JP2016181862A - 衛星を利用した無線センサネットワークシステム - Google Patents

Abstract

【課題】
局地的な気象変動や台風により発生した集中豪雨がもたらす地すべり等の災害監視に関し、携帯電話や無線ＬＡＮも届かない山間部等の僻地に設置された小形センサの雨量、位置センサの情報を収集することにより、またセンサ付近の衛星画像を提供することにより、災害監視に役立つ情報を提供すること。
【解決手段】
山岳地帯に配置したセンサ情報を、地球周回の人工衛星で中継して地上のデータサーバに配信する、衛星を利用した無線センサネットワークシステムであって、
センサ情報を収集し、人工衛星へ送信する無線センサノードと、カメラを用いてセンサ付近の画像を撮影し、受信したセンサ情報と画像データを地上局へ転送する人工衛星と、センサ情報と画像をデータサーバに配信する地上局と、を備えたシステムである。

【選択図】図１

Description

この発明は、衛星を利用した中継方法および画像撮影により分散配置されたセンサノードのセンサ情報を送受信する無線ネットワークシステムに関する。

従来のセンサネットワークシステムは、図３の通り複数の無線センサノードにより構成され、お互いが無線ネットワークを形成し、親センサノードが他センサノードのセンサ情報を収集し、親センサノードが収集した情報をインターネット経由でデータサーバに転送するものである。
また近年、地球上の生態系や環境状態を観測するために、地球上および地球大気圏内に分散的に多数のセンサ基地を配置し、そのデータを取得することが行われている。これら多数のセンサ基地からのデータ回収手段としては、地上の有線または無線通信ネットワークを利用するものが一般的であるが、人工衛星を使用したものもある。このような人工衛星を利用したデータ回収・中継技術は、ストア・アンド・フォアワード（Ｓ＆Ｆ）技術と呼ばれており、全地球規模で効率的なデータ回収を実現することができる。Ｓ＆Ｆ技術として、現在、全世界で唯一、アルゴスシステムが運用されている（例えば、非特許文献１参照）。アルゴスシステムは、ＣＮＥＳ、ＮＡＳＡ、ＮＯＡＡが主体となり、１９７８年から運用されており、他の世界的研究計画等の構成要素としての地位を確立している。

特開２０１３−５４００６号公報 特開２０１４−２０４１７７号公報 特開２００１−９９９０７号公報

林友直、岡本良夫、横山幸嗣、升本喜就 著 「人工衛星を用いた動態監視システム」エレクトロニクス実装学会誌 Ｖｏｌ．１１ Ｎｏ．７ ｐ．４９９〜５０７

台風あるいは局地的な気象変動により発生した集中豪雨がもたらす地滑り等の災害監視に関し、携帯電話や無線ＬＡＮも届かない山間部等の僻地におけるセンサ情報の収集方法において、雨量計、水分量計、ＧＰＳ測位センサ、等の情報を収集し、前記測定値に加えて衛星から撮影したセンサ付近の画像を提供することにより、災害監視に役立つ情報を定量的且つ可視的に提供すること。

山岳地帯に配置したセンサにより雨量、水質、水分量、精密測位位置、等を計測し、無線センサネットワークにより前記センサ情報を収集し、地球周回の人工衛星で中継して地上のデータサーバに配信する、衛星を利用した無線センサネットワークシステムであって、
前記センサ情報を収集し、送信データとして人工衛星へ送信する無線センサノードと、
前記無線センサノードから送られてくる信号を受信し、前記受信信号により衛星搭載のカメラを用いてセンサ付近の画像を撮影し、前記受信データと前記画像データを地上局へ転送する人工衛星と、
前記人工衛星から送られてくるデータを受信して前記センサ情報を再生し、前記センサ情報及び前記画像データをデータサーバに配信する地上局と、を備えたことを特徴とする、衛星を利用した無線センサネットワークシステムである。
また、前記発明の無線センサノードが、お互いにデータをやり取りするアドホックネットワークを形成する子センサノードを有し、子無線センサノードのセンサ情報を人工衛星に提供する親無線センサノードからなる無線センサネットワークシステムであっても良い。

本発明によれば、インターネット等の通信インフラが未整備の僻地や海洋上において利用することができ、且つセンサ付近の衛星画像も取得することができるので、視覚的な情報把握が可能であり、災害の早期対応に役立つセンサネットワークシステムを提供することを課題とする。
また、通信機は伝送フォーマット等において使用制限のない、送信機は小形、小電力であり、低額使用料のシステム提供を課題とする。

この発明の一実施形態を示すシステム概略図である。 この発明の他の実施形態を示すシステム概略図である。 従来技術を示すシステム概略図である。

この発明の一実施形態を、図１に示す。
本発明によるシステムは、無線センサノード、人工衛星、地上局が主構成要素である。前記無線センサノードは、測定対象を計測するセンサとセンサ情報を人工衛星へ送信する地上送信機を具備している。また、前記人工衛星は、前記センサノードから送られてくる信号を受信する受信機、受信した信号を復調しないでデジタル信号のままでミッションデータとしてメモリに蓄積するデータメモリ、前記受信信号を撮影コマンドとしてセンサ付近を撮像可能なカメラ、カメラ画像データを蓄積するメモリ、夫々の蓄積されたミッションデータと画像データを地上局へ転送する送信機を具備している。さらに、前記地上局は、前記人工衛星から送られてくるミッションデータと画像データを受信する受信機、受信したミッションデータを復調することによりセンサ情報を再生し、再生したセンサ情報と画像データをデータサーバに配信するデータ処理装置を具備する。
前記人工衛星は、地球低軌道（約６００ｋｍ）を周回し、静止軌道（約３６，０００ｋｍ）に比べて圧倒的に地球に近いため、低出力で小さく安価な送信機を用いて、衛星との通信が可能となる。
一方、前記人工衛星は、センサ親機の上空に来た時にセンサ情報を受信し、人工衛星のメモリ内に蓄積しておき、地上局の上空に来た時に保管しているデータをダウンリンクすることを特徴とする。
この発明の別な実施形態を、図２に示す。この実施例は、センサノードが子センサノードと親センサノードにより構成されている。親センサノードは、アドホックネットワークを形成する子センサノードを具備し、子センサノードのセンサ情報を人工衛星に提供することを特徴とするセンサネットワークシステムである。

この実施形態によれば、インターネット等の通信インフラが未整備の僻地や海洋上において利用することが出来る。また、通信機は伝送フォーマット等において使用制限は無くなり、低額使用料のシステムを構築出来る。
さらに、御嶽山噴火時や三陸での津波災害などにおいて、ＧＰＳ衛星により被災地の地形変化または被災者の位置情報等を自動的に把握し、衛星カメラによりいち早い被災地の状況を視覚的に捉え、低軌道を周回する小型衛星を使った通信網により災害対策本部に情報伝達することも可能になる。
「他の実施形態」
図１の実施形態では、センサノードが子センサノードと親センサノードにより構成されており、親センサノードは、アドホックな無線ネットワークを形成する子センサノードを具備し、子センサノードのセンサ情報を人工衛星に提供するシステム構成でも良い。

小形衛星を使った監視及び通信網は、地球観測を行う小形衛星に１０ｋｇ以下の装置を搭載することにより、平時にも携帯電話や無線ＬＡＮも届かないような山間部や僻地に設置された小形センサの情報から、現地における雨量等のデータ及びセンサ周辺のカメラ映像を収集することを可能とし、災害対策に利用可能である。

１ 無線センサノード
２ 人工衛星
３ 地上局

Claims (5)

1. 所望の地点に配置した無線センサとセンサネットワークを用いて収集した計測値を、地球周回の人工衛星で中継して地上のデータサーバに配信する、衛星を利用した無線センサネットワークシステムであって、
   前記無線センサの計測値を収集し送信データとして人工衛星へ送信する無線センサノードと、
   前記無線センサノードから送られてくる信号を受信し、前記受信信号により衛星搭載のカメラを用いて無線センサ付近の画像を撮影し、前記受信データと前記画像データを地上局へ転送する人工衛星と、
   前記人工衛星から送られてくるデータを受信して前記無線センサの計測値を再生し、前記センサの計測値及び前記画像をデータサーバに配信する地上局と、を備えたことを特徴とする、衛星を利用した無線センサネットワークシステム。
2. 前記無線センサノードは、お互いにデータをやり取りするアドホックネットワークを形成する子センサノードを具備し、子センサノードの計測値を収集した後、送信データとして人工衛星に送信することを特徴とする請求項１記載の衛星を利用した無線センサネットワークシステム。
3. 前記無線センサノードは、前記送信データの前に送信データを知らせるパイロット信号を付加し、前記人工衛星はパイロット信号を受信した後、前記送信データの受信を開始すると共に衛星搭載のカメラによりセンサ付近の画像を撮影するよう構成されていることを特徴とする請求項１〜２記載の衛星を利用した無線センサネットワークシステム。
4. 前記無線センサノードは、前記送信データと共に衛星搭載カメラの撮影コマンドを送信し、前記人工衛星が前記送信データを受信すると前記送信データの受信を開始し、前記撮影コマンドを受信すると衛星搭載のカメラによりセンサ付近の画像を撮影するよう構成されていることを特徴とする請求項１〜３記載の衛星を利用した無線センサネットワークシステム。
5. 前記人工衛星は、受信機とメモリを搭載し無線センサノードからの受信信号を復調しないでデジタル信号のままで一旦メモリに蓄積し、蓄積された全データを地上局に転送し、
   前記地上局は、人工衛星から受信した全データを一旦メモリに蓄え、前記データを復調することにより前記センサの計測値を再生することを特徴とする請求項１〜３記載の衛星を利用した無線センサネットワークシステム。