JP2008514917A - ユーティリティ計測及び漏れ検出用のシステム及び方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】使用状況を監視することによって、水及び/又はガスの漏洩を検出するシステム及び方法を提示すること。
【解決手段】一実施形態では、水又はガスが低流量で常時使用されている場合の使用パターンを探すことにより、漏洩の存在が検知される。所定の時間間隔の間(例えば、24時間の期間中)に、少なくとも、ある時間に亘って使用量がゼロに下がらない場合に、漏洩を知らせる。漏洩の深刻さは、所定期間中での最低使用量によって知らせる。一実施形態では、漏洩検出システムが自動メータ読取(AMR)システムに関連して設けられる。
【選択図】図3
【解決手段】一実施形態では、水又はガスが低流量で常時使用されている場合の使用パターンを探すことにより、漏洩の存在が検知される。所定の時間間隔の間(例えば、24時間の期間中)に、少なくとも、ある時間に亘って使用量がゼロに下がらない場合に、漏洩を知らせる。漏洩の深刻さは、所定期間中での最低使用量によって知らせる。一実施形態では、漏洩検出システムが自動メータ読取(AMR)システムに関連して設けられる。
【選択図】図3
Description
本発明は、ユーティリティ(例えば、水及びガス)の電子的な計測及び漏れ検出用のシステム及び方法に関する。
家庭や建物では、水やガスのようなユーティリティが日夜各種の理由で使用される。例えば、家庭では、水は不規則に、そして日夜を通して各種の時間間隔で使用される。使用水量については夜間少ない傾向はあるが、それでも水は使用される(例えば、トイレ用、自動スプリンクラ用)。商業用建物内での使用水量も同様のパターンに従う。このことは漏れのテストを困難にしており、その理由は、日中又は夜間を通じて使用水量がゼロに落ちると予測できる時間がないからである。
周知のように、地下水の検出や水道の近傍での水たまりの存在により、水道管の漏れを容易に検出できる場合がある。しかしながら、その他の水道では、水道料金の請求が異常に高くなったときや、水による損害が発見されるまで漏れが検出されない。
ガス漏れは水漏れよりも一層の危険性を秘めており、検出がより困難な可能性がある。
大きなアパートの建物及び商業用建物の所有者は、使用水量及び漏れ検出を監視するという、さらなる問題に直面する。そのような商業用建造物で使用する水や他のユーティリティの使用量は通常、住宅やその他のより小さな建造物での使用量よりも遥かに大きい。さらに、そのような建造物の水道システム及びスプリンクラ・システムは、住宅にあるシステムに比べてより複雑なものとなる。このように、ユーティリティの使用における、あらゆる非効率は、大きな商業用建造物では拡大され、そしてそのような非効率のコストは高くなってしまう。例えば、大きな商業用建造物では、トイレ、工業処理、暖房及び空調、防火用スプリンクラ・システム及び灌漑用スプリンクラ・システムに水が使用される。大きな商業用建物の管理は、各種システムによる使用水量についての正確な計算法をもたないことが多い。灌漑用スプリンクラ・ヘッドの損傷のような、重要でない保守問題が、不必要な使用水量の増加をもたらす虞がある。
住宅や商業用建造物に接続して使用する従来の水道メータやガスメータは、使用した水量やガスの全量を測定するが、使用状況を監視することはない。よって、従来のメータは漏れを検出するために必要な情報を提供するものではない。
ここに開示されるシステム及び方法は、使用状況を監視することによって水及び/又はガス漏れを検出して、上記の問題及びその他の問題を解決するものである。一実施態様では、水又はガスが少なくとも低流量で常に使用される場合の使用状況を検出することで、漏れの存在が検出される。所定の時間間隔(例えば、24時間内)での、少なくともある期間中に使用量がゼロ(又は一定の閾値以下)に下がらない場合に漏れが知らされる。また漏れの深刻さは、所定期間における最小使用量によって知らされる。一実施形態では、自動メータ読取(AMR)システムとの関連で漏れ検出システムが設けられる。
一実施形態では、メータ上の各種目盛盤を読み取るために、水道メータ又はガスメータに対してイメージセンサが設けられる。また、一実施形態では、メータ上の最低レベルの目盛盤又はインジケータの動きを読み取るために、水道メータ又はガスメータに対して光学センサが設けられる。一実施形態では、メータを通過する流量を検出するために水道メータ又はガスメータに対して音響センサが設けられる。
一実施形態では、所定期間中に、ユーティリティの使用量が設定された最大値を超えた場合に、監視システムがユーティリティの供給を中断させる。例えば、水道が破裂し、また建物の所有者が使用上限を越えて使用するといった場合に、過剰な水量が使用される虞がある。例えば、自動温度調節器が故障し、プールのヒータが誤って放置されたままとなり、ストーブが誤って放置されると、過剰なガス量が使用される虞がある。よって、監視システムは、例えば、指定された期間中(例えば1時間、1日、1週間など)に水又はガスの使用量が最大値を超えたら、ユーティリティの供給を遮断する(又はユーティリティ供給の遮断を通知する)ように構成することができる。
図1Aは代表的な水道メータ・レジスタ100の目盛盤を示している。このレジスタは使用した水量を立方フィートで示すデジタル・インジケータ102と、放射状の目盛101と、0から1立方フィートの間の使用水量を示す半径方向の指針105と、この半径方向の指針105の1回転に対して数回転する低流量インジケータ103と、を含む。
図1Bは代表的なガスメータ150を示す。このメータ150では、放射状の1群の目盛160〜164が、ガス使用量に対応する桁の数字を立方フィートで表示する。図1Bでは、最下位桁の数字が目盛盤160で示され、最上位桁の数字が目盛盤164で示される。目盛盤160は実質上、低流量インジケータ103と同様である。
これまで、図1A及び1Bに示すユーティリティ・メータは定期的に手作業で読み取られた。多くの自治体は、記録を電気的に、かつ遠隔的に読み取る自動メータ読取(AMR)システムに変更してきた。この自動メータ読取システムを使用すると、ユーティリティ会社はメータ読取コストを節減し、ユーティリティの使用についてのさらに適切な情報を提供し、より正確な請求書発送を提供できるようになる。AMRシステムはメータ読取及びメータ保守のコストを削減するので、システムは通常、非常に速く採算がとれる。
ユーティリティ会社に与えられる利点に加えて、又はこれに代えて、AMRシステムはまた、建物の所有者又は管理者によって使用されることで、建物の管理システムがコストの追跡、保守の診断、漏れ検出などを提供するための、ユーティリティ情報を与える。よって、一実施形態では、AMRからのデータが、例えば、建物の監視システム、ホーム・コンピュータ・システムなどの、監視システムに提供される。
水とガスのAMRシステムは性質が似ており、以下の議論の大半は水道メータに関するものであるが、水道のメータに使用する技術がガスメータにも使用可能であることは理解される。大抵のAMRシステムは、水道メータ・レジスタ100に取り付けられる小型の無線送信機を使用する。AMRメータからのデータについては、携帯型受信機、移動車両、又は固定受信機(例えば、建物や街灯柱などに付設される)で読み取って収集することができる。この処理により、トラックの1人の運転者は、メータ読取の全要員よりも1日当たりにより多くのメータを読み取ることが可能となる。また、このAMRシステムはアクセスの問題も軽減するが、その理由は、ユーティリティ会社が読み取りのためにメータへのアクセスを要しないからである。また、このシステムにより、建物の所有者又は管理者は、定期的に(又は連続的に)、ユーティリティ・メータのデータを収集できるようになる。
AMRシステムでは、ユーティリティ・メータにエンコーダ−受信機−送信機(ERT)装置が装備される。図2はユーティリティ・メータと接続して使用するためのエンコーディング−送信−受信(ETR)用のETRユニット200のブロック図である。ETRユニット200では、1つ以上のセンサ201及び送受信機203がコントローラ202に対して設けられる。このコントローラ202は通常、センサ201及び送受信機202に対する、電力、データ、制御情報を提供する。電源206はコントローラ202に対して設けられる。また、任意選択で改竄検出センサ205(図示しない)がコントローラ202に対して設けられる。
一実施形態では、送受信機203が無線通信用に構成される。また一実施形態では、送受信機203がコンピュータ・ネットワーク、電話ネットワークなどで有線又は光ファイバ通信用に構成される。
図3は後付けで水道メータに付設される漏れ検出AMRシステムを示す。センサ201はメータ・レジスタを読み取るために、メータに設けられたセンサ・モジュール302として構成される。図5は通常の(電子的でない)レジスタを読み取るために使用可能な各種センサを示している。一実施形態では、センサ201が、低流量のインジケータ、例えば図1A又は1Bに示す低流量インジケータを読み取る。また一実施形態では、センサ201が、例えばCCD又はCMOSイメージセンサのような画像センサを使用して低流量インジケータを読み取る。一実施形態では、センサ201が、照明光源と、例えばフォトダイオード、フォトトランジスタ又はそれらのアレイなどの光学センサを使用して、低流量インジケータを読み取る。一実施形態では、センサ201は、メータの他のインジケータを実質的に覆い隠すことなく、低流量インジケータを読み取る。一実施形態では、センサ201は低流量インジケータがなおも視認し得るように低流量インジケータの側面に配置される。
図4は水道メータに当初からの部品として設けられる漏れ検出AMRシステムを示す。図4では、ERT202が、水道メータの電子的レジスタに対して直接的に設けられる。
従来のAMRシステムでは、ERTが連続的な読み取りを行わず、「休眠」してメータの読取者が近づくのを待っている。メータの読取者のトラックに搭載した読取装置が、連続的な「ウェイクアップ(覚醒)」信号を送出する。ERTがウェイクアップ信号を受けたとき、ERTはメータ・レジスタの読みをチェックし、それをデジタル信号にエンコード(符号化)し、そしてその識別番号と現在の読みを送信し始める。数分の後、ERTは送信を停止し、「休眠」状態に戻り、次の「ウェイクアップ」信号を待つ。トラックに搭載したコンピュータ・システムはERTの識別番号を所有物と照合し、読みを記録する。1日の終わりに、メータの読取者は情報をユーティリティ会社の請求書発送システムへアップロードする。
ERTはメータ・レジスタを読み、そして信号を送信するために設計された電子装置である。ERTを目覚めさせ、信号を送信するために使用される無線信号は比較的弱く、通常は900MHzの周波数幅で動作する。装置は通常、15年から20年の間持続するように設計された、長持ちする2つの電池から電源供給を受ける。ピットERTは通常建物の外のピット(立坑)に配置されたメータに使用される。リモートERTは、メータが建物内部にあるか、又はERTがメータからある程度の距離をもって離れて配置される必要がある場合に用いられる。
ピットERTは屋外のメータ・ピットの鋳鉄又はコンクリートの蓋上に直接取り付けられる。それは通常、天候や所定量の交通荷重に耐えられるように十分頑丈である。一実施形態では、ERTが、直径7インチのキャップ及び蓋の孔を貫通する直径2インチの「茎」を備えた黒いキノコのように見える。1本のワイヤによってERTがメータ・レジスタに接続される。歩道では、歩行者の下でその妨げにならないようにERTを保持する特別な蓋が使用される。
一実施形態では、監視システムが、例えば水又はガスの流れの状態を検出する、電池駆動のETRユニット200を含む。ETRユニットは建物、アパートメント、オフィス、住居などのユーティリティ・メータに対して設けられる。電池のパワーを節約するために、ETRユニットは通常、低電力モード下に置かれている。一実施形態では、低電力モードの間、ETRユニットは定期的にセンサの読みを取得して、この読みを評価することで異常状態が生じているか否かを判断する。また、ウェイクアップ信号に応答して、ETRユニットは「覚醒」し、ステータス情報をベースユニット(つまり読取装置)へと送り、そして、ある期間において命令を受信する。
一実施形態では、ETRユニット200が双方向的であって、読取装置からの指令を受け取るように構成される。よって、例えば、読取装置はセンサに対して、追加の測定を実施させ、待機モードへと移行させ、覚醒させ、電池状態を報告させ、ウェイクアップ間隔を変更させ、自己診断を実行させて結果を報告させるといった具合に、指示することができる。また一実施形態では、ETRユニットは改竄スイッチを含む。このセンサによって改竄が検出されると、センサはそのような改竄をベースユニットに報告する。一実施形態では、ETRユニットはその全般的な状態やステータス(例えば、自己診断結果、電池の状態など)を読取装置に報告する。
一実施形態では、ETRユニットは2つのウェイクアップモード、即ち、測定(及び必要な場合にはそのような測定の報告)のための第1ウェイクアップモードと、読取装置からの命令を受信する第2モードと、を提供する。2つのウェイクアップモード、又はそれらの組み合わせについては、異なる時間間隔で発生させることができる。
一実施形態では、ETRユニットが、ベースユニット及び/又は読取装置と通信するためにスペクトル拡散技術を使用する。一実施形態では、ETRユニットが周波数ホッピング式スペクトル拡散を使用する。一実施形態では、各ETRユニットは識別コード(ID)を有し、そしてETRユニットはそのIDを送信する通信パケットに添付する。一実施形態では、無線データを受信するとき、各ETRユニットが、他のETRユニット宛てのデータを無視する。
一実施形態では、ETRユニット200は双方向通信を提供し、読取装置からのデータ及び/又は指令を受け取るように構成される。よって、例えば、読取装置はETRユニット200に対して、追加の測定を実施させ、待機モードへ移行させ、覚醒させ、電池状態を報告させ、ウェイクアップ間隔を変更させ、自己診断を実行させて結果を報告させるといった具合に、指示することができる。一実施形態では、ETRユニット200はその全般的な状態やステータス(例えば、自己診断結果、電池の状態など)を定期的に報告する。
一実施形態では、ETRユニット200は2つのウェイクアップモード、即ち、測定(及び必要な場合にはそのような測定の報告)のための第1ウェイクアップモードと、読取装置からの命令を受信する第2モードと、を提供する。2つのウェイクアップモード、又はそれらの組み合わせについては、異なる時間間隔で発生させることができる。
一実施形態では、ETRユニット200が読取装置と通信するためにスペクトル拡散技術を使用する。一実施形態では、ETRユニット200が周波数ホッピング式スペクトル拡散を使用する。一実施形態では、ETRユニット200がETRユニット200を他のETRユニットから識別するためのアドレス又は識別(ID)コードを有する。ETR200はそのIDを送信パケットに添付することで、ETR200からの送信が読取装置によって識別できるようになる。読取装置は、ETRユニット200のIDを、ETRユニット200に送信されるデータ及び/又は指示に添付する。一実施形態では、ETRユニット200が、他のETRユニット宛てのデータ及び/又は指令を無視する。
一実施形態では、センサ201が900MHz帯で読取装置と通信する。この周波数帯は通常、建物構造内及びその周辺にある壁や他の障害物をよく透過する。一実施形態では、センサが900MHz帯の上及び/又は下の周波数帯で読取装置と通信する。一実施形態では、センサ、読取装置、及び/又はベースユニットは、そのチャンネルでの送信前又は送信の開始前に無線周波数チャンネルを受信する。チャンネルが使用中の場合(例えば、他の読取装置、コードレス電話など)には、センサ、読取装置、及び/又はベースユニットは他のチャンネルに変更する。一実施形態では、センサ、読取装置、及び/又はベースユニットが、干渉に関して無線周波数チャンネルを受信し、アルゴリズムを使用して干渉を回避する次に送信チャンネルを選択することによって、周波数ホッピングを調整する。よって、例えば、一実施形態では、センサが危険な状態を検出し、連続送信モードへと移行する場合に、センサは使用がブロックされるか又は混信状態のチャンネルを避けるために、送信前にチャンネルをテスト(例えば、受信)する。一実施形態では、センサは、ベースユニットからメッセージを受信したという受信通知を受け取るまで、データ送信を続行する。一実施形態では、センサは通常の優先度を有するデータ(例えば、ステータス情報)を送信し、受信通知を探すことがなく、該センサは、より高い優先度のデータ(例えば、過剰の煙や温度など)を、受信通知が受け取られるまで送信する。
周波数ホッピング式無線システムは他の干渉信号を回避し、衝突を避けるという利点を提供する。さらには、1つの周波数で連続的に送信しないというシステムに与えられる規制上の利点がある。チャンネル・ホッピング式送信機は連続送信期間の後に、又は干渉に遭遇した場合に周波数を変更する。これらのシステムは、より大きな送信電力を有し、帯域内スプリアス・レスポンスに関する制限が緩和される可能性がある。
一実施形態では、ETRユニット200、読取装置、及び他の読取装置はFHSS(周波数ホッピング式スペクトラム拡散)を使用して通信し、その場合にETRユニット200、読取装置、及び他の読取装置の周波数ホッピングは同期しておらず、任意の瞬間においてETRユニット200及び読取装置が異なったチャンネルにある。そのようなシステムでは、読取装置が、ETRユニット200ではなく他の読取装置に同期したホップ周波数を使用してETRユニット200と通信する。そして、読取装置はETRユニット200に同期したホップ周波数を使用してETRユニットにデータを転送する。そのようなシステムは、読取装置による送信と他の読取装置による送信との間で衝突の大半を回避する。
一実施形態では、ETRユニット200がFHSSを使用し、ETRユニット102〜106は同期していない。よって、任意の瞬間には、2つ以上のETRユニットが同じ周波数上で送信することはあり得ない。このようにして、衝突が概ね回避される。一実施形態では、衝突は検出されず、システム100によって許容される。衝突が発生した場合、衝突によって失われたデータは、次にETRユニットがセンサのデータを送信するときに効果的に再送信される。ETRユニット及び読取装置110〜111が非同期モードで動作する場合には、第二の衝突が殆ど起こり得ないが、これは、衝突を引き起こしている装置が異なるチャンネルへホップするからである。一実施形態では、ETRユニット及び読取装置が同じホップ・レートを使用する。一実施形態では、ETRユニット及び読取装置は同じ擬似乱数アルゴリズムを用いてチャンネルのホッピングを制御するが、その際に異なる乱数の種(シード)を使用する。一実施形態では、ホップ・アルゴリズムの乱数の種が、ETRユニット又は読取装置のIDから計算される。
代替の実施例では、ベースユニットは読取装置宛ての通信パケットを送ることによってETRユニット200と通信し、そこでは読取装置へ送られたパケットがETRユニット200のアドレスを含んでいる。
一実施形態では、送受信機203が、Texas Instruments社のトランシーバチップTRF6901に基づく。一実施形態では、コントローラ202が従来のプログラム可能なマイクロコントローラである。一実施形態では、コントローラ202が、例えばXilinx社によって提供されるフィールド・プログラマブル・ゲートアレイ(FPGA)に基づく。一実施形態では、センサ201がユーティリティ・メータ上の表示の動きを検出するように構成された光電センサを含む。一実施形態では、センサ201はユーティリティ・メータを読み取るように構成されたイメージセンサを含む。また一実施形態では、センサ201がユーティリティ・メータの表示を照明するための照明デバイスを含む。一実施形態では、センサ201がユーティリティ・メータを通る流れの音を検出するための音響センサを含む。一実施形態では、センサ201が電子的なユーティリティ・メータ・レジスタを読み取るように構成されたレジスタ・センサを含む。
コントローラ202はセンサ201からのセンサデータを受け取る。いくつかのセンサ201がデジタルデータを生成する。しかしながら、多数のタイプのセンサ201では、センサデータはアナログのデータである。アナログセンサのデータはコントローラ202によってデジタル形式に変換される。一実施形態では、コントローラがセンサ201から受け取ったデータを評価し、該データが漏れ又は他の異常状態を示すかどうかを判断する。一実施形態では、コントローラ202がデータ値を閾値(例えば、上限閾値、下限閾値又は上下限の閾値)と比較してセンサのデータを評価する。データが閾値を外れた場合(例えば、上限閾値を越える場合や、下限閾値を下回る場合、内側の閾値範囲の外側にある場合、外側の閾値範囲の内側にある場合など)、データが異常又は漏れを示すと見なされる。一実施形態では、データの閾値がコントローラ202に対してプログラムされる。一実施形態では、コントローラ202に指令を送ることで、データの閾値が読取装置によってプログラムされる。
図5は水道メータ又はガスメータを通る低レベル流量を検出するために使用可能な各種センサを示すブロック図である。一実施形態では、メータを通過する流れを検出するために、音響センサがメータに設けられる。また一実施形態では、デジタル・インジケータ102及び/又は目盛盤160〜164を読み取るために、イメージセンサ501がメータに設けられる。一実施形態では、イメージセンサ501用に、デジタル・インジケータ102及び/又は目盛盤160〜164を照明するために、照明光源502が設けられる。一実施形態では、半径方向の指針105及び/又は微小量検出用センサ103の動きを検出するために、照明光源504及び光学センサ503が設けられる。音響センサ509、イメージセンサ501、及び/又は光学センサ503は、図2に示すセンサ201の具体例である。例えば、磁気センサのような他のセンサを、音響センサ509、イメージセンサ501、及び/又は光学センサ503と組み合わせて使用するか、又はそれらの代替として使用できる。
音響センサ509、イメージセンサ501、及び/又は光学センサ503は、コントローラ202に対して設けられる。このコントローラは、音響センサ509、イメージセンサ501、及び/又は光学センサ503からのデータを収集してユーティリティ・メータを読み取る。
一実施形態では、コントローラ202が規則正しい周期的な時間間隔をもってセンサ201を読み取る。また一実施形態では、コントローラ202が不規則な時間間隔でセンサ201を読み取る。一実施形態では、コントローラ202が読取装置からのウェイクアップ信号に応答してセンサ201を読み取る。一実施形態では、コントローラ202がセンサの読み取りと次の読み取りとの間、休眠している。
一実施形態では、コントローラ202は漏れを検出するために、微小量での詳細なインジケータ103、又は最低位のインジケータ160を定期的(又はランダム)に読み取る。一実施形態では、コントローラ202は使用状況を決定するとともに漏れを検出するために、プログラムに従って、覚醒して低流量のインジケータ103又は低位のインジケータ160から一連の読み取りを実行する。コントローラ202は、ユーティリティの使用が明らかに連続的であると判断した場合に、漏れがあるものと推定する。
一実施形態では、コントローラ202は、センサの読取間隔を決定するために人工知能を使用する。また一実施形態では、コントローラ202は低流量インジケータを定期的に読み取る。コントローラ202は予め規定された数の時間間隔における使用量がゼロであると判断した場合に、漏れがないものと推定し、コントローラは比較的長い読み取り間隔にプログラムすることができる。コントローラは、使用量がゼロにならないと判断すると、コントローラ202は漏れの可能性が存在するものと推定し、コントローラは使用量がゼロとなる期間を探索するために、比較的短い読み取り間隔にプログラムすることができる。比較的短い間隔でもまだゼロの読みが発生しない場合には、コントローラ202は、一実施形態にて、使用量がゼロとなる期間を探索するために、所定の時間(例えば、24時間、48時間など)において連続的な読み取りを行うことができる。コントローラが使用量ゼロの期間を発見できなかった場合に、コントローラは漏れ状況を報告する。一実施形態では、コントローラ202がクエリ・デバイスに対してユーティリティの最低使用量を報告することで、ユーティリティ会社は起こり得る漏れ状況を評価することができる。
一実施形態では、コントローラ202は、起こり得る可能な漏れ状況に関して判断する際に、(ゼロでない)閾値を使用するように構成される。
図6は、比較的連続した監視を提供するETRユニット200の動作について一実施形態を示すフローチャートである。図6では、電源投入ブロック601の次に初期化ブロック602が続く。初期化の後、ブロック603でETRユニット200は故障条件(例えば、改竄検出センサの作動、バッテリ低下、内部故障など)をチェックする。決定ブロック604では故障状態をチェックする。故障が発生すると、処理はブロック605に進み、故障情報が読取装置へ送信される(その後に、処理は612へ進む)。そうでなければ、処理はブロック606へと進む。ブロック606でETRユニット200はセンサ201からセンサ読取値を取得する。センサのデータは引き続いてブロック607で評価される。センサのデータが異常である場合には、処理が送信ブロック609へと進み、ここでセンサのデータが読取装置に送信される(その後に処理はブロック612に進む)。そうでなければ、処理はタイムアウトの決定ブロック610へ進む。タイムアウトの時間が未だ経過していない場合、処理は故障チェックのブロック603へと戻る。そうでない場合、処理はステータス送信ブロック611へ進み、そこで正常なステータス情報が読取装置に送信される。一実施形態では、送信される正常なステータス情報は、ETRユニット200が正常に機能していることを示す簡単な「ping」(接続確認)に同様である。ブロック611の後、処理はブロック612へ進み、そこでETRユニット200は瞬時的に監視読取装置からの指令を受信する。指令を受けると、ETRユニット200はこの指令を実行する。さもなければ、処理はステータスチェックのブロック603へと戻る。一実施形態では、送受信機203は通常、そのパワーが落とされている。コントローラ202は、ブロック605、609、611及び612の実行中、送受信機203に電源を投入する。監視読取装置はETRユニット200に指令を送って、ブロック607で使用するデータを評価するために用いるパラメータや、ブロック612で使用する受信時間などを変更することができる。
比較的連続した監視は、図6で示すように、優先度の比較的高いデータ(例えば、煙、火災、一酸化炭素、可燃性ガスなど)を検出するETRユニットに好適である。これに対して、定期的な監視は、優先度の比較的低いデータ(例えば、湿度、湿気、水の使用など)を検出するセンサに使用することができる。図7は定期的な監視を提供するETRユニット200の動作について一実施形態を示すフローチャートである。図7では、電源投入ブロック701の次に初期化ブロック702が続く。初期化の後、ETRユニット200は低電力でのスリープモードに入る。スリープモード中に故障が発生すると(例えば、改竄検出センサの作動)、処理はウェイクアップ(覚醒)ブロック704へ入り、次に故障送信ブロック705へ移行する。スリープ期間中に故障が発生しない場合には、指定のスリープ期間が過ぎたときに、処理はブロック706に入り、そこでETRユニット200はセンサ201からセンサの読取値を取得する。センサのデータは引き続いて報告ブロック707で監視読取装置に送られる。報告の後、ETRユニット200は受信ブロック708に入り、そこでETRユニット200は監視コンピュータ708からの指令を、比較的短い期間において受信する。この指令を受け取ると、ETRユニット200は指令を実行する。さもなければ、処理はスリープ・ブロック703へ戻る。一実施形態では、センサ201及び送受信機203は通常、そのパワーが落とされている。コントローラ202はブロック706の実行中、センサ201に電源を投入する。コントローラ202はブロック705、707及び708を実行中、送受信機に電源を投入する。監視読取装置はETRユニット200に指令を送ってブロック703で使用されるスリープ期間、ブロック708で使用される受信期間などを変更することができる。
一実施形態では、ETRユニットは、ハンドシェイク・タイプの受信確認を受け取るまで、センサのデータを送出する。よって、送信後(例えば、決定ブロック613又は709の後)に、何の指示もないか又は受信確認を受けない場合には、休眠することなく、ETRユニット200はそのデータを再送信して、受信確認を待つ。ETRユニット200はデータ送信を続行し、受信確認を受け取るまで受信確認を待つ。一実施形態では、ETRユニットが読取装置から受信確認を受け取ると、それからはデータが読取装置へ転送されたことを確認するのは読取装置側の責任となる。一実施形態では、読取装置は受信確認を生成せず、読取装置からETRユニット200に受信確認を転送する。ETRユニット200の双方向通信能力により、読取装置はETRユニット200の動作を制御することが可能となり、またETRユニット200と読取装置との間でのロバストなハンドシェイク・タイプの通信が可能となる。
一実施形態では、ETRユニット200の正常な動作モード(例えば、図6、図7のフローチャートを使用するモード、又は他のモード)にかかわらず、監視読取装置はETRユニット200に指示して、これを比較的連続したモードで動作させることができ、そこではセンサが繰返し読み取りを行って、その読取値を監視装置へ送信する。
一実施形態では、遮断バルブが設けられることで、監視システム100は漏れ及び/又はエネルギー使用量の検出時に給水を遮断できる。一実施形態では、遮断バルブがETRユニット200によって制御される。また一実施形態では、ETRユニット200が読取装置から指令を受け取り、給水を遮断する。同様に、一実施形態では、ETRユニット200がガス遮断バルブを制御して、ガス漏れが検出された場合にガス供給を遮断する。
一実施形態では、ETRユニット200からのデータが監視システムに与えられる。監視システムは、各メータから水(又は他のユーティリティ)の使用量のデータを集めて各メータを通るユーティリティの使用量を記録する。一実施形態では、最低流量に対してETRユニット200からのデータを調べることによって、水漏れが検出される。流量が時々ゼロになることは、漏れがないことを示す。流量が決してゼロにならない場合には、漏れがあるか、又はある設備又はシステムが連続的に水を使用している(例えば、細流灌漑システム)か、のいずれかである。使用量が決してゼロにならず、漏れがある場合には、最低流量が漏れの流量に相当する可能性がある。使用量が決してゼロにならないときは、監視システム(又はユーティリティ)は建物の所有者又は管理者に対して漏れの疑いがあることを警告できる。「ウェイクアップ」信号によって覚醒して、ユーティリティ・メータを読み取る(例えば、月に1回)までの間、ETRユニットが休眠しているAMRシステムは、漏れ検出に使用できないが、その理由は、そのようなシステムが、メータ上の機械的なデジタル・インジケータ102からの累積データしか得られないからである。漏れ検出については、漏れだけが生じている期間中での流量を測定できるように、比較的連続した監視(又は定期的な、又は不定期の時間間隔での監視)を基礎とする。さらに、連続的な流れを探索することで漏れを検出することは、漏れの深刻さに関する情報を提供しない。その理由は水が連続的に流れたということを単に知っても何が最低流量かを示さないからである。一実施形態では、監視システムは漏れの深刻さに従ってシステムの漏れにより無駄になった水量を計算する(例えば、1日当たりでの、無駄になった水量は1時間当たりの漏れ流量を24倍した量にほぼ等しい)。一実施形態では、監視システムが、1日毎のユーティリティ使用量、1日の時刻毎のユーティリティ使用量、1ヶ月毎のユーティリティ使用量についてグラフを提供する。
ある場合には、建物に水を供給するために使用される従来の水道メータは、小さな漏れによって生じる最低流量を殆ど正確に読み取らない。図8Aは、差圧センサ804を使用することによって、配管システムの漏れを測定するための低流量センサシステム800の一実施形態を示す。電気的に制御されたバルブ802が給水ラインに設けられる。差圧センサ804の第1入力部はバルブ802の入口側の給水ラインに付設され、差圧センサ804の第2入力部はバルブ802の出口側の給水ラインに付設される。コントローラ803は、バルブ802及び圧力センサ804に対して設けられる。一実施形態では、差圧センサが第1入力部と第2入力部との間の圧力差に関連する出力信号を提供する。また一実施形態において、圧力センサは、圧力差が指定値を超えた場合に開き又は閉じるスイッチとして構成される。
漏れをテストするために、コントローラ803は電気信号を送ってバルブ802を閉じる。バルブが閉じられると、コントローラ803はセンサ804からのセンサデータを取得する。バルブ802の出口側に取り付けられた配管中に漏れがあれば、圧力差がセンサ804によって測定されることになる。漏れの深刻さは圧力差が増加する速度に関連している。センサ804がスイッチとして構成される場合に、漏れの深刻さは、バルブ802の閉鎖時点と圧力差に応じたスイッチの作動時点との間の経過時間の長さに関連している。水は比較的に非圧縮性流体であるため、バルブ802両端での圧力差は比較的速く上昇し、メータのコントローラは単に比較的短い時間でバルブを閉鎖する必要がある。一実施形態では、コントローラ803は、圧力差が指定された値に到達した際、直ちにバルブ802を開く。差圧曲線の傾斜についての顕著な増加(即ち、時間に対する差圧の変化)は通常、バルブ802の下流のバルブが開いたことを示す。よって、一実施形態では、コントローラ803は、そのような傾斜の変化を検知した際に、直ちにバルブ802を開く。
水が給水ラインを流れていると(バルブ802を開いているとき)、比較的小さな圧力差がセンサ804によって測定されることになる。水が給水ラインを全く流れていない(又は殆ど水が流れていない)場合に、圧力差がセンサ804により測定されることはない。一実施形態では、圧力センサ804によって測定された圧力差が、給水ライン中を水が流れていることを示す場合に、コントローラ803はバルブ802を閉鎖しない。一実施形態では、漏れのテスト中にバルブ802が閉鎖された場合において、バルブ802の下流のバルブが開放される際にコントローラ803はそれを検知するが、これは圧力センサ804によって検出された差圧が比較的突然に増加するためである。このような事態が発生すると、コントローラ803は直ちにバルブ802を開いて漏れのテストを終了する。
一実施形態では、コントローラはバルブ802を部分的に閉鎖して水の流れを「テスト」する。水が給水ライン中を流れている場合に、バルブ802を部分的に閉鎖すると差圧センサ804は圧力差を検出するようになる。これに対して、給水ラインにおいて漏れた水だけが流れていると、バルブ802を部分的に閉鎖しても著しい圧力差をもたらすことはない。部分的な閉鎖中に、コントローラ803がライン中を水が流れていると判断した場合に、漏れのテストが終了される。部分的な閉鎖中に、ライン中を水が流れていない(又は殆ど水が流れていない)とコントローラ803が判断した場合に、バルブ802は漏れのテストのために全閉とされる。部分的な閉鎖によって、通常の使用水量に大幅な影響を与えずに、低流量システム800が漏れをテストすることができる。
図8Bは、圧力センサ808を使用して配管システムの漏れを測定するための低流量センサシステム801の一実施形態を示す。このシステム801は電気的に制御されるバルブ802及びコントローラ803を含む。圧力センサ808はバルブ802の出口側で給水ラインに対して設けられる。圧力センサ808の出力はコントローラ803に提供される。一実施形態では、圧力センサ808が出力ライン中の圧力に関連する出力信号を提供する。また一実施形態では、圧力センサは、圧力が指定値を超えると開くか又は閉じるスイッチとして構成される。
漏れをテストするために、コントローラ803は電気信号を送出してバルブ802を閉じる。バルブが閉じられると、コントローラ803はセンサ808からのセンサデータを得る。バルブ802の出口側に付設された配管に漏れがあれば、圧力降下がセンサ804により測定される。漏れの深刻さは圧力が低下する際の速度に関連する。センサ808がスイッチとして構成される場合に、漏れの深刻さは、バルブ802の閉鎖時点と圧力降下に応じたスイッチの作動時点との間の経過時間の長さに関連する。水は比較的に非圧縮性流体であるため、圧力はかなり急速に低下し、よってメータ・コントローラはただ、比較的短い時間でバルブを閉鎖する必要がある。一実施形態では、コントローラ803は、バルブを閉じる前に圧力センサ808からの圧力の読みを得ることで相対的な圧力降下を測定する。そして、コントローラ803はバルブ802を閉じる前後でセンサ808により測定された圧力差を比較する。
水が給水ライン中を流れていると(バルブ802が開いているとき)、センサ808によって測定される圧力は給水ラインの静圧に比して相対的に小さい。一実施形態では、ある期間に亘ってセンサ808からのセンサデータの読みを得るとともに、定常状態(過度的でない)での最大圧を決定することにより、センサが静圧を決定する。一実施形態では、コントローラ803は、圧力センサ808によって測定された圧力が(閾値の大きさによって)静圧に比して相対的に小さい場合に、バルブ802を閉じない。一実施形態では、漏れのテスト中にバルブ802が閉じられると、バルブ802の下流のバルブが開いた際にコントローラ803はそれを検出するが、これは、圧力センサ808によって検出される圧力が比較的突然に低下するためである。このような事態が発生すると、コントローラ803は直ちにバルブ802を開いて漏れのテストを終了する。一実施形態では、コントローラ803は、指定された相対的圧力降下に到達したら直ちにバルブ802を開く。圧力曲線の傾斜(即ち、時間に対する圧力の変化)が大幅に増加することは通常、バルブ802の下流のバルブが開いたことを示す。よって、一実施形態では、コントローラ803はそのような傾斜の変化を検知した際に、直ちにバルブ802を開く。
当業者には認識されるように、システム800、801はまた、ガスシステム(天然ガス、プロパンなど)の漏れを測定するために使用できる。
低流量センサシステム800、801は、図1A及び図2〜7との関連で説明したように、単独で使用するか、又はAMR水道メータに接続して使用することができる。一実施形態では、低流量センサシステム800、801は、殆ど水が流れていないか又は全く水が流れていないとAMR水道メータが判断した場合に、漏れをテストするように構成される。
図9Aは、水道メータ901に接続して配管システムの漏れを測定するシステム900の一実施形態を示す。水道メータ901は(図示のように)通常の水道メータ又はAMR水道メータでよい。差圧センサ804が水道メータ901の入口及び出口に対して設けられる。水道メータ901は水がメータを通って流れる際に圧力降下を生じさせ、水道メータ901はメータを水が流れていない場合には圧力降下を生じさせない。従って、メータ901によって供給を受けるシステムに漏れがない場合において、水が流れていない期間には差圧センサ804が何ら実質的な圧力差を測定することはない。漏れがある場合に、圧力センサ804によって測定される圧力差は、メータが回転を停止する際のメータ901のタービン・ブレード(つまりインペラ)の位置に多少依存する。漏れが少ない場合には、メータ901を通って流れる水がインペラを回転させるのに充分でない。その上、漏れに起因する所定の流量では、メータ901の両端での圧力降下がインペラの向きに依存して多少異なる。よって、一実施形態では、コントローラ903は統計的な分析に基づいて漏れの可能性を判断する。ある期間に亘ってインペラのブレードは様々な向きで停止することになる。コントローラ903は多くの日数に亘って読み取りを行い、統計的な最低圧力差を決定する。そして、この統計的な最低圧力差はシステムにおける任意の漏れの大きさに関連付けられる。
図9Bは、AMR計測、漏れ検出及び水の遮断機能を提供する、低流量及び高流量のメータを統合したシステム901のブロック図を示す。システム901では、例えば低流量センサシステム800又は801のような比較的低流量のセンサ909が、従来の水道メータ機器908と直列に設けられる。この比較的低流量のセンサ909及びメータ機器908はコントローラ910に対して設けられる。一実施形態では、コントローラ910がAMR機能を備えている。また一実施形態では、コントローラ910は、水が流れていないことをメータ機器908が示す場合に、低流量センサ909を用いて定期的に低流量センサの読みを取得する。一実施形態では、コントローラ910は、低流量センサ909における電気制御のバルブを使用してシステム910によって水を遮断する。一実施形態では、コントローラ910は外部ソースからの命令に応答して水を遮断する。一実施形態では、コントローラ910は明らかな配管システムの機能不全(例えば、給水ラインの破断又はバルブの故障を意味する大量の連続的な水流、大量の漏れなど)に応答して水を遮断する。
図10は、1つ以上のスプリンクラ・ヘッドに給水するスプリンクラ・バルブに関連する、使用水量及び/又は漏れを監視するように構成された水道メータリング・システム1000を示す。このシステム1000では、流量計1001がスプリンクラ・バルブに対して直列に設けられている。一実施形態では、流量計1001がAMRメータ(例えば、図1Aに示すメータ、超音波流量計、又は他のメータ技術)として構成される。一実施形態では、流量計1001は低流量メータ・システム800、801のような低流量メータ・システムとして構成される。一実施形態では、図8A及び8Bに示す電気的に制御されたバルブ802がスプリンクラ・バルブ1002として使用されている。一実施形態では、低流量及び高流量メータ・システム901が1つ以上のスプリンクラ・ヘッドに給水するために使用される(その場合にシステム901が流量計1001及びスプリンクラ・バルブ1002の機能を提供する)。
図11は、使用水量及び/又は漏れを監視するように構成された水計測システムを示し、流量計1001がマニホールド1101に対して設けられる。マニホールド1101にはスプリンクラ・バルブ1110、1111、1112が設けられている。スプリンクラ・コントローラ1102は、制御信号1120〜1122をスプリンクラ・バルブ1110〜1112のそれぞれに送出する。また、制御信号は監視システム1103に与えられる。流量計1001の出力はまた、監視システム1103に与えられる。当業者には分かるように、コントローラ1102の機能と監視システム1103の機能を組み合わせることができる。監視システム1103は、各バルブ1110〜1112が開いている場合に、流量計1001からの、水の流れのデータを記録することにより、各バルブ1110〜1112を通る水の流れを監視するとともに、これを記録する。
システム1000及び1100によって、建物の所有者又は他の関係者は、スプリンクラ又は灌漑システムによる水の使用をゾーン毎に監視して追跡することが可能になる。システム1000及び1100は、損傷したスプリンクラ・ヘッド又は失ったスプリンクラ・ヘッドについて報告することができるが、これは、損傷し又は失ったヘッドによって水の流量が通常、過度に多くなるからである。また、システム1000及び1100は、ヘッドの詰まりを報告することもでき、これは詰まったヘッドによる水の流量が通常よりも小さくなるためである。
図12は、1つ以上の水使用ゾーン及び1つ以上のスプリンクラ・ゾーンを有する商業用建造物(又は住居用建造物)1250に関連して、使用水量及び/又は漏れを監視するために、図1〜11の各構成要素を組み合わせた水計測システムを示す。水道会社からの水は、主メータ1201を通して1つ以上の(任意選択での)メータ1202及び1203経由で建物1250に供給される。また、主メータ1201からの水は、流量計1204及び1205に供給される。流量計1204は1群のスプリンクラ・バルブ1220に給水するマニホールドへ水を供給する。また流量計1205は1群のスプリンクラ・バルブ1221に給水するマニホールドへ水を供給する。スプリンクラ・バルブ1220は、スプリンクラ・コントローラ1210によって制御され、スプリンクラ・バルブ1221はスプリンクラ・コントローラ1211によって制御される。スプリンクラの制御ライン及びメータ1202〜1205は監視システム1230に対して設けられる。また、一実施形態では、メータ1201が監視システム1230に対して設けられる。流量計1202〜1205及び任意選択での1201は、監視システム1230に対して、使用水量のデータを提供するように構成される。一実施形態では、流量計1202〜1205及び任意選択での1201が、漏れを検出するために低流量検出を提供するように構成される。
監視システム1230は、各メータから使用水量のデータを集めて各メータによる使用水量を記録する。一実施形態では、監視システム1230は、漏れの深刻さ及び漏れが生じた時間の長さに従って、システムの漏れにより無駄になった水量を計算する。一実施形態では、監視システム1230は、ゾーン毎の使用水量、1日毎の使用水量、1日の時間毎の使用水量、1ヶ月毎の使用水量などのグラフを提供する。
各種タイプの流量計又は流量センサは、上記した漏れ検出と監視技術に関連して、水又はガス又は他のユーティリティの測定に用いることができる。従来の水道メータ及びガスメータは、流れに応答して回転するタービン又はインペラを基礎にしている。各種タイプの流量計(流量センサ)、例えば、差圧流量計、オリフィス板流量計、ベンチュリ管流量センサ、フローノズル流量計、可変面積式流量計又は浮子式流量計、速度流量計、熱量測定式流量計、タービン流量計、渦流量計、電磁式流量計、容積式流量計、質量流量計、熱流量計など、及びそれらの組み合わせを使用することができる。
本発明が上記に説明した実施形態の詳細に限られないこと及び本発明がそれに起因する趣旨又は本質から逸脱せずに他の特定な形態をもって具現化できることは、当業者にとって明らかである。さらに、各種の省略、代替、及び変更は本発明の趣旨から外れることなく実行可能である。例えば、特定の実施形態では、900MHzの周波数帯に関連して説明されたけれども、当業者は分かるように、900MHzを超えるか又はこれを下回る周波数帯を同様に使用できる。無線システムについては、例えば、HF帯、VHF帯、UHF帯、マイクロ波帯、ミリ波帯など、1つ以上の周波数帯を用いるように構成することができる。当業者はさらに、スペクトル拡散技術以外の技術もまた使用することができ、及び/又は、スペクトル拡散に代用できることが分かる。変調の使用は、いかなる特定の変調法にも制限されず、使用する変調方式には、例えば、周波数変調、位相変調、振幅変調、それらの組み合わせなどが可能である。従って、実施形態の上記説明については、添付請求項及びそれらの均等物によって規定される発明の範囲内において、全ての点で例示的であって、限定的でないものとみなすべきである。
Claims (16)
- ユーティリティ・メータの読みを検出するように構成された1つ以上のセンサを含むエンコーディング及び送受信ユニットを備え、
前記エンコーディング及び送受信ユニットが、所望の時間間隔で前記ユーティリティ・メータを監視し、ユーティリティの最低使用量を記録して、ユーティリティの漏洩の可能性を判断するように構成されるとともに、前記エンコーディング及び送受信ユニットが読取要求に応じて前記1つ以上のセンサによって測定されたデータを報告するように構成された、センサシステム。 - 前記1つ以上のセンサが光学センサを備える、請求項1に記載に記載のセンサシステム。
- 前記1つ以上のセンサがイメージセンサを備える、請求項1に記載に記載のセンサシステム。
- 前記1つ以上のセンサが照明光源を備える、請求項1に記載のセンサシステム。
- 前記1つ以上のセンサが音響センサを備える、請求項1に記載のセンサシステム。
- 前記1つ以上のセンサが電子的なユーティリティ・メータ・インターフェースを備える、請求項1に記載のセンサシステム。
- 前記1つ以上のセンサが記録インターフェースを備える、請求項1に記載のセンサシステム。
- 前記1つ以上のセンサが流水量センサを備える、請求項1に記載のセンサシステム。
- 前記1つ以上のセンサがガス流量センサを備える、請求項1に記載のセンサシステム。
- 前記センサが閾値テストに従ってユーティリティの漏洩の可能性を判断する、請求項1に記載のセンサシステム。
- 前記閾値テストが上限閾値を備える、請求項10に記載のセンサシステム。
- 前記閾値テストが下限閾値を備える、請求項10に記載のセンサシステム。
- 前記閾値テストが内側の閾値範囲を備える、請求項10に記載のセンサシステム。
- 前記閾値テストが外側の閾値範囲を備える、請求項10に記載のセンサシステム。
- 前記エンコーディング及び送受信ユニットが、状況報告の時間間隔を変更する指令を受信するように構成される、請求項1に記載のセンサシステム。
- 前記エンコーディング及び送受信ユニットが、センサデータの報告間隔を変更する指令を受信するように構成される、請求項1に記載のセンサシステム。
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