JP2015210126A - 変位計測装置及び変位計測方法 - Google Patents

Abstract

【課題】センサ端末の送信電力を大きくすることなく、雨量や地下水位などを示すセンサデータを伝送することができるとともに、センサ端末が設置される計測点の変位を計測することができるようにする。
【解決手段】基地局アンテナ３−１〜３−４により受信された変位計測用信号を用いて、変位計測対象のセンサ端末２が設置されている位置（ｘ_ｌ，ｙ_ｌ，ｚ_ｌ）の変位を計測する一方、変位計測点の状態を監視するセンサが接続されているセンサ端末２がマルチホップネットワークを構築して、センサの監視結果を示すセンサデータをマルチホップ通信で基地局アンテナ３に伝送するように構成する。
【選択図】図１

Description

この発明は、例えば、地滑りの恐れのある斜面の変位を計測する変位計測装置及び変位計測方法に関するものである。

以下の特許文献１に開示されている変位計測装置では、固定点に設置している複数の受信機が、計測点に設置されている発信機から発信された電波を受信し、複数の受信機の受信信号間の位相差から発信機の位置を算出することで、その発信機の設置位置（計測点）の変位を計測するようにしている。
変位計測装置は、発信機の設置位置の変位を計測するものであるが、地盤が変位する際には地下水位が上昇するなどの前兆現象があり、さらには集中豪雨がきっかけになって地盤が変位することも多いとされる。
そのため、計測点の変位を計測するだけでなく、雨量や地下水位などを計測することは重要であるが、発信機や複数の受信機などからなる変位計測装置とは別個に、雨量計や地下水位計などのセンサにより計測されたセンサデータを伝送する伝送装置を別途設置して、センサネットなどの無線ネットワークを構築することは不経済になる。

そこで、変位計測装置の発信機が、雨量計や地下水位計などのセンサにより計測されたセンサデータを伝送するセンサ端末を兼ねるように構成して、発信する電波にセンサデータを重畳する方法が考えられる。
しかし、複数の受信機が発信機から発信された微弱な電波を受信することが可能であれば、計測点の変位を計測することができる変位計測装置と比べて、より高いＳＮ比（信号対雑音比）のデータ伝送を実現する必要がある。また、地滑りの監視対象の計測範囲は比較的広域（〜１００ｍ）である。
そのため、センサ端末を兼ねる発信機の送信電力を大きくする必要があり、発信機の大型化や高コスト化のほか、電池寿命の短命化などの弊害をもたらす問題がある。

以下の特許文献２には、広範囲のデータ収集を可能にしている無線通信システムが開示されている。
この無線通信システムは、広域用の通信方式（例えば、無線ＬＡＮなど）と狭域用の通信方式（例えば、Ｚｉｇｂｅｅ（登録商標）など）の双方を実装している第１の端末と、狭域用の通信方式（例えば、Ｚｉｇｂｅｅ（登録商標）など）だけを実装しているセンシング用の第２の端末とから構成されている。
複数の第２の端末で収集されたセンサデータについては、狭域用の通信方式を用いて、近隣の第２の端末がマルチホップ通信を行うことで第１の端末に集められ、第１の端末が、広域用の通信方式を用いて、集められたセンサデータを遠距離（〜１００ｍ）に位置する中央局に伝送するようにしている。

特開２００６−３４９５１５号公報（図１） 特開２００５−１８４７２７号公報（図１）

従来の変位計測装置は以上のように構成されているので、広域用の通信方式と狭域用の通信方式の双方を実装している第１の端末と、狭域用の通信方式だけを実装しているセンシング用の第２の端末とを用意すれば、センサ端末を兼ねる発信機の送信電力を小さくすることができるが、２種類の端末を必要とする分だけ高コストになることが考えられる。
また、センシング用の第２の端末から発信された電波は、直接、中央局に伝送されないため、中央局では、第２の端末から発信された電波の受信位相を算出することができず、第２の端末が設置されている位置の変位を計測することができない課題があった。

この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、発信機であるセンサ端末の送信電力を大きくすることなく、雨量や地下水位などを示すセンサデータを伝送することができるとともに、センサ端末が設置される計測点の変位を計測することができる変位計測装置及び変位計測方法を得ることを目的とする。

この発明に係る変位計測装置は、変位計測点に設置されており、変位計測対象に指定されると、設置位置の目印となる変位計測用信号を発信する複数のセンサ端末と、変位計測対象のセンサ端末から発信された変位計測用信号を受信する複数の基地局アンテナと、複数の基地局アンテナにより受信された変位計測用信号を用いて、変位計測対象のセンサ端末が設置されている位置の変位を計測する変位計測手段とを備え、複数のセンサ端末には変位計測点の状態を監視するセンサが接続されており、複数のセンサ端末がマルチホップネットワークを構築して、センサの監視結果を示すセンサデータをマルチホップ通信で基地局アンテナに伝送するようにしたものである。

この発明によれば、複数の基地局アンテナが変位計測対象のセンサ端末から発信された変位計測用信号を受信すると、変位計測手段が複数の基地局アンテナにより受信された変位計測用信号を用いて、変位計測対象のセンサ端末が設置されている位置の変位を計測する一方、変位計測点の状態を監視するセンサが接続されている複数のセンサ端末がマルチホップネットワークを構築して、センサの監視結果を示すセンサデータをマルチホップ通信で基地局アンテナに伝送するように構成したので、センサ端末の送信電力を大きくすることなく、センサの監視結果を示すセンサデータを伝送することができるとともに、センサ端末が設置される計測点の変位を計測することができる効果がある。

この発明の実施の形態１による変位計測装置を示す構成図である。 この発明の実施の形態１による変位計測装置の処理内容（変位計測方法）を示すフローチャートである。 この発明の実施の形態２による変位計測装置を示す構成図である。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による変位計測装置を示す構成図である。
図１では、変位計測点の状態を監視するセンサとして、変位計測点における雨量を計測する雨量計１ａと、変位計測点における地下水位を計測する地下水位計１ｂとが設置されている例を示しているが、センサは、雨量計１ａや地下水位計１ｂに限るものではなく、例えば、傾斜計、歪計、加速度計、温度計、湿度計や照度計などのセンサであってもよい。
また、図１では、１台のセンサ端末２に対して、１台のセンサが接続されている例を示しているが、１台のセンサ端末２に対して、２台以上のセンサが接続されていてもよい。

図１において、センサ端末２は変位計測点に設置されており、基地局４から変位計測対象に指定されると、設置位置の目印となる変位計測用信号を発信する。
また、センサ端末２は基地局４の指示の下、近隣のセンサ端末２とマルチホップネットワークを構築し、雨量計１ａや地下水位計１ｂの監視結果を示すセンサデータ信号をマルチホップ通信で、いずれかの基地局アンテナ３に伝送する。

基地局アンテナ３−１〜３−４は変位計測対象のセンサ端末２から発信された変位計測用信号を受信するとともに、センサ端末２からマルチホップ通信で伝送されたセンサデータ信号を受信する。
センサ端末２が設置されている３次元の位置（ｘ，ｙ，ｚ）の変位を計測する場合、４基以上の基地局アンテナ３を設置する必要があるため、この実施の形態１では、４基の基地局アンテナ３−１〜３−４が設置されている例を説明するが、５基以上の基地局アンテナ３が設置されていてもよい。

基地局４の受信機５−１〜５−４は基地局アンテナ３−１〜３−４と有線で接続されており、基地局アンテナ３−１〜３−４の受信信号（変位計測用信号、または、センサデータ信号）に対する所定の受信処理（例えば、信号検波処理、周波数変換処理、Ａ／Ｄ変換処理など）を実施して、ディジタルの受信データ（変位計測用信号又はセンサデータ信号のディジタルデータ）を出力する。
復調処理部６は例えばＣＰＵを実装している半導体集積回路、あるいは、ワンチップマイコンなどから構成されており、受信機５−１〜５−４から出力されたセンサデータ信号のディジタルデータを復調し、復調後のディジタルデータであるセンサデータが示す雨量や地下水位の情報などを出力する処理を実施する。

積分処理部７は例えばＣＰＵを実装している半導体集積回路、あるいは、ワンチップマイコンなどから構成されており、変位計測対象のセンサ端末２から発信される既知の送信信号を用いて、基地局アンテナ３−１〜３−４により受信された変位計測用信号のディジタルデータを積分して、積分後の変位計測用信号のディジタルデータの位相を算出する処理を実施する。
測位計算部８は例えばＣＰＵを実装している半導体集積回路、あるいは、ワンチップマイコンなどから構成されており、積分処理部７により算出された位相から変位計測対象のセンサ端末が設置されている位置の変位を計測する処理を実施する。
なお、積分処理部７及び測位計算部８から変位計測手段が構成されている。

端末制御部９は例えばＣＰＵを実装している半導体集積回路、あるいは、ワンチップマイコンなどから構成されており、複数のセンサ端末２の中から、変位計測対象のセンサ端末２を選択し、例えば、内蔵の送信機を用いて、変位計測対象であるセンサ端末２を示す端末ＩＤ（端末識別情報）をマルチホップ通信で変位計測対象のセンサ端末２に伝送する処理を実施する。
また、端末制御部９はマルチホップ通信を行う通信経路（マルチホップネットワーク）を決定し、その通信経路の構築を指示する制御信号を複数のセンサ端末２に伝送する処理を実施する。なお、端末制御部９は端末制御手段を構成している。

図１の例では、基地局４の構成要素である受信機５−１〜５−４、復調処理部６、積分処理部７、測位計算部８及び端末制御部９のそれぞれが専用のハードウェアで構成されているものを想定しているが、基地局４の一部がコンピュータで構成されていてもよい。
基地局４の一部（例えば、受信機５−１〜５−４以外の構成要素）をコンピュータで構成する場合、復調処理部６、積分処理部７、測位計算部８及び端末制御部９の処理内容を記述しているプログラムをコンピュータのメモリに格納し、当該コンピュータのＣＰＵが当該メモリに格納されているプログラムを実行するようにすればよい。
図２はこの発明の実施の形態１による変位計測装置の処理内容（変位計測方法）を示すフローチャートである。

次に動作について説明する。
各センサ端末２は、少なくとも１機の他のセンサ端末２と狭域用の通信方式（例えば、Ｚｉｇｂｅｅ（登録商標）など）で通信可能な距離の範囲内に配置されており、全てのセンサ端末２がマルチホップ通信を実施することが可能であるとする。
また、少なくとも１機のセンサ端末２は、いずれかの基地局アンテナ３と狭域用の通信方式で通信可能な距離の範囲内に配置されており、全てのセンサ端末２が基地局４とマルチホップ通信を実施することが可能であるとする。
これにより、基地局アンテナ３が地滑り等を監視する区域から離れた位置に設置される場合でも、地滑り等を監視する区域と基地局アンテナ３との間に中継用のセンサ端末２を設置することで、監視区域の変位を観測することができる。
なお、各センサ端末２は、基地局アンテナ３との距離が、狭域用の通信方式を用いるデータ通信が困難な距離である場合でも、４基の基地局アンテナ３−１〜３−４と見通しがあり、微弱な電波が４基の基地局アンテナ３−１〜３−４に届くものとする。

まず、基地局４の端末制御部９は、例えば、各センサ端末２が設置されている位置の情報（例えば、センサ端末２が設置された当初の位置は既知であるものとする）を参照して、各々のセンサ端末２からいずれかの基地局アンテナ３に至る最短経路を探索し、各センサ端末２と最短経路上に存在するセンサ端末２に対して、通信経路の構築を指示する制御信号を送信する（ステップＳＴ１）。
例えば、図中、破線で囲まれているセンサ端末２については、当該センサ端末２の紙面右下に位置しているセンサ端末２（以下、「通信経路上端末」と称する）を介して、基地局アンテナ３−４に至る経路が最短経路であると判断し、破線で囲まれているセンサ端末２と通信経路上端末に対して、通信経路の構築を指示する制御信号を送信する。
即ち、端末制御部９は、基地局アンテナ３−４から制御信号を通信経路上端末に送信し、通信経路上端末は、端末制御部９から送信された制御信号を破線で囲まれているセンサ端末２に送信する。

破線で囲まれているセンサ端末２と通信経路上端末は、端末制御部９から制御信号を受けると、破線で囲まれているセンサ端末２から、通信経路上端末を通って、基地局アンテナ３−４に至る通信経路を構築する。
これにより、破線で囲まれているセンサ端末２は、地下水位計１ｂの監視結果を示すセンサデータ信号をマルチホップ通信で基地局４に送信することが可能になる。
ここでは、各センサ端末２が設置されている位置の情報を参照して、通信経路を決定する例を示しているが、既存のセンサネットシステムの制御方法を用いて、通信経路を決定すればよく、例えば、各センサ端末２から発信された電波の受信電力を比較して、通信経路を決定するようにしてもよい。

基地局４の端末制御部９は、全てのセンサ端末２とマルチホップ通信を実施するための通信経路を構築すると、全てのセンサ端末２の中から、変位計測対象のセンサ端末２を選択し、変位計測対象であるセンサ端末２を示す端末ＩＤと、変位計測対象であるセンサ端末２が発信する変位計測用信号の信号内容を示す信号情報とを含む制御信号をマルチホップ通信で変位計測対象のセンサ端末２に伝送する。
例えば、変位計測対象のセンサ端末２が、破線で囲まれているセンサ端末２であれば、上記の通信経路上端末を介して、その端末ＩＤと信号情報を含む制御信号を破線で囲まれているセンサ端末２に送信する。なお、この制御信号の中に、変位計測用信号の送信時刻などが含まれていてもよい。

全てのセンサ端末２は、基地局４とマルチホップ通信を実施するための通信経路が構築されると、接続されているセンサの監視結果を示すセンサデータ信号をマルチホップ通信で、いずれかの基地局アンテナ３に伝送する。
基地局４の受信機５−１〜５−４は、基地局アンテナ３−１〜３−４のうち、自己が接続されている基地局アンテナ３がセンサデータ信号を受信すると（ステップＳＴ２）、そのセンサデータ信号に対する所定の受信処理（例えば、信号検波処理、周波数変換処理、Ａ／Ｄ変換処理など）を実施して、センサデータ信号のディジタルデータを復調処理部６に出力する。
復調処理部６は、いずれかの受信機５からセンサデータ信号のディジタルデータを受けると、そのディジタルデータの復調処理を実施し、復調処理後のディジタルデータであるセンサデータが示す雨量や地下水位等の情報を出力する（ステップＳＴ３）。

変位計測対象のセンサ端末２は、端末ＩＤと信号情報を含む制御信号を受信すると、その信号情報が示す信号内容に対応している変位計測用信号として、送信信号ｓ_ｌ（ｋ）を発信する。
基地局アンテナ３−１〜３−４は、変位計測対象のセンサ端末２から発信された変位計測用信号を受信する。以下、基地局アンテナ３−１〜３−４により受信された変位計測用信号をｕ_ｍ（ｋ）で表記する。
基地局４の受信機５−１〜５−４は、基地局アンテナ３−１〜３−４が変位計測用信号ｕ_ｍ（ｋ）を受信すると（ステップＳＴ４）、その変位計測用信号ｕ_ｍ（ｋ）に対する所定の受信処理（例えば、信号検波処理、周波数変換処理、Ａ／Ｄ変換処理など）を実施して、変位計測用信号ｕ_ｍ（ｋ）のディジタルデータを積分処理部７に出力する。

基地局４の積分処理部７は、受信機５−１〜５−４から変位計測用信号ｕ_ｍ（ｋ）のディジタルデータを受けると、下記の式（１）に示すように、変位計測対象のセンサ端末２から発信される既知の送信信号ｓ_ｌ（ｋ）を用いて、変位計測用信号ｕ_ｍ（ｋ）のディジタルデータを積分する（ステップＳＴ５）。

式（１）において、ｓ_ｌ（ｋ）は変位計測対象であるｌ番目のセンサ端末２の送信信号、ｕ_ｍ（ｋ）はｍ番目の基地局アンテナ３−ｍ（ｍ＝１，２，・・・，Ｍ）の受信信号である。
また、Ｍは基地局アンテナ３の数（図１の例では、Ｍ＝４）、ｋは信号の時間を表すインデックス、Ｋは積分サンプル数、ｎは受信信号の時間シフト量である。

次に、積分処理部７は、積分後の変位計測用信号ｖ_ｌ，ｍ（ｎ）の振幅（絶対値）が最大になるｎを特定し、下記の式（２）に示すように、振幅が最大になるｎに対応する変位計測用信号ｖ_ｌ，ｍ（ｎ）の位相角を、受信信号である変位計測用信号ｖ_ｌ，ｍ（ｎ）の位相φ_ｌ，ｍとして求める（ステップＳＴ６）。

基地局４の測位計算部８は、積分処理部７が４つの基地局アンテナ３−１〜３−４により受信された変位計測用信号ｕ_１（ｋ）〜ｕ_４（ｋ）の位相φ_ｌ，１〜φ_ｌ，４を求めると、下記の式（３）に示すように、各位相φ_ｌ，ｍと変位計測対象であるｌ番目のセンサ端末２が設置されている位置（ｘ_ｌ，ｙ_ｌ，ｚ_ｌ）との関係を示す方程式を立てる。図１の例では、４つの基地局アンテナ３−１〜３−４が設置されているため、４つの方程式が立てられる。

式（３）において、（Ｘ_ｍ，Ｙ_ｍ，Ｚ_ｍ）はｍ番目の基地局アンテナ３−ｍが設置されている位置（既知）である。例えば、基地局アンテナ３−ｍの設置時にトータルステーション等で計測されているものとする。
また、Ｎ_ｌ，ｍは既知の位相整数値（位相整数値は、例えば、ｌ番目のセンサ端末２の設置当初の位置と、基地局アンテナ３−ｍの設置位置との距離から求まる）、ξ_ｌはｌ番目のセンサ端末２の送信位相である。

測位計算部８は、４つの方程式を立てると、それらの方程式を解くことで、変位計測対象であるｌ番目のセンサ端末２が設置されている位置（ｘ_ｌ，ｙ_ｌ，ｚ_ｌ）を算出する（ステップＳＴ７）。
測位計算部８は、変位計測対象であるｌ番目のセンサ端末２が設置されている位置（ｘ_ｌ，ｙ_ｌ，ｚ_ｌ）を算出すると、その位置（ｘ_ｌ，ｙ_ｌ，ｚ_ｌ）と、そのセンサ端末２が変位計測点に設置された当初の位置（ｘ_０，ｙ_０，ｚ_０）との差分（ｘ_ｌ−ｘ_０，ｙ_ｌ−ｙ_０，ｚ_ｌ−ｚ_０）を、そのセンサ端末２が設置されている位置の変位として計測する（ステップＳＴ８）。
ここでは、今回算出したセンサ端末２が設置されている位置（ｘ_ｌ，ｙ_ｌ，ｚ_ｌ）と、そのセンサ端末２が変位計測点に設置された当初の位置（ｘ_０，ｙ_０，ｚ_０）との差分（ｘ_ｌ−ｘ_０，ｙ_ｌ−ｙ_０，ｚ_ｌ−ｚ_０）を求めているが、例えば、今回算出したセンサ端末２が設置されている位置（ｘ_ｌ，ｙ_ｌ，ｚ_ｌ）と、前回算出したセンサ端末２が設置されている位置（ｘ_ｌ，ｙ_ｌ，ｚ_ｌ）との差分を、センサ端末２が設置されている位置の変位として計測するようにしてもよい。

以上で明らかなように、この実施の形態１によれば、基地局アンテナ３−１〜３−４が変位計測対象のセンサ端末２から発信された変位計測用信号を受信すると、基地局アンテナ３−１〜３−４により受信された変位計測用信号を用いて、変位計測対象のセンサ端末２が設置されている位置（ｘ_ｌ，ｙ_ｌ，ｚ_ｌ）の変位を計測する一方、変位計測点の状態を監視するセンサが接続されているセンサ端末２がマルチホップネットワークを構築して、センサの監視結果を示すセンサデータをマルチホップ通信で基地局アンテナ３に伝送するように構成したので、センサ端末２の送信電力を大きくすることなく、センサの監視結果を示すセンサデータを伝送することができるとともに、センサ端末２が設置される計測点の変位を計測することができる効果を奏する。

また、この実施の形態１によれば、変位計測対象のセンサ端末２から発信される既知の送信信号ｓ_ｌ（ｋ）を用いて、変位計測用信号ｕ_ｍ（ｋ）のディジタルデータを積分するように構成しているので、基地局アンテナ３−１〜３−４における変位計測用信号ｕ_ｍ（ｋ）のＳＮ比が改善されるようになり、その結果、変位計測対象のセンサ端末２と基地局アンテナ３−１〜３−４間の距離が長くて、基地局アンテナ３−１〜３−４における変位計測用信号ｕ_ｍ（ｋ）の受信電力が弱い場合でも、その変位計測用信号ｕ_ｍ（ｋ）の位相を正しく求めて、高精度の変位を計測することができる効果を奏する。

なお、積分後の変位計測用信号ｕ_ｍ（ｋ）のＳＮ比は、積分時間（積分サンプル数Ｋ）を大きくするほど改善することができるので、送信電力が微弱な通信方式（例えば、Ｚｉｇｂｅｅ（登録商標）など）を用いても、変位の計測を行うことができる。そのため、狭域用の１種類の通信方式のみをセンサ端末２に実装すればよいので、センサ端末２の低コスト化を実現することができる。
また、センサ端末２の送信電力が小さくて済むので、センサ端末２の電池の長寿命化を実現することもできる。

実施の形態２．
図３はこの発明の実施の形態２による変位計測装置を示す構成図であり、図において、図１と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
相関処理部１１は例えばＣＰＵを実装している半導体集積回路、あるいは、ワンチップマイコンなどから構成されており、基地局アンテナ３−１〜３−４により受信された変位計測用信号間の相関を演算して、相関処理後の信号から基地局アンテナ３−１〜３−４により受信された変位計測用信号間の位相差を算出する処理を実施する。

測位計算部１２は例えばＣＰＵを実装している半導体集積回路、あるいは、ワンチップマイコンなどから構成されており、相関処理部１１により算出された変位計測用信号間の位相差から変位計測対象のセンサ端末２が設置されている位置の変位を計測する処理を実施する。
なお、相関処理部１１及び測位計算部１２から変位計測手段が構成されている。

図３の例では、基地局４の構成要素である受信機５−１〜５−４、復調処理部６、相関処理部１１、測位計算部１２及び端末制御部９のそれぞれが専用のハードウェアで構成されているものを想定しているが、基地局４の一部がコンピュータで構成されていてもよい。
基地局４の一部（例えば、受信機５−１〜５−４以外の構成要素）をコンピュータで構成する場合、復調処理部６、相関処理部１１、測位計算部１２及び端末制御部９の処理内容を記述しているプログラムをコンピュータのメモリに格納し、当該コンピュータのＣＰＵが当該メモリに格納されているプログラムを実行するようにすればよい。

次に動作について説明する。
相関処理部１１及び測位計算部１２以外は、上記実施の形態１と同様であるため、ここでは、相関処理部１１及び測位計算部１２の処理内容を説明する。
ただし、この実施の形態２では、既知の送信信号ｓ_ｌ（ｋ）を用いて、変位計測用信号ｕ_ｍ（ｋ）のディジタルデータを積分する処理を実施しないので、制御信号には変位計測用信号の信号内容を示す信号情報が含められず、端末制御部９から端末ＩＤを含む制御信号が変位計測対象のセンサ端末２に送信される。

相関処理部１１は、基地局アンテナ３−１〜３−４が変位計測対象のセンサ端末２から発信された変位計測用信号ｕ_ｍ１（ｋ）〜ｕ_ｍ４（ｋ）を受信することで、受信機５−１〜５−４から変位計測用信号ｕ_ｍ１（ｋ）〜ｕ_ｍ４（ｋ）のディジタルデータを受けると、下記の式（４）に示すように、基地局アンテナ３−１により受信された変位計測用信号ｕ_ｍ１（ｋ）と、基地局アンテナ３−２により受信された変位計測用信号ｕ_ｍ２（ｋ）との相関を演算する。

次に、相関処理部１１は、相関処理後の信号ｗ_{ｍ１，ｍ２}（ｎ）の振幅（絶対値）が最大になるｎを求め、下記の式（５）に示すように、振幅が最大になるｎに対応する信号ｗ_{ｍ１，ｍ２}（ｎ）の位相角を、基地局アンテナ３−１により受信された変位計測用信号ｕ_ｍ１（ｋ）と、基地局アンテナ３−２により受信された変位計測用信号ｕ_ｍ２（ｋ）との位相差φ_ｌ，ｍ１−φ_ｌ，ｍ２として求める。

相関処理部１１は、位相差φ_ｍ１−φ_ｍ２を求める場合と同様の方法で、基地局アンテナ３−２により受信された変位計測用信号ｕ_ｍ２（ｋ）と、基地局アンテナ３−３により受信された変位計測用信号ｕ_ｍ３（ｋ）との相関を演算することで、基地局アンテナ３−２により受信された変位計測用信号ｕ_ｍ２（ｋ）と、基地局アンテナ３−３により受信された変位計測用信号ｕ_ｍ３（ｋ）との位相差φ_ｌ，ｍ２−φ_ｌ，ｍ３を求める。
また、相関処理部１１は、位相差φ_ｍ１−φ_ｍ２を求める場合と同様の方法で、基地局アンテナ３−３により受信された変位計測用信号ｕ_ｍ３（ｋ）と、基地局アンテナ３−４により受信された変位計測用信号ｕ_ｍ４（ｋ）との相関を演算することで、基地局アンテナ３−３により受信された変位計測用信号ｕ_ｍ３（ｋ）と、基地局アンテナ３−４により受信された変位計測用信号ｕ_ｍ４（ｋ）との位相差φ_ｌ，ｍ３−φ_ｌ，ｍ４を求める。

測位計算部１２は、相関処理部１１が基地局アンテナ３−１により受信された変位計測用信号ｕ_ｍ１（ｋ）と、基地局アンテナ３−２により受信された変位計測用信号ｕ_ｍ２（ｋ）との位相差φ_ｌ，ｍ１−_ｌ，φ_ｍ２を求めると、下記の式（６）に示すように、その位相差φ_ｌ，ｍ１−φ_ｌ，ｍ２と変位計測対象であるｌ番目のセンサ端末２が設置されている位置（ｘ_ｌ，ｙ_ｌ，ｚ_ｌ）との関係を示す方程式を立てる。

式（６）において、（Ｘ_ｍ１，Ｙ_ｍ１，Ｚ_ｍ１）は基地局アンテナ３−１が設置されている位置（既知）、（Ｘ_ｍ２，Ｙ_ｍ２，Ｚ_ｍ２）は基地局アンテナ３−２が設置されている位置（既知）である。
また、λは波長、Ｎ_{ｌ，ｍ１，ｍ２}は基地局アンテナ３−１と基地局アンテナ３−２の間の位相整数値（既知）である。

また、測位計算部１２は、相関処理部１１が基地局アンテナ３−２により受信された変位計測用信号ｕ_ｍ２（ｋ）と、基地局アンテナ３−３により受信された変位計測用信号ｕ_ｍ３（ｋ）との位相差φ_ｌ，ｍ２−φ_ｌ，ｍ３を求めると、下記の式（７）に示すように、その位相差φ_ｌ，ｍ２−φ_ｌ，ｍ３と変位計測対象であるｌ番目のセンサ端末２が設置されている位置（ｘ_ｌ，ｙ_ｌ，ｚ_ｌ）との関係を示す方程式を立てる。

式（７）において、（Ｘ_ｍ３，Ｙ_ｍ３，Ｚ_ｍ３）は基地局アンテナ３−３が設置されている位置（既知）である。
また、Ｎ_{ｌ，ｍ２，ｍ３}は基地局アンテナ３−２と基地局アンテナ３−３の間の位相整数値（既知）である。

また、測位計算部１２は、相関処理部１１が基地局アンテナ３−３により受信された変位計測用信号ｕ_ｍ３（ｋ）と、基地局アンテナ３−４により受信された変位計測用信号ｕ_ｍ４（ｋ）との位相差φ_ｌ，ｍ３−φ_ｌ，ｍ４を求めると、下記の式（８）に示すように、その位相差φ_ｌ，ｍ３−φ_ｌ，ｍ４と変位計測対象であるｌ番目のセンサ端末２が設置されている位置（ｘ_ｌ，ｙ_ｌ，ｚ_ｌ）との関係を示す方程式を立てる。

式（８）において、（Ｘ_ｍ４，Ｙ_ｍ４，Ｚ_ｍ４）は基地局アンテナ３−４が設置されている位置（既知）である。
また、Ｎ_{ｌ，ｍ３，ｍ４}は基地局アンテナ３−３と基地局アンテナ３−４の間の位相整数値（既知）である。

測位計算部１２は、式（６）〜（８）に示す方程式を立てると、それらの方程式を解くことで、変位計測対象であるｌ番目のセンサ端末２が設置されている位置（ｘ_ｌ，ｙ_ｌ，ｚ_ｌ）を算出する。
測位計算部１２は、変位計測対象であるｌ番目のセンサ端末２が設置されている位置（ｘ_ｌ，ｙ_ｌ，ｚ_ｌ）を算出すると、その位置（ｘ_ｌ，ｙ_ｌ，ｚ_ｌ）と、そのセンサ端末２が変位計測点に設置された当初の位置（ｘ_０，ｙ_０，ｚ_０）との差分（ｘ_ｌ−ｘ_０，ｙ_ｌ−ｙ_０，ｚ_ｌ−ｚ_０）を、そのセンサ端末２が設置されている位置の変位として計測する。

ここでは、今回算出したセンサ端末２が設置されている位置（ｘ_ｌ，ｙ_ｌ，ｚ_ｌ）と、そのセンサ端末２が変位計測点に設置された当初の位置（ｘ_０，ｙ_０，ｚ_０）との差分（ｘ_ｌ−ｘ_０，ｙ_ｌ−ｙ_０，ｚ_ｌ−ｚ_０）を求めているが、例えば、今回算出したセンサ端末２が設置されている位置（ｘ_ｌ，ｙ_ｌ，ｚ_ｌ）と、前回算出したセンサ端末２が設置されている位置（ｘ_ｌ，ｙ_ｌ，ｚ_ｌ）との差分を、センサ端末２が設置されている位置の変位として計測するようにしてもよい。

この実施の形態２によれば、相関処理部１１が複数の基地局アンテナ３により受信された変位計測用信号間の相関を演算することで、ＳＮ比の改善を図っているが、変位計測対象であるｌ番目のセンサ端末２の送信信号ｓ_ｌ（ｋ）が既知である場合の積分処理（図１の積分処理部７での積分処理）によるＳＮ比の改善度より悪いため、より長い積分時間（積分サンプル数Ｋ）を必要とするが、センサ端末２の送信信号ｓ_ｌ（ｋ）が既知である必要がなく、センサ端末２に対する制御を簡略化を図ることができる利点がある。

なお、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。

１ａ 雨量計（センサ）、１ｂ 地下水位計（センサ）、２ センサ端末、３−１〜３−４ 基地局アンテナ、４ 基地局、５−１〜５−４ 受信機、６ 復調処理部、７ 積分処理部（変位計測手段）、８ 測位計算部（変位計測手段）、９ 端末制御部（端末制御手段）、１１ 相関処理部（変位計測手段）、１２ 測位計算部（変位計測手段）。

Claims (5)

1. 変位計測点に設置されており、変位計測対象に指定されると、設置位置の目印となる変位計測用信号を発信する複数のセンサ端末と、
   前記変位計測対象のセンサ端末から発信された変位計測用信号を受信する複数の基地局アンテナと、
   前記複数の基地局アンテナにより受信された変位計測用信号を用いて、前記変位計測対象のセンサ端末が設置されている位置の変位を計測する変位計測手段とを備え、
   前記複数のセンサ端末には前記変位計測点の状態を監視するセンサが接続されており、
   前記複数のセンサ端末がマルチホップネットワークを構築して、前記センサの監視結果を示すセンサデータをマルチホップ通信で前記基地局アンテナに伝送することを特徴とする変位計測装置。
2. 前記複数のセンサ端末の中から、前記変位計測対象のセンサ端末を選択し、前記変位計測対象であるセンサ端末を示す端末識別情報をマルチホップ通信で前記変位計測対象のセンサ端末に伝送する端末制御手段を備え、
   前記端末識別情報が示すセンサ端末が変位計測用信号を発信することを特徴とする請求項１記載の変位計測装置。
3. 前記端末制御手段は、前記端末識別情報をマルチホップ通信で前記変位計測対象のセンサ端末に伝送する際、前記変位計測用信号の信号内容を指示する信号情報を前記変位計測対象のセンサ端末に伝送し、
   前記端末識別情報が示すセンサ端末は、前記信号情報が示す信号内容に対応している変位計測用信号を発信し、
   前記変位計測手段は、前記信号内容を用いて、前記複数の基地局アンテナにより受信された変位計測用信号を積分して、積分後の変位計測用信号の位相を求め、前記位相から前記変位計測対象のセンサ端末が設置されている位置の変位を計測することを特徴とする請求項２記載の変位計測装置。
4. 前記変位計測手段は、前記複数の基地局アンテナにより受信された変位計測用信号間の相関を演算することで、前記変位計測用信号間の位相差を算出し、前記位相差から前記変位計測対象のセンサ端末が設置されている位置の変位を計測することを特徴とする請求項１または請求項２記載の変位計測装置。
5. 変位計測点に設置されている複数のセンサ端末のうち、変位計測対象に指定されたセンサ端末が、設置位置の目印となる計測用信号を発信する計測用信号発信ステップと、
   複数の基地局アンテナが、前記変位計測対象のセンサ端末から発信された変位計測用信号を受信する変位計測用信号受信ステップと、
   変位計測手段が、前記複数の基地局アンテナにより受信された変位計測用信号を用いて、前記変位計測対象のセンサ端末が設置されている位置の変位を計測する変位計測ステップとを備えた変位計測方法において、
   前記複数のセンサ端末には前記変位計測点の状態を監視するセンサが接続されており、
   前記複数のセンサ端末がマルチホップネットワークを構築して、前記センサの監視結果を示すセンサデータをマルチホップ通信で前記基地局アンテナに伝送するセンサデータ伝送ステップを備えたことを特徴とする変位計測方法。

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