JP2010055486A - 下水管内監視システム及び下水管内監視方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】対象地域の水位データを細かく監視する。
【解決手段】下水管内監視システム10は、複数のセンサノード装置20と中継ノード装置30と制御監視装置40とを備える。各センサノード装置20は、計測部21により計測した水位データを含む計測信号を無線送信する送信部22と、他のセンサノード装置から計測信号を受信した場合、自己の計測信号を加えて新たな計測信号を生成し、この新たな計測信号を送信するように制御する伝送制御部24と、水位データに応じて送信部22の通信特性を変更する通信特性変更部25とを備える。中継ノード装置30は、センサノード装置20から計測信号を受信すると監視制御装置40に送信する。監視制御装置40は、中継ノード装置30から計測信号を受信すると対象地域毎の水位データを表示する。
【選択図】 図1
【解決手段】下水管内監視システム10は、複数のセンサノード装置20と中継ノード装置30と制御監視装置40とを備える。各センサノード装置20は、計測部21により計測した水位データを含む計測信号を無線送信する送信部22と、他のセンサノード装置から計測信号を受信した場合、自己の計測信号を加えて新たな計測信号を生成し、この新たな計測信号を送信するように制御する伝送制御部24と、水位データに応じて送信部22の通信特性を変更する通信特性変更部25とを備える。中継ノード装置30は、センサノード装置20から計測信号を受信すると監視制御装置40に送信する。監視制御装置40は、中継ノード装置30から計測信号を受信すると対象地域毎の水位データを表示する。
【選択図】 図1
Description
本発明は、対象地域の水位データを細かく監視し得る下水管内監視システム及び下水管内監視方法に関する。
従来から、都市下水道の各所には、下水管や排水溝を流下してくる雨水を河川等に排水することを目的としてポンプ場などの排水施設が設置されている。そこで、これらの排水施設の安全かつ効率的な運用のために、下水管内の複数個所に多数のセンサを設置し、水位や流量等を監視する下水管内監視システムが利用されている。
近年では、下水管内に張り巡らされた光ファイバを利用した水位計測およびデータ伝送方式が大都市の一部で実用化されている(例えば特許文献1・2参照)。
ところが、光ファイバを利用した場合、下水管内に流れる流下物が光ファイバを破損して、伝送障害を生じさせることがある。また、光ファイバの敷設工事に手間と多大な設置コストを要する。
そこで、光ファイバ等のケーブルを用いず、携帯電話回線網や特定小力無線を用いて計測データを伝送する技術が検討されている(例えば特許文献3・4参照)。
特開2003−132772号公報
特開平07−62719号公報
特開2003−6780号公報
特開2007−218740号公報
しかしながら、上述の携帯電話回線網等を用いて計測データを伝送する方法では、無線局の設置場所に制約が生じるという問題がある。例えば、無線局は下水管の外に引き出す必要があるが、下水管は道路の下に敷設されていることが多く、無線局の設置場所の確保が困難なことも少なくない。その結果、下水管内に多数のセンサを設置することができず、対象地域の水位データを細かく監視できないことがある。
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、対象地域の水位データを細かく監視し得る下水管内監視システム及び下水管内監視方法である。
本発明は上記課題を解決するために、下水管内に設置された複数のセンサノード装置と、中継ノード装置と監視制御装置とを備えた下水管内監視システムであって、前記各センサノード装置は、前記下水管内の水位データを計測時刻とともに計測する計測手段と、前記計測手段により計測した水位データ及び計測時刻と、自己のセンサノードIDとを含む計測信号を無線送信する送信手段と、他のセンサノード装置から前記計測信号を受信する手段と、前記他のセンサノード装置から前記計測信号を受信した場合、該他のセンサノード装置から受信した計測信号に自己の計測信号を加えて新たな計測信号を生成し、該新たな計測信号を送信するように制御する手段と、前記計測手段により計測された水位データに応じて、前記送信手段の通信特性を変更する通信特性変更手段とを備え、前記中継ノード装置は、前記センサノード装置から前記計測信号を受信した場合、該計測信号を前記監視制御装置に送信する手段を備え、前記監視制御装置は、前記各センサノードIDと対象地域情報とを対応付けて記憶する手段と、前記中継ノード装置から計測信号を受信した場合、該計測信号に含まれるセンサノードIDに基づいて対象地域毎の水位データを表示する手段とを備えた下水管内監視システムを提供する。
なお、本発明は、各装置の集合体を「システム」として表現したが、これに限らず、装置毎に「装置」又は「プログラム」として表現してもよく、また、システム又は装置毎に「方法」として表現してもよい。すなわち、本発明は、任意のカテゴリーで表現可能となっている。
<作用>
下水管内監視システムによれば、各センサノード装置が、計測部により計測した水位データ及び計測時刻と自己のセンサノードIDとを含む計測信号を無線送信する送信手段と、他のセンサノード装置から計測信号を受信した場合、他のセンサノード装置から受信した計測信号に自己の計測信号を加えて新たな計測信号を生成し、この新たな計測信号を送信するように制御する手段と、計測手段により計測された水位データに応じて、送信手段の通信特性を変更する通信特性変更手段とを備え、中継ノード装置が、センサノード装置から計測信号を受信した場合、その計測信号を監視制御装置に送信する手段を備え、監視制御装置が、中継ノード装置から計測信号を受信した場合、その計測信号に含まれるセンサノードIDに基づいて対象地域毎の水位データを表示する表示手段を備えた構成により、対象地域の水位データを細かく監視することができる。
下水管内監視システムによれば、各センサノード装置が、計測部により計測した水位データ及び計測時刻と自己のセンサノードIDとを含む計測信号を無線送信する送信手段と、他のセンサノード装置から計測信号を受信した場合、他のセンサノード装置から受信した計測信号に自己の計測信号を加えて新たな計測信号を生成し、この新たな計測信号を送信するように制御する手段と、計測手段により計測された水位データに応じて、送信手段の通信特性を変更する通信特性変更手段とを備え、中継ノード装置が、センサノード装置から計測信号を受信した場合、その計測信号を監視制御装置に送信する手段を備え、監視制御装置が、中継ノード装置から計測信号を受信した場合、その計測信号に含まれるセンサノードIDに基づいて対象地域毎の水位データを表示する表示手段を備えた構成により、対象地域の水位データを細かく監視することができる。
本発明によれば、対象地域の水位データを細かく監視し得る下水管内監視システムを提供できる。
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
<第1の実施形態>
(下水管内監視システムの構成)
図1は本発明の第1の実施形態に係る下水管内監視システム10の構成を示す模式図である。
(下水管内監視システムの構成)
図1は本発明の第1の実施形態に係る下水管内監視システム10の構成を示す模式図である。
下水管内監視システム10は、下水管1の中あるいはマンホール2に設置された複数のセンサノード装置20と、下水管1の中あるいはマンホール2に設置された複数または一つの中継ノード装置30と、監視制御装置40とを備えている。なお、本実施形態においては、複数のセンサノード装置20あるいは中継ノード装置30が下水管内と地上との両方をその無線伝送路として利用できるように設置されている。
また、各センサノード装置20および中継ノード装置30は、一般的なアドホックネットワーク技術もしくはメッシュネットワーク技術に基づき、各々が自律的にデータを送受信したり、他のセンサノード装置からの中継を行ったりする、いわゆるマルチホップ伝送を行う。なお、センサノード装置20および中継ノード装置30は電源として電池を用いている。
センサノード装置20は、計測部21・送信部22・受信部23・伝送制御部24・通信特性変更部25を備える。なお、以下の説明において、センサノード装置を総称して説明する場合は単に20と表記し、個別に説明する場合はアルファベットの添え字を付して20A,20B,20C・・・のように表記する。
計測部21は、下水管1内の水位・流量・温度・傾斜・水質などのデータを計測時刻とともに計測するセンサである。
送信部22は、計測部21により計測した水位データ及び計測時刻と、自己のセンサノードIDとを含む「計測信号」を無線局29を介して無線送信するものである。ここで、センサノードIDは、各センサノード装置に個別に割り当てられる識別情報であり、各センサノード装置のメモリに記憶されている。
受信部23は、他のセンサノード装置から計測信号を無線局29を介して受信するものである。なお、受信部23は、受信した計測信号に自己のセンサノードIDが含まれている場合、これまでに自己が送信した計測信号が他のセンサノード装置から送り返されてきたものと判定する。そして、受信部23は、このように自己が既に送信した計測信号を受信した場合、計測信号がループしないように、その受信した計測信号を破棄する。
伝送制御部24は、他のセンサノード装置から計測信号を受信した場合、他のセンサノード装置から受信した計測信号に自己の計測信号を加えて“新たな計測信号”を生成し、この新たな計測信号を送信するように送信部22を制御するものである。
通信特性変更部25は、計測部21により計測された水位データに応じて、送信部22の通信特性を変更するものである。補足すると、下水管1が満管状態となると、各センサノード間の通信が困難になる。一方、満管状態のときには監視の必要性が高まる。そこで、通信特性変更部25は、計測部21が計測した下水管内の水位・流量・温度・傾斜・水質等の計測値により無線局29の制御モードを切り替える状態判定を行い、それに応じて無線局29にデータ送信命令あるいは送信休止命令を出力したり、送信頻度(送信周期の逆数)や送信電力を変更したりする。
例えば、通信特性変更部25は、晴天時あるいは小雨時においては、送受信可能なセンサノード装置20が図2に示される関係となるように通信特性を制御する。図2において、“1”はセンサノード間で通信可能なことを意味している。要するに、図3に示すように水位Lが低いので、電波の送受信状態は良好であることから伝送障害の可能性は低い。それゆえ、通信特性変更部25は、図4に示すように、隣接するセンサノード装置に電波が届く程度に計測信号の送信電力を小さくする。ただし無線局29そのものの故障の可能性があるので、通信特性変更部25は、例えば数時間に一度、定期的にマルチキャストで発信を行う。そして、通信特性変更部25は、隣接のセンサノード装置から応答のあった場合には計測信号の送信出力を下げたままにし、そうでなければ他のセンサノード装置に電波が届く程度に計測信号の送信出力を上げるように調整する。
また晴天時あるいは小雨時においては、水位や流量など下水管内の状態の変化も緩やかであるので、計測信号の送信頻度は少なくてよい。そこで、通信特性変更部25は、計測信号の送信を例えば数十分から数時間という周期に調整する。その他、通信特性変更部25は、前回の送信時刻からの計測値の変化量が予め定められた値以上であるならばデータを送信するように調整してもよい。
一方、通信特性変更部25は、大雨時においては、送信可能なセンサノード装置20が図5に示される関係となるように通信特性を制御する。要するに、図6に示すように、通信経路の水位Lが高くなるので電波の送受信状態は悪化し、伝送障害の可能性が高くなる。そのため、通信特性変更部25は、図7に示すように、多くのセンサノード装置(20eから20c)あるいは中継ノード装置に電波が届くようにしたり、下水管1内のセンサノード装置20が水没した場合には地上での長距離の無線伝送を可能にしたりするために、計測信号の送信電力を大きくする。
また大雨時においては、水位や流量など下水管内の状態の変化が急激となり、かつ監視の必要性も高くなる。そのため、通信特性変更部25は、計測信号の送信頻度を多くする、すなわち送信周期を短くする調整を行う。
中継ノード装置30は、センサノード装置20から送信されてくる計測信号を中継する機能を有しており、センサノード装置20から計測信号を受信した場合、その計測信号を他の中継ノード装置30あるいは監視制御装置40に送信する。この中継ノード装置30は、無線局39と、無線局39を制御する制御部31とを備えている。なお、センサノード装置20が中継ノード装置30の機能を有していてもよい。
監視制御装置40は、データ受信部41・エラー処理部42・データ処理部43・伝送制御部44・データ送信部45・データベース46・表示部47を備えている。なお、監視制御装置40は、下水処理場やポンプ場などの下水道施設を監視制御するシステム、あるいは統合監視センターなどのシステムの中の部分的な機能であってもよい。
データ受信部41は、水位データを含む計測信号を中継ノード装置30またはセンサノード装置20から受信するものである。またデータ受信部41は計測信号に含まれるデータをエラー処理部42に送出する。
エラー処理部42は、データ受信部41が受信したデータのエラー処理を行うものである。詳しくは、エラー処理部42では、各センサノード装置間の実際の伝送状態と、図5に示す伝送可能状態とを比較するなどして伝送エラーを検知し、各センサノード装置間に生じた伝送エラー箇所を特定する。例えば図8に示す状態では、センサノード装置20dに伝送エラーが生じていることが検知される。
データ処理部43は、受信したデータのデータ処理を行うものである。具体的には、データ処理部43は、下水管1内の水位上昇による伝送障害が生じた場合に,それを推定判別する機能を有している。詳しくは、データ処理部43は、エラー処理部42が伝送エラーを検知すると、現況の雨量と、付近のセンサノード装置(20c,20e)の水位と、さらに当該センサノード装置(20d)で直近時刻に計測されていた水位データの履歴と、データベース46に保持されているセンサノード装置(20d)の設置高さのデータとに基づいて、センサノード装置(20d)が水没しているか否かや、無線伝送路である下水管1が満管状態であるか否かを推定する。推定結果は表示部47により表示される。
また、データ処理部43は、各センサノード装置20および中継ノード装置30の電池寿命を推定する機能を有している。データ処理部43は、データベース46に記憶されている過去の消費電力の積算値を用いて、センサノード装置20および中継ノード装置30に用いられる電池の寿命の推定値を求める。
伝送制御部44は、センサノード装置20および中継ノード装置30の無線伝送を制御する。具体的には、伝送制御部44は、対象地域の雨量や予測雨量など広域的に観測・予測された気象予測データを取得する気象予測データ取得機能や、流域に設置された複数のセンサノード装置20による計測データから下水管1内の現在の状態あるいは将来の状態を推定して制御モードを決定する制御モード機能、センサノード装置20および中継ノード装置30の送信電力や送信頻度を変更するためのノード制御機能、送信命令あるいは送信休止命令を出力する送信制御機能を有している。伝送制御部44は、ノード制御機能により、センサノード装置20の電池寿命が所定の閾値より小さくなった場合、センサノード装置20の送信部22の通信特性を消費電力が少なくなるように制御する。また、伝送制御部44は、ノード制御機能により、気象予測データに基づいて、各センサノード装置の通信特性を変更する。具体的には、伝送制御部44では、次の式(1)〜(3)を用いた制御を実行する。
F:Q→Y ・・・(1)
P(S,t) = g(Y,S,t) ・・・(2)
I(S,t) = h(Y,S,t) ・・・(3)
ここで、Fは写像、Q={雨量,予測雨量,水位,電池の状態,伝送障害のレベル}、Yは制御モード、Sはセンサノード装置または中継ノード装置の識別情報、P(S,t)は計測データ送信電力、I(S,t)は計測データ送信周期、tは時刻、g及びhは所定の関数を示している。
P(S,t) = g(Y,S,t) ・・・(2)
I(S,t) = h(Y,S,t) ・・・(3)
ここで、Fは写像、Q={雨量,予測雨量,水位,電池の状態,伝送障害のレベル}、Yは制御モード、Sはセンサノード装置または中継ノード装置の識別情報、P(S,t)は計測データ送信電力、I(S,t)は計測データ送信周期、tは時刻、g及びhは所定の関数を示している。
補足すると、伝送制御部44は、センサノード装置20や中継ノード装置30の自律的な送受信制御に介入することが可能となるように、まず雨量の大小、予測雨量の大小、各センサノード装置における水位の高低、電池の状態、伝送障害のレベル、対象とする下水道集水区の状態を表す段階的または二値的な制御モードに写像する。次に各センサノード装置あるいは中継ノード装置30に伝達する割込み信号として、それぞれの制御モードに応じた計測データ送信電力および計測データ送信周期を決定、あるいは個別ノードに対する計測データ送信命令あるいは送信休止命令を生成する。これらの制御パラメータや制御信号はセンサノード装置や中継ノード装置に伝送され、固有のパラメータを変更したり、計測データの送信などを行わせたりする。
例えば、雨量、予測雨量や水位により、下水管内の水位が低いと判断されると、水位が低いと電波の送受信状態は良好であることから伝送障害の可能性は低いので、隣接するセンサノード装置に電波が届く程度に計測信号の送信電力を小さくする。
また、雨量、予測雨量や水位により、晴天や小雨であると判断されると、水位や流量など下水管内の状態の変化も緩やかであることから計測信号の送信頻度は少なくてよいので、計測信号の送信頻度を低くする。
一方、雨量、予測雨量や水位により、下水管内の水位が高いと判断されると、水位が高いと電波の送受信状態は悪化し伝送障害の可能性が高くなるので、多くのセンサノード装置あるいは中継ノード装置に電波が届くように計測信号の送信電力を大きくする。
また、雨量、予測雨量や水位により、大雨であると判断されると、水位や流量など下水管内の状態の変化が急激となることから監視の必要性も高くなるので、計測信号の送信頻度を多くする。
更に、電池の状態により、電池寿命が所定の閾値より小さくなったと判断されると、計測信号の送信頻度を低くしたり、隣接するセンサノード装置に電波が届く程度に計測信号の送信電力を小さくする。
データ送信部45は、伝送制御部44からの制御信号やパラメータをセンサノード装置20および中継ノード装置30に送信するものである。
データベース46は、各センサノード装置20を一意に識別するセンサノードIDと、各センサノード装置20が設置された対象地域情報とを対応付けて記憶するものである。ここでは、データベース46は、データベースソフトがメモリに組み込まれることにより構成される。なお、データベース46には、対象地域の天気情報や、下水管の高さ等の情報も記憶されている。
表示部47は、中継ノード装置30から計測信号を受信した場合、その計測信号に含まれるセンサノードIDに基づいて対象地域毎の水位データを表示するものである。なお、表示部47は、設定に応じて、水位データのみならず、流量・温度・管の傾斜・水質等のデータを表示する。
(下水管内監視システムの動作)
次に本実施形態に係る下水管内監視システム10の動作を図9のフローチャートを用いて説明する。
次に本実施形態に係る下水管内監視システム10の動作を図9のフローチャートを用いて説明する。
始めに、あるセンサノード装置20Xが所定の設定時刻になると水位を計測する(S1)。
続いて、センサノード装置20Xは、計測した水位データに基づいて、通信特性を変更する。ここでは、通信特性変更部25により、送信出力と送信間隔とが変更される(S2)。
そして、センサノード装置20Xが計測信号を発信する(S3)。計測信号の発信に際しては送信先アドレスが指定されずに発信されるが、近隣のセンサノード装置20Yに計測信号が到達するように送信出力が調整されている。
次に、センサノード装置20Yが計測信号を受信する(S4)。そして、センサノード装置20Yが、受信した計測信号に自己の計測信号を加えて新たな計測信号を生成する(S5)。それから、センサノード装置20Yが新たな計測信号を発信する(S6)。
この後、中継ノード装置30が計測信号を受信するまで上記ステップS4〜S6の動作を、近隣のセンサノード装置間で繰り返す(S7−No)。
センサノード装置20Z(20X・20Yでも良い)が送信した計測信号を中継ノード装置30が受信した場合は、中継ノード装置30が監視制御装置40に計測信号を送信する(S7−Yes,S8)。
監視制御装置40は中継ノード装置30から計測信号を受信すると、計測信号に含まれているセンサノードIDに基づいて、水位データを対象地域と関連付けて表示部47に表示する(S9)。
(下水管内監視システムの効果)
以上説明したように、本実施形態に係る下水管内監視システム10は、各センサノード装置20が、計測部21により計測した水位データ及び計測時刻と自己のセンサノードIDとを含む計測信号を無線送信する送信部22と、他のセンサノード装置から計測信号を受信した場合、他のセンサノード装置から受信した計測信号に自己の計測信号を加えて新たな計測信号を生成し、この新たな計測信号を送信するように送信部22を制御する伝送制御部24と、計測部21により計測された水位データに応じて、送信部22の通信特性を変更する通信特性変更部25とを備え、中継ノード装置30が、センサノード装置20から計測信号を受信した場合、その計測信号を監視制御装置40に送信する手段を備え、監視制御装置40が、中継ノード装置30から計測信号を受信した場合、その計測信号に含まれるセンサノードIDに基づいて対象地域毎の水位データを表示する表示部47を備えた構成により、対象地域の水位データを細かく監視することができる。
以上説明したように、本実施形態に係る下水管内監視システム10は、各センサノード装置20が、計測部21により計測した水位データ及び計測時刻と自己のセンサノードIDとを含む計測信号を無線送信する送信部22と、他のセンサノード装置から計測信号を受信した場合、他のセンサノード装置から受信した計測信号に自己の計測信号を加えて新たな計測信号を生成し、この新たな計測信号を送信するように送信部22を制御する伝送制御部24と、計測部21により計測された水位データに応じて、送信部22の通信特性を変更する通信特性変更部25とを備え、中継ノード装置30が、センサノード装置20から計測信号を受信した場合、その計測信号を監視制御装置40に送信する手段を備え、監視制御装置40が、中継ノード装置30から計測信号を受信した場合、その計測信号に含まれるセンサノードIDに基づいて対象地域毎の水位データを表示する表示部47を備えた構成により、対象地域の水位データを細かく監視することができる。
要するに、下水管内監視システム10によれば、無線通信の基地局に依存せずに、下水管1内の任意の場所に複数のセンサノード装置20A・20B・20C・・・を設置できるので、空間的に“密に”下水管1を監視することができる。なお、センサノード装置20を増やすことにより、各センサノード装置間の距離を短くできるので、1個あたりのセンサノード装置20の消費電力を減らすことができる。
また本実施形態においては、例えば図7に示すように、センサノード装置20eの通信特性変更部25が、水位が高いときには送信部22の送信出力が大きくなるように調整する。このため、急激な大雨などで下水管1内の水位が高くなり、近隣のセンサノード装置20dに計測信号を送信できなくても、複数のセンサノード装置20a,20cへ計測信号を伝送するので、伝送路の信頼性を維持できる。
また本実施形態においては、各センサノード装置20の通信特性変更部25が、水位が低いときには送信頻度を少なくする。それゆえ、センサノード装置20の消費電力を減らすことができる。補足すると、晴天時には下水管1の水位が低いので、監視の必要性が下がる。そのため、送信頻度を少なくしても不具合が生じることがないので、消費電力を減らすことが可能となる。
また、本実施形態においては、監視制御装置40の伝送制御部44が、センサノード装置20が計測した水位により、無線局29の制御モードを切替え、それに応じて無線局29にデータ送信命令あるいは送信休止命令を出力したり、送信周期・送信電力を調整したりするので、晴天時などにおいて消費電力を削減できる。前述同様、晴天時には下水管1が満管状態になることはなく、監視の必要性が下がる。一方、送信頻度を少なくすることで電力消費を抑えることができる。それゆえ、送信頻度を少なくすることで消費電力を削減できる。一方、下水管1内の状態変化が急激な大雨時においては、送信頻度を多くして監視を密にし、かつ送信電力を上げて複数のセンサノード装置20へ計測信号を伝送することで、伝送路の信頼性を維持できる。
また本実施形態においては、監視制御装置40の伝送制御部44が、対象地域の気象予測データを取得し、その気象予測データに基づいて、各センサノード装置20の通信特性を変更する機能を有している。それゆえ、例えば、急激な大雨時には下水管1内の状態の変化を事前に察知できるので、急峻な水位上昇により制御モードの切替えが間に合わないといった事態を回避できる。この効果は個々のセンサノード装置における局所状態に依存した制御モードの切替えの場合と比較するとより顕著である。
また、本実施形態においては、監視制御装置40のデータ処理部43が、各センサノード装置20の電池寿命を推定する機能を有している。そのため、センサノード装置20が動作不能となる前にメンテナンスすることができ、システムを継続的に稼動させることができる。さらに、電池寿命が所定の閾値より小さくなった場合、伝送制御部44を介して送信部22の通信特性を変更し、消費電力が少なくなるように調整することもできる。
なお、下水管内監視システム10は、水位データのみならず、下水管1内の流量・温度・傾斜・水質などのデータも計測して、敷設された下水管の中の状態を監視するので、下水道施設の安全かつ効率的な運用に資する。
なお、本実施形態において、監視制御装置40が、下水管1内の水位上昇による伝送障害が生じた場合に、その原因を推定判別する機能を有していてもよい。これにより、水位計測あるいはデータ伝送が不可能となった場合にも、データの欠損として処理するだけの場合と比較して、提供できる警告情報の種類を増やすことができる。
なお、本実施形態においては、複数のセンサノード装置20あるいは中継ノード装置30が下水管1内と地上との両方をその無線伝送路として利用できるように設置されている。ここで、通常の下水管1は下部に水が流れ,上部に空間が存在する状態となっているが、雨水が流れ込んだ場合には水位が上昇し、しばしば満管状態となる。また、川底を跨いで他より地下深くに設置された部分では、常に天井まで水のある管もある。下水管1が満管状態となっている場合、下水管1内での無線伝送が不可能となる場合がある。それゆえ、大雨時などで下水管1内の無線伝送が不可能となっても、計測データの伝送路を確保すべく、地上でも無線伝送路を利用できるようにしておくことが望ましい。また、複数のセンサノード装置20あるいは中継ノード装置30が下水管1内と地上の両方を無線伝送路として利用できるように設置しておくことで、マルチホップで計測データを無線伝送することができ、個々の無線局あたりの伝送距離を比較的短くすることができる。この結果、消費電力の節約と電池の長寿命化とが可能となる。
<第2の実施形態>
図10は本発明の第2の実施形態に係る下水管内監視システム10Tの構成を示す模式図である。
図10は本発明の第2の実施形態に係る下水管内監視システム10Tの構成を示す模式図である。
本実施形態に係る下水管内監視システム10Tは、第1の実施形態に係る下水管内監視システム10に、下水管1やマンホール2に設置したセンサノード装置20および中継ノード装置30による計測信号の無線伝送だけでなく、携帯電話網などの無線公衆回線網50を介してデータの送受信を可能としている。
上述の構成により、本実施形態に係る下水管内監視システム10Tは、下水管1やマンホール2に設置したセンサノード装置20および中継ノード装置30において伝送障害が著しい場合、バックアップの伝送路として無線公衆回線網50を用いて監視制御装置40に計測信号を送信することができ、伝送路の信頼性を向上させることができる。
<第3の実施形態>
図11は本発明の第3の実施形態に係る下水管内監視システム10Uの構成を示す模式図である。
図11は本発明の第3の実施形態に係る下水管内監視システム10Uの構成を示す模式図である。
本実施形態に係る下水管内監視システム10Uは、第1の実施形態に係る下水管内監視システム10に、敷設されている光ファイバなどの有線伝送路61に、下水管1やマンホール2に設置したセンサノード装置20および中継ノード装置30による計測信号の無線伝送路を変換器62を介して接続したものである。換言すると、中継ノード装置30が、センサノード装置20から受信した計測信号を有線伝送路61を介して監視制御装置40に送信している。
上述の構成により、本実施形態に係る下水管内監視システム10Uは、データの伝送距離を長くすることができ、監視範囲を広げることができる。
<第4の実施形態>
図12は本発明の第4の実施形態に係る下水管内監視システム10Vの構成を示す模式図である。
図12は本発明の第4の実施形態に係る下水管内監視システム10Vの構成を示す模式図である。
本実施形態では、各センサノード装置20が、計測データとともに下水道施設の監視データを中継するものとして利用される。例えば、各センサノード装置20は、晴天時など伝送量に余裕があり、かつ電池残量に余裕があるときに、計測信号のほかに、遠隔地の下水道施設の監視データを中継する。ここでは、水門71及びプラント72の監視データを、各センサノード装置20を経由して、プラント73へ送信している。
要するに、本実施形態に係る下水管内監視システム10Vでは、センサノード装置20がリピータ機能として動作するので、伝送路を有効活用できる。
<変形例>
なお、本発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態に構成要素を適宜組み合わせてもよい。
なお、本発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態に構成要素を適宜組み合わせてもよい。
1・・・下水管、2・・・マンホール、10・・・下水管内監視システム、20・・・センサノード装置、21・・・計測部、22・・・送信部、23・・・受信部、24・・・伝送制御部、25・・・通信特性変更部、29・・・無線局、30・・・中継ノード装置、31・・・制御部、39・・・無線局、40・・・監視制御装置、41・・・データ受信部、42・・・エラー処理部、43・・・データ処理部、44・・・伝送制御部、45・・・データ送信部、46・・・データベース、47・・・表示部、50・・・無線公衆回線網、61・・・有線伝送路、62・・・変換器、71・・・水門、72・73・・・プラント。
Claims (20)
- 下水管内に設置された複数のセンサノード装置と、中継ノード装置と監視制御装置とを備えた下水管内監視システムであって、
前記各センサノード装置は、
前記下水管内の水位データを計測時刻とともに計測する計測手段と、
前記計測手段により計測した水位データ及び計測時刻と、自己のセンサノードIDとを含む計測信号を無線送信する送信手段と、
他のセンサノード装置から前記計測信号を受信する手段と、
前記他のセンサノード装置から前記計測信号を受信した場合、該他のセンサノード装置から受信した計測信号に自己の計測信号を加えて新たな計測信号を生成し、該新たな計測信号を送信するように制御する手段と、
前記計測手段により計測された水位データに応じて、前記送信手段の通信特性を変更する通信特性変更手段と、
を備え、
前記中継ノード装置は、
前記センサノード装置から前記計測信号を受信した場合、該計測信号を前記監視制御装置に送信する手段
を備え、
前記監視制御装置は、
前記各センサノードIDと対象地域情報とを対応付けて記憶する手段と、
前記中継ノード装置から計測信号を受信した場合、該計測信号に含まれるセンサノードIDに基づいて対象地域毎の水位データを表示する手段と
を備えたことを特徴とする下水管内監視システム。 - 請求項1に記載の下水管内監視システムにおいて、
前記各センサノード装置の通信特性変更手段は、前記送信手段の送信電力を変更する、
ことを特徴とする下水管内監視システム。 - 請求項1または請求項2に記載の下水管内監視システムにおいて、
前記各センサノード装置の通信特性変更手段は、前記送信手段の送信頻度を変更する、
ことを特徴とする下水管内監視システム。 - 請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の下水管内監視システムにおいて、
前記監視制御装置は、
対象地域の気象予測データを取得する気象予測データ取得手段と、
前記気象予測データに基づいて、前記各センサノード装置の通信特性を変更する手段と、
を備えたことを特徴とする下水管内監視システム。 - 請求項1乃至請求項4のいずれか1項に記載の下水管内監視システムにおいて、
前記監視制御装置は、前記下水管内の水位上昇による伝送障害が生じた場合、該伝送障害の原因を推定判別する手段、
を備えたことを特徴とする下水管内監視システム。 - 請求項1乃至請求項5のいずれか1項に記載の下水管内監視システムにおいて、
前記監視制御装置は、前記各センサノード装置の電池寿命を推定する手段
を備えたことを特徴する下水管内監視システム。 - 請求項6に記載の下水管内監視システムにおいて、
前記監視制御装置は、前記電池寿命が所定の閾値より小さくなった場合、前記送信手段の通信特性を消費電力が少なくなるように変更する、
ことを特徴する下水管内監視システム。 - 請求項1乃至請求項7のいずれか1項に記載の下水管内監視システムにおいて、
前記中継ノード装置は、無線公衆回線網を介して計測信号を送受信する、
ことを特徴とする下水管内監視システム。 - 請求項1乃至請求項8のいずれか1項に記載の下水管内監視システムにおいて、
前記中継ノード装置は、前記センサノード装置から受信した計測信号を有線伝送路を介して前記監視制御装置に送信する、
ことを特徴とする下水管内監視システム。 - 請求項1乃至請求項9のいずれか1項に記載の下水管内監視システムにおいて、
前記各センサノード装置は、前記計測信号とともに下水道施設の監視データを中継する、
ことを特徴とする下水管内監視システム。 - 下水管内に設置された複数のセンサノード装置と、中継ノード装置と監視制御装置とを用いた下水管内監視方法であって、
前記センサノード装置が、前記下水管内の水位データを計測時刻とともに計測する計測ステップと、
前記センサノード装置が、他のセンサノード装置から前記計測信号を受信するステップと、
前記センサノード装置が、前記他のセンサノード装置から前記計測信号を受信した場合、該他のセンサノード装置から受信した計測信号に自己の計測信号を加えて新たな計測信号を生成するステップと、
前記センサノード装置が、前記計測ステップにより計測された水位データに応じて、前記送信手段の通信特性を変更する通信特性変更ステップと、
前記センサノード装置が、前記新たな計測信号を送信するステップと、
前記中継ノード装置が、前記センサノード装置から前記計測信号を受信した場合、該計測信号を前記監視制御装置に送信するステップと、
前記監視制御装置が、前記中継ノード装置から計測信号を受信した場合、該計測信号に含まれるセンサノードIDに基づいて対象地域毎の水位データを表示するステップと、
を備えたことを特徴とする下水管内監視方法。 - 請求項11に記載の下水管内監視方法において、
前記センサノード装置による通信特性変更ステップは、前記センサノード装置の送信電力を変更する、
ことを特徴とする下水管内監視方法。 - 請求項11または請求項12に記載の下水管内監視方法において、
前記センサノード装置による通信特性変更ステップは、前記センサノード装置の送信頻度を変更する、
ことを特徴とする下水管内監視方法。 - 請求項11乃至請求項13のいずれか1項に記載の下水管内監視方法において、
前記通信特性変更ステップに代えて、前記監視制御装置が対象地域の気象予測データを取得し、該気象予測データに基づいて前記各センサノード装置の通信特性を変更する、
ことを特徴とする下水管内監視方法。 - 請求項11乃至請求項14のいずれか1項に記載の下水管内監視方法において、
前記監視制御装置が、前記下水管内の水位上昇による伝送障害が生じた場合、該伝送障害の原因を推定判別する、
ことを特徴とする下水管内監視方法。 - 請求項11乃至請求項15のいずれか1項に記載の下水管内監視方法において、
前記監視制御装置が、前記各センサノード装置の電池寿命を推定する、
ことを特徴する下水管内監視システム。 - 請求項16に記載の下水管内監視方法において、
前記監視制御装置が、前記電池寿命が所定の閾値より小さくなった場合、前記センサノード装置の通信特性を消費電力が少なくなるように変更する、
ことを特徴する下水管内監視方法。 - 請求項11乃請求項17のいずれか1項に記載の下水管内監視方法において、
前記中継ノード装置が、無線公衆回線網を介して計測信号を送受信する、
ことを特徴とする下水管内監視方法。 - 請求項11乃至請求項18のいずれか1項に記載の下水管内監視方法において、
前記中継ノード装置が、前記センサノード装置から受信した計測信号を有線伝送路を介して前記監視制御装置に送信する、
ことを特徴とする下水管内監視方法。 - 請求項11乃至請求項19のいずれか1項に記載の下水管内監視方法において、
前記各センサノード装置が、前記計測データとともに下水道施設の監視データを中継する、
ことを特徴とする下水管内監視方法。
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