造物の維持補修が行えるようになる。
【００７７】
ここでは、親センサ１０に車重計を接続し、子センサ３０に歪ゲージ等の応力検知センサを付けたシステムを構築する。親センサ１０で所定の重量以上の車両が通過した場合に、各子センサ３０に計測指示信号を出すことで、過積載車両の通過時のみの計測ができ、効率良い計測ができる。
【００７８】
第２のアプリケーションにおいて、親センサ１０の動作は、基本的に図５、図６及び図７に示した通りであり、図７のステップＳ２１とステップＳ２６の「風速計データ読み込み」を「車重計データ読み込み」に代え、ステップＳ２７の「風速」を「車重」に、「加速度」を「歪み量」にそれぞれ代えるのみである。子センサ３０の動作は、図８に示した通りである。
【００７９】
また、車重計は高価であることから、一台の親センサ１０にのみ設置し、親センサ１０間で通信をすることで道路の経路に沿って順次計測することが可能となる。親センサ１０に車速検出器を設置することで、各子センサ３０の位置までの移動時間を推定することができ、その移動時間を加味して計測指示信号を送信することで、各子センサ３０に各子センサ３０を通過する瞬間（又は、前後を含む所定時間）の値を効率よく計測させることができる。
【００８０】
なお、鉄道橋においては、親センサ１０のタイマ機能を用いて列車ダイヤに合わせて計測指示信号を送信することで、列車が各子センサ３０を通過する時にその子センサ３０による計測を行わせることが可能である。また、列車の通過を検知する信号機からの通過信号を親センサ１０に取込み、その通過信号の受信タイミングを考慮して所定のタイミングで計測指示信号を送信することで、列車が各子センサ３０を通過する時にその子センサ３０による計測を行わせることができる。
【００８１】
上記の車速検出器を用いる場合や鉄道橋の例においては、親センサ１０の動作は、一部を除いて図５、図６及び図７に示した通りである。車速検出器を用いる場合には、図７のステップＳ２１及びステップＳ２２を「移動時間が経過したか？」の判定ステップに代えて、その判定結果がＹＥＳであればステップＳ２３に進み、ＮＯであればその判定ステップに戻るように代える。列車ダイヤを用いる場合には、ステップＳ２１及びステップＳ２２を「列車ダイヤの時刻か？」の判定ステップに代えて、その判定結果がＹＥＳであればステップＳ２３に進み、ＮＯであればその判定ステップに戻るように代える。通過信号を用いる場合には、ステップＳ２１及びステップＳ２２を「通過信号を受信し、かつ、通過信号を受信してからその信号機から子センサへまでの距離に対応する列車の走行時間が経過したか？」の判定ステップに代えて、その判定結果がＹＥＳであればステップＳ２３に進み、ＮＯであればその判定ステップに戻るように代える。更に、ステップＳ２６の「風速計データ読み込み」を「車重計データ読み込み」に代え、ステップＳ２７の「風速」を「車重」に、「加速度」を「歪み量」にそれぞれ代えるのみである。子センサ３０の動作は、図８に示した通りである。
【００８２】
次に、第３のアプリケーションについて説明する。
【００８３】
▲３▼霧発生検知
霧は、大気の温度、湿度状態によって発生するが局地的に発生するため、一箇所で広域を監視することは難しい。よって、詳細に監視するためには多地点での観測が必要である。従来、霧の発生程度の監視は視程計を用い、発生有無の監視、道路における交通規制の必要性の監視を行っている。
【００８４】
親センサ１０には、温度計、湿度計を設置する。一方、子センサ３０には、視程計を設置し、必要に応じて風向風速計を設置する。子センサ３０の風向風速計は霧の流れを予測する上で重要である。
【００８５】
親センサ１０は、親センサ１０により計測した温度・湿度の値に基づいて、霧の発生予測情報として事前に注意報／警報をデータ収集センタ５０に送信することができる。また、親センサ１０は、計測した温度・湿度の値に基づいて、霧が発生したと判断すると、子センサ３０に計測指示信号を送信する。
【００８６】
子センサ３０は、受信した計測指示信号に応答して、子センサ３０の視程計３４にて霧の発生度合を計測し、その計測結果を子センサ３０のＩＤと共に親センサ１０に送信する。このとき、子センサ３０が風向風速計を有している場合には、風向風速計による計測結果も親センサ１０に送信する。親センサ１０は、親センサ１０により計測した温度・湿度情報と、子センサ３０から受信した霧の発生度合いを示すデータ（又は、更に風向風速計による計測結果を示すデータ）をデータ収集センタ５０に送信する。データ収集センタ５０は、親センサ１０から受信したデータに基づいて、霧の今後の発生状況を予測することができる。
【００８７】
この霧センサネットワークは、高速道路沿線に設置するだけではなく市街地における街灯を親センサ１０の基点として設置することで、地域全体をカバーする霧発生予測・検知網が構築できる。
【００８８】
第３のアプリケーションにおいて、親センサ１０の動作は、一部を除いて図５、図６及び図７に示した通りである。図７のステップＳ２１とステップＳ２６の「風速計データ読み込み」を「温度計・湿度計データ読み込み」に代え、ステップＳ２２を「霧の発生有り？」の判定ステップに代え、ステップＳ２７の「風速」を「温度・湿度」に、「加速度」を「霧の発生度合い」にそれぞれ代える。子センサ３０の動作は、図８に示した通りである。
【００８９】
次に、第４のアプリケーションについて説明する。
【００９０】
▲４▼がけ／傾斜地の崩落検知
親センサ１０は、子センサ３０に対して信号を送り、子センサ３０からの返信を受信するまでの時間差と、電波の速度から、親センサ１０と子センサ３０の距離を求める。一方、傾斜地における土砂崩れの要因としては土中の水分量の増加がある。
【００９１】
そこで、子センサ３０には水分計を付けて土中に設置し、親センサ１０からの計測指示に対してその地点の土中水分量とＩＤを付して応答する。親センサ１０は、定期的に計測指示を送信して、土中に設置された各子センサ３０を呼び出し、水分量変化と子センサ３０までの距離を計測する。親センサ１０は、同じ子センサ３０までの距離が変化した場合、その子センサ３０が設置された部位の土が移動（子センサ３０の変位）したことを検出する。
【００９２】
子センサ３０の変位は、事前に計測した既知の位置に子センサ３０を設置して、その既知の位置からの変化を計測することにより求めることができる。また、子センサ３０を任意の位置に設置し、その設置直後の初回計測値を基準として変化を計測することにより、子センサ３０の変位を求めることができる。
【００９３】
親センサ１０は、子センサ３０の変位量が所定の基準値を超えた場合に、崩落の危険有りとして警報を出す。また、親センサ１０は、子センサ３０の変位が小さくても、土中の水分量が基準値を超える場合には同様に警報を出す。また、親センサ１０は、水分量が増えてきた場合には、親センサ１０から子センサ３０への計測指示信号の送信頻度を高めて、子センサ３０による計測頻度を上げることにより、崩落の急変を見逃すことなく計測することができる。
【００９４】
第４のアプリケーションにおいて、子センサ３０の動作は、図８に示した通りである。親センサ１０の動作は、図５及び図６に示した通りであるが、図７に代えて図９に示した通りである。
【００９５】
図９のステップＳ４１に示すように、親センサ１０は、設定された送信頻度に従い、子センサ３０に計測指示信号を送信する。その計測指示信号の電波は、子センサ３０において動作エネルギーとして用いられる。
【００９６】
次に、親センサ１０は、子センサ３０から水分量を示す計測値とＩＤを示すデータを受信する（ステップＳ４２）。次に、親センサ１０は、ステップＳ４２での受信タイミングに基づいて、親センサ１０から子センサ３０までの距離を求め、その距離から変位量を求める。次に、親センサ１０は、各子センサ３０毎に変位量と水分量をメモリに保存する（ステップＳ４３）。
【００９７】
次いで、ステップＳ４４に示すように、親センサ１０は、子センサ３０の変位量が所定の基準値を超えたか否かを判定し、その判定の結果、変位量が基準値を超えていたら、警報を出す（ステップＳ４６）。また、ステップＳ４５に示すように、親センサ１０は、子センサ３０により計測された土中の水分量が基準値を超えたか否かを判定し、その判定の結果、変位量が基準値を超えていたら、警報を出す（ステップＳ４６）。また、ステップＳ４７に示すように、親センサ１０は、水分量がステップＳ４５の基準値未満であっても所定値以上であれば、親センサ１０から子センサ３０への計測指示信号の送信頻度を高め（ステップＳ４７）、それ以降の子センサ３０による計測頻度を上げる。
【００９８】
なお、上記においては、親センサ１０は、自己のグループに属する複数の子センサ３０の全てに対して同時に計測指示を送り、それら全ての子センサ３０からの計測結果を受信していた。これに代えて、親センサ１０は、自己のグループに属する複数の子センサ３０のうちの特定の単数又は複数の子センサ３０に対してのみに計測指示を送り、その特定の子センサ３０からの計測結果を受信する構成とすることができる。
【００９９】
この場合、親センサ１０は、計測指示信号に特定の単数又は複数の子センサ３０のＩＤを示すデータを含ませた状態で、その計測指示信号を送信する。その計測指示信号は、その計測指示信号を送信した親センサ１０のグループに属する複数の子センサ３０の全てによって受信される。
【０１００】
その計測指示信号を受信した複数の子センサ３０のうち上記特定の単数又は複数の子センサ３０以外の子センサ３０は、その計測指示信号の電波のエネルギーにより起動するが、その計測指示信号に自己のＩＤを示すデータが含まれていないので、計測を行わず、親センサ１０に対する返答を行わない。
【０１０１】
一方、その計測指示信号を受信した複数の子センサ３０のうち上記特定の単数又は複数の子センサ３０は、その計測指示信号の電波のエネルギーにより起動し、その計測指示信号に自己のＩＤを示すデータが含まれているので、計測を行い、その計測結果を示すデータを親センサ１０に対して送信する。
【０１０２】
この方法を用いることにより、ある特定の計測場所に配置された特定の子センサ３０のサンプリング周期を他の子センサ３０と変えることが可能である。
【０１０３】
親センサ１０は、自己のグループに属する複数の子センサ３０に対して、順番に上記特定の子センサ３０に選定しておけば、計測場所にそれぞれ配置された子センサ３０を任意の順番で計測させることができる。
【０１０４】
以上に述べたように、本実施形態によれば、以下の効果を奏することができる。
・親センサ（親局）１０と子センサ（子局）３０の組合せにより、広範囲なセンシングを効率的に行うことができる。
・親センサ１０の中継機能により、データ収集センタ５０が通信網６０を介してその親センサ１０から直接的にデータを収集できないような点の計測も可能となる。
・親センサ１０間のネットワーク機能により広範囲の計測が可能となる。
・親センサ１０の制御により、任意の間隔でのサンプリングが可能となる。この場合、子センサ３０に個別に信号を送り順番に計測することができる。また、子センサ３０に一斉に信号を送り、全体の瞬時値を計測することができる。更に、計測場所によってサンプリング間隔を変えて計測を行うことができる。
・電源供給の課題を親センサ１０に限定することで、適用アプリケーションの拡大、コストダウン（省配線、定期電池交換の省力化）を図ることができる。
【０１０５】
【発明の効果】
本発明のセンサネットワークによれば、配線施工の問題や電源供給の問題が無い。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明のセンサネットワークの一実施形態の構成を示す図である。
【図２】図２は、本発明のセンサネットワークの一実施形態が橋梁に適用された例を示す図である。
【図３】図３は、本発明のセンサネットワークの一実施形態の親センサの構成を示す図である。
【図４】図４は、本発明のセンサネットワークの一実施形態の子センサの構成を示す図である。
【図５】図５は、本発明のセンサネットワークの一実施形態の親センサの全体の動作を示すフローチャートである。
【図６】図６は、本発明のセンサネットワークの一実施形態の親センサの上位との通信処理の動作を示すフローチャートである。
【図７】図７は、本発明のセンサネットワークの一実施形態の親センサの測定処理（強風時振動計測）の動作を示すフローチャートである。
【図８】図８は、本発明のセンサネットワークの一実施形態の子センサの全体の動作を示すフローチャートである。
【図９】図９は、本発明のセンサネットワークの一実施形態の親センサの測定処理（霧の発生検知）の動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１０ 親センサ
１０ａ〜１０ｃ 親センサ
１１ 電源
３０ 子センサ
３０ａ〜３０ｈ 子センサ

Claims (17)

1. 計測対象の複数の部位に配置され、送信された電波を受信して前記電波のエネルギーを電源として動作する複数のセンサと、
   電源を有し前記センサに対して前記電波を送信する電波送信体とを備え、
   前記センサは、前記電波の受信に応答して、前記センサが配置された前記部位の物理量又は化学量を計測し、
   前記電波送信体は、前記計測対象に関する物理量又は化学量を検出し、前記検出の結果に基づいて、前記電波を送信するタイミングを決定する
   センサネットワーク。
2. 請求項１記載のセンサネットワークにおいて、
   前記電波送信体は、前記センサが計測する第１の前記物理量又は化学量とは異なる第２の前記物理量又は化学量を検出する
   センサネットワーク。
3. 請求項２記載のセンサネットワークにおいて、
   前記電波送信体は、前記計測対象に配置され、前記第２の物理量又は化学量を検出するセンサである
   センサネットワーク。
4. 請求項２記載のセンサネットワークにおいて、
   前記センサは、計測した前記第１の物理量又は化学量を示すデータを前記電波送信体に送信し、
   前記電波送信体は、受信した前記センサからの前記第１の物理量又は化学量を示すデータの受信タイミングに基づいて、前記第２の物理量として、前記センサと前記電波送信体との間の距離を検出する
   センサネットワーク。
5. 請求項１から４のいずれか１項に記載のセンサネットワークにおいて、
   前記電波送信体は、前記複数のセンサのそれぞれを識別するための識別子を示すデータを含む信号に対応する前記電波を前記センサに送信し、
   前記センサは、前記電波に対応する前記信号に含まれる前記データに含まれる前記識別子に基づいて、前記センサが配置された前記部位の物理量又は化学量を計測するか否かを決定する
   センサネットワーク。
6. 請求項１から５のいずれか１項に記載のセンサネットワークにおいて、
   前記電波送信体を複数含み、
   前記センサは、計測した前記第１の物理量又は化学量を示すデータを前記電波送信体に送信し、
   第１の前記電波送信体は、受信した前記第１の物理量又は化学量を示すデータを第２の前記電波送信体に送信する
   センサネットワーク。
7. 計測対象の複数の部位のそれぞれに配置されるセンサであって、
   前記計測対象に関する物理量又は化学量に基づいて送信された電波を受信して前記電波のエネルギーを電源として動作し、前記電波の受信に応答して、前記センサが配置された前記部位の物理量又は化学量を計測する
   センサ。
8. 電源を有する電波送信体であって、
   計測対象の複数の部位に配置され送信された電波を受信して前記電波のエネルギーを電源として動作し前記電波の受信に応答して前記配置された部位の物理量又は化学量を計測する複数のセンサに対して、前記電波を送信し、
   前記計測対象に関する物理量又は化学量を検出し、前記検出の結果に基づいて、前記電波を送信するタイミングを決定する
   電波送信体。
9. 橋梁の複数の部位に配置され、送信された電波を受信して前記電波のエネルギーを電源として動作する複数の第１センサと、
   前記橋梁に配置され前記橋梁に関する物理量又は化学量を計測し、電源を有し前記第１センサに対して前記電波を送信する第２センサとを備え、
   前記第１センサは、前記電波の受信に応答して、前記第１センサが配置された前記部位の物理量又は化学量を計測し、
   前記第２センサは、計測した前記物理量又は化学量に基づいて、前記電波を送信するか否かを決定する
   橋梁の計測システム。
10. 請求項９記載の橋梁の計測システムにおいて、
    前記第２センサは、風速計であり、
    前記第１センサは、加速度センサ、変位センサ及び歪センサを含む応力検知センサのうちの少なくともいずれか一つである
    橋梁の計測システム。
11. 請求項９記載の橋梁の計測システムにおいて、
    前記第２センサは、重量計及び速度計の少なくともいずれか一つであり、
    前記第１センサは、歪センサを含む応力検知センサである
    橋梁の計測システム。
12. 霧の発生を検知すべき計測場所に配置され、送信された電波を受信して前記電波のエネルギーを電源として動作する複数の第１センサと、
    前記計測場所に配置され前記計測場所に関する物理量又は化学量を計測し、電源を有し前記第１センサに対して前記電波を送信する第２センサとを備え、
    前記第１センサは、前記電波の受信に応答して、前記第１センサが配置された前記計測場所の物理量又は化学量を計測し、
    前記第２センサは、計測した前記物理量又は化学量に基づいて、前記電波を送信するか否かを決定する
    霧の発生検知システム。
13. 請求項１２記載の霧の発生検知システムにおいて、
    前記第２センサは、温度・湿度計であり、
    前記第１センサは、視程計である
    霧の発生検知システム。
14. 土砂の崩落を検知すべき計測場所に配置され、送信された電波を受信して前記電波のエネルギーを電源として動作する複数の第１センサと、
    電源を有し前記第１センサに対して前記電波を送信する電波送信体とを備え、
    前記第１センサは、前記電波の受信に応答して、前記第１センサが配置された前記計測場所の物理量又は化学量を計測し、前記計測の結果を前記電波送信体に送信し、
    前記電波送信体は、送受信した前記計測の結果の送受信タイミングから得られる第１センサまでの距離及び前記計測の結果の少なくともいずれか一方に基づいて、前記土砂の崩落の可能性を検知する
    土砂の崩落検知システム。
15. 請求項１４記載の土砂の崩落検知システムにおいて、
    前記電波送信体は、前記計測の結果に基づいて、前記電波を送信する頻度を決定する
    土砂の崩落検知システム。
16. 請求項１４または１５に記載の土砂の崩落検知システムにおいて、
    前記第１センサは、水分計である
    土砂の崩落検知システム。
17. 電源を有する親センサを含むコンピュータで実行されるコンピュータプログラムであって、
    （ａ） 計測対象物に関し前記親センサで計測された物理量又は化学量が基準値以上であるか否かを判定するステップと、
    （ｂ） 前記（ａ）の判定の結果、前記物理量又は化学量が前記基準値以上であれば、前記計測対象物の複数の部位に配置され送信された電波を受信して前記電波のエネルギーを電源として動作するとともに前記電波の受信に応答して前記配置された部位の物理量又は化学量を計測する複数の子センサに対して、前記電波を送信するステップと
    を前記コンピュータに実行させるためのコンピュータプログラム。

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