JP2005094181A - 遠隔監視無線中継システムおよび中継無線装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 中継無線局のマイクロ波通信が途絶した時にも制御監視局と警報局との間の非常通信が可能な遠隔監視無線中継システムを提供する。
【解決手段】 平常時は警報局３の監視制御データを制御監視局２との間で中継する固定中継無線装置４が前記制御監視局２との間で通信不能になったことを通信途絶検知手段８が検知すると、移動中継無線装置５を搭載したバルーンを空中に解放して、移動中継無線装置５は、固定中継無線装置４に代わって、前記警報局３の監視制御データを前記制御監視局２との間で中継する通信を行う
【選択図】 図２

Description

本発明は、遠隔監視無線中継システム、および中継無線装置に関する。

山中に建設された無人で運用される水利、防災ダムの監視、制御は、遠隔監視装置によって行われる。この遠隔監視制御を行う通信は、専用線、電話回線が使われることもあるが、電話回線や専用線を敷設することが困難な場合も多く、その様な場合にはマイクロ波通信が使用されている。

これらのダムは、制御監視局とダム周辺の監視や諸設備の監視制御を行うための警報局が設置されているが、この警報局自体は通信条件が悪い監視現場に設置されている。そこで麓や遠方にある制御監視局、もしくは監視事務所等とは直接通信せず、マイクロ波通信を行う中継無線局により中継されて制御監視局等と通信する。

マイクロ波の無線中継では、故障や保守作業に備えて現用回線と予備回線の２重化が行われているが、災害等で設備の破損、停電等が重なると２重化した回線でも通信ができなくなる。また、マイクロ波通信は、見通し通信が必要であるが、深い山の谷間にあるダムから中継局、制御監視局との間を結ぶ上記の現用、予備回線以外に、例えば、衛星通信を用いた非常用の通信路を設けることがあるものの、地理条件的制約から衛星との見通し困難であることが多い（例えば、非特許文献１参照。）。

その様に、深い山中の遠隔監視を行うマイクロ波通信以外に非常用の通信手段がないダムでは、中継無線局のマイクロ波の通信が途絶すると重要な警報局からの情報取得が出来ず、また、復旧修理等に駆けつけた係員との制御監視局との間の通信確保が困難な問題があった。
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深い山中にあるマイクロ波通信以外の非常用通信手段がないダムでは、中継無線局のマイクロ波通信が途絶すると警報局からの重要な遠隔監視の情報取得、および復旧修理等に駆けつけた係員との制御監視局との間の通信確保が出来ない問題があった。

本発明は上記問題を解決するためになされたもので、中継無線局のマイクロ波通信が途絶した時にも制御監視局と警報局との間の非常通信が可能な遠隔監視無線中継システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の遠隔監視無線中継システムは、監視制御を行う警報局と、前記警報局と監視制御データを無線で送受信する制御監視局と、前記警報局と前記制御監視局との間の無線通信を中継する中継無線局とからなる遠隔監視無線通信システムにおいて、前記中継無線局は、平常時は前記警報局の監視制御データを前記制御監視局との間で中継する通信を行う固定中継無線装置と、前記固定中継無線装置に代わって前記警報局の監視制御データを前記制御監視局との間で中継する通信を行う移動中継無線装置と、前記移動中継無線装置を搭載し、平常時は地上の収容部に固定されたバルーンと、前記バルーンを前記収容部に固定する固定手段と、前記固定中継無線装置が前記制御監視局との間で通信不能になったことを検知し、前記固定手段を制御して前記バルーンを空中に解放する通信途絶検知手段と、前記バルーンを地上に繋留する繋留ケーブルとを具備することを特徴とする。

また、本発明の遠隔監視無線中継システムの中継無線装置は、監視制御を行う警報局と、前記警報局と監視制御データを無線で送受信する制御監視局との間の無線通信を中継する中継無線装置であって、前記中継無線装置は、複数の繋留ケーブルによって風による姿勢の変化を防いで地上に繋留されているバルーンに搭載されるとともに、前記バルーンに取り付けられた指向性アンテナにより前記制御監視局と前記警報局のうち少なくともいずれか一つと通信することを特徴とする。

本発明によれば、中継無線局のマイクロ波通信が途絶した時に、中継無線局から移動中継無線装置を搭載したバルーンを地上高く上げて電波で制御監視局との間の通信を行い警報局との間の非常通信が可能な遠隔監視無線中継システムを提供することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。

図１は、本発明の遠隔監視無線中継システムの構成図である。

図１において遠隔監視無線中継システムは、中継無線局１、制御監視局２、警報局３からなり、中継無線局１は、さらに固定中継無線装置４、移動中継無線装置５、バルーン６、および繋留ケーブル７とから構成される。固定中継無線装置４は、警報局３との間の無線回線Ｒ１と、制御監視局２との間の無線回線Ｒ２を構成し警報局３と制御監視局２との間の通信を中継している。

繋留ケーブル７に取り付けられたバルーン６は、移動中継無線装置５を搭載して平常時は地上に収容され、停電等で固定中継無線装置４が通信できなくなった非常時に空中に上がる。移動無線中継装置５は、警報局３との間の無線回線Ｒ３と、制御監視局２との間の無線回線Ｒ４を構成して警報局３と制御監視局２との間の通信を中継する。

無線回線Ｒ３は、ＶＨＦ、または、ＵＨＦが用いられアンテナＡ５１により通信し、無線回線Ｒ４には、ＨＦ、ＶＨＦが用いられアンテナＡ５２により通信する。

制御監視局２では、平常時にマイクロ波で通信を行う無線回線Ｒ２用の送受信器２２と、非常時にＨＦ、またはＶＨＦで通信を行う無線回線Ｒ４用の送受信器２１が設置されている。

図２は、中継無線局１の機能構成を示すブロック図である。

図２において、中継無線局１は、固定中継無線装置４、移動中継無線装置５、バルーン６、繋留ケーブル７、通信途絶検知部８、バルーン固定部９、電源１０、予備電源１１から構成される。

電源１０は、固定中継無線装置４等に電源を供給し、停電対策として、バッテリや発動発電機などによる補助電源機能を有している。予備電源１１は、電源１０の補助電源機能が動作せず完全な停電となった場合にも通信途絶検知部８に対して電力を供給するものである。

固定中継無線装置４は、送受信器４１、送受信器４２から構成され、送受信器４１による警報局３との間の無線回線Ｒ１と、送受信器４２による制御監視局２との間の無線回線Ｒ２を構成して警報局３と制御監視装置２との間の通信を中継している。

無線回線Ｒ１は、ＶＨＦ、ＵＨＦ、マイクロ波のいずれかが用いられアンテナＡ４１により通信し、無線回線Ｒ２は、マイクロ波が用いられアンテナＡ４２により通信する。

また、移動中継無線装置５は、更に送受信器５１、送受信器５２、非常電源５３から構成される。そして、非常事態になると移動無線中継装置５は、送受信器５１により警報局３との間の無線回線Ｒ３を構成し、また送受信器５２により制御監視局２との間の無線回線Ｒ４を構成して警報局３と制御監視装置２との間の通信を中継する。

図３は、本発明の遠隔監視無線中継システムの中継動作手順を示すフローチャートである。図３において、遠隔監視無線中継システムは、平常時、制御監視局２と中継無線局１は、固定中継無線装置５によって通信を行っている（図３のステップｓ１）。

移動中継無線装置５は、非常電源５３で動作するもので平常時はスタンバイ状態か、または、非使用状態で待機する（図３のステップｓ２）。

通信途絶検知部８は、予備電源１１、もしくはバッテリ（図示せず）により電源１０と、固定中継通信装置４の通信を監視し、停電と固定中継通信装置４が通信出来ないことを検知する（図３のステップｓ３）と、非常事態と判断してバルーン固定部９を開放してバルーン６の固定を解除する。（図３のステップｓ４）。

バルーン６は、収容場所から空中に浮揚し、スタンバイ状態にあった移動無線中継装置５が通信を開始する（図３のステップｓ５）。

以下、各機能構成、および本発明による遠隔監視無線中継システムの動作を詳しく説明する。

（第１の実施の形態）
再び図２において、中継無線局１の固定中継無線装置４の送受信器４１と送受信器４２は、電源１０で動作している。送受信器４１は、警報局３との間をＶＨＦ等の電波で通信する。この警報局３との間で送受信する信号は、更に送受信器４２に接続される。送受信器４１と４２は、中継伝送（リピータ通信）を行い、送受信器４２は制御監視局２との間をマイクロ波で通信を行う。

制御監視局２と送受信器４２との間のマイクロ波通信は、送受信器４２が２重化構成され、その２重化された送受信を行う装置のどちらか一方が故障しても制御監視局２との間の通信が確保される。しかし、マイクロ波通信は見通し伝搬路での通信を行っているので、アンテナＡ４２が地震災害等で指向方向が変わってしまうと通信が出来なくなる。また、災害などで電源１０が停電してしまうと送受信器４２は、通信出来なくなる。電源１０も停電に備えた無停電電源などの補助電源機能を備えているが長時間の停電や、災害等で装置が破損すると補助電源機能も動作不能となる。

通信途絶検知部８は、電源１０とは独立し、その停電時でも動作する予備電源１１、もしくはバッテリ等によって動作し、電源１０の動作、および送受信器４２の動作を監視している。もし送受信器４２から電波の送信が停止した時、また電波が受信できなくなったときの警報信号、および受信信号の信号品質等を監視して、所定の基準以下の通信品質になると通信途絶と判断する。そしてバルーン固定部９にバルーン６を空中に放出する解放信号を送信する。

バルーン固定部９は、例えば、ソレノイド機構によってバルーン６を固定している。電源１０が停電した時は、このソレノイドの主機構が解放され、安全機構で保持される解放待機状態となる。そして、通信途絶検知部８が通信途絶と判断すると、通信途絶検知部８から送信されたバルーン６の解放信号により安全機構が解除されてバルーンが空中に放出される。

さて、一方中継無線局１は、平常時は、送受信器４１により警報局３との間で通信をしている。この間の無線通信は、ＶＨＦまたは、ＵＨＦにより無線回線Ｒ１が構成されているが、通信途絶発生の非常時には、警報局３との間で重要なモニタ信号または制御信号を制御監視局２との間で中継して通信することが必要である。

従って、空中に有るバルーン６に搭載された移動中継無線装置５の送受信器５１は、この警報局３との間の信号を送受信し、そのうちで予め設定された重要なモニタ信号、および制御信号のみを選択抽出し送受信器５２との間で送受信する。以下の説明では、警報局３からのモニタ信号を制御監視局２に中継する場合を例に説明するが、制御信号を扱う時は信号方向が逆の通信動作を同様に行う。

送受信器４２は、マイクロ波で制御監視局２とアンテナＡ４２による鋭い指向性で通信しているが、移動中継無線装置５は空中で浮遊しているので制御監視局２との間で地上の固定中継無線装置４と同様な鋭い指向性を持たせたマイクロ波通信は困難である。ところが、非常時に警報局３からの信号で中継を行うのは接点信号の様な伝送速度が低い信号なので、伝送帯域を広く取る必要は無い。

そこで、送受信器５２は、音声帯域程度の信号帯域で送信電力も少なくて済む。そしてアンテナＡ５２に無指向性アンテナを用いてＨＦ、またはＶＨＦで制御監視局２との間で音声信号帯域内で変調された接点信号等のモニタ信号を伝送する通信を行う。このアンテナＡ５２は、バルーン６にダイポールアンテナを取り付けたものであっても良いし、ＨＦでは繋留ケーブルにアンテナ線を沿わせたものであっても良い。

この様にバルーン６に搭載された移動中継無線装置５は、地上高が数１０ｍ程度までの高度が有れば、ＨＦやＶＨＦでは電波が谷間の反射により見通し外の通信が可能であるので、制御監視局２との間の通信が確保出来る。

そして、非常時に制御監視局２は、送受信器２１を経由して警報局３のモニタ信号を受信することが可能になる。

一方、バルーン６に搭載した移動中継無線装置５が監視制御局２との間で、ＶＨＦ、または、ＵＨＦの電波による指向性通信を行う方法も有る。

図４は、バルーン６から指向性の有る電波を送受信する場合の構成を説明する構成図である。

図４において、バルーン６は、複数（ここでは、３本とする。）の繋留ケーブル７（＃１〜＃３）によって地上の３箇所の繋留点Ｐ（＃１〜＃３）と繋留されている。また、バルーン６での繋留ケーブル７（＃１〜＃３）の吊下げ部ｐｐ（＃１〜＃３）もそれぞれ離れて取り付けられる。１本の繋留ケーブル７だけで地上に繋留される時に比べ、バルーン６の傾き、捻れ（方向）は、格段に小さくなり風による姿勢の変化を防ぐことが出来る。

そして、以下の様にバルーン６に搭載された移動中継無線装置５は、自動トラッキングを行う指向性アンテナを用いて通信することが可能になる。

また、バルーン６の外壁（荷物を搭載する篭部分でもよい。）には、例えば、パッチアンテナなどの複数のアンテナエレメント２０を貼り付け、そのアンテナエレメント２０を駆動するビーム制御手段と組み合わせて指向性を持たせたアンテナＡ５２が取り付けられている。このアンテナＡ５２は、バルーン６が空中で風に吹かれても、自動的に最大受信感度が得られる方向にアンテナビームを自動制御するビームトラッキングアンテナである。

そして、このアンテナＡ５２を介して移動中継無線装置５の送受信器５２は、制御監視局２の送受信器２１との間で、例えば、ＶＨＦ電波による通信を行う。

この指向性のあるＶＨＦ電波による制御監視局２との間の非常通信は、見通し通信であっても、また反射を利用した見通し外通信のいずれであっても良い。

また、アンテナＡ５２と同様にビームトラッキングアンテナのアンテナＡ５１をバルーン６に取り付ければ、移動中継無線装置５の送受信器５１は、警報局３との間も指向性があるＶＨＦやＵＨＦの電波による通信が可能である。

なお、この様に複数の繋留ケーブル７（＃１〜＃３）で地上に固定した姿勢安定度が良いバルーン６に無指向性アンテナを搭載して通信すれば電波伝搬特性が改善されることは言うまでもない。

（第２の実施の形態）
図５は、第２の実施の形態における中継無線局１の構成を示すブロック図である。

図５において、送受信器４１には更に送信受信器４１−１が接続されている他は、第１の実施の形態と同様である。

第１の実施の形態では、移動中継無線装置５と警報局３との間の通信は、移動中継無線装置５の送受信器５１が、警報局３が通信していた固定中継無線装置４の送受信器４１に代わって直接通信するものであった。

しかし、警報局３が送受信器４１との間で指向性アンテナを用いて通信する場合、空中のバルーン６上に有る送受信器５１がアンテナＡ５１に指向性アンテナを使用して警報局３に向けて受信しても、警報局３のアンテナのビーム方向が空中には向いていないので通信が出来ないことも生じる。送受信器５１がアンテナＡ５１に無指向性アンテナを用いていれば、アンテナ利得が無いので警報局３との間は一層通信し難くなる。

この様な場合、移動中継無線装置５が警報局３からの信号を受信出来るようにしなければならない。第２の実施の形態では、送受信器４１を更に予備電源１１で動作する様にして電源バックアップを行い、送受信器４１の受信信号を更に送受信器５１に転送している。

この転送は、送受信器４１に送受信器５１との間で通信する第２の送受信器４１−１を設け、送受信器４１−１は必要な警報局３からの信号をその無指向性アンテナ、もしくは指向性アンテナで送受信器５１に向けて送信して転送する。この転送された信号を受信した送受信器５１は、第１の実施の形態と同様に送受信器５２を介して制御監視局２に警報局３からの信号を中継する。

また、当然のことであるが、送受信器４１−１と送受信器５１との間で通信する周波数は、送受信器４１と警報局３との通信に障害を与えないように設定されている。

従って、第２の実施の形態も第１の実施の形態と同様に非常時には、警報局３の信号を移動中継無線装置５を介して制御監視局２で受信することができる。

（第３の実施の形態）
図６は、第３の実施の形態における中継無線局１の構成を示すブロック図である。

図６において、送受信器４１には更に光送信受信器４１−２が接続されている。また、繋留ケーブル７には、光ファイバケーブル７１が内蔵されている。そして、移動中継無線装置５の送受信器５１が光送受信器５１−２に置き換えられている他は、第１の実施の形態と同様である。

第３の実施の形態では、地上に置かれた通信装置と空中の移動中継無線装置５との間で信号を光通信によって安定して送受信できる利点がある。

第３の実施の形態では、第２の実施の形態と同様に送受信器４１を更に予備電源１１で動作する様に電源バックアップを行い、送受信器４１で受信した信号を光送受信器４１―２を介して光送受信器５１―２に転送している。

この転送された信号を受信した光送受信器５１―２は、第１の実施の形態と同様に送受信器５２を介して制御監視局２に警報局３からの信号を中継する。

従って、第３の実施の形態も第１の実施の形態と同様に非常時には、警報局３の信号を制御監視局２で受信することができる。

そして更に、第２、第３の実施の形態では、送受信器４１−１、もしくは光送受信器４１−２に音声信号を通信するチャネルを設定し、移動中継無線装置５は、その音声信号を送受信器５２により制御監視局２との間で送受信するようにしてもよい。

こうすると、制御監視局２と中継無線局１との間で音声信号が送受信できるので、障害復旧等で中継無線局２の保守に駆けつけた係員が制御監視局２との間の連絡会話に使用することも出来る。また、音声信号同様に静止画やデータ信号を送受信するチャネルを設定するようにしてもよい。

なお、上記説明では、停電を伴う非常時に制御監視局２との間のマイクロ波通信が不能になった場合の通信確保を行う動作を説明したが、停電時以外にマイクロ波通信が不能となった事態においても本発明が適用出来ることは勿論である。

以上述べた様に、本発明により、マイクロ波通信による中継を行っている中継無線局のマイクロ波通信が通信不能になってもバルーンに搭載された移動中継無線装置がＶＨＦ等の電波を用いて中継する非常通信を行うので、制御監視局は、警報局からの重要なモニタ信号を受信でき、さらに、非常通信に音声信号チャネルを設定することにより非常時の復旧・保守用の連絡通信が可能な遠隔監視無線中継システムが提供できる。

本発明に係わる遠隔監視無線中継システムの実施の形態の構成図。 本発明に係わる遠隔監視無線中継システムの実施の形態の移動中継無線装置の構成図。 本発明の遠隔監視無線中継システムの実施の形態における中継動作を示すフローチャート。 本発明に係わる遠隔監視無線中継システムの実施の形態においてバルーンから指向性のある電波を送受信する場合の構成図。 本発明の遠隔監視無線中継システムの第２の実施の形態における移動中継無線装置の構成図。 本発明の遠隔監視無線中継システムの第３の実施の形態における移動中継無線装置の構成図。

符号の説明

１ 中継無線局
２ 制御監視局
３ 警報局
４ 固定中継無線装置
５ 移動中継無線装置
６ バルーン
７ 繋留ケーブル
８ 通信途絶検知部
９ バルーン固定部
１０ 電源
１１ 予備電源
２１、２２、４１、４１−１、４２、５１、５２ 送受信器
４１−２、５１−２ 光送受信器
５３ 非常電源
Ｒ１〜Ｒ４ 無線回線

Claims (7)

1. 監視制御を行う警報局と、
   前記警報局と監視制御データを無線で送受信する制御監視局と、
   前記警報局と前記制御監視局との間の無線通信を中継する中継無線局と
   からなる遠隔監視無線通信システムにおいて、
   前記中継無線局は、
   平常時は前記警報局の監視制御データを前記制御監視局との間で中継する通信を行う固定中継無線装置と、
   前記固定中継無線装置に代わって前記警報局の監視制御データを前記制御監視局との間で中継する通信を行う移動中継無線装置と、
   前記移動中継無線装置を搭載し、平常時は地上の収容部に固定されたバルーンと、
   前記バルーンを前記収容部に固定する固定手段と、
   前記固定中継無線装置が前記制御監視局との間で通信不能になったことを検知し、前記固定手段を制御して前記バルーンを空中に解放する通信途絶検知手段と、
   前記バルーンを地上に繋留する繋留ケーブルとを具備する
   ことを特徴とする遠隔監視無線中継システム。
2. 前記バルーンは、
   複数の前記繋留ケーブルがそれぞれ離れて設けられた吊り下げ部から吊り下げられ、
   前記吊り下げられた各繋留ケーブルはそれぞれの繋留点に対応して地上の離れた位置に固定され、前記バルーンの風による姿勢の変化を防いで地上に繋留されている
   ことを特徴とする請求項１記載の遠隔監視無線中継システム。
3. 前記移動中継無線装置は、
   前記バルーンに取り付けられた指向性アンテナにより前記制御監視局と前記警報局のうち少なくともいずれか一つと通信する
   ことを特徴とする請求項２記載の遠隔監視無線中継システム。
4. 前記移動中継無線装置は、
   前記固定中継無線装置または、前記警報局が設置されている地上との間で通信を行う中継リンク手段を更に具備し、
   前記中継リンク手段を介して前記警報局との間で前記監視制御データを送受信し、
   その送受信した監視制御データを前記制御監視局との間で中継する通信を行う
   ことを特徴とする請求項１記載の遠隔監視無線中継システム。
5. 前記中継リンク手段は、
   前記警報局との間の監視制御データに加えて、前記制御監視局との間で通信するための音声、またはデータの連絡信号を送受信する
   ことを特徴とする請求項４記載の遠隔監視無線中継システム。
6. 前記繋留ケーブルは、更に光ファイバケーブルを収容し、
   前記中継リンク手段は、前記収容された光ファイバケーブルを経由して行う光通信である
   ことを特徴とする請求項４記載の遠隔監視無線中継システム。
7. 監視制御を行う警報局と、
   前記警報局と監視制御データを無線で送受信する制御監視局との間の無線通信を中継する中継無線装置であって、
   前記中継無線装置は、
   複数の繋留ケーブルによって風による姿勢の変化を防いで地上に繋留されているバルーンに搭載されるとともに、
   前記バルーンに取り付けられた指向性アンテナにより前記制御監視局と前記警報局のうち少なくともいずれか一つと通信する
   ことを特徴とする中継無線装置。

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