JP2017524177A - データ通信機器、システム、及び方法 - Google Patents

Abstract

データ通信機器、システム、及び方法が記載されている。データ通信システムは、地中筐体などの筐体への入り口ポート上に配設された送受信機を備える。送受信機は、入り口ポートに装着可能なハウジングを具備したことで、送受信機が地中筐体の外部のネットワークと通信するように構成されるようになっている。また、データ通信システムは、地中筐体内に配設された監視装置を具備し、地中筐体内のリアルタイムの状況に関するデータが提供されるようになっている。データ通信システムはまた、監視装置／センサからのデータを処理し、処理済みデータ信号を生成して、処理済みデータ信号を送受信機に通信する、センサ解析部も具備する。

Description

マシン間通信は、とりわけ、エネルギー、通信、及びセキュリティ市場に対してますます重要になってきている。当該業界において使用されている監視制御データ収集（ＳＣＡＤＡ）システムは、遠隔に位置するセンサからの入力に依存して、適切に機能している。ＳＣＡＤＡシステムはまた、信号を出力して、現地における遠隔機器を起動することができる。その機器のかなりの部分（米国電気事業者の〜１８％）は、地中に位置し、地上機器と地中機器との無線通信を提供することは、重要な課題である。

地中ケーブルの障害の場所を探すために使用される現在の方法は、依然として緩慢であり、労働集約的である。比較的短い供給停止なら、事業者に対して使用されてもよく、顧客に対して速度調整を行うことができるので、地中障害の場所を探し修理するより迅速な手段が必要である。

このように、地中機器が位置する地中機器用ボールト及び他の構造体の内外へ無線信号を伝達するニーズがある。

本発明の一態様において、データ通信システムは、地中又は地盤面の筐体などの筐体への入り口ポート上に配設された送受信機を備える。送受信機は、地中筐体環境に対応するよう、入り口ポートに装着可能なハウジングを具備したことで、送受信機が地中筐体の外部のネットワークと通信するように構成されるようになっている。また、データ通信システムは、筐体内に配設された、センサのような監視装置を具備し、筐体内のリアルタイムの状況に関するデータが提供されている。データ通信システムはまた、監視装置／センサからのデータを処理し、処理済みデータ信号を生成して、処理済みデータ信号を送受信機に通信する、センサ解析部も具備する。

別の態様において、センサは、電力、電圧、電流、温度、可燃物質又は燃焼副産物、機械的歪み、機械的移動、湿度、土壌状態、圧力、危険雰囲気、液体フロー、漏れ、部品寿命又は耐用年限、人感、物理的状態、光度、及び振動のうち少なくとも１つを検出する。更なる態様において、センサは、感知型ケーブル付属品に組み込まれ、電力ケーブルの状況を監視するように構成されている。

更に別の態様において、センサ解析部は、デジタル信号プロセッサを具備する。別の態様において、センサ解析部は、無線ネットワーク通信チップを具備する。

別の態様において、送受信部は、耐久性を有する地上アンテナ及び無線機を具備する。別の態様において、送受信機は、集約された情報を、地上にある上流の別の集約ノード又はクラウドサーバに送信するように構成されている。更なる態様において、集約されたデータは、定期的な状態通知及び非同期警報通知の１つ又は２つ以上を含む。

別の態様において、入り口ポートは、マンホールの蓋を含む。更なる態様において、送受信機は、マンホールの蓋に固定され、かつ前記入り口の蓋内に形成された穴を貫いて延在する送受信機ハウジングの一部分にも固定されている。更に別の態様において、前記入り口の蓋内に形成された穴を貫通して延在する前記送受信機ハウジング部分は、入り口の蓋の頂面と実質的に同一平面上にある。

別の態様において、前記入り口ポートは、マンホールの蓋と、マンホールの蓋を受容するリング部分と、を備え、前記送受信機が前記入り口ポートの前記リング部分に固定されている。

別の態様において、データ通信システムは、地中筐体内に位置する少なくとも１つの電力線に連結された電力採取装置（power harvesting device）を更に備える。別の態様では、電力採取装置が前記センサ解析部に連結され、かつ前記センサ解析部に電力を供給する。

本発明の別の態様において、データ通信システムは、地中筐体への入り口ポート上に配設された送受信機を備える。前記送受信機は、前記入り口ポートに装着可能なハウジングを具備し前記送受信機が前記地中筐体の外部のネットワークと通信するように構成されている。本システムはまた、感知型ケーブル付属品を具備する。この感知型ケーブル付属品は、地中筐体内に位置する電力線に装着され、地中筐体内部のリアルタイム状況に関連するデータを測定するセンサを具備する。前記感知型ケーブル付属品はまた、前記測定されたデータを処理する信号処理チップと、処理済みデータを前記送受信機に通信する通信チップと、を具備する。

別の態様において、前記感知型ケーブル付属品は、前記信号処理チップ及び通信チップに対し電力を供給するために電力線に連結した電力採取装置を更に備える。

本発明の別の態様において、データ通信システムは、ユーティリティ機器を収容する筐体の一部分の上に配設された送受信機を備える。この送受信機は、前記筐体に装着可能なハウジングを含み、前記送受信機は前記筐体の外部のネットワークと通信するように構成されている。また、本システムは、筐体内に配設された、センサのような監視装置を具備し、監視装置は筐体内のリアルタイムの状況に関するデータを提供するようになっている。本システムはまた、監視装置／センサからのデータを処理し、処理済みデータ信号を生成するための、センサ解析部も具備する。前記処理済みデータ信号は、前記送受信機に通信し得る。

別の態様において、前記筐体は、地中ボールトを備える。更なる態様において、前記筐体は、地盤面又は地上の筐体を備える。

本発明の上記の概要は、本発明のそれぞれの図示された実施形態又は全ての実施を説明しようとするものではない。下記の図面及び発明を実施するための形態は、これらの実施形態をより具体的に例示する。

以下では、一部において、図面を参照しながら本発明の非限定例によって、本発明を説明する。
本発明の第１の態様によるデータ通信システムの概略図である。 本発明の他の態様による代替の送受信機の装着物及び構造の側面図である。 本発明の他の態様による代替の送受信機の装着物及び構造の側面図である。 本発明の他の態様による代替の送受信機の装着物及び構造の側面図である。 本発明の他の態様による代替の送受信機の装着物及び構造の側面図である。 本発明の他の態様による代替の送受信機の装着物及び構造の側面図である。 本発明の別の態様によるデータ通信システムの概略図である。 本発明の別の態様による地中ボールトからのデータ信号を生成及び通信するための実施例プロセスの流れ図である。 本発明の別の態様によるデータ通信システムの概略図である。 本発明の別の態様によるデータ通信システムの概略図である。 本発明の別の態様によるデータ通信システムの実施例プロセスフローの流れ図である。 本発明の別の態様によるパッド実装データ通信システムの概略図である。 本発明の別の態様による地中データ通信システムの概略図である。

本発明は様々な修正及び代替形態が可能であるが、その具体像を例として図面に示すと共に詳細に説明する。しかしながら、その意図は、記載された特定の実施形態に本発明を限定することにないことを理解するべきである。逆に、本発明は、添付の請求の範囲に記載した発明の範囲を逸脱することなく、あらゆる変更、均等物、及び代替物を網羅することを意図している。

以下の発明を実施するための形態では、本明細書の一部を構成する添付の図面を参照し、本発明を実施することができる特定の実施形態を例として示す。その際、「上」、「下」、「前」、「後」、「前縁」、「前方」、「後縁」などの方向に関する用語は、説明する図面の方向を基準として用いられている。本発明の各実施形態の構成要素は多数の様々な方向で位置決めされ得るため、方向に関する用語は、説明の目的で用いられており、限定するものではない。他の実施形態を利用することもでき、また、構造的又は論理的な変更が、本発明の範囲から逸脱することなくなされ得ることが理解される。したがって、以下の詳細な説明は、限定的な意味で解釈されるべきではなく、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲によって定義される。

本明細書には、地面レベル、地上又は地中の筐体のような筐体内で利用できるデータ通信機器、システム、及び方法が記載されている。一態様において、筐体は、入り口ポートを介してアクセス可能な地中筐体である。本データ通信システムは、ボールト又はマンホールのような地中筐体への入り口ポート上に配設された送受信機を具備する。送受信機は、頑丈なハウジングを具備する。いくつかの態様において、頑丈なハウジングの少なくとも一部は、入り口ポートの表面上に延在する。他の態様において、頑丈なハウジングは、入り口ポートに取付けられ、ハウジングの一部分が入り口ポートの頂面と実質的に同一平面上にあり、かつハウジングの実質的な部分が、入り口ポートの頂面の下部に配設されるようになっている。監視装置は、ボールト内に配設される。監視装置は、ボールト内のリアルタイムの状況に関するデータを提供するセンサであってもよい。加えて、いくつかの態様において、データ通信システムは、送受信機にデータを中継するゲートウェイ部を具備し得る。他の態様において、センサ解析部は、監視装置からのリアルタイムデータの処理及び分析を行い、その処理されたデータを送受信機に中継し得る。更なる態様において、センサ及びセンサ解析部は、感知型電子付属品の一部分として組み込むことが可能である。

特に、或る態様において、送受信機は、物理的に頑強なアンテナ及び無線機を含む。このアンテナ／送受信機は、地中筐体内に配設されたこれらの部品／機器に対する環境、部品、及び他の電子機器の状況に関するリアルタイムのデータを提供する（複数の）監視装置／（複数の）センサからの無線信号及び／又は有線信号の組み合わせを用いることができる。更に、通信システムは、他の場所の地中に配設された他の機器及び部品と通信することができる。いくつかの態様において、ゲートウェイ部は、これらの監視装置／センサ及び地中機器から送受信機へのデータペイロードを中継し、送受信機は、無線アクセスポイント、移動無線セル、及び構内無線などの地上ネットワーク要素と通信することができる。他の態様において、感知型解析部は、センサにより測定されたデータに対応する処理済みデータを、送受信機に中継する。このように、態様によっては、センサを使用して、地中化送電網の性能についてのリアルタイムの情報を提供することができ、これらの監視装置／センサと通信するための費用対効果の高い手段は、無線ネットワークを使用することによるものである。

送受信機は、嵩上げ型構造体又は面一取付けされた構造体内に、配設又は埋め込むことができる。別の態様では、それぞれ地上送信用及び地下送信用に埋め込まれた嵩上げ型構造体のアンテナ及び／又は電子装置の整合する対が、地中筐体に対して提供され得る。更に、複数のアンテナ（例えば、ＷｉＦｉ、ＧＰＳ、移動無線機などの信号を送信／受信するアンテナ）が単一の頑強な構造体内に提供される。

図１に、本発明の一態様であるデータ通信システム１００を示す。本態様において、データ通信システム１００は、地中データ通信システムである。通信システム１００は、例示的な地中筐体（ここでは地中ボールト１０）内に配設されている。この例示的な実施において、ボールト１０は、（例えば、低、中若しくは高圧電力を搬送する）送電線１０５ａ〜１０５ｃなどの１つ又は２つ以上の高電圧送電線などの多様な設備、関連する部品及び／又は接合部又は終端部（図１の実施例において、終端部１１０は、かかる関連する部品及び／又は付属品を表すものとする）などの付属品、降圧変圧器１０３などの変換器、及び（低圧電力（例えば、４４０Ｖ）を近辺の建物又は構造体へ搬送する）更なる送電線１０７ａ〜１０７ｃを備える。ボールトによっては、変換器は、ボールト内に備えられなくてもよい。

筐体又はボールト１０は、金属製又は非金属製であってもよいし従来の円形であってもよい従来のマンホールの蓋５０を具備する扉又は入り口ポート５５を介して、地上からアクセスできる。一態様において、マンホールの蓋５２は、入り口ポート５５のリング、フレーム、又はフランジ構造体５２上に装着できる。本態様において、ボールト１０は、従来の地中ボールトとして構築され、電気、ガス、水、及び／又は他の事業者によって通常使用される。一方、代替の態様において、地中データ通信システム１００は、別のタイプの地中筐体で利用することもできるし、又はマンホール、ベースメント、地下室、ピット、シェルタ、管、若しくは他の地中筐体のような同様の構造体内で利用することもできる。

ボールトはまた、ボールト内に配設された少なくとも１つの監視装置を具備し、この監視装置で、ボールトの物理的状況、又はボールト内に位置する部品若しくは機器の物理的状況を、監視できる。かかる状況は、通常、地上から収集又は調査することが難しいだろう。以下に詳細に記載されるように、地中データ通信システムは、保守技術員が物理的にボールトに入って、ボールトの状況を判定しなくても、ボールトの状況情報を地上ネットワーク又はＳＣＡＤＡへ中継する通信用インフラストラクチャを提供することができる。

更なる態様において、地中通信システムは、地上環境内に実装できる。例えば、地面レベルのパッドが装着された筐体内に、通信システム１００を装着できる。通信システムは、構造体から及び構造体へ無線で通信する手段を提供し得る。この手段が提供されない場合、この構造体は、構造体の内部部分からの及びその内部部分への直接的な無線通信が妨げられるように構築される。

図１に示すように、本例において、終端部１１０は、低、中又は高圧電力ケーブル１０５ａ〜１０５ｃなどの電力ケーブルの端子接続を提供する。監視装置は、終端部に配設されたセンサであってもよい。本センサは、電圧、電流、及び／又は温度などのケーブル状況を測定する検知能力を提供することができる。このように、本例において、終端部１１０は、感知型終端部１１０と称されてもよく、１つ又は２つ以上の接続された電力線の状況に関するリアルタイムのデータを提供することができる。

例えば、本態様の感知型終端部１１０は、電流の微分に比例する電圧を生成するロゴスキー（Ｒｏｇｏｗｓｋｉ）コイルを備えてもよく、これは、積分器を利用して、電流に比例する信号へ戻すことができることを意味する。代替的に、電流センサは、内部導体上の電流に比例する電流を生成する電磁鉄芯電流変換器として構成されてもよい。更に、感知型終端部１１０は、正確な電圧測定値を提供する容量性電圧センサを備えてもよい。感知型終端部１１０は、電流センサと容量性電圧センサとの両方を含んでもよく、感知型終端部により、位相角（電力因子）、ボルトアンペア（ＶＡ）、ボルトアンペア無効電力（ＶＡｒ）、及びワット（Ｗ）の算出を容易にすることができる。例示的な感知型終端部は、その全体が参照により本明細書に援用されている、米国特許仮出願第６１／８３９５４３号に記載されている。

図１の実施形態に、感知型端末として実装される監視装置を示す。本発明の他の態様において、監視装置は、ケーブル端末、ケーブル接合部、又は電子ジャンパのようなより一般的な感知型電子付属品の一部分として実装できる。

このように、監視装置は、以下のセンサ：電力センサ、電圧センサ、電流センサ、温度センサ、可燃物質センサ又は燃焼副産物センサ、機械的歪みセンサ、機械的移動（例えば、毎分回転数）センサ、湿度センサ、土壌状態（酸度、含水量、鉱物の含有量）センサ、圧力センサ、危険雰囲気センサ、液体フローセンサ、漏れセンサ、部品寿命センサ又は耐用年限センサ（例えば、陰極防食センサ）、（例えば、筐体に入った人がいるかなどの）人感センサ、（例えば、筐体の開閉、ドアの開閉、スイッチ又はバルブの開閉、不正使用された品目があるかなどの）物理的状態センサ、光センサ、振動（地震、不正使用）センサのうち１つ又は２つ以上を備えてもよいと想到される。

本発明の別の態様において、データは、筐体内部の監視装置から筐体外側に位置するネットワーク又はＳＣＡＤＡへ通信される。この通信は、ゲートウェイ部及び送受信部を介して遂行される。以下に更に詳細に説明されるように、ゲートウェイ部は、遠隔端末装置内に組み込むこともできるし、入り口の扉に装着された送受信装置内に組み込むこともでき、或いは筐体内又は筐体入り口の自立型装置として実装することもできる。

ゲートウェイ部は、有線又は無線接続を使用して地中を多様な監視装置へ接続することができる。ゲートウェイ部は、監視装置からのデータについて、現場での分析及び解釈を行うことができる。例えば、ゲートウェイ部は、監視装置／センサ情報を解釈して、有害ガス、水分、塵埃、化学成分、腐食の有無、害虫の有無などの環境状況を判定する。更に、ゲートウェイ部は、スイッチの開閉など現場での処置を行うことができる。更に、ゲートウェイ部は、定期的な状態通知又は非同期警報通知などの集約された情報を、地上にある上流の別の集約ノード又はクラウドサーバに対して送ることができる。ゲートウェイ部はまた、上流の集約ノード又はクラウド（例えば、ＳＣＡＤＡ）サービスによってゲートウェイ部に送られたメッセージに応答することができる。上流ノード又はクラウドサービスからの典型的なコマンドとしては、「状態の送信」、「処置の実施」、「設定パラメータの設定」、「ソフトウェアの搭載」などが挙げられる。

図１に示すように、本例において、感知型終端部１１０ａ〜１１０ｃからのデータは、１つ又は２つ以上の通信ケーブル（ここでは、２本のケーブルがそれぞれの感知型終端部に接続されたケーブル１３０ａ〜１３０ｆ）を介して遠隔端末装置、すなわちＲＴＵ １２０へ通信することができる。ＲＴＵ １２０は、ボールト１０内の中心位置に、又は壁若しくは他の内部ボールト構造体に沿って装着されてもよい。本発明の本実施形態において、ＲＴＵ １２０は、（別々に図示されていない）ゲートウェイ部を備えてもよい。代替的に、ゲートウェイ部は、送受信機１４０内に配設されてもよく、独立型部品として構成されてもよい。ゲートウェイ部及び送受信機は、以下に更に詳細に記載される。

一態様では、ＲＴＵ １２０は、感知型終端部１１０から受信したデータ信号を処理し、かかるデータ信号を監視制御データ収集（ＳＣＡＤＡ）システム内で使用可能な信号に変換するように適合される。更に、ＲＴＵ １２０はまた、ＳＣＡＤＡシステムからの信号を受信して、ボールト内に位置する１つ又は２つ以上の部品又は機器を制御するように適合されてもよい。図１に示すように、データは、従来の同軸ケーブルを含むケーブル１３０を介してＲＴＵ １２０と（以下に記載される）送受信部１４０との間を伝達することができる。

本発明の別の態様において、ＲＴＵ １２０は、無線ネットワーク送信機／受信機が実装されていてもよい。地中のある場所において使用することができる例示的な無線ネットワークとしては、ＷｉＦｉ、ＺｉｇＢｅｅ、ＡＮＴ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ、赤外線、及びその他の任意の組み合わせが挙げられる。このように、ＲＴＵ １２０は、送受信機１４０及び／又は監視装置及び／又はボールト１０内に位置する機器と無線で通信するように構成されてもよい。この機器として、感知型終端部又は付加的な無線通信能力を有する前述した他のセンサの種類のうちのいずれかが挙げられる。

通信システム１００は更に、感知型終端部１１０／ＲＴＵ １２０から地上のＳＣＡＤＡ又は無線通信ネットワークへ（かつ地上のＳＣＡＤＡ又は無線通信ネットワークから感知型終端部１１０／ＲＴＵ １２０へ）情報を伝達する送受信部１４０を更に備える。数個の様々な送受信部の構造１４０ａ〜１４０ｅが図２Ａ〜図２Ｅに示され、以下に更に詳細に記載されている。

尚、本発明の代替的な態様において、地中データ通信システムは、ＲＴＵを完全に省略してもよい。本様式において、送受信部１４０は、地中機器／監視装置が地上通信ネットワークと通信することができることとなるゲートウェイ部を設けてもよい。いくつかの態様において、送受信部１４０は、ＷｉＦｉ、ＷｉＭａｘ、携帯電話（３Ｇ、４Ｇ、ＬＴＥ）、私有認可帯域などの広く利用可能な地上無線通信ネットワークと通信する無線機に結合された環境に対する耐久性を有する地上アンテナを含む。また、この送受信部に、地上無線信号間のインターフェース及び第２のアンテナを介して、又は銅製ケーブル及び／若しくはファイバケーブルによるゲートウェイ部への直接的な接続を介して、地中監視装置／機器への無線通信を提供するゲートウェイ電子装置を含むゲートウェイ部を具備させてもよい。ゲートウェイ部は、地上ネットワークと地下ネットワークとの間のネットワーク接続、セキュリティ、及びデータ変換機能を実行する。

上述のように、一態様において、単一のゲートウェイ部は、ボールト１０内に実装された複数の地中監視装置／機器のうち１つ又は２つ以上と通信することができる。上述のように、監視装置は、独立型センサ、又は感知型終端部１１０の（複数の）センサ部分、及び湿度センサ、大気質センサ、圧力センサなどの他のボールトセンサなどの、ボールト内に配設された機器及び部品と一体化したセンサを含んでもよい。

図２Ａ〜図２Ｅは、送受信部１４０の数個の異なる構造を示す。例えば、図２Ａは、本体部分１４２を備えるハウジング１４１を有する送受信部１４０ａを示す。アンテナ部分１４７及び（図示しない無線電子装置を備えてもよい）無線機部分は、本体部分１４２内に配設されてもよい。本構成において、送受信部１４０ａは、地上からボールト１０内に入ることができるマンホールの蓋５０に装着されている。本態様において、マンホールの蓋５０は、送受信部１４０ａの少なくとも基底部分を支持するように構成されている凹部分５１を含んでもよい。一態様において、無線機及びアンテナ部品の他に、送受信部１４０ａは、プロセッサ、データストレージ部、通信インターフェース、電源、及びヒューマンインターフェース装置を更に備えてもよい。

ハウジング１４１は、封止された構造体であってもよく、蓋及びベースプレートなどの１つ又は２つ以上のハウジングのパーツを備えてもよい。ハウジングのパーツの少なくとも一部は、成形性プラスチック材料で製造されてもよい。ハウジングのパーツの材料は、腐食性物質に対して耐性であってもよい。ハウジングは、封止されて、ハウジング内に収容される無線機、アンテナ、及び他の部品を保護することができる。黒鉛含有材料などの適切な材料の封止を使用することによって、外部環境において存在する場合があるガソリン又はオイルのような腐食性物質に対して更なる封止を行うことができる。

代替的な態様において、ハウジング１４１は、成形、加工、又は注型することができる高耐衝撃性樹脂で製造された電波透過性（radio frequency transparent）の路面表示（pavement marker）として構築されてもよい。例示的な代替的な構築物は、その全体が参照により本明細書に援用されている米国特許第６５５１０１４号に記載されている。この代替的な態様において、マーカの反射性は、ボールト内の機器の状態を視覚的に示すように変更されてもよい。例えば、明滅する又は明滅しない光は、通常の／通常ではない状態を示してもよい。更に、ゆっくりと明滅するマーカの光は、警告を示してもよく、かつ／又は早く明滅する光は、危険な状況を示してもよい。本例において、液晶フィルタが反射体の前に装着されてもよく、ＬＣ極性は、マイクロプロセッサによって調節されてもよい。代替的に、内部光源、例えば、ＬＥＤが直接調節されてもよい。

ハウジング１４１内に収容される電気部品又は電子部品は、能動型、受動型、又は能動型かつ受動型であってもよい。このように、送受信機ハウジング１４１により、無線機／アンテナがボールト内に位置する、例えば、ＲＴＵ １２０に電気接続することができる一方、地中のボールト又は筐体の外側表面にアンテナを装着することができる。例えば、アンテナ接続部又はコンジット１４５は、ケーブル１３０を送受信部１４０ａに連結することができる。本態様において、ケーブル１３０は、従来の同軸ケーブルであってもよい。コンジット１４５は、ねじ構造であってもよく、マンホールの蓋５０の中へねじ切り加工された適切な大きさの穴の中に螺合させ得る。更に、利用されるアンテナの設計の種類は、マンホールの蓋５０を形成するために使用される構造及び材料を考慮することができる。好ましい態様において、多様な大きさ及び組成の既存の蓋は、送受信機／アンテナに合うように容易に変更することができるので、マンホールの蓋５０は、通常の従来のマンホールの蓋で構成される。

このように、この構造により、感知型終端部のセンサ部分などの監視装置が回線異常を検知した場合、送受信部１４０ａは、リアルタイムの障害の場所情報を電力ユーティリティネットワーク又はＳＣＡＤＡシステムに通信することができる。

図２Ｂに、本発明の代替の態様を示す。送受信部１４０ｂは、本体部分１４２を含むハウジング１４１を有し、アンテナ部分１４７及び無線機部分は、本体部分１４２内に配設され得る。この特定の構成において、送受信部１４０ｂは、実質的にマンホールの蓋５０に面一取付けされ、頑強で厚いハウジングを備える。例えば、ハウジングは、ポリカーボネート材料が割れないように柔軟性を提供するリブで補強された領域を有する、ポリウレタンのコアを有するポリカーボネート材料で構成されてもよい。

アンテナ接続部又はコンジット１４５は、ケーブル１３０を送受信部１４０ｂに連結することができる。送受信機１４０ｂの内部部品及び動作は、上述のように送受信機１４０ａと同一であってもよい。

図２Ｃに、本発明の別の代替の態様を示す。送受信部１４０ｃは、本体部分１４２を含むハウジング１４１を有し、アンテナ部分１４７及び無線機部分は、付属の電子部品と共に本体部分１４２内に配設することができる。この特定の構成において、送受信部１４０ｂは、薄いマンホールの蓋５０ａに凹部取付けされ、このマンホールの蓋に従来のボルトで固定されている。アンテナ接続部又はコンジット１４５は、ケーブル１３０を送受信部１４０へ結合することができる。送受信機１４０ｂの内部部品及び動作は、送受信機１４０ａと上述のように同一であってもよい。

図２Ｄ＋に、本発明の更に別の代替の態様を示す。送受信部１４０ｄは、上部本体部分１４２及び下部本体部分１４４を含む二部構成のハウジング１４１ａ、１４１ｂを有し、上部本体部分１４２は、第１のアンテナ部分１４７ａ及び無線機部分を収納し、下部本体部分１４４は、第２のアンテナ部分１４７ｂ及び無線機部分を収納する。第１のアンテナ部分１４７ａは、地上無線ネットワークと通信するように構成されてもよく、第２のアンテナ部分１４７ｂは、ケーブル１３０を介して地下ネットワークと通信するように構成され得る。この特定の構成において、上部本体部分１４２は、マンホールの蓋５０の第１の側に面一取付けされ、下部本体部分１４４は、マンホールの蓋５０の第２の側に面一取付けされる。この具体的な設計により、単一の穴をドリルで開け、マンホールの蓋５０内にねじ切り加工された適切な大きさの穴に螺合させ得るねじ型コンジット１４５を利用することによって、既存のマンホールの蓋にまっすぐに設置することができる。ハウジング１４１ａは、頑強で厚いハウジング材料から形成され得る。下部ハウジング１４１ｂは、同一又は異なる材料から形成されてもよい。

図２Ｅに、本発明の更に別の代替の態様を示す。送受信部１４０ｅは、上部本体部分１４２及び下部本体部分１４４を含む二部構成のハウジング１４１ａ、１４１ｂを有し、上部本体部分１４２は、第１のアンテナ部分１４７ａ及び無線機部分を収納し、下部本体部分１４４は、第２のアンテナ部分１４７ｂ及び無線機部分を収納する。更に、送受信部１４０ｅは、データを（例えば、地下で使用されるＺｉｇｂｅｅなどの）第１のプロトコルから、（例えば、地上で使用される４Ｇなどの）第２のプロトコルへ変換するゲートウェイ部１４３を更に備える。このように、第１のアンテナ部分１４７ａは、地上の無線ネットワークと通信するように構成されてもよく、第２のアンテナ部分１４７ｂは、地上の無線ネットワークと異なり得る地下の無線ネットワークと通信するように構成され得る。この特定の構成において、上部本体部分１４２は、マンホールの蓋５０の第１の側に面一取付けされる。別の構造を含んでもよく、又はハウジング１４１ｂ内に収容されてもよい、ゲートウェイ部１４３、及び下部本体部分１４４は、マンホールの蓋５０の第２の側に面一取付けされ得る。ゲートウェイ部は、監視装置からデータを受信し、データを読み取り、データを分析し、データを集約し、データを分類し、データに基づいてボールドの状況を推定し、データに基づいて処置を行うための適切な回路及び又は電子部品を備えることができる。更に、ゲートウェイ部１４３は、イベント相関のためのクロックソースを設けることができる。

再び、この特定の設計により、単一の穴をドリルで開け、マンホールの蓋５０にねじ切り加工された適切な大きさの穴に螺合させ得るねじ型コンジット１４５を利用することによって、既存のマンホールの蓋にまっすぐに設置することができる。ハウジング１４１ａは、頑強で厚いハウジング材料から形成され得る。下部ハウジング１４１ｂは、同一又は異なる材料から形成されてもよい。

一態様において、送受信機及び／又はゲートウェイ部の部品の少なくともいくつかを収納するために利用することができる例示的な構造体は、その全体が参照により本明細書に援用されている米国特許第８１３５３５２号に記載されている。

別の態様において、複数のアンテナが同一のハウジング（又はハウジング部分）内に埋め込まれてもよく、複数の通信方法が地上及び地下の両方で可能となる。例えば、ＷｉＦｉ及び４Ｇのアンテナを、ＧＰＳアンテナと共に同一の地上アンテナハウジング内に埋め込むことによって、複数のネットワーク接続が可能になると共に、ＧＰＳの測位及びタイミング情報が提供され得る。Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈアンテナは、地上ハウジング内に埋め込まれて、送受信部／ゲートウェイ部に近接する作業者へ局所的な通信を提供することができる。例えば、送受信部／ゲートウェイ部を操作している保守要員は、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈを使用して下のボールト内のセンサを直接読み取ることができるだろう。ＲＦＩＤアンテナは、地上ハウジング内に埋め込まれてもよく、ＲＦＩＤリーダで地中センサのデータを読み取ることができる。

別の態様において、多様な手段で地中データ通信システム１００の部品に電力を提供することができる。一態様において、ボールト１０内の既設のＡＣ又はＤＣ電源を介して機器を稼動することができる。利用可能なＡＣ又はＤＣ電源がない場合、別の態様において、電力をボールト１０内の部品に提供することができる終端部１１０などの電気機器に電力採取コイルが設置されてもよい。代替的に、圧電変換器を利用して、ボールト１０内で見られる機械的振動を、電池又は超コンデンサに格納することができる電気エネルギーに変換してもよい。例えば、従来の圧電変換器は、Ｍｉｄｅ（ｗｗｗ．ｍｉｄｅ．ｃｏｍ）から入手可能である。別の態様において、熱電変換器を利用して、地上と地下との間の自然温度の差異を電気エネルギーに変換してもよい。例えば、（ｈｔｔｐ:／／ｗｗｗ．ｉｄｔｅｃｈｅｘ．ｃｏｍ／ｒｅｓｅａｒｃｈ／ｒｅｐｏｒｔｓ／ｔｈｅｒｍｏｅｌｅｃｔｒｉｃ−ｅｎｅｒｇｙ−ｈａｒｖｅｓｔｉｎｇ−２０１２−２０２２−ｄｅｖｉｃｅｓ−ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ−ｏｐｐｏｒｔｕｎｉｔｉｅｓ−０００３１７．ａｓｐ）を参照。更なる態様では、太陽電池パネルを使用することにより、バッテリ又は他の内部部品へのトリクル充電（trickle powering）が可能である。

本発明の別の態様において、複数の地中データ通信システムが、特定のボールトの場所の外側の地中ユーティリティのインフラストラクチャ内に位置する監視装置及び／又は機器と通信するように構成されてもよい。例えば、図３は、低／中／高圧線をボールトへ提供する接合部筐体１０ｃが介在している第１のボールト１０ａ及び第２のボールト１０ｂを有する無線地中マンホールユーティリティのインフラストラクチャを示す。ボールト１０ａは、（上述の通信システムの実装と同様の様式で構成される）第１の地中データ通信システム１００ａが実装でき、ボールト１０ｂは、（上述の通信システムの実装と同様の様式でまた構成される）第２の地中データ通信システム１００ｂが実装できる。或る例において、第１の地中データ通信システム１００ａは、Ｚｉｇｂｅｅネットワークが実装されている。所望の間隔で、第１の地中データ通信システム１００ａのＲＴＵ又はゲートウェイ部は、ボールト１０ａと筐体１０ｃとの間の、ボールト１０ａの外側に位置する接合部１０８ａの状況を監視することができる。更に、第１の地中データ通信システム１００ａのＲＴＵ又はゲートウェイ部は、筐体１０ｃに又はその付近に位置する部品１０８ｂ及び／又は接合部１０８ｃの状況を監視することができる。同様の様式で、第２の地中データ通信システム１００ｂはまた、Ｚｉｇｂｅｅネットワークを実装することができ、ボールト１０ｂと筐体１０ｃとの間の、ボールト１０ｂの外側に位置する接合部１０８ｄの状況を監視することができる。

更に、複数の地中データ通信システムは、ユーティリティのＳＣＡＤＡシステムなどの地上ネットワークと通信するのと同様に互いに通信するように構成されてもよい。例えば、第１の地中データ通信システム１００ａは、地上ネットワークとの通信に加えて、第２の地中データ通信システム１００ｂと直接通信することができる。

地中データ通信システムの機能のうちのいくつかを例証した例示的な流れ図を、図４に更に詳細に示す。上記のように、ゲートウェイ部は、独立型装置であってもよく、ＲＴＵが組み込まれてもよく、送受信機の一部として組み込まれてもよい。

本実施形態において、ゲートウェイ部は、送受信機と同じ場所に位置する。監視装置、すなわち、本例において例示的な（前述などの）感知型終端部の電流及び電圧センサとして構成されてもよい能動型センサ２６０は、送電線のリアルタイムの状況の測定を行う（工程２６２）。例えば、リアルタイムの状況に対応するアナログ信号は、デジタル化することができる。本例において、ＲＴＵへ（無線又は有線のどちらか一方で）測定値を伝達することができ、又は利用されるセンサの種類に応じて、能動型センサ自身によって測定値を処理することができる。データは、ＲＴＵへ送られると仮定して、ＲＴＵは、周波数及び位相角を算出することによって測定された信号を処理する（工程２６４）。測定されたデータは、測定データパケットにフォーマットされる（工程２６６）。データパケットは、その後、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）パケットとして暗号化され送信される（工程２６８）。この例において、ＬＡＮは、Ｚｉｇｂｅｅ ＬＡＮであり、ＲＴＵは、Ｚｉｇｂｅｅ無線機を含む。代替的に、ＲＴＵが利用されない場合、信号処理は、監視装置によって行われてもよく、その後、データを直接ゲートウェイ又は最寄りのＺｉｇｂｅｅ無線機に伝達してもよい。

工程２７０において、ＬＡＮパケットは、ゲートウェイ部によって復号及びデコードされる。工程２７２において、デコードされたデータは、ゲートウェイ部によって解釈される。例えば、ゲートウェイ部は、重要な障害の収集と共にアップロードされて、特定の障害を分類し、又は事前に設定若しくはダウンロードされた条件又は既存の条件の組み合わせに基づいて重症度の割り当てを行う。解釈に基づいて、ゲートウェイ部は、現場での処置を行うべきか否かを判定する（工程２７５）。現場での処置が必要な場合、ゲートウェイは、信号を機器に伝達して、工程２７８において処置を行う（例えば、サーキットブレーカを作動させ、コンデンサバンクをオン／オフするなど）。

更に、ゲートウェイはまた、工程２８０において、上流への通知が必要であるか否かを判定してもよい。必要である場合、ゲートウェイ部は、広域ネットワーク（ＷＡＮ）パケットをフォーマットし（工程２８２）、ＷＡＮパケットを暗号化して送信することができる（工程２８４）。上述のように、ＷｉＦｉ、局所無線などを介してＷＡＮパケットを送り出すことができる。ＷＡＮ受信機（例えば、適切なアプリケーションを搭載した通信装置を有する保守技術員などの移動受信部又はサービスプロバイダのオペレーションセンタなど）は、ＷＡＮデータパケットを受信することができ、ＷＡＮパケットを復号及びデコードすることができる（工程２８６）。ＷＡＮデータパケットを受信するエンティティ（例えば、オペレーションセンタ又は作業車）はその後、ゲートウェイ部からの通知に従って行動することができる。

一態様において、この種類の通信システムにより、ユーティリティ供給会社は地中の障害の場所を正確に示すことができるので、送電網内の複数のボールトの場所に入り、物理的に検査する時間及び費用を省くことができる。更に、適切な現場での処置を行うことにより、顧客へのサービスを迅速に復旧することができ、送電網自身への更なる損傷を防止することができる。

図５に、本発明の別の態様である地中データ通信システム２００を示す。通信システム２００は、例示的な地中筐体（ここでは地中ボールト１１）内に配設されている。この範例的な実装において、ボールト１１は、（例えば、低、中若しくは高電圧電力を搬送する）送電線２０５ａ〜２０５ｃのような、１つ又は２つ以上の送電線を具備する。

上記と同様、代替の態様において、地中通信システム２００は、地上環境内に実装できる。

図５に戻って参照すると、筐体又はボールト１１は、従来形又は修正が施されたマンホールの蓋５１のような、金属製又は非金属製であってもよいし従来の円形であってもよい、扉を介して地上からアクセスすることができる。本態様において、ボールト１１は、従来の地中ボールトとして構築され、電気、ガス、水、及び／又は他の事業者によって通常使用される。一方、代替の態様において、地中データ通信システム２００は、別のタイプの地中筐体で利用することもできるし、又はマンホール、ベースメント、地下室、ピット、シェルタ、管、若しくは他の地中筐体のような同様の構造体内で利用することもできる。

ボールトはまた、ボールト内に配設された少なくとも１つの監視装置を具備し、この監視装置で、ボールトの物理的状況、又はボールト内に位置する部品若しくは機器の物理的状況を、監視できる。例えば、本態様では、電流の微分に比例する電圧を生成するＲｏｇｏｗｓｋｉコイルなどの電流センサ（２１０ａ〜２１０ｃ）が、各送電線２０５ａ〜２０５ｃ上に設けられる。代替的に、先に述べたような他のセンサ装置を筐体１１の内部で利用することもできる。

未加工のデータ信号は、センサから信号線２３０ａ〜２３０ｃを介して感知型解析部（ＳＡＵ）２２０に搬送され得る。ＳＡＵ２２０は、ボールト１１内の中心位置に、又は壁若しくは他の内部ボールト構造体に沿って装着され得る。ＳＡＵ ２２０は、そのようなデータ信号を受信し、操作し、分析し、処理し、又はそれ以外の方法で変換して、監視制御及びデータ取得（ＳＣＡＤＡ）システム内で使うのに便利な信号にするために、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）又はシステムオンチップ（ＳＯＣ）を備える。加えて、ＤＳＰは、ＳＣＡＤＡとは独立にいくつかの操作を実行できる。例えば、ＤＳＰでは、障害検出、単離、位置選定、並びに状況監視及びレポーティングを実行できる。そのうえ、ＤＳＰ／ＳＡＵは、ボルト、ＶＡＲ最適化、フェーザ測定（同期位相計測）、初期障害検出、負荷特性評価、事後イベント分析、署名波形の識別及びイベント捕捉、自己回復及び最適化、エネルギー監査、部分放電、調波分析／低調波分析、フリッカ分析、並びに漏洩電流分析のような付加的な機能が提供されるようにプログラムすることが可能である。

加えて、ＳＡＵ内で利用されるＤＳＰ及び他のチップは、所要電力レベルがわずか１０Ｗ未満程度に低く抑えられるように構成できる。本態様では、電力採取コイル２１５を介してＳＡＵ２２０への電力供給を可能にしている。この電力採取コイルを送電線のいずれか１つに連結することによって、電力ケーブル２１７経由で十分な電力をＳＡＵに供給できる。

加えて、ＳＡＵ ２２０は、バックアップバッテリが実装できる（不図示）。更に、ＳＡＵ ２２０は、例えば、筐体内部の環境条件を監視する付加的なセンサを具備し得る。

ＳＡＵ ２２０からの処理済みデータは、ネットワーク又はＳＣＡＤＡへ送受信機２４０を介して通信され得る。図５に示すように、送受信機２４０は、環境的に堅牢な通信ゲートウェイとして構成される。本態様において、送受信機２４０は、ＧＰＳ及び汎用無線機通信モジュールと共に、完全に一体化された極めて低電力の電子装置（時間同期的イベントを検出するためのＳＯＣ）を具備し得る。送受信機２４０は、バッテリ供給源又は無線電力（例えば、無線送電器、不図示）で給電できる。送受信機２４０は、様々な用途に対応した多様なパッケージ内に様々な付加的なセンサが据え付けられる柔軟性を有するように、モジュラー方式で装着／設計できる。

図５に示すように、送受信機は、入り口の蓋５１上に直接的に装着できる。本態様において、送受信機２４０の一部分は、入り口の蓋５１に形成された穴又はコンジットを貫いて延在するように構成される。加えて、送受信機２４０の上部は、入り口の蓋５１の頂面と実質的に同一平面上にあるように設計される。このようにして、外部要素から送受信機に対し損傷の及ぶリスクが低減される。

送受信機２４０は、短距離通信プロトコル（例えば、ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ、ＷｉＦｉ、ＺｉｇＢｅｅ、ＡＮＴ）を介して、ＳＡＵ ２２０のような内部筐体部品と通信できる。このようにして、送受信部２４０は、地中機器／監視装置（例えば、ＳＡＵ ２２０）が地上通信ネットワークに対して通信するのを可能にするゲートウェイを提供し得る。本態様において、送受信部２４０はまた、上記のように環境に対して耐久性を有する地上アンテナを備える。地上アンテナは、実質的に入り口の蓋の頂面と同一平面上にあるか又は入り口の蓋の頂面上に延在する送受信機２４０の一部分内に収容可能であり（例えば、図１を参照）、ＷｉＦｉ、ＷｉＭａｘ、移動電話（３Ｇ、４Ｇ、ＬＴＥ、ＧＳＭ）、私有認可帯域、非認可帯域などのような広範に利用可能な地上無線通信ネットワークと通信する無線機に連結されている。送受信機２４０はまた、ゲートウェイ電子装置を具備し得る。このゲートウェイ電子装置は、地上無線機信号間のインターフェースを提供し、第２のアンテナを介して無線でＳＡＵ ２２０と通信する。代替的に、ＳＡＵ ２２０は、（図５に示したものでなく図１に示すケーブル１３０と同様な）銅製ケーブル及び／又はファイバケーブルとの直接的な接続を介して、送受信機２４０と通信できる。送受信機は、地上ネットワークと地下ネットワークとの間のネットワーク接続、セキュリティ、及びデータ変換機能を実行する。他の態様では、ＳＡＵの内部にゲートウェイ電子装置を提供することによって、データパッケージを適切なネットワークフォーマットにフォーマットし、フォーマット済み信号を、標準信号ケーブルを介して送受信機の送信用アンテナに送信できる。

本態様において、送受信機２４０は、少なくとも１２〜１５年間に格付けされる大型の一次電池を具備する。本態様において、通信システム２００は、定期的に稼動することによって送受信機２４０が使う電力を節減するように構成できる。例えば、１日１回のステータスチェック等に加えて、ＳＡＵ ２２０は、問題のある重大なイベントが発生した場合にのみ送受信機２４０への信号送信を行うようにプログラムできる。

代替の態様では、外部電源（例えば、電力採取装置２１５、又は別の送電線に連結された別の電力採取装置からの利用可能な電力）を介して、送受信機２４０に給電できる。

更に代替の態様において、地中筐体は、送受信機２４０の近辺に装着された無線送電器を更に具備し得る。この無線送電器は、（近接場誘導結合のような誘導結合を介して）電力を送受信機に無線で送信できる。例えば、無線送電器は、送受信機２４０内に位置する第２インダクタに連結される第１の（一次の）インダクタを具備し得る。無線送電器は、地中筐体の内部に装着されたヒンジ付き支持アームを介して、送受信機２４０に近接近し得る。一態様において、送受信機２４０までの距離が、使用される搬送周波数の約１／３の波長よりも近づき得るような、無線送電機の操作位置に配置され得る。無線送電器及び送受信機の内部に位置するアンテナは、条件に応じて更に最適化される可能性がある。無線送電器はそれ自体、装置２１５のような電力採取装置によって給電され得る。

図６に、本発明の別の態様である通信システム３００を示す。通信システム３００は、例示的な地中筐体（ここでは地中ボールト１１）内に配設されている。この範例的な実装において、ボールト１１は、（例えば、中若しくは高圧電力を搬送する）送電線３０５ａ〜３０５ｃのような、１つ又は２つ以上の高電圧の送電線を具備する。

筐体又はボールト１１は、金属製又は非金属製であってもよいし従来の円形であってもよい従来の又は修正が施されたマンホールの蓋５１などの扉を介して、地上からアクセスできる。本態様において、ボールト１１は、従来の地中ボールトとして構築され、電気、ガス、水、及び／又は他のユーティリティによって通常使用される。一方、代替の態様において、地中データ通信システム３００は、別のタイプの地中筐体で利用することもできるし、又はマンホール、ベースメント、地下室、ピット、シェルタ、管、若しくは他の地中筐体のような同様の構造体内で利用することもできる。

ボールトはまた、ボールト内に配設された少なくとも１つの監視装置を具備し、この監視装置で、ボールトの物理的状況、又はボールト内に位置する部品若しくは機器の物理的状況を、監視できる。

本態様において、監視装置及びＳＡＵは、感知型ケーブル付属品内部に完全に一体化されている。感知型ケーブル付属品は、この実例では、感知型ケーブル接合部３１０ａ〜３１０ｃであり、感知型ケーブル付属品の一部として完全に一体化されたシステム解析３１１ａ〜３１１ｃ（ＤＳＰチップ及びシステム通信（例えば、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ）チップを含む）を更に具備する。

一態様では、必要に応じて、ＤＳＰチップ、システム通信チップ、及び他のチップ（例えば、Ａ／Ｄコンバータ及びタイミングチップ）は、ケーブル接合部の電力搬送導体部の絶縁層の周りに延在する単離された電極要素に連結されている、フレキシブル回路又は小型プリント回路基板（例えば、ＦＲ４）に装着できる。このようにして、一体化した感知型ケーブル付属品は、未加工のセンサデータ信号を受信し、操作し、分析し、処理し、又はそれ以外の方法で、監視制御及びデータ取得（ＳＣＡＤＡ）システム内で使うのに便利な信号に変換できるため、システム３００では別個のＳＡＵを必要とせずに済む。

加えて、電力採取装置（例えば、装置３１５ａ〜３１５ｃ）を感知型ケーブル接続３１０ａ〜３１０ｃの一部として一体化することによって、ＤＳＰ／Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈチップセットに対し十分な電力を供給することが可能である。本発明の本態様において利用される電力採取装置は、例えば、その全体が参照により援用される欧州特許第ＥＰ１４１６９５２９．６号に記載されているエネルギー採取装置（energy harvesting devices）と同様な方法で構築することができる。この範例的な構築体では、エネルギー採取装置を使用して、感知型ケーブル付属品の一部分として同じ位置に配置された感知装置へ給電することができる。

感知型ケーブル付属品３１０ａ〜３１０ｃからの処理済みデータは、送受信機３４０を介してネットワーク又はＳＣＡＤＡに通信し得る。図６に示すように、送受信機３４０は、環境的に堅牢な通信ゲートウェイとして構成される。本態様において、送受信機３４０は、ＧＰＳ及び汎用無線機通信モジュールと共に、完全に一体化された極めて低電力の電子装置（時間同期イベントを検出するためのＳＯＣ）を具備し得る。送受信機３４０は、先に述べたようなバッテリ供給源を介して給電できる。図６に示すように、送受信機３４０は、入り口の蓋５１に直接的に装着される。加えて、送受信機３４０の上部は、入り口の蓋５１の頂面と実質的に同一平面上にあるように設計される。このようにして、外部要素から送受信機に対し損傷の及ぶリスクが低減される。

送受信機３４０は、短距離通信プロトコル（例えば、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ）を介して、感知型ケーブル付属品３１０ａ〜３１０ｃのような内部筐体部品と無線で通信できる。本態様において、送受信部３４０はまた、上記のように環境に対して耐久性を有する地上アンテナを備える。地上アンテナは、入り口の蓋の頂面と実質的に同一平面上にあるか又は入り口の蓋５１の頂面上に延在する送受信機３４０の一部分内に収納可能であり（例えば、図１を参照）、広範に利用可能な地上無線通信ネットワーク（例えば、ＷｉＦｉ、ＷｉＭａｘ、移動電話（３Ｇ、４Ｇ、ＬＴＥ）、私有認可帯域など）と通信する無線機に連結される。送受信機３４０はまた、ゲートウェイ電子装置を具備させ得る。このゲートウェイ電子装置により、地上無線機信号間のインターフェースが提供されると共に、第２のアンテナを介して無線で感知型ケーブル付属品との通信が可能になる。

代替の態様では、送受信機３４０は、環境（例えば、気体、煙、温度等）センサのような、１つ又は２つ以上のセンサと更に一体化し得る。送受信機３４０はまた、ＤＳＰチップ、システム通信チップ、及び他のチップ、例えば、環境センサとネットワーク又はＳＣＡＤＡとの間で通信するのに必要なＡ／Ｄコンバータ及びタイミングチップなどを具備し得る。

更に、複数の地中データ通信システムは、ユーティリティのＳＣＡＤＡシステムなどの地上ネットワークと通信するのと同様に互いに通信するように構成されてもよい。例えば、第１の地中データ通信システム１００ａは、地上ネットワークとの通信に加えて、第２の地中データ通信システム１００ｂと直接通信することができる。

通信スキームを例証した別の範例的な通信流れ図は、図７に更に詳細に示してある。

システム２００の実施形態（図５に示す）と同様な通信ゲートウェイ部は、送受信機２４０と同じ位置に配置される。他の態様において、通信ゲートウェイ部は、ＳＡＵと同じ位置に配置され得る。

図７の例では、センサ測定値を、（無線又は有線のどちらか一方で）ＳＡＵに通信することも可能であるし、又は利用されるセンサの種類に応じて、能動型センサ自体により処理することも可能である。データがＳＡＵに送信された場合、ＳＡＵは１つ又は２つ以上の分析モードを実行することにより、測定された信号を処理する。本例においてＳＡＵ２２０は、本例におけるセンサ３１０ａのような監視装置から、送電線のリアルタイム条件の測定値を記録できる（工程３６２）。ＳＡＵ ２２０は、フォーマットされたデータを送受信部／ゲートウェイ部に送信するかどうか判定する（工程３６４）。いいえの場合、工程３６６においてＳＡＵは、データを分析すべきかどうか判定する。データを分析しない場合、このデータはデータストレージに送信される（工程３７４）。データを分析すべき場合、ＳＡＵを介して解析及び／又はイベント検出を実行できる（工程３６８）。分析に基づいて、ＳＡＵは、制御動作のような或る動作を指示し、及び／又はデータをメモリ内に格納できる（工程３７４）。

データを筐体の外部に通信すべき場合、工程３７５において、フォーマット済み／測定済み／分析済みデータを送受信部／ゲートウェイ部（無線で又は通信回線経由のいずれかで）に通信する。本態様において、送受信機２４０は典型的にスリープモードに維持され（工程３８０）、データストレージ内に格納されているＳＡＵからデータ信号を受信した際（工程３７６）、起動の信号が出される（工程３７７）。それ以外の場合、本態様において、送受信部／ゲートウェイ部は、所定の時間に起動される。

工程３７８において、（ＳＡＵ又は送受信部／ゲートウェイ部のいずれかで）データを送信する決定が為される。データを送信しない場合、送受信部／ゲートウェイ部をスリープモードに戻すことができる（工程３８０）。データパッケージはゲートウェイ部を介して初期化され、送受信機から標準又はプライベートテレコミュニケーションプロトコル（工程３９９）を介して、クラウドデータサービス又はＳＣＡＤＡ（工程３９８）に伝達される。その後、データを受信するエンティティ（例えば、オペレーションセンタ又は作業車）は、送受信部／ゲートウェイ部からの通知に従って作動し得る。例えば、ＷＡＮ受信機（例えば、適切なアプリケーションを搭載した通信装置を有する保守技術員などの移動受信部又はサービスプロバイダのオペレーションセンタなど）は、送受信機からパケットデータを受信して、情報の照会、復号及び／又はデコードを行うことができる（工程３９０）。この情報は、インターネット又はネットワーク通信（工程３９５）経由でクラウドデータサービス又はＳＣＡＤＡ（３９８）に対して通信でき、その際、ウェブアプリケーションによるデータ消費を伴う（工程３９６）。例えば、工程３９６では、ＲＥＳＴ（REpresentational State Transfer）が生起され、それにより、サーバ上で情報の作成、読み取り、更新、及び／又は削除が行われる。

一態様において、この種類の通信システムにより、ユーティリティ供給会社は地中の障害の場所を正確に示すことができるので、送電網内の複数のボールトの場所に入り、物理的に検査する時間及び費用を節減できる。更に、適切な現場での処置を行うことにより、顧客へのサービスを迅速に復旧することができ、送電網自身への更なる損傷を防止することができる。更に、この通信システムでは、ユーティリティが特定の筐体、送受信機、及び／又はＳＡＵに対して直接的に通信し、システム設定、表、電力及び環境感知の閾値を再構成又は更新することを可能にしている。

上記と同様、代替の態様では、低、中、又は高電圧ケーブルが地中から進入して地盤面機器内に露出されるように、地中通信システム３００を地上環境に実装できる。例えば、感知型ケーブル接合部及び送受信機を、地上の変圧器筐体内に実装することもできる。例えば、これらの通信システムのうちの１つ又は２つ以上を利用できる地盤水準又は地上装置には、例えば、電力又は配電用変圧器、モーター、スイッチ装置、コンデンサバンク及びジェネレータが包含される。加えて、これらの通信システムのうちの１つ又は２つ以上を、橋、陸橋、車両及びサイン監視、地下鉄、ダム、トンネル並びに建物などの自己監視アプリケーション内に実装できる。監視装置自体又はＳＡＵとの組み合わせは、イベント発生、同定、位置選定、及び自己給電部を介して講じられる措置により駆動される極めて低電力の計算処理機能が要求されるシステム内に実装され得る。更に、ＧＰＳ機能を時間同期イベントと統合し、一連の閾値及びアルゴリズムを用いることにより、様々な重要な構造体又はユーティリティ部品の初期適用（incipient application）／障害／劣化が早期のうちに検出され、重大な問題が突き止められる。別の変数は、非破壊的な機械的構成であり、かなりの危険性がある用途にも利用できる。

例えば、図８に、通信システム４００を具備する地盤又は地上に実装可能な、範例的な筐体２０を示す。この範例的な実装において、筐体２０は、（例えば、低、中若しくは高圧電力を搬送する）送電線４０５ａ〜４０５ｃのような、１つ又は２つ以上の送電線を具備する。代替の態様では、コンデンサバンク、モーター、スイッチ装置、電力又は配電用変圧器、ジェネレータ、及び／又は他のユーティリティ機器を筐体２０に収容できる。

筐体２０はまた、ボールト内に配設された少なくとも１つの監視装置を具備し、この監視装置で、ボールトの物理的状況、又はボールト内に位置する部品若しくは機器の物理的状況を、監視できる。例えば、本態様では、電流の微分に比例する電圧を生成するＲｏｇｏｗｓｋｉコイルなどの電流センサ（４１０ａ〜４１０ｃ）が、各送電線４０５ａ〜４０５ｃ上に設けられる。また、加えて、環境センサ４１３も具備させ得る。また、先に述べたような他のセンサ装置を筐体２０の内部で利用することもできる。

未加工のデータ信号は、センサから信号線４３０ａ〜４３０ｃを介して感知型解析部（sensored analytics unit）（ＳＡＵ）４２０に搬送され得る。ＳＡＵ ４２０は、筐体２０内の中心位置に、又は壁若しくは他の内部構造体に沿って装着され得る。ＳＡＵ ４２０は、そのようなデータ信号を受信し、操作し、分析し、処理し、又はそれ以外の方法で変換して、監視制御及びデータ取得（ＳＣＡＤＡ）システム内で使うのに便利な信号にするために、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）又はシステムオンチップ（ＳＯＣ）を備える。加えて、ＤＳＰは、ＳＣＡＤＡとは独立にいくつかの操作を実行できる。例えば、ＤＳＰでは、障害検出、単離、位置選定、並びに状況監視及びレポーティングを実行できる。そのうえ、ＤＳＰ／ＳＡＵは、ボルト、ＶＡＲ最適化、フェーザ測定（同期位相計測）、初期障害検出、負荷特性評価、事後イベント分析、署名波形の識別及びイベント捕捉、自己回復及び最適化、エネルギー監査、部分放電、調波分析／低調波分析、フリッカ分析、並びに漏洩電流分析のような付加的な機能が提供されるようにプログラムすることが可能である。

加えて、ＳＡＵ内で利用されるＤＳＰ及び他のチップは、所要電力レベルがわずか１０Ｗ未満程度に低く抑えられるように構成できる。本態様では、電力採取コイル４１５を介してＳＡＵ ４２０への電力供給を可能にしている。この電力採取コイルを送電線のいずれか１つに連結することによって、電力ケーブル４１７経由で十分な電力をＳＡＵに供給できる。加えて、ＳＡＵ ４２０は、バックアップバッテリが実装できる（不図示）。

ＳＡＵ４２０からの処理済みデータは、送受信機４４０経由でネットワーク又はＳＣＡＤＡに通信し得る。本態様において、送受信機４４０は、ＧＰＳ及び汎用無線機通信モジュールと共に、完全に一体化された極めて低電力の電子装置（時間同期的イベントを検出するためのＳＯＣ）を具備し得る。送受信機４４０は、筐体２０、バッテリ供給源又は無線電力（例えば、無線送電器、不図示）の内部にあるライン電源を介して給電できる。ＳＡＵ４２０は、銅製ケーブル及び／又はファイバケーブル４３１との直接的な接続を介して送受信機４４０と通信できる。

本態様において、送受信機４４０は、筐体２０の頂面（又は他の）面上に直接的に装着できる。送受信機４４０は、ケーブル４３０ａ〜４３０ｃを介してＳＡＵ ４２０のような内部筐体部品と通信する。必要な場合、送受信機４２０は、ネットワーク接続、セキュリティ、並びに外部及び内部ネットワーク間のデータ変換機能を実行できる。

別の態様において、ＳＡＵ ４２０は、モジュラー部又はアップグレード可能部として構成できる。そのようなモジュラー部は、１つ又は２つ以上のインターフェースポートを介してドングル又は別個のモジュールの連結を可能にし得る。図８に示すように、複数のセンサ（４１０ａ〜４１０ｃ、４１３）は、ＳＡＵ ４２０に接続される。そのような構成は、電力線及び／又は多様な付加的な環境センサ（気体、水、振動、温度、酸素レベル等のようなパラメータを検出できるセンサ４１３と同様なセンサ）を監視することを、可能にし得る。例えば、代替の一態様では、センサ４１３に、筐体内部の環境及び部品の温度プロファイルを観察するための、熱探知カメラを具備させることができる。上述のＤＳＰ／他のチップは計算処理機能を備えて、送受信機４４０を解釈し、フィルタし、活性化し、設定し、かつ／又はその送受信機と通信することができる。ドングル又はコネクタブロックに、付加的な回路網を収容することによって、アナログ−デジタルフロントエンドを生じさせ得る。また、このドングル又はコネクタブロックに、プラグアンドプレイ電気回路を具備させることによって、挿入された感知モジュールの自動識別及び認識（並びに適切な同期化、タイミング、及び他の適切な通信条件の自動セットアップ）が可能になる。

図９に、本発明の別の態様である地中データ通信システム５００を示す。通信システム５００は、例示的な地中筐体（ここでは地中ボールト１１）内に配設されている。この範例的な実装において、ボールト１１は、（例えば、低、中若しくは高圧電力を搬送する）送電線５０５ａ〜５０５ｃのような、１つ又は２つ以上の送電線を具備する。

筐体又はボールト１１は、修正済みマンホールの蓋５０’とリング又はフランジ５２とを具備する入り口ポート５５を介して、地上からアクセスできる。本態様において、ボールト１１は、従来の地中ボールトとして構築され、電気、ガス、水、及び／又は他の事業者によって通常使用される。一方、代替の態様において、地中データ通信システム５００は、別のタイプの地中筐体で利用することもできるし、又はマンホール、ベースメント、地下室、ピット、シェルタ、管、若しくは他の地中筐体のような同様の構造体内で利用することもできる。

ボールトはまた、ボールト内に配設された少なくとも１つの監視装置を具備し、この監視装置で、ボールトの物理的状況、又はボールト内に位置する部品若しくは機器の物理的状況を、監視できる。例えば、本態様では、電流の微分に比例する電圧を生成するＲｏｇｏｗｓｋｉコイルなどの電流センサ（５１０ａ〜５１０ｃ）が、各送電線５０５ａ〜５０５ｃ上に設けられる。代替的に、先に述べたような他のセンサ装置を筐体１１の内部で利用することもできる。

未加工のデータ信号は、センサから信号線５３０ａ〜５３０ｃを介して感知型解析部（ＳＡＵ）５２０に搬送され得る。ＳＡＵ ５２０は、ボールト１１内の中心位置に、又は壁若しくは他の内部ボールト構造体に沿って装着され得る。図９に示すように、ＳＡＵは、ボールト１１の頂壁上に装着できる。ＳＡＵ ５２０は、そのようなデータ信号を受信し、操作し、分析し、処理し、又はそれ以外の方法で変換して、監視制御及びデータ取得（ＳＣＡＤＡ）システム内で使うのに便利な信号にするために、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）又はシステムオンチップ（ＳＯＣ）を備える。加えて、ＤＳＰは、ＳＣＡＤＡとは独立にいくつかの操作を実行できる。例えば、ＤＳＰでは、障害検出、単離、位置選定、並びに状況監視及びレポーティングを実行できる。そのうえ、ＤＳＰ／ＳＡＵは、ボルト、ＶＡＲ最適化、フェーザ測定（同期位相計測）、初期障害検出、負荷特性評価、事後イベント分析、署名波形の識別及びイベント捕捉、自己回復及び最適化、エネルギー監査、部分放電、調波分析／低調波分析、フリッカ分析、並びに漏洩電流分析のような付加的な機能が提供されるようにプログラムすることが可能である。

加えて、ＳＡＵ内で利用されるＤＳＰ及び他のチップは、所要電力レベルがわずか１０Ｗ未満程度に低く抑えられるように構成できる。本態様では、電力採取コイル５１５を介してＳＡＵ ５２０への電力供給を可能にしている。この電力採取コイルを送電線のいずれか１つに連結することによって、電力ケーブル５１７経由で十分な電力をＳＡＵに供給できる。

加えて、ＳＡＵ ５２０は、バックアップバッテリが実装できる（不図示）。更に、ＳＡＵ５２０は、例えば、筐体内部の環境条件を監視する付加的なセンサを具備し得る。

ＳＡＵ ５２０からの処理済みデータは、送受信機５４０経由でネットワーク又はＳＣＡＤＡに通信し得る。本態様において、送受信機５４０は、ＧＰＳ及び汎用無線機通信モジュールと共に、完全に一体化された極めて低電力の電子装置（時間同期的イベントを検出するためのＳＯＣ）を具備し得る。送受信機５４０は、バッテリ供給源又は無線電力（例えば、無線送電器、不図示）で給電できる。ＳＡＵ ５２０は、銅製ケーブル及び／又はファイバケーブル５３１との直接的な接続を介して、送受信機５４０に通信できる。代替的に、また、この送受信機５４０に、地上無線機信号間のインターフェースを提供するゲートウェイ電子装置を具備させることも可能であり、それにより、第２のアンテナを介して無線でＳＡＵ ５２０と通信する。

本態様において、送受信機５４０は、入り口ポート５５のリング又はフランジ部分５２上に直接的に装着できる。本態様において、ブラケット又は装着用構造体５４１は、リング又はフランジ５２に装着し、その内部に送受信機５４０を固定するように構成できる。入り口の蓋５０‘は、その周辺部に沿ったカットアウト部分５３を具備し得る。このカットアウト部分は、送受信機／ブラケット構造体の外形に適合する。このようにして、送受信機５４０の上部は、入り口の蓋５０’の頂面と実質的に同一平面上にあるように設計され、ゆえに、外部要素から送受信機５４０に対し損傷の及ぶリスクが低減される。加えて、入り口の蓋５０‘が正しく取り外さない場合、送受信機５４０が損傷するリスク、又はケーブル５３１が切断されるリスクが低減される。

送受信機５４０は、ケーブル５３０ａ〜５３０ｃ経由で、及び／又は短距離通信プロトコル（例えば、ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ、ＷｉＦｉ、ＺｉｇＢｅｅ、ＡＮＴ）経由で、ＳＡＵ ５２０のような内部筐体部品と通信し得る。このようにして、送受信部５４０は、地中機器／監視装置（例えば、ＳＡＵ ５２０）が地上通信ネットワークに対して通信するのを可能にするゲートウェイを提供し得る。本態様において、送受信部５４０はまた、上記のような環境に対して耐久性を有する地上アンテナを備える。地上アンテナは、入り口の蓋の頂面と実質的に同一平面上にある送受信機５４０の一部分内に収容可能であり、ＷｉＦｉ、ＷｉＭａｘ、移動電話（３Ｇ、４Ｇ、ＬＴＥ、ＧＳＭ）、私有認可帯域、非認可帯域などのような広範に利用可能な地上無線通信ネットワークと通信する無線機に連結される。送受信機は、ネットワーク接続、セキュリティ、及び地上と地中ネットワークとの間のデータ変換機能を実行する。他の態様では、ＳＡＵの内部にゲートウェイ電子装置を提供することによって、データパッケージを適切なネットワークフォーマットにフォーマットし、フォーマットされた信号を、標準信号ケーブルを介して送受信機の送信用アンテナに送信できる。

これまで、本発明について、いくつかの個々の実施形態を参照して説明してきた。上記の詳細な説明は、あくまで理解を助けるために示したものに過ぎない。詳細な説明から不要な限定はないと理解又は解釈すべきである。方向についての言及並びに右、左、前、後ろ、上、及び下についての言及は全て、単なる例示であって、特許請求に係る発明を限定するものではない。本発明の範囲から逸脱することなく、記載された実施形態において多くの変更を行うことができることが当業者には明白であろう。したがって、本発明の範囲は、本明細書に記載された詳細及び構造に限定されるべきではなく、特許請求の範囲の文言による記載、及びそれらの構造の等価物によって限定される。

Claims (24)

1. 筐体への入り口ポート上に配設され、かつハウジングを具備する送受信機であって、前記ハウジングが前記入り口に装着可能であり、前記送受信機が、前記筐体の外部のネットワークと通信するように構成される、送受信機と、
   前記筐体内のリアルタイムの状況に関するデータを提供する、前記筐体内に配設された、監視装置と、
   前記監視装置／センサからのデータを処理し、処理済みデータ信号を生成して、前記処理済みデータ信号を前記送受信機に通信する、センサ解析部と、
   を具備する、データ通信システム。
2. 前記監視装置は、センサを含む、請求項１に記載のデータ通信システム。
3. 前記センサが、電力、電圧、電流、温度、可燃物質又は燃焼副産物、機械的歪み、機械的移動、湿度、土壌状態、圧力、危険雰囲気、液体フロー、漏れ、部品寿命又は耐用年限、人感、物理的状態、光レベル、及び振動のうち少なくとも１つを検出する、請求項２に記載のデータ通信システム。
4. 前記センサが、感知型ケーブル付属品に組み込まれ、電力ケーブルの状況を監視するように構成されている、請求項２に記載のデータ通信システム。
5. 前記送受信機が通信ゲートウェイ部を具備する、請求項１に記載のデータ通信システム。
6. 前記センサ解析部がデジタル信号プロセッサを具備する、請求項１に記載のデータ通信システム。
7. 前記センサ解析部が無線ネットワーク通信チップを具備する、請求項１に記載のデータ通信システム。
8. 前記送受信部が、耐久性を有する地上アンテナ及び無線機を具備する、請求項１に記載のデータ通信システム。
9. 前記送受信機が、集約された情報を、地上にある上流の別の集約ノード又はクラウドサーバに送信するように構成されている、請求項１に記載のデータ通信システム。
10. 前記集約されたデータは、定期的な状態通知及び非同期警報通知のうち１つ又は２つ以上を含む、請求項９に記載のデータ通信システム。
11. 前記送受信機が、集約ノード又はクラウドによって前記送受信機に送信されたメッセージに対して応答するように構成される、請求項１に記載のデータ通信システム。
12. 前記筐体が地中筐体を備え、前記入り口ポートがマンホールの蓋と、前記マンホールの蓋を受容するリング部分と、を備える、請求項１に記載のデータ通信システム。
13. 前記送受信機が、前記マンホールの蓋に固定され、かつ前記入り口の蓋内に形成された穴を貫通して延在する前記送受信機ハウジングの一部分にも固定されている、請求項１２に記載のデータ通信システム。
14. 前記入り口の蓋内に形成された穴を貫通して延在する前記送受信機ハウジング部分が、前記入り口の蓋の頂面と実質的に同一平面上にある、請求項１３に記載のデータ通信システム。
15. 前記送受信機が前記入り口ポートのリング部分に固定されている、請求項１２に記載のデータ通信システム。
16. 前記筐体内に位置する少なくとも１つの電力線に連結された電力採取装置を更に具備する、請求項１に記載のデータ通信システム。
17. 前記電力採取装置が、前記センサ解析部に連結され、かつ前記センサ解析部に電力を供給する、請求項１６に記載のデータ通信システム。
18. 前記センサ解析部が、１つ又は２つ以上の環境センサに接続するように構成される複数のインターフェースポートを含む、請求項１に記載のデータ通信システム。
19. 前記送受信機が誘導結合を介して給電される、請求項１に記載のデータ通信システム。
20. 地中筐体への入り口ポート上に配設された送受信機であって、前記送受信機が、前記入り口ポートに装着可能なハウジングを具備し、前記地中筐体の外部のネットワークと通信するように構成されている、送受信機と、
    前記地中筐体内に位置する電力線に装着された感知型ケーブル付属品であって、前記地中筐体内部のリアルタイム状況に関連するデータを測定するセンサと、前記測定されたデータを処理する信号処理チップと、処理されたデータを前記送受信機に通信する通信チップと、を具備する、感知型ケーブル付属品と、
    を備える、データ通信システム。
21. 前記感知型ケーブル付属品が、前記信号処理チップ及び通信チップに対し電力を供給するために前記電力線に連結した電力採取装置を更に備える、請求項２０に記載のデータ通信システム。
22. ユーティリティ機器が収容される筐体の一部分の上に配設され、前記筐体に装着可能なハウジングを具備する送受信機であって、前記送受信機が前記筐体の外部のネットワークと通信するように構成されている、送受信機と、
    前記筐体内に配設され、前記筐体内のリアルタイム状況に関するデータを提供する、監視装置と、
    前記監視装置からのデータを処理し、処理済みデータ信号を生成して、前記処理済みデータ信号を前記送受信機に通信する、センサ解析部と、
    を具備する、データ通信システム。
23. 前記筐体が地中ボールトを備える、請求項２１に記載のデータ通信システム。
24. 前記筐体が、地面レベル筐体又は地上筐体を備える、請求項２１に記載のデータ通信システム。

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