JP2006148277A - 空港灯火断芯検出システムおよび空港灯火断芯検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 子局の小型化を実現しつつ、電力線通信路の通信特性を改善して空港灯火の断芯の検出を円滑に行うことができることを目的とする。
【解決手段】 親局２と子局３との間の電力線搬送通信により、定電流装置５に直列接続された灯器４の断芯を検出する空港灯火断芯検出方法において、灯器４の直列灯火回路２００に共振回路８を接続し、この共振回路８のインピーダンスを選択的に変化させることにより、当該親局２と各子局３との間の電力線搬送通信に用いる電力線１０，１１の通信線路の通信状態が最適となるよう共振回路８のインピーダンスを設定する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、空港灯火の断芯を検出する空港灯火断芯検出システムおよび空港灯火断芯検出方法に関するものである。

空港では、滑走路などに空港灯火が設置されているが、その断芯の検出方法については国土交通省航空局で定められている。国土交通省航空局では、例えば、「航空灯火断芯位置検出仕様書（平成６年６月１７日制定）」の中で、子機と親機との間で電力線搬送通信を利用して空港灯火の断芯を検出する方法についてのシステム構成や各種機能を定めている。
このような状況下において、従来、親局と子局との間で電力線搬送通信を行うことにより、空港灯火の断芯を検出する３つの方法が開示されている。
第１の方法としては、一定値に固定した周波数チャンネルを利用して親局と子局との間でデータ通信を行い、空港灯火の断芯を検出する方法である（例えば、特許文献１参照）。
第２の方法としては、伝送効率の高い周波数チャンネルを親局が選択して、親局と子局との間でデータ通信を行い、空港灯火の断芯を検出する方法である（例えば、特許文献２参照）。
第３の方法としては、親局と子局の双方が伝送効率の高い周波数チャンネルを適宜選択して、親局と子局との間でデータ通信を行い、空港灯火の断芯を検出する方法である（例えば、特許文献３参照）。
特開平３−２７２５９５ 特開平１０−９２５８８（段落００１７、図４） 特開２０００−４３７９９（段落００３３−００４４、図５）

しかしながら、一般的に、空港灯火は一回路につき１０〜２００個程度接続され、かつ、それらの空港灯火を接続する電力線の全長は概ね１０キロメートル前後にも及ぶので、特許文献１に記載された方法では、電力線抵抗、インダクタンス、対地静電容量、子局の取り付け位置ごとの信号伝送特性の変動など、さまざまな要因によって、電力線搬送通信に用いる電力線通信路の通信特性が常に変化し、通信特性によっては、空港灯火の断芯の検出を円滑に行えないケースがあった。
また、特許文献２および特許文献３に記載された方法では、複数の周波数チャンネルを切り替えて利用するので、単一の周波数チャンネルを利用する特許文献１の場合に比べて、電力線通信路の通信状態を改善することが可能なものの、システム全体のコスト増につながる結果となった。これは、複数の周波数チャンネル分の送受信機能を子局に持たせる必要が生じたからである。さらに、このような機能を子局に持たせることにより、特許文献１の場合に比べて子局のサイズが大きくなり、可能な限り小型にすべきとする要望に反する結果となった。

そこで、本発明は、前記の課題を解決するためになされたものであり、その目的は、子局の小型化を実現しつつ、電力線通信路の通信特性を改善して空港灯火の断芯の検出を円滑に行うことができる空港灯火断芯検出システムおよび空港灯火断芯検出方法を提供することである。

前記課題を解決するために本発明は、定電流装置から電力線を介して供給される電力の変換を行う各変圧器の二次側に接続された複数の子局と親局とを含み、前記各子局が、前記定電流装置に直列接続された空港灯火の断芯情報をそれぞれ検知し、前記電力線を用いたデータ通信により、前記検知した断芯情報を前記親局に伝送し、前記親局が前記各子局からの断芯情報に基づいて前記空港灯火の断芯の検出を行う空港灯火断芯検出システムにおいて、前記直列接続された空港灯火の直列灯火回路に共振回路を接続し、この共振回路のインピーダンスを選択的に変化させる制御を行う処理部を前記親局に設け、前記処理部が、前記共振回路のインピーダンスを選択的に変化させることにより、当該親局と前記各子局との間の前記データ通信に用いる電力線通信線路の通信状態が最適となるよう前記共振回路のインピーダンスを設定した、という構成を採用している。
このように構成することにより、共振回路のインピーダンスが変化して電力線通信線路の通信状態が最適な状態となる。

本発明によると、子局の小型化を実現しつつ、電力線通信路の通信特性を改善して空港灯火の断芯の検出を円滑に行うことができる。

図１は、本発明の実施の形態に係る空港灯火断芯検出システムを示すブロック図である。ここでは、空港内の給電線である商用電力線を用いてデータ通信網を構築し、滑走路に設置された空港灯火（以下「灯器」という）の断芯を検出する場合について説明する。なお図１では、１つの親局２と各子局３との関係が詳述に記載されているが、親局２以降の構成はすべてこれと同様である。

図１において、上位装置（親機）１には、複数の親局２が接続され、この上位装置１は、各親局２で検出された情報、すなわち、灯器４の断芯に関する情報の監視を行うようになっている。また、この上位装置１は、その監視の結果（灯器４の断芯位置など）を監視装置１００へ伝送するようになっている。監視装置１００は、例えばコンピュータであり、上位装置１からの監視の結果が表示可能な構成となっている。なお、本実施の形態では、前記した親局２は、ユニット型で構成され、自立形の筐体に実装されている。

定電流装置５は、例えば、空港内の受配電所に設置され、親局２や各子局３、各灯器４への電力供給を電力線１０，１１を通じて行うようになっている。具体的には、定電流装置５は、ゴムトランス７を介して親局２への電力供給を行うとともに、ゴムトランス６を介して子局３への電力供給をそれぞれ行うようになっている。ゴムトランス６，７は、巻線比１対１の絶縁トランスであり、次のような機能を持っている。すなわち、ゴムトランス６，７の２次側に接続される機器（親局２，子局３など）内の結線が劣化や故障などの原因によって断線しても、その１次側の電力線１０の電力を途絶えさせない機能を持っている。

さらに具体的に説明する。親局２は、管理対象の各子局３との間で電力線１０，１１を用いた電力線搬送通信を行うようになっている。具体的には、各子局３が、それぞれの灯器４の断芯状態を示す断芯情報を電力線１０，１１を介して親局２に伝送するようになっている。
そして、親局２では、各子局３からの断芯情報を受信し、受信した断芯情報に基づいて各子局３の断芯を検出するようになっている。これにより、灯器４の断芯位置などが検出されることとなる。

各灯器４は、それぞれ直列に接続され、これらが１つの回路、すなわち直列灯火回路２００を構成している。また、この直列灯火回路２００には、ゴムトランス９を介して共振回路８も接続されている。なお、ゴムトランス９の機能は、前記したゴムトランス６，７と同様である。
共振回路８には、信号線１２を介して親局２が接続され、この共振回路８は、親局２が信号線１２を介して制御指示を行うことにより、インピーダンスの切り替えが可能な構成となっている。なお、親局２の制御指示は、親局２の処理部（プロセッサ）２１によって行われるが、詳細については後記する。

図２は、共振回路８の構成を示すブロック図である。
図２において、共振回路８は、電力線１１を介してゴムトランス９の２次側に接続され、さらにゴムトランス９の１次側の電力線１０に電気的に接続されている。具体的には、共振回路８は、図１に示した直列灯火回路２００に接続されている。また、この共振回路８は、信号線１２を介して親局２内の処理部２１に接続されている。具体的には、共振回路８には、後記するスイッチ８１〜８５が組み込まれており、これらのスイッチ８１〜８５が信号線１２を介して処理部２１に接続されている。これにより、処理部２１がスイッチ８１〜８５の開閉を制御するようになっている。なお、符号８６，８７はケーブル導出部をあらわしている。

さらに詳述する。共振回路８内には、複数のコイルＬ１，Ｌ２，・・・ＬｎおよびコンデンサＣ１，Ｃ２，・・・Ｃｐが組み込まれている。なお、ｎ，ｐは自然数であり、コイルやコンデンサの搭載個数に対応したものになっている。
また、共振回路８内には、コイルＬ１〜Ｌｎの選択を行うためのコイル用選択スイッチ８１と、コンデンサＣ１〜Ｃｐの選択を行うためのコンデンサ用選択スイッチ８２とを有している。このように構成することにより、コイルＬ１〜ＬｎまたはコンデンサＣ１〜Ｃｐのいずれか１つのものを選択することが可能となる。

さらに、共振回路８内には、直列回路または並列回路の切り替えを行うための３つの切替スイッチ８３〜８５も組み込まれている。例えば、２つの切替スイッチ８３，８５を開に、かつ切替スイッチ８４を閉にした場合、あるコイルとコンデンサとが直列に接続されることとなる。つまり、共振回路８が直列共振回路になる。
これに対して、２つの切替スイッチ８３，８５を閉に、かつ、切替スイッチ８４を開にした場合、あるコイルとコンデンサとが並列に接続されることとなる。つまり、共振回路８が並列共振回路になる。このように構成することにより、共振回路８の接続方式を直列または並列に切り替えることが可能となる。

なお、一般的に、前記した直列共振回路には、任意の周波数に対する電流値（電圧値）を大きくするようにする機能があり、逆に、前記した並列共振回路には、電流値（電圧値）を小さくするようにする機能がある。このような機能により、任意の周波数に対する電流値（電圧値）を大きくしたり、あるいは小さくしたりすることが可能となり、図１に示した直列灯火回路２００における電力線搬送通信の通信状態を改善することが可能となる。この原理を図３に示す。

図３は、直列灯火回路２００における電力線搬送通信の通信状態を改善する原理を示す説明図である。なお、ここでは、次のような第１から第３の条件を前提として示した。
第１に、電力線搬送通信の通信状態を示す指標として、信号強度電圧（通信信号強度）を用いることとした。信号強度電圧とは、図１に示した親局２または子局３における電力線搬送通信時の電圧測定値から、商用周波数（５０Ｈｚ，６０Ｈｚ）成分を除いた電圧を指す。
第２に、灯器４を等間隔に配置して直列灯火回路２００を構成し、電力線１０，１１の通信路が、定電流装置５を基準として、電気的に左右対称の特性を示すものと仮定した。
第３に、前記した共振回路８の接続方式を切り替えて電力線搬送通信の通信状態を改善するのではなく、直列共振回路や並列共振回路を個々の子局３に別個独立に設置して改善するケースを想定した。

図３では、横軸は直列灯火回路２００に直列接続された子局３の番号を、縦軸は子局３における電力搬送通信の信号強度電圧をそれぞれあらわしている。なお、縦軸の子局３の番号は、図１に示した定電流装置５を基準にして、ある方向（例えば時計回り）に沿って順次子局３に割り振ったものである。

図３に示すように、各子局３における信号強度電圧を示す２つの電圧パターンＰ１，Ｐ２があらわされている。電圧パターンＰ１は、直列共振回路や並列共振回路を設置する前のものであり、電圧パターンＰ２は、各種共振回路を設置した後のものである。これらの電圧パターンＰ１，Ｐ２は、ともに左右対称の波形を示している。

このうち、電圧パターンＰ１では、適正値Ｖｏを下回る信号強度電圧が示されている。ここにいう適正値Ｖｏとは、親局２と子局３との間で電力線搬送通信を安定して行うために必要な信号強度電圧の最小値を指す。
そのため、適正値Ｖｏを下回る信号強度電圧を示した子局３の位置には、電圧値を大きくする機能を持つ直列共振回路を設置し（同図「直列共振回路の設置推奨位置」参照）、電圧パターンＰ２のような波形に改善する必要がある。
これに対して、適正値Ｖｏを大きく上回る信号強度電圧を示した子局３の位置には、電圧値を小さくする機能を持つ並列共振回路を設置し（同図「並列共振回路の設置推奨位置」参照）、電圧パターンＰ２のような波形に改善する必要がある。

一方、電圧パターンＰ２によると、すべての子局３における電力搬送通信の信号強度信号が適正値Ｖｏを上回り、電圧パターンＰ１の場合に比べて、電力搬送通信の通信特性が改善されている。このようにして、直列共振回路や並列共振回路を子局３に別個独立に設置することによって、電力線搬送通信の通信特性を改善させることが考えられる。

しかしながら、実際の子局３の設置状況を考えた場合、次のような実状況により、直列共振回路や並列共振回路を子局３に別個独立に設置することが困難となる。
まず、図３では子局３が等間隔に配置されていると仮定して説明したが、実際には子局３は等間隔に配置されるケースはまれである。そのため、図３に示した電圧パターンＰ１，Ｐ２は、図３に示したような左右対称の波形とならない。
また、図３に示した電圧パターンＰ１，Ｐ２は、子局３を設置する諸般の環境に起因して、常時変則的な波形を示すこととなる。前記した諸般の環境としては、例えば、電力線を単線で配管内に敷設した場合、共同溝内の専用ラックに電力線を他の配線とともに敷設した場合など、電力線の対地静電容量が異なる場合が考えられる。
さらに、前記した直列共振回路や並列共振回路をそれぞれの子局３の位置に別個独立に設置するとしても、電力線１１の端子の設置場所やスペース確保などに制約がある。

そこで、前記した実状況で想定し得る弊害を回避するため、図２に示した共振回路８を用いて電力線搬送通信の通信特性を改善する方法が有用となる。具体的には、共振回路８の接続方式を直列または並列に切り替え、さらに共振回路８のコイルＬ１〜ＬｎやコンデンサＣ１〜Ｃｐを選択することになるが、詳細は後記する図４で詳述する。

ここで、前記した共振回路８のコイルＬ１〜Ｌｎの自己インダクタンスおよびコンデンサＣ１〜Ｃｐの静電容量について検討する。
自己インダクタンスおよび静電容量については、次のような関係式ｆ＝１／[２×π×（ＬＣ）^1/2]から理論値を求めることができる。なお、ｆは電力線搬送通信で利用する通信周波数、Ｌはコイルの自己インダクタンス、Ｃはコンデンサの静電容量を示す。
しかし、実際には、前記した実状況により、自己インダクタンスおよび静電容量が理論値どおりになるケースは想定しにくいので、理論値とは異なる値、すなわち共振回路８の定数としておいたほうが望ましい。
そこで、本実施の形態においては、理論値のプラスマイナス１０パーセント、プラスマイナス２０パーセントなど、理論値との偏差を持つ複数の値を共振回路８の定数として複数準備しておくこととする。

次に、前記した共振回路８を用いて、直列灯火回路２００における電力線搬送通信の通信状態を改善する処理手順について説明する。
図４は、親局２が共振回路８を制御することによって電力線搬送通信の通信状態を改善する処理手順を示す図である。
まず、図２に示した親局２の処理部２１は、共振回路８の切替スイッチ８３〜８５の開閉を制御し、共振回路８を並列回路または直列回路に切り替える（Ｓ１０１）。例えば、処理部２１は、２つの切替スイッチ８３，８５を閉に、かつ切替スイッチ８４を開に制御して共振回路８を並列共振回路に切り替える。

続いて、親局２の処理部２１は、共振回路８のコイル用選択スイッチ８１を制御し、例えば、共振回路８内のコイルＬ１を選択する（Ｓ１０２）。次に、処理部２１は、共振回路８のコンデンサ用選択スイッチ８２を制御し、例えば、共振回路８内のコンデンサＣ２を選択する（Ｓ１０３）。これにより、共振回路８には、まず、コイルＬ１およびコンデンサＣ１が設定されることとなる。

そして、処理部２１は、各子局３との間で通信試験を行い、各子局３における電力線搬送通信の信号強度電圧を取得する（Ｓ１０４）。これにより、すべての子局３における電力線搬送通信の信号強度電圧が取得されることとなる。

このようにして、処理部２１は、すべてのコイルＬ１〜ＬｎおよびコンデンサＣ１〜Ｃｐの組み合わせについての信号強度電圧を取得するまでＳ１０１からＳ１０４までの処理を繰り返す（Ｓ１０５）。これにより、共振回路８を並列回路にした場合にコイルＬ１〜ＬｎとコンデンサＣ１〜Ｃｐとを組み合わせたときの各子局３における信号強度電圧がすべて取得されることとなる。また、共振回路８を直列回路にした場合にコイルＬ１〜ＬｎとコンデンサＣ１〜Ｃｐとを組み合わせたときの各子局３における信号強度電圧がすべて取得されることとなる。
例えば、共振回路８内のコイルの実装個数をｎ、コンデンサの実装個数をｐとした場合、コイルとコンデンサとの組み合わせは、合計２（直列，並列の接続方式数）×ｎ×ｐ通りとなる。

次に、処理部２１は、Ｓ１０５で取得した信号強度電圧から、最良の通信特性を示すコイルおよびコンデンサの組み合わせを設定する（Ｓ１０６）。この設定は、それぞれの組み合わせ時の各子局３における信号強度電圧をあらわす電圧パターンについて、前記した適正値Ｖｏを超えるかどうか、またそれを超えた場合にはその適正値Ｖｏとの開き具合が小さいかどうかという判定基準に基づいて行う。なお、前記した適正値Ｖｏは、親局３にあらかじめ設定されている。
このようにして、例えば、各子局３における信号強度電圧がすべて適正値Ｖｏを超え、かつ、その適正値Ｖｏとの開き具合が最も小さい電圧パターンが最良の通信特性を示していると判定される。そして、例えば、そのときの接続方式（例えば直列）のコイルＬ２およびコンデンサＣ１の組み合わせが共振回路８に設定される。これにより、図１に示した直列灯火回路２００における電力線搬送通信の通信状態が良好となる。

このように、本実施の形態によると、定電流装置５に直列接続された灯器４の直列灯火回路２００に共振回路８を接続し、この共振回路８の接続方式を切り替え、さらに実装されているコイルＬ１〜ＬｎやコンデンサＣ１〜Ｃｎの組み合わせを変更してインピーダンスを選択的に変化させるようになっている。そして、親局２と各子局３との間の電力線搬送通信に用いる電力線１０，１１の通信線路の通信状態が最適となるよう共振回路８の定数を設定している。そのため、例えば、子局３の初期設定時やそれ以後においても、共振回路８の定数の最適化を自動で行うことが可能となる。

したがって、電力線通信路の通信特性を改善しながら灯器４の断芯の検出を常に円滑に行うことが可能となる。例えば、子局３の設置環境や天候、季節などの変化にかかわりなく、共振回路８の定数の最適化を行うことができる。また、例えば、作業員が図４のＳ１０４に示した通信試験を行って、個々の子局３の位置に直列共振回路や並列共振回路を設置する必要もないため、有用である。
さらに、子局３には、複数の通信チャンネルの送受信機能を備える必要がないので、子局３の小型化を実現することができる。

なお、本発明は、前記した実施の形態に限定されない。空港灯火断芯検出システムの構成および処理手順は、本発明の趣旨を逸脱しない限り、既知の技術により種々の変更が可能である。
図４では、すべてのコイルおよびコンデンサの組み合わせについての信号強度電圧を取得した後、最良の通信特性を示すコイルおよびコンデンサを組み合わせることとしたが、例えば、あるコイルおよびコンデンサの組み合わせについての各子局３における信号強度電圧がすべて適正値Ｖｏを超えたときに処理を終了するようにしてもよい。また、あらかじめ設定した処理時間内で、最良の通信特性を示すコイルおよびコンデンサの組み合わせを設定するようにしてもよい。さらに、コイルおよびコンデンサの組み合わせ順序をあらかじめ設定しておき、その中から最適なコイルおよびコンデンサの組み合わせを設定するようにしてもよい。

また、共振回路８は１つの場合で説明したが、例えば、複数の共振回路８を直列灯火回路２００に接続し、各共振回路８のコイルおよびコンデンサの組み合わせをそれぞれ設定するようにしてもよい。この場合、通信特性がより改善されるという効果がある。

さらに、共振回路８は、直列回路または並列回路の接続方式を切り替え、さらにコイルおよびコンデンサの組み合わせを設定する場合について説明したが、例えば、接続方式を固定にしておき、コイルのみを選択してもよいし、あるいはコンデンサのみを選択するようにしてもよい。また、コイルおよびコンデンサの組み合わせを固定しておき、接続方式のみを切り替えるようにしてもよい。

本発明の実施の形態に係る空港灯火断芯検出システムを示すブロック図である。 図１に示した共振回路の構成を示すブロック図である。 図１に示した直列灯火回路における電力線搬送通信の通信状態を改善する原理を示す説明図である。 図１に示した親局が共振回路を制御することによって電力線搬送通信の通信状態を改善する処理手順を示す図である。

符号の説明

１ 上位装置
２ 親局
３ 子局
４ 灯器（空港灯火）
５ 定電流装置
６，７，９ ゴムトランス
１０，１１ 電力線
２１ 処理部
８１ コイル用選択スイッチ
８２ コンデンサ用選択スイッチ
８３〜８５ 切替スイッチ
８６，８７ ケーブル導出部
１００ 監視装置
２００ 直列灯火回路

Claims (6)

1. 定電流装置から電力線を介して供給される電力の変換を行う各変圧器の二次側に接続された複数の子局と親局とを含み、前記各子局が、前記定電流装置に直列接続された空港灯火の断芯情報をそれぞれ検知し、前記電力線を用いたデータ通信により、前記検知した断芯情報を前記親局に伝送し、前記親局が前記各子局からの断芯情報に基づいて前記空港灯火の断芯の検出を行う空港灯火断芯検出システムにおいて、
   前記直列接続された空港灯火の直列灯火回路に共振回路を接続し、この共振回路のインピーダンスを選択的に変化させる制御を行う処理部を前記親局に設け、
   前記処理部が、前記共振回路のインピーダンスを選択的に変化させることにより、当該親局と前記各子局との間の前記データ通信に用いる電力線通信線路の通信状態が最適となるよう前記共振回路のインピーダンスを設定する
   ことを特徴とする空港灯火断芯検出システム。
2. 前記処理部は、
   前記電力線通信線路の通信状態が最適となるよう前記共振回路のインピーダンスを設定する際、前記共振回路のインピーダンスを変化させるたびに、当該親局と前記各子機との間における前記電力線通信線路の信号強度を取得し、
   取得した信号強度があらかじめ設定された適正値を超えるように前記共振回路のインピーダンスを設定することを特徴とする請求項１に記載の空港灯火断芯検出システム。
3. 前記共振回路には、並列共振回路と直列共振回路との切り替えを行う切替スイッチが設けられ、
   前記処理部は、前記共振回路のインピーダンスを選択的に変化させる際、前記切替スイッチの開閉を制御することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の空港灯火断芯検出システム。
4. 前記共振回路には、コイルおよびコンデンサがそれぞれ複数組み込まれるとともに、少なくとも、前記組み込まれたコイルまたはコンデンサを選択する選択スイッチが設けられ、
   前記処理部は、前記共振回路のインピーダンスを選択的に変化させる際、前記選択スイッチを制御することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の空港灯火断芯検出システム。
5. 親局と子局との間の電力線搬送通信により、定電流装置に直列接続された空港灯火の断芯を検出する空港灯火断芯検出方法において、
   前記直列接続された空港灯火の直列灯火回路に共振回路を接続し、この共振回路のインピーダンスを選択的に変化させることにより、当該親局と前記各子局との間の前記電力線搬送通信に用いる電力線通信線路の通信状態が最適となるよう前記共振回路のインピーダンスを設定する
   ことを特徴とする空港灯火断芯検出方法。
6. 前記電力線通信線路の通信状態が最適となるよう前記共振回路のインピーダンスを設定する際、前記共振回路のインピーダンスを変化させるたびに、前記親局と前記各子局との間の前記電力線通信線路の通信信号強度を取得し、
   取得した通信信号強度があらかじめ設定された適正値を超えるように前記共振回路のインピーダンスを設定することを特徴とする請求項５に記載の空港灯火断芯検出方法。

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