JP2015011030A - リアルタイム遠隔漏水感知システム及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、リアルタイム遠隔漏水感知システムを提供する。【解決手段】複数のセンサ運用モードによって動作し、地中パイプ上に装着された複数の漏水感知センサノード及びＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）を介してＮＴＰ（Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｔｉｍｅ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）ノードに時刻を設定した後、前記複数の漏水感知センサノードが特定センサ運用モードに進入する場合、前記ＮＴＰノードが前記複数の漏水感知センサノードの時刻を同期化するように制御する少なくとも１つのネットワークノードを備える。したがって、パイプに無線で設置されたセンサノードでリアルタイムに収集された漏水音データを管制センターに伝送してパイプの漏水有無及び位置を確認することができる。【選択図】図１

Description

本発明は、リアルタイム遠隔漏水感知技術に関し、より詳細には、パイプに無線で設置されたセンサノードにおいてリアルタイムに収集された漏水音データを管制センターに伝送してパイプの漏水有無及び位置を確認できるリアルタイム遠隔漏水感知システム及び方法に関する。

水道管は、地中に埋設されて種々の建物に水を供給するために使用され、老朽状態に応じて適切な維持管理が必要である。水道管は、地中に埋設されているため、老朽状態の確認が容易ではなく、老朽した水道管の漏水によって多くの水の浪費が生じる。このような問題を解決するために、水道管の漏水有無または水道管の漏水位置を探知する水道管漏水探知機が開発された。

特許文献１は、ＧＰＳ衛星から提供された時刻情報に同期を合わせて配管の漏水を探知することができる漏水探知装置及び方法を開示する。このような漏水探知装置は、無線で漏水データを収集して少ない個数の漏水センサで広い地域をカバーすることができ、漏水探知を行う度にしきい値を更新して漏水発生有無を判断するのに利用するので、設置環境による影響を最小化して誤探知を防止することができる。

特許文献２は、センサネットワーク技術をパイプラインに適用して配管の亀裂と毀損に関するデータを収集できるセンサネットワークを利用したパイプライン漏水及び漏出モニタリングシステムを開示する。このようなパイプライン漏水及び漏出モニタリングシステムは、パイプラインの外観の欠陥有無と、欠陥発生の際のパイプラインの欠陥位置を把握することができ、効率的なパイプライン外観を管理することができる。

韓国登録特許第１０−１１０７０８５号 韓国登録特許第１０−１１１００６９号

本発明の一実施形態は、パイプに無線で設置されたセンサノードにおいてリアルタイムに収集された漏水音データを管制センターに伝送してパイプの漏水の有無及び位置を確認することができるリアルタイム遠隔漏水感知システムを提供しようとする。

本発明の一実施形態は、特定センサ運用モードにＮＴＰサーバを介して漏水感知センサに対する時刻同期化を行うことができるリアルタイム遠隔漏水感知システムを提供しようとする。

本発明の一実施形態は、ネットワークノードを介して漏水感知センサと連動する通信プロトコル及び管制センターと連動する通信プロトコル間の変換を行うことができるリアルタイム遠隔漏水感知システムを提供しようとする。

実施形態等のうち、リアルタイム遠隔漏水感知システムは、複数のセンサ運用モードによって動作し、地中パイプ上に装着された複数の漏水感知センサノード及びＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）を介してＮＴＰ（Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｔｉｍｅ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）ノードに時刻を設定した後、前記複数の漏水感知センサノードが特定センサ運用モードに進入する場合、前記ＮＴＰノードが前記複数の漏水感知センサノードの時刻を同期化するように制御する少なくとも１つのネットワークノードを備える。

一実施形態において、前記少なくとも１つのネットワークノード間の接続がなくても関係ないアドホック（ＡＤ−ＨＯＣ）ネットワークを構成し、出発地または目的地として特定ネットワークノードと通信を行う漏水感知管制ノードをさらに備えることができる。

一実施形態において、前記少なくとも１つのネットワークノードは、第１のＮＴＰ階層（ｓｔｒａｔｕｍ）で構成され、前記特定センサ運用モードで前記複数の漏水感知センサノードから時刻同期化要請を受信することができる。

前記複数の漏水感知センサノードは、前記第１のＮＴＰ階層のすぐ次の階層である第２のＮＴＰ階層で構成され、相互ピアリング関係（ｐｅｅｒｉｎｇ ｒｅｌａｔｉｏｎ）を有さない場合がある。前記複数の漏水感知センサノードは、特定ネットワークノードと排他的なＮＴＰ階層関係を形成することができる。

一実施形態において、前記複数の漏水感知センサノードは、特定ネットワークノードを介して時刻同期化が完了すれば、前記地中パイプに対する音圧をデジタル信号に変換して前記漏水感知管制ノードに伝送することができる。

前記少なくとも１つのネットワークノードは、前記複数の漏水感知センサノードと第１の通信プロトコルで連動し、前記漏水感知管制ノードと第２の通信プロトコルで連動し、第１及び第２の通信プロトコル間の変換を行うことができる。

前記少なくとも１つのネットワークノードは、線路安定性（ｐａｔｈ ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ）または現時点での瞬間処理量（ｉｎｓｔａｎｔ ｔｈｒｏｕｇｈｐｕｔ）に基づいて次のノードを決定できるように、特定漏水感知センサノードと前記漏水感知管制ノードとの間のマルチホップ（ＭＵＬＴＩ−ＨＯＰ）通信を行うことができる。

一実施形態において、前記少なくとも１つのネットワークノードは、故障有無または前記現時点での瞬間処理量によって直接または間接にマルチパス（Ｍｕｌｔｉ−Ｐａｔｈ）方式によって無線通信することができる。

前記現時点での瞬間処理量は、下記の数式によって算出されることができる。

Ｔ＝（ｆ（Ｖ）×ｇ（Ｄ））／（Ｍ＿ｈｏｐ＿ｎｕｍ／Ａ＿ｈｏｐ＿ｎｕｍ）

ｆ（Ｖ）は、前記少なくとも１つのネットワークノードの伝送速度、ｇ（Ｄ）は、前記少なくとも１つのネットワークノード間の距離、Ｍ＿ｈｏｐ＿ｎｕｍは、前記マルチホップを介した前記少なくとも１つのネットワークノード間のホッピング数、Ａ＿ｈｏｐ＿ｎｕｍは、前記マルチホップで連動した前記少なくとも１つのネットワークノードの数である。

前記漏水感知管制ノードは、前記特定ネットワークノードを介して前記複数の漏水感知センサノードを制御して、前記地中パイプの漏水を感知することができる。

一実施形態において、前記漏水感知管制ノードは、前記地中パイプに漏水が発生した場合、前記地中パイプの音圧が前記地中パイプの両端に装着された前記複数の漏水感知センサノードに到達した時間差を計算することができる。

前記漏水感知管制ノードは、前記計算された地中パイプの音圧到達時間差に基づいて前記地中パイプの漏水位置を推定することができる。

実施形態のうち、リアルタイム遠隔漏水感知方法は、複数の漏水感知センサノード、少なくとも１つのネットワークノード、及び漏水感知管制ノードを備えるリアルタイム遠隔漏水感知システムで行われるリアルタイム遠隔漏水感知方法であって、（ａ）前記少なくとも１つのネットワークノードでＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）を介してＮＴＰ（Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｔｉｍｅ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）ノードに時刻を設定するステップ、（ｂ）前記複数の漏水感知センサノードに対する特定センサ運用モード進入可否をチェックするステップ、及び（ｃ）前記複数の漏水感知センサノードが特定センサ運用モードに進入する場合、前記少なくとも１つのネットワークノードで前記ＮＴＰノードが前記複数の漏水感知センサノードの時刻を同期化するように制御するステップを含む。

一実施形態において、（ｄ）前記漏水感知管制ノードが特定ネットワークノードを介して前記複数の漏水感知センサノードを制御して、前記複数の漏水感知センサノードで地中パイプの漏水を感知するステップをさらに含むことができる。

（ｅ）前記漏水感知管制ノードが前記特定ネットワークノードから前記地中パイプの音圧に対するデジタル信号を受信して、複数の漏水確率アルゴリズムを介して前記地中パイプに対する漏水確率値を計算するステップをさらに含むことができる。

（ｆ）前記漏水感知管制ノードで前記漏水確率値が特定基準値を超過するかをチェックして、前記パイプに対する漏水有無を決定するステップをさらに含むことができる。

一実施形態において、（ｇ）前記地中パイプに漏水が発生した場合、前記漏水感知管制ノードで前記地中パイプの音圧が前記地中パイプの両端に装着された前記複数の漏水感知センサノードに到達した時間差を計算して前記地中パイプの漏水位置を推定するステップをさらに含むことができる。

本発明の一実施形態に係るリアルタイム遠隔漏水感知システムは、パイプに無線で設置されたセンサノードにおいてリアルタイムに収集された漏水音データを管制センターに伝送してパイプの漏水有無及び位置を確認することができる。

本発明の一実施形態に係るリアルタイム遠隔漏水感知システムは、特定センサ運用モードにＮＴＰサーバを介して漏水感知センサに対する時刻同期化を行うことができる。

本発明の一実施形態に係るリアルタイム遠隔漏水感知システムは、ネットワークノードを介して漏水感知センサと連動する通信プロトコル及び管制センターと連動する通信プロトコル間の変換を行うことができる。

本発明の一実施形態に係るリアルタイム遠隔漏水感知システムを説明する図である。 図１にあるリアルタイム遠隔漏水感知システムを説明するブロック図である。 図１にあるリアルタイム遠隔漏水感知システムで行われるリアルタイム遠隔漏水感知過程を説明する順序図である。 図１にあるリアルタイム遠隔漏水感知システムのネットワークノードを説明する図である。 図１にあるリアルタイム遠隔漏水感知システムの漏水感知管制ノードに対するアドホックを説明する図である。

本発明に関する説明は、構造的ないし機能的説明のための実施形態にすぎないため、本発明の権利範囲は、本文に説明された実施形態によって制限されることと解釈されてはならない。すなわち、実施形態は、様々な変更が可能で、種々の形態を有することができるので、本発明の権利範囲は、技術的思想を実現できる均等物等を含むものと理解されなければならない。また、本発明において提示された目的または効果は、特定実施形態がこれを全て含むべきとか、そういう効果のみを含むべきという意味ではないので、本発明の権利範囲は、これにより制限されるものと理解されてはならないであろう。

一方、本出願で述べられる用語の意味は、次のように理解されなければならないであろう。

「第１」、「第２」などの用語は、１つの構成要素を他の構成要素から区別するためのものであって、これら用語等により権利範囲が限定されてはならない。例えば、第１の構成要素は第２の構成要素と命名されることができ、同様に、第２の構成要素も第１の構成要素と命名されることができる。

「及び／又は」の用語は、１つ以上の関連項目から提示可能な全ての組み合わせを含むものと理解されなければならない。例えば、「第１の項目、第２の項目及び／又は第３の項目」の意味は、第１、第２、または第３の項目のみならず、第１、第２、または第３の項目のうち、２つ以上から提示され得る全ての項目の組み合わせを意味する。

ある構成要素が他の構成要素に「接続されて」いると言及されたときには、その他の構成要素に直接的に接続されることもできるが、中間に他の構成要素が存在できるとも理解されるべきであろう。それに対し、ある構成要素が他の構成要素に「直接接続されて」いると言及されたときには、中間に他の構成要素が存在しないことと理解されるべきであろう。一方、構成要素間の関係を説明する他の表現、すなわち、「〜間に」と「すぐ〜間に」、または「〜に隣り合う」と「〜に直接隣り合う」等も同様に解釈されなければならない。

単数の表現は、文脈上、明白に違って意味しない限り、複数の表現を含むものと理解されなければならず、「備える」または「有する」などの用語は、実施された特徴、数字、ステップ、動作、構成要素、部分品、或いはこれらを組み合わせたものが存在することを指定しようとするものであり、１つまたはそれ以上の他の特徴や数字、ステップ、動作、構成要素、部分品、或いはこれらを組み合わせたものなどの存在または付加可能性を予め排除しないことと理解されなければならない。

各ステップにおいて識別符号（例えば、ａ、ｂ、ｃなど）は説明の便宜のために使用されるものであって、識別符号は、各ステップ等の順序を説明するものではなく、各ステップは、文脈上、明白に特定順序を記載しない限り、明記された順序と違って起こることができる。すなわち、各ステップは、明記された順序と同一に起こることができ、実質的に同時に行われることができ、逆の順序どおりに行われることもできる。

本発明は、コンピュータ読み取り可能な記録媒体にコンピュータ読み取り可能なコードとして実現されることができ、コンピュータ読み取り可能な記録媒体は、コンピュータシステムにより読み取られることができるデータが格納される全ての種類の記録装置を含む。コンピュータ読み取り可能な記録媒体の例としては、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＣＤ−ＲＯＭ、磁気テープ、フロッピーディスク、光データ格納装置などがあり、また、キャリアウェーブ（例えば、インターネットを介しての伝送）の形態で実現されるものも含む。また、コンピュータ読み取り可能な記録媒体は、ネットワークで接続されたコンピュータシステムに分散されて、分散方式によりコンピュータ読み取り可能なコードが格納され実行されることができる。

ここで使用される全ての用語は違って定義されない限り、本発明の属する分野における通常の知識を有した者により一般的に理解されるものと同じ意味を有する。一般的に使用される辞書に定義されている用語は、関連技術の文脈上有する意味と一致するものと解釈されなければならず、本出願において、明白に定義しない限り、理想的とか過度に形式的な意味を有することと解釈されることができない。

図１は、本発明の一実施形態に係るリアルタイム遠隔漏水感知システムを説明する図であり、図２は、図１にあるリアルタイム遠隔漏水感知システムを説明するブロック図である。

図１及び図２に示すように、リアルタイム遠隔漏水感知システム１００は、複数の漏水感知センサノード１１０、ネットワークノード１２０、ゲートウェイ１３０、及び漏水感知管制ノード１４０を備える。

複数の漏水感知センサノード１１０は、複数のセンサ運用モードによって動作し、地中パイプ上に装着される。

一実施形態において、複数の漏水感知センサノード１１０は、地中パイプ１０に装着されて睡眠モード、待機モード、及び動作モードで運用され、漏水感知管制ノード１４０の命令に応じて手動または自動で地中パイプ１０の音圧を測定することができる。ここで、複数の漏水感知センサノード１１０は、直径６６ｍｍ、高さ１２５ｍｍ〜１３０ｍｍに該当する円筒形の漏水感知センサケース内に設置されて、地中パイプ１０の管種及び管径に関係なく、５０ｍ〜３００ｍの間隔で地中パイプ１０に装着されることができる。

複数の漏水感知センサノード１１０は、睡眠モード、待機モード、動作モードによって複数のコンポーネントに供給する電源を異ならせて不要なバッテリ電力消費を最小化することができる。

一実施形態において、複数の漏水感知センサノード１１０は、睡眠モードでＲＴＣ（Ｒｅａｌ Ｔｉｍｅ Ｃｌｏｃｋ、リアルタイムクロック）にのみ電源を供給して、特定時間に待機モードに切り換えられるようにすることができる。複数の漏水感知センサノード１１０は、待機モードでネットワークノード１２０との送受信のためのバイナリ（Ｂｉｎａｒｙ）ＣＤＭＡ及びＣＰＵに電源を供給してバイナリ（Ｂｉｎａｒｙ）ＣＤＭＡ及びＣＰＵのブーティング（Ｂｏｏｔｉｎｇ）を始めることができる。複数の漏水感知センサノード１１０は、動作モードに地中パイプ１０の音圧を測定するための加速度センサ、アンプ（ＡＭＰ）、及びＡ／Ｄボーダー（Ｂｏｒｄｅｒ）に電源を供給することができる。

複数の漏水感知センサノード１１０は、睡眠モードから待機モードに切り換えられれば、ネットワークノード１２０のＮＴＰ（Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｔｉｍｅ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）ノードを介して時刻同期化が行われ得る。

一実施形態において、複数の漏水感知センサノード１１０は、特定ネットワークノード１２０と排他的なＮＴＰ階層関係を形成することができる。ここで、複数の漏水感知センサノード１１０は、第１のＮＴＰ階層に該当する特定ネットワークノード１２０のすぐ次の階層である第２のＮＴＰ階層に該当し、相互ピアリング関係（ｐｅｅｒｉｎｇ ｒｅｌａｔｉｏｎ）を有さないように連動することができる。

複数の漏水感知センサノード１１０は、特定ネットワークノード１２０を介して時刻同期化が完了すれば、地中パイプ１０に対する音圧をデジタル信号に変換して漏水感知管制ノード１４０に伝送することができる。ここで、複数の漏水感知センサノード１１０は、特定ネットワークノード１２０と第１の通信プロトコル（ここで、第１の通信プロトコルは、Ｂｉｎａｒｙ ＣＤＭＡに該当する）で連動して地中パイプ１０に対する音圧（ここで、音圧は、デジタル信号に変換されたデータに該当する）を特定ネットワークノード１２０に伝送することができる。

ネットワークノード１２０は、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）を介してＮＴＰ（Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｔｉｍｅ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）ノードに時刻を設定した後、複数の漏水感知センサノード１１０が特定センサ運用モードに進入する場合、ＮＴＰノードが複数の漏水感知センサノード１１０の時刻を同期化するように制御する。

一実施形態において、ネットワークノード１２０は、複数の漏水感知センサノード１１０が睡眠モードから待機モードに進入して時刻同期化に対する要請をすれば、ＮＴＰノードを介して複数の漏水感知センサノード１１０が時刻同期化され得るように制御することができる。ここで、ネットワークノード１２０は、第１のＮＴＰ階層（ｓｔｒａｔｕｍ）で構成されて、第１のＮＴＰ階層（ｓｔｒａｔｕｍ）のすぐ次の階層である第２のＮＴＰ階層（ｓｔｒａｔｕｍ）で構成される複数の漏水感知センサノード１１０から時刻同期化要請を受信することができる。このとき、ネットワークノード１２０は、複数の漏水感知センサノード１１０と１：Ｎ関係に該当することができる。

ネットワークノード１２０は、複数の漏水感知センサノード１１０と第１の通信プロトコルで連動し、漏水感知管制ノード１４０と第２の通信プロトコルで連動し、第１及び第２の通信プロトコル間の変換を行うことができる。

一実施形態において、ネットワークノード１２０は、最大５００ｍ距離にある複数の漏水感知センサノード１１０と第１の通信プロトコルで連動して複数の漏水感知センサノード１１０で測定された地中パイプ１０の音圧を受信したり、または漏水感知管制ノード１４０から受信された命令を複数の漏水感知センサノード１１０に伝送することができる。ここで、第１の通信プロトコルは、ＲＦ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）通信に該当することができる。

他の一実施形態において、ネットワークノード１２０は、漏水感知管制ノード１４０と第２の通信プロトコルで連動して漏水感知管制ノード１４０から地中パイプ１０の音圧測定命令を受信したり、または複数の漏水感知センサノード１１０で測定された地中パイプ１０の音圧を漏水感知管制ノード１４０に伝送することができる。ここで、第２の通信プロトコルは、セルラー（Ｃｅｌｌｕｌａｒ）またはワイファイ（Ｗｉ−Ｆｉ）のような移動無線通信に該当することができる。

特定ネットワークノード１２０は、漏水感知管制ノード１４０と通信するゲートウェイ１３０のうちの１つに該当することができる。ここで、ネットワークノード１２０は、ゲートウェイ１３０と１：Ｎ関係に該当することができる。

一実施形態において、図４（ａ）で、ネットワークノード１２０は、ＡＣ／ＤＣ５０１、ＲＦモデム５０２、ＧＰＳアンテナ５０３、及びＲＦアンテナ５０４を備えることができる。ここで、ＡＣ／ＤＣ５０１は、直流（Ｄｉｒｅｃｔ Ｃｕｒｒｅｎｔ）を交流（Ａｌｔｅｒｎａｔｉｎｇ Ｃｕｒｒｅｎｔ）に変換したり、または交流（Ａｌｔｅｒｎａｔｉｎｇ Ｃｕｒｒｅｎｔ）を直流（Ｄｉｒｅｃｔ Ｃｕｒｒｅｎｔ）に変換することができ、ＲＦモデム５０２は、複数の従属（Ｓｌａｖｅ）ＲＦモデム等とマスター（Ｍａｓｔｅｒ）ＲＦモデムで構成されて、複数の従属（Ｓｌａｖｅ）ＲＦモデム等の無線周波数を介して送受信されたデータをマスター（Ｍａｓｔｅｒ）ＲＦモデムで収集することができ、ＧＰＳアンテナ５０３は、ＧＰＳ衛星信号を受信することができ、ＲＦアンテナ５０４は、ＲＦモデム５０２に対する周波数を送受信することができる。

他の一実施形態において、図４（ｂ）で、ゲートウェイ１３０は、ＡＣ／ＤＣ５０１、ＲＦモデム５０２、ＧＰＳアンテナ５０３、ＲＦアンテナ５０４、ＣＤＭＡモデム５０５、及びＣＤＭＡアンテナ５０６を備えることができる。ここで、ＡＣ／ＤＣ５０１、ＲＦモデム５０２、ＧＰＳアンテナ５０３、及びＲＦアンテナ５０４は、ネットワークノード１２０で行われる技術と同様であって説明を省略する。ＣＤＭＡモデム５０５は、１０Ｍｂｐｓ両方向伝送が可能であって、一定量の情報を集めて一時に伝送することができ、ＣＤＭＡアンテナ５０６は、ＣＤＭＡモデム５０２に対する周波数を共有してデジタル信号を送受信することができる。

ネットワークノード１２０は、線路安定性（ｐａｔｈ ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ）または現時点での瞬間処理量（ｉｎｓｔａｎｔ ｔｈｒｏｕｇｈｐｕｔ）に基づいて次のノードを決定できるように特定漏水感知センサノード１１０と漏水感知管制ノード１４０との間のマルチホップ（ＭＵＬＴＩ−ＨＯＰ）通信を行うことができる。ここで、線路安定性は、データの送受信速度に対する変動幅がなく（すなわち、所定速度でデータを送受信する）、持続的にデータ送受信可能な線路に該当することができ、現時点での瞬間処理量は、現在から過去の特定時点までの処理量に基づいて判断することができる。

一実施形態において、ネットワークノード１２０は、線路安定性が不安定であれば、ネットワーク線路を自動変換することができる。例えば、第１のネットワークノード１２０は、特定漏水感知センサノード１１０から地中パイプ１０の音圧データを受信し、第２のネットワークノード１２０と第３のネットワークノード１２０との各々のデータ送受信速度を分析して、データ送受信速度が最も速いネットワークノード１２０に地中パイプ１０の音圧データを送信することができる。

他の一実施形態において、ネットワークノード１２０は、現時点での瞬間処理量をチェックしてネットワーク線路を自動変換することができる。例えば、第１のネットワークノード１２０は、特定漏水感知センサノード１１０から地中パイプ１０の音圧データを受信し、第２のネットワークノード１２０と第３のネットワークノード１２０との各々が現在から過去３日間のデータ処理量をチェックして、データ処理量が多いネットワークノード１２０に地中パイプ１０の音圧データを送信することができる。

ネットワークノード１２０は、故障有無または現時点での瞬間処理量によって直接または間接にマルチパス（Ｍｕｌｔｉ−Ｐａｔｈ）方式によって無線通信することができる。例えば、基準データ送受信線路は、第１のネットワークノード１２０、第２のネットワークノード１２０、第４のネットワークノード１２０、第６のネットワークノード１２０、及び第１のゲートウェイ１３０に該当するとき、第４のネットワークノード１２０で通信障害が発生すれば、第２のネットワークノード１２０で第３のネットワークノード１２０及び第５のネットワークノード１２０にデータを伝送して、第６のネットワークノード１２０にデータを送信するように変更されることができる。

ゲートウェイ１３０は、ネットワークノード１２０のうちの１つに該当して、複数のネットワークノード１２０から地中パイプ１０の音圧データを受信して漏水感知管制ノード１４０に送信し、漏水感知管制ノード１４０から地中パイプ１０音圧測定命令を受信して複数のネットワークノード１２０に送信する。

一実施形態において、ゲートウェイ１３０は、ネットワークノード１２０と１：Ｎ関係に該当することができ、漏水感知管制ノード１４０とＮ：１関係に該当することができる。ここで、ゲートウェイ１３０は、最小１００ｍ以上の距離にあるネットワークノード１２０とデータを送受信することができる。

漏水感知管制ノード１４０は、少なくとも１つのネットワークノード１２０間の接続がなくても関係ないアドホック（ＡＤ−ＨＯＣ）ネットワークを構成し、出発地または目的地として特定ネットワークノード１２０と通信を行う。

一実施形態において、漏水感知管制ノード１４０は、複数のアドホック（例えば、複数のアドホックは、第１のアドホック、第２のアドホック、及び第３のアドホックに該当することができる）ネットワークを構成してゲートウェイ１３０及びネットワークノード１２０と通信を行うことができる。例えば、図５において、漏水感知管制ノード１４０は、複数のゲートウェイ１３０−１、１３０−２、・・・、１３０−Ｎ）と第１のアドホックネットワークを構成して通信を行うことができ、複数のゲートウェイ１３０−１、１３０−２、・・・、１３０−Ｎに連動した複数のネットワークノード１２０−１、１２０−２、・・・、１２０−Ｎ）と第２のアドホックネットワークを構成して通信を行うことができる。ここで、第１のゲートウェイ１３０−１は、第２のゲートウェイ１３０−２からデータを受信すれば、当該データを漏水感知管制ノード１４０に送信することができる。すなわち、複数のゲートウェイ１３０−１、１３０−２、・・・、１３０−Ｎは、複数のネットワークノード１２０−１、１２０−２、・・・、１２０−Ｎから直接受信したデータのみならず、他のゲートウェイ１３０から受信したデータを漏水感知管制ノード１４０に送信することができる。

漏水感知管制ノード１４０は、特定ネットワークノード１２０を介して複数の漏水感知センサノード１１０を制御して地中パイプ１０の漏水を感知することができる。ここで、漏水感知管制ノード１４０は、ゲートウェイ１３０に地中パイプ１０音圧測定命令を伝送して、その結果を受信することができる。

漏水感知管制ノード１４０は、ゲートウェイ１３０から地中パイプ１０の音圧に対するデジタル信号を受信して、複数の漏水確率アルゴリズムを介して地中パイプ１０に対する漏水確率値を計算することができる。

一実施形態において、漏水感知管制ノード１４０は、ＲＭＳ（Ｒｏｏｔ Ｍｅａｎ Ｓｑｕａｒｅ）計算によってゲートウェイ１３０から受信した地中パイプ１０の音圧データを時間領域に対する実効値に計算してＦＦＴ（Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）計算によって地中パイプ１０の音圧データを周波数領域に対するスペクトルデータに変換し、ＬＳＩ（Ｌｅａｋ Ｓｉｇｎａｌ Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ）計算によって地中パイプ１０の音圧データに基づいて地中パイプ１０の漏水信号に対する強さを計算することができる。ここで、漏水感知管制ノード１４０は、ＲＭＳ（Ｒｏｏｔ Ｍｅａｎ Ｓｑｕａｒｅ）計算値及びＬＳＩ（Ｌｅａｋ Ｓｉｇｎａｌ Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ）計算値間の相関関係を分析して地中パイプ１０に対する漏水確率値を算出することができる。

一実施形態において、漏水感知管制ノード１４０は、漏水確率値が特定基準値を超過するかをチェックして地中パイプ１０に対する漏水有無を決定することができる。例えば、漏水感知管制ノード１４０は、漏水確率値が特定基準値を超過すれば、地中パイプ１０に漏水が発生したことと判断することができ、漏水確率値が特定基準値を超過しなければ、地中パイプ１０に漏水が発生しなかったことと判断することができる。

一実施形態において、漏水感知管制ノード１４０は、地中パイプ１０に漏水が発生したことと判断された場合、地中パイプ１０の音圧が地中パイプ１０の両端に装着された複数の漏水感知センサノード１１０に到達した時間差を計算することができる。例えば、漏水感知管制ノード１４０は、ＣＣＰ（Ｃｒｏｓｓ Ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ）計算によって地中パイプ１０の両端に装着された複数の漏水感知センサノード１１０間の相互相関関数を計算して、２つの漏水感知センサノード１１０間の時間差を計算することができる。ここで、漏水感知管制ノード１４０は、計算された地中パイプの音圧到達時間差に基づいて地中パイプ１０の漏水位置を推定することができる。

漏水感知管制ノード１４０は、ＧＩＳ（ＧｅｏｇｒａｐｈｉｃＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ）を介して複数の漏水感知センサノード１１０、少なくとも１つのネットワークノード１２０、及びゲートウェイ１３０の設置位置をモニタリングすることができる。

このとき、漏水感知管制ノード１４０は、スマートフォン、タブレットＰＣのような外部機器と接続されてスマートフォン、タブレットＰＣのような外部機器に複数の漏水感知センサノード１１０、少なくとも１つのネットワークノード１２０、及びゲートウェイ１３０に対する状態情報をリアルタイムに伝送することができる。

一実施形態において、漏水感知管制ノード１４０は、複数の漏水感知センサノード１１０、少なくとも１つのネットワークノード１２０、及びゲートウェイ１３０をモニタリングして、複数の漏水感知センサノード１１０、少なくとも１つのネットワークノード１２０、及びゲートウェイ１３０に対するイベント発生情報及び処理現況をチェックすることができる。ここで、イベント発生情報は、複数の漏水感知センサノード１１０、少なくとも１つのネットワークノード１２０、及びゲートウェイ１３０の各々に送受信されたデータ内容（例えば、データ内容は、送信または受信されたノードに関する情報、送信または受信されたデータ識別コード、及び送信または受信された時間を含むことができる）に該当することができ、処理現況は、複数の漏水感知センサノード１１０、少なくとも１つのネットワークノード１２０、及びゲートウェイ１３０の各々でのイベント発生情報に対する処理可否またはイベント発生情報に対する処理時間のうち、少なくとも１つに該当することができる。

漏水感知管制ノード１４０は、複数の漏水感知センサノード１１０及び少なくとも１つのネットワークノード１２０に対する遠隔制御を行うことができる。

一実施形態において、漏水感知管制ノード１４０は、遠隔で複数の漏水感知センサノード１１０及び少なくとも１つのネットワークノード１２０に対するファームウエア（Ｆｉｒｍｗａｒｅ）アップグレードを行うことができる。ここで、漏水感知管制ノード１４０は、複数の漏水感知センサノード１１０及び少なくとも１つのネットワークノード１２０に対するアップグレードを順次的に行うか、一括または順次的に行うことができる。

他の一実施形態において、漏水感知管制ノード１４０は、遠隔で複数の漏水感知センサノード１１０において特定期間以内に測定されたデータの再転送を要請することができる。例えば、特定期間は、一週間（７日）に該当することができる。

さらに他の一実施形態において、漏水感知管制ノード１４０は、遠隔で複数の漏水感知センサノード１１０及び少なくとも１つのネットワークノード１２０に対する電源のオン及びオフを制御することができる。例えば、漏水感知管制ノード１４０は、修理が必要であるか、交替が必要な特定漏水感知センサノード１１０または特定ネットワークノード１２０の電源をオフしてエネルギー効率を節減でき、作業者の安全を向上させることができる。

図３は、図１にあるリアルタイム遠隔漏水感知システムで行われるリアルタイム遠隔漏水感知過程を説明する順序図である。

図３に示すように、リアルタイム遠隔漏水感知システム１００は、複数の漏水感知センサノード１１０が特定センサ運用モードに進入すれば、漏水感知管制ノード１４０から地中パイプ１０の音圧測定命令を受信したかをチェックする（ステップＳ３０１及びステップＳ３０２）。

複数の漏水感知センサノード１１０は、地中パイプ１０に装着されて睡眠モード、待機モード、及び動作モードで運用され、漏水感知管制ノード１４０の命令に応じて手動または自動で地中パイプ１０の音圧を測定する（ステップＳ３０３）。ここで、複数の漏水感知センサノード１１０は、ネットワークノード１２０のＮＴＰ（Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｔｉｍｅ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）ノードを介して時刻同期化が行われ得る。

一実施形態において、複数の漏水感知センサノード１１０は、漏水感知管制ノード１４０で設定した所定周期の時間になると、睡眠モードから待機モードに切り換えて、動作モードに対する準備が完了すれば、待機モードから動作モードに切り換え、地中パイプ１０の音圧を測定してネットワークノード１２０に伝送することができる。

他の一実施形態において、複数の漏水感知センサノード１１０は、漏水感知管制ノード１４０で設定した所定周期の時間になると、睡眠モードから待機モードに切り換え、漏水感知管制ノード１４０から地中パイプ１０の音圧測定命令があるかをチェックして、地中パイプ１０の音圧測定命令があれば、待機モードから動作モードに切り換えて地中パイプ１０の音圧を測定し、地中パイプ１０の音圧測定命令がなければ、待機モードから再度睡眠モードに切り換えることができる。

複数の漏水感知センサノード１１０は、地中パイプ１０に対する音圧をデジタル信号に変換して、特定ネットワークノード１２０と連動した第１の通信プロトコル（ここで、第１の通信プロトコルは、Ｂｉｎａｒｙ ＣＤＭＡに該当する）を介して地中パイプ１０に対する音圧データを特定ネットワークノード１２０に伝送する（ステップＳ３０４）。

より具体的に、複数の漏水感知センサノード１１０は、動作モードで加速度センサを介して地中パイプ１０の音圧を感知して音圧のサイズに対応する電荷を出力することができ、アンプ（ＡＭＰ）を介して加速度センサから出力された電荷を電圧に変換して増幅させることができ、Ａ／Ｄボーダー（Ｂｏｒｄｅｒ）を介してアンプで増幅されたアナログ信号をデジタル信号に変換することができ、アンテナを介してデジタル信号をネットワークノード１２０に伝送することができる。

ネットワークノード１２０は、線路安定性（ｐａｔｈ ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ）または現時点での瞬間処理量（ｉｎｓｔａｎｔ ｔｈｒｏｕｇｈｐｕｔ）に基づいて次のノードを決定することができるように、特定漏水感知センサノード１１０と漏水感知管制ノード１４０との間のマルチホップ（ＭＵＬＴＩ−ＨＯＰ）通信を行うことができる。

一実施形態において、現時点での瞬間処理量は、下記の数式によって算出されることができる。

Ｔ＝（ｆ（Ｖ）×ｇ（Ｄ））／（Ｍ＿ｈｏｐ＿ｎｕｍ／Ａ＿ｈｏｐ＿ｎｕｍ）

ここで、ｆ（Ｖ）は、少なくとも１つのネットワークノード１２０の伝送速度、ｇ（Ｄ）は、少なくとも１つのネットワークノード１２０間の距離、Ｍ＿ｈｏｐ＿ｎｕｍは、マルチホップを介した少なくとも１つのネットワークノード１２０間のホッピング数、Ａ＿ｈｏｐ＿ｎｕｍは、マルチホップで連動した少なくとも１つのネットワークノード１２０の数に該当することができる。

例えば、現時点での瞬間処理量は、少なくとも１つのネットワークノード１２０の伝送速度が１０で、同じような場合、少なくとも１つのネットワークノード１２０間の距離が１００、マルチホップを介した少なくとも１つのネットワークノード１２０間のホッピング数が５、マルチホップで連動した少なくとも１つのネットワークノード１２０の数が１０であれば、２０００（＝（１０×１００）／（５／１０））に該当することができ、少なくとも１つのネットワークノード１２０間の距離が１００、マルチホップを介した少なくとも１つのネットワークノード１２０間のホッピング数が２、マルチホップで連動した少なくとも１つのネットワークノード１２０の数が１０であれば、５０００（＝（１０×１００）／（２／１０））に該当することができる。したがって、現時点での瞬間処理量は、マルチホップを介した少なくとも１つのネットワークノード１２０間のホッピング数が少ないほど増加することができる。

他の例として、現時点での瞬間処理量は、マルチホップを介した少なくとも１つのネットワークノード１２０間のホッピング数が５で、同じような場合、少なくとも１つのネットワークノード１２０の伝送速度が１０、少なくとも１つのネットワークノード１２０間の距離が１００、マルチホップで連動した少なくとも１つのネットワークノード１２０の数が１０であれば、２０００（＝（１０×１００）／（５／１０））に該当することができ、少なくとも１つのネットワークノード１２０の伝送速度が５、少なくとも１つのネットワークノード１２０間の距離が１００、マルチホップで連動した少なくとも１つのネットワークノード１２０の数が１０であれば、１０００（＝（５×１００）／（５／１０））に該当することができる。したがって、現時点での瞬間処理量は、少なくとも１つのネットワークノード１２０の伝送速度が速いほど増加することができる。

ネットワークノード１２０は、複数の漏水感知センサノード１１０から受信した地中パイプ１０の音圧データをゲートウェイに伝送する（ステップＳ３０５）。

ゲートウェイ１３０は、複数のネットワークノード１２０から地中パイプ１０の音圧データを受信して漏水感知管制ノード１４０に伝送する（ステップＳ３０６）。

漏水感知管制ノード１４０は、ゲートウェイ１３０から地中パイプ１０の音圧に対するデジタル信号を受信し、複数の漏水確率アルゴリズムを介して地中パイプ１０に対する漏水確率値を計算して地中パイプ１０に対する漏水有無を判断する（ステップＳ３０７）。ここで、漏水感知管制ノード１４０は、少なくとも１つのゲートウェイ１３０間の接続がなくても関係ないアドホック（ＡＤ−ＨＯＣ）ネットワークを構成し、出発地または目的地として特定ゲートウェイ１３０と通信を行うことができる。

一実施形態において、漏水感知管制ノード１４０は、ＲＭＳ（Ｒｏｏｔ Ｍｅａｎ Ｓｑｕａｒｅ）計算によってゲートウェイ１３０から受信した地中パイプ１０の音圧データを時間領域に対する実効値に計算して、ＦＦＴ（Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）計算によって地中パイプ１０の音圧データを周波数領域に対するスペクトルデータに変換し、ＬＳＩ（Ｌｅａｋ Ｓｉｇｎａｌ Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ）計算によって地中パイプ１０の音圧データに基づいて地中パイプ１０の漏水信号に対する強さを計算することができる。ここで、漏水感知管制ノード１４０は、ＲＭＳ（Ｒｏｏｔ Ｍｅａｎ Ｓｑｕａｒｅ）計算値及びＬＳＩ（Ｌｅａｋ Ｓｉｇｎａｌ Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ）計算値間の相関関係を分析して地中パイプ１０に対する漏水確率値を算出することができる。

漏水感知管制ノード１４０は、地中パイプ１０に漏水が発生したことと判断された場合、地中パイプ１０の音圧が地中パイプ１０の両端に装着された複数の漏水感知センサノード１１０に到達した時間差を計算することができる。ここで、漏水感知管制ノード１４０は、計算された地中パイプの音圧到達時間差に基づいて地中パイプ１０の漏水位置を推定することができる。

上記では、本出願の好ましい実施形態を参照して説明したが、当該技術分野の熟練した当業者は、下記の特許請求の範囲に記載された本発明の思想及び領域から逸脱しない範囲内で本出願を様々に修正及び変更させることができることを理解できるであろう。

１００ リアルタイム遠隔漏水感知システム
１１０ 漏水感知センサノード
１２０ ネットワークノード
１３０ ゲートウェイ
１４０ 漏水感知管制ノード

Claims (18)

1. 複数のセンサ運用モードによって動作し、地中パイプ上に装着された複数の漏水感知センサノードと、
   ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）を介してＮＴＰ（Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｔｉｍｅ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）ノードに時刻を設定した後、前記複数の漏水感知センサノードが特定センサ運用モードに進入する場合、前記ＮＴＰノードが前記複数の漏水感知センサノードの時刻を同期化するように制御する少なくとも１つのネットワークノードと、
   を備えることを特徴とするリアルタイム遠隔漏水感知システム。
2. 前記少なくとも１つのネットワークノード間の接続がなくても関係ないアドホック（ＡＤ−ＨＯＣ）ネットワークを構成し、出発地または目的地として特定ネットワークノードと通信を行う漏水感知管制ノードをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のリアルタイム遠隔漏水感知システム。
3. 前記少なくとも１つのネットワークノードは、
   第１のＮＴＰ階層（ｓｔｒａｔｕｍ）で構成され、前記特定センサ運用モードで前記複数の漏水感知センサノードから時刻同期化要請を受信することを特徴とする請求項１に記載のリアルタイム遠隔漏水感知システム。
4. 前記複数の漏水感知センサノードは、
   前記第１のＮＴＰ階層のすぐ次の階層である第２のＮＴＰ階層で構成され、相互ピアリング関係（ｐｅｅｒｉｎｇ ｒｅｌａｔｉｏｎ）を有さないことを特徴とする請求項３に記載のリアルタイム遠隔漏水感知システム。
5. 前記複数の漏水感知センサノードは、
   特定ネットワークノードと排他的なＮＴＰ階層関係を形成することを特徴とする請求項４に記載のリアルタイム遠隔漏水感知システム。
6. 前記複数の漏水感知センサノードは、
   特定ネットワークノードを介して時刻同期化が完了すれば、前記地中パイプに対する音圧をデジタル信号に変換して前記漏水感知管制ノードに伝送することを特徴とする請求項２に記載のリアルタイム遠隔漏水感知システム。
7. 前記少なくとも１つのネットワークノードは、
   前記複数の漏水感知センサノードと第１の通信プロトコルで連動し、前記漏水感知管制ノードと第２の通信プロトコルで連動し、第１及び第２の通信プロトコル間の変換を行うことを特徴とする請求項２に記載のリアルタイム遠隔漏水感知システム。
8. 前記少なくとも１つのネットワークノードは、
   線路安定性（ｐａｔｈ ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ）または現時点での瞬間処理量（ｉｎｓｔａｎｔ ｔｈｒｏｕｇｈｐｕｔ）に基づいて次のノードを決定できるように特定漏水感知センサノードと前記漏水感知管制ノードとの間のマルチホップ（ＭＵＬＴＩ−ＨＯＰ）通信を行うことを特徴とする請求項２に記載のリアルタイム遠隔漏水感知システム。
9. 前記少なくとも１つのネットワークノードは、
   故障有無または前記現時点での瞬間処理量によって直接または間接にマルチパス（Ｍｕｌｔｉ−Ｐａｔｈ）方式によって無線通信することを特徴とする請求項８に記載のリアルタイム遠隔漏水感知システム。
10. 前記現時点での瞬間処理量は、
    下記の数式によって算出されることを特徴とする請求項９に記載のリアルタイム遠隔漏水感知システム。
    Ｔ＝（ｆ（Ｖ）×ｇ（Ｄ））／（Ｍ＿ｈｏｐ＿ｎｕｍ／Ａ＿ｈｏｐ＿ｎｕｍ）
    ここで、ｆ（Ｖ）は、前記少なくとも１つのネットワークノードの伝送速度、ｇ（Ｄ）は、前記少なくとも１つのネットワークノード間の距離、Ｍ＿ｈｏｐ＿ｎｕｍは、前記マルチホップを介した前記少なくとも１つのネットワークノード間のホッピング数、Ａ＿ｈｏｐ＿ｎｕｍは、前記マルチホップで連動した前記少なくとも１つのネットワークノードの数である。
11. 前記漏水感知管制ノードは、
    前記特定ネットワークノードを介して前記複数の漏水感知センサノードを制御して、前記地中パイプの漏水を感知することを特徴とする請求項１０に記載のリアルタイム遠隔漏水感知システム。
12. 前記漏水感知管制ノードは、
    前記地中パイプに漏水が発生した場合、前記地中パイプの音圧が前記地中パイプの両端に装着された前記複数の漏水感知センサノードに到達した時間差を計算することを特徴とする請求項１１に記載のリアルタイム遠隔漏水感知システム。
13. 前記漏水感知管制ノードは、
    前記計算された地中パイプの音圧到達時間差に基づいて前記地中パイプの漏水位置を推定することを特徴とする請求項１２に記載のリアルタイム遠隔漏水感知システム。
14. 複数の漏水感知センサノード、少なくとも１つのネットワークノード、及び漏水感知管制ノードを備えるリアルタイム遠隔漏水感知システムで行われるリアルタイム遠隔漏水感知方法であって、
    （ａ）前記少なくとも１つのネットワークノードでＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）を介してＮＴＰ（Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｔｉｍｅ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）ノードに時刻を設定するステップと、
    （ｂ）前記複数の漏水感知センサノードに対する特定センサ運用モード進入可否をチェックするステップと、
    （ｃ）前記複数の漏水感知センサノードが特定センサ運用モードに進入する場合、前記少なくとも１つのネットワークノードで前記ＮＴＰノードが前記複数の漏水感知センサノードの時刻を同期化するように制御するステップと、
    を含むことを特徴とするリアルタイム遠隔漏水感知方法。
15. （ｄ）前記漏水感知管制ノードが特定ネットワークノードを介して前記複数の漏水感知センサノードを制御して、前記複数の漏水感知センサノードで地中パイプの漏水を感知するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１４に記載のリアルタイム遠隔漏水感知方法。
16. （ｅ）前記漏水感知管制ノードが前記特定ネットワークノードから前記地中パイプの音圧に対するデジタル信号を受信して、複数の漏水確率アルゴリズムを介して前記地中パイプに対する漏水確率値を計算するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１５に記載のリアルタイム遠隔漏水感知方法。
17. （ｆ）前記漏水感知管制ノードで前記漏水確率値が特定基準値を超過するかをチェックして、前記地中パイプに対する漏水有無を決定するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１６に記載のリアルタイム遠隔漏水感知方法。
18. （ｇ）前記地中パイプに漏水が発生した場合、前記漏水感知管制ノードで前記地中パイプの音圧が前記地中パイプの両端に装着された前記複数の漏水感知センサノードに到達した時間差を計算して前記地中パイプの漏水位置を推定するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１７に記載のリアルタイム遠隔漏水感知方法。

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