JP2018151343A - 分析装置、分析システム、分析方法及びプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】センサによる消費電力量の小さい分析装置等を提供する。【解決手段】分析装置は、２つのセンサにおいてそれぞれ定められた時間帯に検知された物理量の相互相関に基づいて、配管の状態の分析が必要であるかを判定する判定手段と、分析が必要と判定された場合に、物理量を用いて得られる配管の共振周波数に基づいて、配管の状態を分析する分析手段とを備える。【選択図】 図１

Description

本発明は、分析装置、分析システム、分析方法及びプログラムに関する。

上下水道網等を構成する配管が劣化により事故に至ると、大きな社会的影響や経済的損失が生じる場合がある。そのため、配管に対する様々な劣化状態の分析方法が提案されている。

特許文献１には、配管における漏洩位置の特定に利用する装置が消費するエネルギーを小さくする漏洩位置特定装置、その漏洩位置特定装置を制御する漏洩位置特定方法等が記載されている。

特許文献２には、配水管の劣化の進行を抑制することが可能な水道管理システム等が記載されている。

特許文献３には、簡易かつ正確に配管の状態を分析する分析装置等が記載されている。

また、特許文献４には、流体配管の検索間の両端部でマイクにより通流音を検出する操作のみで漏洩箇所を簡単に検出できるようにする配管漏洩検知方法等が記載されている。

国際公開第２０１４／０５０５１２号 国際公開第２０１６／０６７５５８号 特開２０１５−１９０８２５号公報 特開平１１−２０１８５９号公報 特開２０１０−２２３７４０号公報

配管の状態を分析する際には、配管の状態に関連する何らかの物理量を計測するセンサ等が用いられる場合がある。一般に、上下水道網を構成する配管は地中に埋設され、アクセスが容易ではないことから、これらの用途に用いられるセンサは、電力消費量が少ないことが望ましい。すなわち、特許文献１等に記載の技術に対して、センサによって消費される消費電力量を削減することが求められている。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、センサによる消費電力量の小さい分析装置等を提供することを主たる目的とする。

本発明の一態様における分析装置は、２つのセンサにおいてそれぞれ定められた時間帯に検知された物理量の相互相関に基づいて、配管の状態の分析が必要であるかを判定する判定手段と、分析が必要と判定された場合に、物理量に基づいて配管の状態を分析する分析手段とを備える。

本発明の一態様における分析システムは、物理量を検知する複数のセンサユニットと、複数のセンサユニットの各々において検知された物理量に基づいて判定及び分析を行う分析装置とを備える。

本発明の一態様における分析方法は、２つのセンサにおいてそれぞれ定められた時間帯に検知された物理量の相互相関に基づいて、配管の状態の分析が必要であるかを判定し、分析が必要と判定された場合に、物理量に基づいて配管の状態を分析する。

本発明の一態様におけるプログラムは、コンピュータに、２つのセンサにおいてそれぞれ定められた時間帯に検知された物理量の相互相関に基づいて、配管の状態の分析が必要であるかを判定する処理と、分析が必要と判定された場合に、物理量に基づいて配管の状態を分析する処理と、を実行させる。

本発明によると、センサによる消費電力量の小さい分析装置等を提供することができる。

本発明の第１の実施形態における分析装置を示す図である。 本発明の第１の実施形態における分析装置を含む分析システムを示す図である。 本発明の各実施形態における分析装置及び分析システムを実現する装置等の構成を示す図である。 本発明の第１の実施形態における分析装置及び分析システムによる分析の対象となる水道配管網の例を示すである。 センサユニットによって検知される物理量のデータの一例を示す図である。 相互相関の一例を示す図である。 本発明の各実施形態における分析システムが備えるセンサユニット１１による物理量のデータの検知の動作を示すフローチャートである。 本発明の各実施形態における分析システムが備えるセンサユニット１１による物理量のデータの送信の動作を示すフローチャートである。 本発明の第１の実施形態における分析装置の動作を示すフローチャートである。 本発明の第２の実施形態における分析装置を示す図である。 本発明の第２の実施形態における分析装置を含む分析システムを示す図である。 本発明の第３の実施形態における分析装置の動作を示すフローチャートである。

本発明の各実施形態について、添付の図面を参照して説明する。本発明の各実施形態において、分析装置等は、上水道や下水道等の水道配管網を構成する配管を対象とする。ただし、分析装置等の対象は水道配管網に限られない。分析装置等は、ガスやその他の気体を運ぶ配管を分析の対象としてもよい。

（第１の実施形態）
まず、本発明の第１の実施形態について説明する。図１は、本発明の第１の実施形態における分析装置を示す図である。

図１に示すとおり、本発明の第１の実施形態における分析装置１００は、判定部１１０と、分析部１２０とを備える。判定部１１０は、２つのセンサにおいてそれぞれ定められた時間帯に検知された物理量の相互相関に基づいて、配管の状態の分析が必要であるかを判定する。分析部１２０は、分析が必要と判定された場合に、物理量に基づいて配管の状態を分析する。

また、図２は、分析装置１００を含む分析システム１０の構成を示す図である。分析システム１０は、分析装置１００と、センサユニット１１とを含む。センサユニット１１は、配管又は配管の内部を流れる流体に関連する物理量を検知する。センサユニット１１の各々にて検知された物理量は、通信ネットワーク等を介して分析装置１００へ送信される。分析装置１００は、センサユニット１１にて検知された物理量を用いて上述した判定及び分析を行う。

本実施形態において、物理量は、配管の状態に応じて変化する可能性がある量である。すなわち、当該物理量によって、配管の状態の分析が可能となる。物理量は、例えば配管又は配管の内部を流れる流体を伝搬する振動である。また、物理量は、水圧等、配管の内部を流れる流体の圧力であってもよい。なお、物理量として、振動又は圧力とは異なる他の指標が用いられてもよい。以下の説明においては、物理量が振動である場合を想定する。

図２は、分析システム１０が、センサユニット１１−１から１１−ＮのＮ台のセンサユニット１１を備える場合の例を示す。なお、分析システム１０が備えるセンサユニット１１の数は特に限定されない。センサユニット１１の数は、配管の構成やその他の要因に応じて適宜定められる。

センサユニット１１の各々は、例えば制御部１１１０と、検知部１１１１とを備える。制御部１１１０は、センサユニット１１の動作を制御する。検知部１１１１は、上述した物理量を検知する。

本実施形態においては、センサユニット１１は、稼動状態と休眠状態との２つの動作の状態を有することを想定する。稼動状態は、センサユニット１１において、上述した物理量の検知や検知した物理量の送信等が行われ得る状態である。休眠状態は、物理量の検知や検知した物理量の送信等を停止した状態である。センサユニット１１が休眠状態にある場合には、稼動状態にある場合と比較して、消費電力が小さくなることが想定される。

センサユニット１１において、これらの２つの状態は、予め定められた休眠スケジュール等に応じて切り替えられる。休眠スケジュールは、センサユニット１１の稼動状態と休眠状態の切り替えに関するスケジュールを示す情報である。

休眠スケジュールは、センサユニット１１が稼動状態又は休眠状態にある時間帯を示す情報であってもよいし、稼動状態と休眠状態との各々を切り替える間隔を示す情報であってもよい。また、全てのセンサユニット１１に対して同じ休眠スケジュールが割り当てられてもよいし、センサユニット１１毎に異なる休眠スケジュールが割り当てられてもよい。休眠スケジュールには、センサユニット１１にて検知された物理量のデータの分析装置１００への送信のスケジュールが含まれてもよい。

また、各実施形態において、センサユニット１１の各々は、時刻を計測する機構（不図示）を備える。また、複数のセンサユニット１１の各々の間において、時刻を計測する機構が表す時刻の同期が可能であると想定する。以下の説明では、センサユニット１１が備える時刻を計測する機構が表す時刻を「センサユニット１１の時刻」等と呼ぶ場合がある。また、時刻を計測する機構が表す時刻を同期させることを、単に「時刻同期」等と呼ぶ場合がある。各実施形態においては、特段の説明が無い限り、センサユニット１１の各々が備える時刻を計測する機構は、互いに時刻が同期していない場合を想定する。

なお、時刻同期は、複数のセンサユニット１１の各々が備える時刻を計測する機構が示す時刻を揃えることを示す。すなわち、時刻同期によって、複数のセンサユニット１１の各々に設けられた時刻を計測する機構が示す時刻の差分が、所定の範囲に含まれるように調整される。この場合に、所定の範囲は、例えば後述する振動の伝搬速度の算出の際に必要とされる精度等に応じて定められる。

図２に示す例において、分析システム１０の各構成要素は、機能単位のブロックを示している。分析システム１０の各構成要素の一部又は全部は、情報処理装置等のハードウェアとプログラムとの任意の組み合わせにより実現される。図３は、分析システム１０の要素であるセンサユニット１１の各々及び分析装置１００を実現するハードウェア構成の一例を示す図である。

図２に示す例において、分析装置１００は、以下のような構成を含む。これらの構成要素の具体的な種類は特に限定されず、一般的に利用可能な任意の要素が用いられる。

・ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）１００１
・ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）１００２
・ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）１００３
・ＲＡＭ１００３にロードされるプログラム１００４
・プログラム１００４を格納する記憶部１００５
・通信ネットワークと接続する通信部１００６
・データの入出力を行う入出力部１００７
・各構成要素を接続するバス１００８
各実施形態における各装置の各構成要素は、これらの機能を実現するプログラム１００４をＣＰＵ１００１が取得して実行することで実現される。各装置の各構成要素の機能を実現するプログラム１００４は、例えば、予め記憶部１００５やＲＯＭ１００２に格納されており、必要に応じてＣＰＵ１００１が読み出す。なお、プログラム１００４は、例えば通信ネットワーク１００９を介してＣＰＵ１００１に供給される。又は、情報処理装置に必要に応じて接続されるドライブ装置（不図示）が、予め記録媒体に格納されたプログラム１００４を読み出してＣＰＵ１００１に供給してもよい。

なお、分析装置１００の実現方法には、様々な変形例がある。例えば、分析装置１００は、構成要素毎にそれぞれ別個の情報処理装置とプログラムとの任意の組み合わせにより実現されてもよい。また、分析装置１００が備える複数の構成要素が、一つの情報処理装置とプログラムとの任意の組み合わせにより実現されてもよい。

また、各装置の各構成要素の一部又は全部は、その他の汎用または専用の回路（ｃｉｒｃｕｉｔｒｙ）、プロセッサ等やこれらの組み合わせによって実現される。これらは、単一のチップによって構成されてもよいし、バスを介して接続される複数のチップによって構成されてもよい。各装置の各構成要素の一部又は全部は、上述した回路等とプログラムとの組み合わせによって実現されてもよい。

分析装置１００の各構成要素の一部又は全部が複数の情報処理装置や回路等により実現される場合には、複数の情報処理装置や回路等は、集中配置されてもよいし、分散配置されてもよい。例えば、情報処理装置や回路等は、クライアントアンドサーバシステム、クラウドコンピューティングシステム等、各々が通信ネットワークを介して接続される形態として実現されてもよい。

また、図３に示す例では、センサユニット１１は、ＣＰＵ１１０１と、ＲＯＭ１１０２と、ＲＡＭ１１０３と、記憶部１１０５と、通信部１１０６と、バス１１０８とを備える。記憶部１１０５には、プログラム１１０４が格納される。これらの要素は、分析装置１００が備える構成要素と同様の機能を有し、上述した制御部１１１０を構成する。

図３に示す例において、通信部１１０６が接続する具体的な通信ネットワークの種類は特に限定されない。通信ネットワークは、任意の規格のインターネット回線、任意の規格の電話回線、ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）等であるが、これに限られない。また、これらの通信ネットワークは、無線でもよいし、有線でもよい。

また、センサユニット１１は、上述した検知部１１１１と、バッテリ１１１２とを備える。

検知部１１１１は、物理量を検知する。検知する物理量が振動である場合には、検知部１１１１は振動センサによって実現される。振動センサとして、圧電式振動センサ、電磁式振動センサ、超音波センサ又はマイク等が用いられる。また、検知する物理量が水圧等の圧力である場合には、検知部１１１１は圧力センサによって実現される。圧力センサとして、ダイヤフラムを介した間圧素子等が用いられる。

検知部１１１１は、振動センサ及び圧力センサの双方を含んでもよい。また、振動センサ又は圧力センサによって検知された物理量のデータは、例えば信号変換部（不図示）等によってアナログ信号からデジタル信号へ変換される。

バッテリ１１１２は、センサユニット１１の各構成要素に対して電力を供給する。バッテリ１１１２は、一次電池でもよいし、二次電池でもよい。バッテリ１１１２は、バッテリの残量を他の要素へ通知可能な構成でもよい。この場合に、ＣＰＵ１１０１において実行されるプログラム１１０４等は、バッテリの残量に応じてセンサユニット１１の各構成要素の動作を変更するような制御を行ってもよい。

上述のように、分析装置１００等は、上水道や下水道等の水道配管網を構成する配管を対象とする。図４は、分析システム１０が水道配管網を構成する配管を分析の対象とする場合の一例を示す。

図４に示す水道配管網５００は、複数の配管５０１によって構成される。配管５０１には、消火栓５０２が設けられている。図４に示す例では、配管５０１の交点に消火栓５０２−１から５０２−４が設けられており、その他の場所に消火栓５０２−５が設けられている。また、センサユニット１１−１から１１−４の各々が、消火栓５０２−１から５０２−４にそれぞれ取り付けられている。
なお、水道配管網５００には、その他の必要な設備が設けられてもよい。

分析システム１０は、配管５０１又は消火栓５０２に生じた振動を検知し、検知した振動に基づいて配管の状態を分析する。例えば、分析システム１０は、水道配管網５００の外部の要因によって生じた振動を検知し、検知した振動に基づいて配管の状態を分析する。水道配管網５００の外部の要因によって生じた振動には、消火栓５０２−２等のセンサユニット１１が設けられた箇所の近傍を車両が通過したことで生じた振動等が含まれる。

また、分析システム１０は、配管５０１又は消火栓５０２を加振することで生じた振動を検知し、検知した振動に基づいて配管の状態を分析してもよい。この場合には、ハンマー等にて消火栓５０２を叩くことによって、配管５０１へのインパクト加振がなされてもよい。又は、加振器を用いてホワイトノイズ等の振動を発生させることによって配管５０１への加振がなされてもよい。配管５０１等を加振する場合には、加振の箇所は特に制限されず、センサユニット１１との位置関係等に応じて定められればよい。

振動等の物理量は、複数の経路を介してセンサユニット１１の各々へ到達する場合がある。例えば、消火栓５０２−２の近傍を車両が通過したことで生じた振動は、図４の「経路１」にて示されるように、消火栓５０２−１と消火栓５０２−２との間の配管を経由してセンサユニット１１−１へ伝搬する。また、この振動は、更に、図４の「経路２」にて示されるように、消火栓５０２−２から、消火栓５０２−４、消火栓５０２−３、及び消火栓５０２−１の各々の間の配管を経由してセンサユニット１１−２へ伝搬する。

したがって、消火栓５０２−１と消火栓５０２−２との間の配管を分析の対象とする場合には、経路１を経由する振動等の物理量を検知する必要がある。
この場合には、後述する相互相関の大きさに基づいて、検知した物理量が経路１を経由したことを判断する。例えば、センサユニット１１−１及び１１−２にて検知された物理量の相互相関が予め定めた閾値よりも大きく、センサユニット１１−１及び１１−３にて検知された物理量の相互相関が閾値を超えない程度の大きさである場合を想定する。この場合には、センサユニット１１−１及び１１−２にて検知された物理量の相互相関は、経路１を経由した物理量に関連すると判断される。

続いて、本実施形態における分析装置１００の各構成要素について説明する。なお、以下の説明では、図４に示す水道配管網５００において、センサユニット１１−１と１１−２の間の配管５０１を伝搬する振動（つまり、上述した経路１に沿って伝搬する振動）を、センサユニット１１−１と１１−２がそれぞれ検知する場合が想定される。

判定部１１０は、物理量の相互相関に基づいて、配管の状態の分析が必要であるかを判定する。判定部１１０は、相互相関が所定の条件を満たす場合に、配管の状態の分析が必要と判断する。所定の条件には、例えば相互相関の最大値の大きさが所定の閾値より大きい場合が含まれる。なお、相互相関の大きさとは異なる他の条件が、所定の条件として用いられてもよい。

判定部１１０は、２つのセンサユニット１１の各々において、個々に定められた時間帯に検知された物理量のデータを用いて、相互相関を求める。また、判定部１１０は、２つのセンサユニット１１の各々において、複数の時間帯に検知された物理量のデータのそれぞれに対する相互相関を求める。そして、２つのセンサユニット１１の各々のいずれかの時間帯において相互相関が所定の条件を満たす場合に、判定部１１０は、配管の状態の分析が必要であると判定する。

判定部１１０による相互相関の算出及び判定について、更に説明する。センサユニット１１−１又は１１−２の各々によって検知された物理量である振動の例は、図５に示される。図５（Ａ）は、センサユニット１１−１によって検知された振動の例を示す。図５（Ｂ）は、センサユニット１１−２によって検知された振動の例を示す。センサユニット１１−１及び１１−２にて検知された振動は、加振によって生じた振動とは異なる雑音等が含まれることによって、互いに異なっている。図５に示す例において、振動レベルは、例えば振幅等の振動の大きさを示す指標である。振動レベルとして、振動の加速度や、振動のパワースペクトル密度等が用いられる。また、図５（Ａ）及び（Ｂ）の例において、横軸は同じ時刻を示す。

この例において、相互相関を求める場合を想定する。センサユニット１１−１にて基準となる時刻から時間ｋ１が経過した時刻から時間幅Ｔの間に計測された物理量をａ_ｋ１とする。同様に、センサユニット１１−２によって、基準となる時刻から時間ｋ２が経過した時刻時間幅Ｔの間に計測された物理量をｂ_ｋ２とする。時間幅Ｔは、例えば６０秒等の時間が用いられる。ただし、時間幅Ｔはこれに限られず、配管やセンサユニット１１の検知部１１１１の種類等に応じて異なる時間が定められてもよい。

なお、センサユニット１１−１又は１１−２の各々の時刻は、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）の信号等を受信して得た絶対時刻でもよいし、他の基準信号等に基づいて求めた相対時刻でもよい。センサユニット１１−１又は１１−２の各々の時刻は、同期していなくてもよい。

この場合に、判定部１１０は、以下の（１）式を用いて相互相関を求める。なお、以下の（１）式において、ｔは相互相関の対象となる時間幅、τは２つの物理量の時間差を表す。すなわち、上述した時間幅Ｔの物理量のデータが用いられる場合には、（１）式におけるｔは時間幅Ｔに相当する。

図６は、求められた相互相関の一例である。図６において、横軸はａ_ｋ１とｂ_ｋ１との時間差を表し、縦軸は相互相関の大きさを表す。

判定部１１０は、（１）式を用いて求められた相互相関Ｒ（τ）の最大値を求める。最大値は、Ｒ_ｍａｘと表される。そして、判定部１１０は、相互相関の最大値であるＲ_ｍａｘが閾値を超える場合に、上述した所定の条件を満たすとする。すなわち、判定部１１０は、Ｒ_ｍａｘが閾値を超える場合に、配管の状態の分析が必要であると判定する。

なお、閾値は、例えば０．５との値が用いられる。ただし、閾値はこの値に限られず、対象とされた配管やセンサユニット１１の検知部１１１１の種類等に応じて適宜定められればよい。

また、判定部１１０は、２つのセンサユニット１１の各々において複数の異なる時間帯に検知された物理量のデータのそれぞれに対する相互相関を求めてもよい。すなわち、判定部１１０は、上述した時間ｋ１又はｋ２の少なくとも一方を変化させて、変化させた後の時間幅Ｔに検知された物理量のデータに対する相互相関を再び求めてもよい。すなわち、複数のｋ１又はｋ２から時間幅Ｔの間に検知された物理量のデータに対する相互相関が求められる。そして、判定部１１０は、例えばＲ_ｍａｘが閾値を超えない等の場合に、２つのセンサユニット１１の各々において複数の異なる時間帯に検知された物理量のデータに対する相互相関を求める。

この場合には、判定部１１０は、時間ｋ１又はｋ２の少なくとも一方を変化させ求めたいずれかの相互相関の最大値Ｒ_ｍａｘが閾値を超える等の所定の条件を満たす場合に、配管の状態の分析が必要であると判定する。この場合には、Ｒ_ｍａｘが閾値を超える、すなわち所定の条件を満たすような相互相関を求める際に用いられた物理量のデータであるａ_ｋ１及びｂ_ｋ２が、分析部１２０による分析の対象とされる。

一方、予め想定された全てのｋ１及びｋ２の組合せに対して求めた相互相関に関する最大値Ｒ_ｍａｘのいずれもが閾値を超えない場合に、判定部１１０は、配管の状態の分析は不要と判定する。つまり、計測された振動等の物理量のデータには、分析の対象となる信号が含まれていないとみなされる。

このように、判定部１１０が複数の異なる時間帯に検知された物理量のデータに対する相互相関を求めることで、２つのセンサユニット１１において時刻が同期していない場合においても、Ｒ_ｍａｘが閾値を越えるか等の判定が可能となる。すなわち、センサユニット１１における時刻の同期が不要となる。そのため、センサユニット１１において、時刻の同期に関して消費される電力が削減される。

判定部１１０が時間ｋ１又はｋ２を変化させて相互相関を求める場合に、複数のｋ１及びｋ２の各々は、関連するセンサユニット１１において個々に定められる。また、時間ｋ１とｋ２との組合せ、すなわち、時間ｋ１又はｋ２のいずれを変化させるか、変化させる時間の範囲等は、対象となる配管等に応じて適宜定められればよい。また、複数のｋ１及びｋ２から時間幅Ｔの時間帯の少なくとも一部が重なるように、複数のｋ１及びｋ２の各々が定められることが好ましい。

時間ｋ１又はｋ２の少なくとも一方を変化させる場合には、判定部１１０は、例えばこれらの時間を、それぞれ予め定めた時間ずつ変化させる。この場合に、予め定めた時間は、分析の対象となる配管等に応じて適宜定められればよい。

また、判定部１１０は、時間ｋ１又はｋ２を変化させるたびに、センサユニット１１の記憶部１１０５等に格納された物理量のデータを取得してもよい。或いは、判定部１１０は、予めセンサユニット１１から十分な時間幅の物理量のデータを取得し、取得したデータから、時間ｋ１又はｋ２の変化に応じて必要となる時間幅の物理量のデータを抽出してもよい。

分析部１２０は、判定部１１０によって分析が必要であると判定された場合に、物理量に基づいて、配管の状態を分析する。分析部１２０は、一例として、物理量を用いて求められる配管の共振周波数に基づいて配管の状態を分析する。

分析部１２０は、配管の状態の一例として、配管の劣化の程度を分析する。配管の劣化には、配管に穴が開き、配管の内部を流れる水等の流体が漏れている状態、配管の肉厚が薄くなっている状態、腐食によって配管が脆くなっている状態、又は配管を接続する部位の接続状態が緩くなっている状態等が含まれる。また、その他の配管の状態が、配管の劣化に含まれてもよい。

一例として、分析部１２０は、振動等の物理量のデータより求められる共振周波数に基づいて、配管の状態を分析する。物理量のデータとして、上述した判定部１１０による判定の際に用いられたデータ等が用いられる。以下、分析部１２０による共振周波数の求め方の一つを示す。

分析部１２０は、まず、振動等の物理量のデータであるａ_ｋ１又はｂ_ｋ２のいずれかに対する高速フーリエ変換（Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ：ＦＦＴ）等によって、当該物理量の相互応答に対する周波数応答を得る。そして、分析部１２０は、予め定めた周波数範囲において、振動のレベルがピークとなる周波数を、共振周波数ｆとして求める。この場合に、分析部１２０は、ａ_ｋ１又はｂ_ｋ２の各々についても求めた周波数応答を平均化して、共振周波数ｆを求めてもよい。このようにすることで、計測対象となる振動等の物理量とは異なる振動等の影響が軽減される。

周波数範囲は、例えば３００Ｈｚ（ヘルツ）から５００Ｈｚ等の範囲のように定められる。ただし、周波数範囲は上述の範囲に限られず、配管の種類や想定される配管の状態等に応じて適宜定められる。

共振周波数ｆが求められると、分析部１２０は、共振周波数ｆと基準となる周波数とに基づいて、配管の状態を分析する。一例として、分析部１２０は、共振周波数ｆと、基準となる周波数とを比較することによって配管の状態を分析する。

基準となる周波数の例として、劣化が生じていない場合における、分析対象の配管と同じ種類の配管に対して一般的に想定される共振周波数ｆ０が含まれる。また、基準となる共振周波数の別の例として、共振周波数ｆ０に基づいて、分析の対象となる配管の経年や負荷等に応じて定められる共振周波数ｆ１が用いられる。

配管の共振周波数は、経年劣化や、内部を流体が流れる際の負荷等に応じて変化する。そこで、分析部１２０は、共振周波数ｆ０に加えて共振周波数ｆ１を用いて配管の状態を分析する。なお、共振周波数ｆ１は、共振周波数ｆ０からの変化量に基づいて定められてもよいし、過去に分析対象とされた配管に対して実測された共振周波数等を用いて予測する等によって定められてもよい。なお、共振周波数の変化量は、例えば２つの共振周波数の差分である。

一例として、分析部１２０は、共振周波数ｆ１を閾値として、配管の状態を分析する。つまり、分析部１２０は、配管の種類等に応じて、共振周波数ｆが共振周波数ｆ１よりも大きいか、又は、共振周波数ｆが共振周波数ｆ１よりも小さいかの少なくとも一方を判定する。共振周波数ｆが共振周波数ｆ１を越える場合、すなわち、共振周波数ｆが、共振周波数ｆ１よりも大きい場合又は小さい場合のいずれかの場合には、分析部１２０は、配管が劣化していると判断する。

更に、分析部１２０は、共振周波数ｆ０に対する共振周波数ｆの変化量に基づいて、配管の劣化の状態を分析してもよい。一例として、分析部１２０は、共振周波数ｆ０に対する共振周波数ｆの変化量の大きさに応じて、配管の劣化の程度を分析する。すなわち、分析部１２０は、共振周波数ｆ０に対する共振周波数ｆの変化量が所定の閾値等を越えて大きい場合に、配管の劣化が進んでいると分析する。また、分析部１２０は、変化量の大きさに応じて配管の劣化の程度を分析してもよい。例えば、分析部１２０は、変化量が大きくなるほど、配管の劣化の程度が進んでいると判断する。

なお、上述の例において、共振周波数ｆ０又はｆ１とは異なる共振周波数が基準となる共振周波数として用いられてもよい。また、分析部１２０は、上記とは異なる手順にて基準となる共振周波数を用いて配管の状態を分析してもよい。

また、分析部１２０は、共振周波数に加えて、配管の状況等に関する情報に基づいて配管の状態を分析してもよい。配管の状況等に関する情報には、配管のレイアウト、配管の材質、配管の経年、配管の過去の故障履歴、配管の周囲の土壌状態等が含まれる。この例において、配管のレイアウトには、分析対象となる配管の水道管網等における位置、例えば、分析対象となる配管が配管網の端にあるか、等が含まれる。なお、配管の状況等に関する情報は、台帳情報とも呼ばれる。分析部１２０は、これらの台帳情報の内容に応じて、上述した共振周波数ｆ１や、変化量の閾値を適宜変化させてもよい。そして、分析部１２０は、変化した共振周波数ｆ１や閾値を基準として、配管の状態を分析する。

続いて、本実施形態における分析装置１００及び分析システム１０の構成要素の動作を説明する。

センサユニット１１による物理量のデータの検知は、一例として図７に示すフローチャートのように行われる。なお、センサユニット１１の各々に対して、予め休眠スケジュールが割り当てられている場合を想定する。一例として、休眠スケジュールは、複数のセンサユニット１１の各々における時刻の誤差を考慮して、物理量の検知が行われる時間帯が概ね重なるように定められる。

制御部１１１０は、休眠スケジュールに定められた稼働時間であるかを判定する（ステップＳ１１）。稼働時間ではない場合、すなわち、休眠状態にある場合（ステップＳ１１：Ｎｏ）には、例えば稼動状態となるまで制御部１１１０は繰り返しステップＳ１１の判定を行う。

稼働時間である場合、すなわち、センサユニット１１が稼動状態にある場合（ステップＳ１１：Ｙｅｓ）には、センサユニット１１の検知部１１１１は、物理量のデータを収集する（ステップＳ１２）。なお、相互相関を求める際に対象となる２つのセンサユニット１１の間での時刻のずれ等に応じて、ステップＳ１２の動作に先立ち、これらのセンサユニット１１の間で時刻の同期が行われてもよい。

収集した物理量のデータは、適宜センサユニット１１の記憶部１１０５等に格納される（ステップＳ１３）。

また、センサユニット１１による検知された物理量の分析装置１００への送信は、一例として図８に示すフローチャートのように行われる。図８に示す送信の動作は、例えば記憶部１１０５の容量等に応じて適宜行われる。

制御部１１１０は、休眠スケジュール等に定められた送信時間であるかを判定する（ステップＳ２１）。送信時間ではない場合、すなわち、休眠状態にある場合や、稼動状態であるが送信する時間ではない場合等（ステップＳ２１：Ｎｏ）は、送信時間となるまで制御部１１１０は繰り返しステップＳ２１の判定を行う。

送信時間である場合には（ステップＳ２１：Ｙｅｓ）、制御部１１１０は、物理量のデータを分析装置１００へ送信する。この場合に、制御部１１１０は、予め検知され、記憶部１１０５に格納されている物理量のデータを送信してもよいし、検知部１１１１にて物理量のデータを検知して送信してもよい。

続いて、図９に示すフローチャートを参照して、本実施形態における分析装置１００の動作の一例を説明する。

最初に、判定部１１０は、センサユニット１１の各々から振動のデータ等の物理量のデータを取得する（ステップＳ１０１）。ステップＳ１０１において、判定部１１０は、例えば、センサユニット１１の検知部１１１１にて検知され、ＲＡＭ１１０３や記憶部１１０５に格納された物理量のデータを適宜読み出すことによって取得する。また、判定部１１０は、例えば、通信部１００６を介して物理量のデータを取得する。

次に、判定部１１０は、ステップＳ１０１にて取得した物理量のデータ等に関して、相互相関を算出する（ステップＳ１０２）。判定部１１０は、上述した（１）式等を用いて相互相関を算出する。

次に、判定部１１０は、ステップＳ１０２にて求めた相互相関が所定の条件を満たすかを判定する（ステップＳ１０３）。一例として、判定部１１０は、相互相関の最大値の大きさが所定の閾値よりも大きいかを判定する。

相互相関が所定の条件を満たす場合（ステップＳ１０３：Ｙｅｓ）、分析部１２０は、配管の状態を分析する（ステップＳ１０４）。分析部１２０は、ステップＳ１０１にて取得した物理量のデータから共振周波数を求める。そして分析部１２０は、当該共振周波数に基づいて配管の状態を分析する。

これに対して、相互相関が所定の条件を満たさない場合（ステップＳ１０３：Ｎｏ）には、判定部１１０は、ステップＳ１０１に戻って処理を継続する。この場合のステップＳ１０１及びステップＳ１０２の処理において、判定部１１０は、再度センサユニット１１の各々から物理量のデータを再度取得して、相互相関を求めてもよい。また、判定部１１０は、先に実行されたステップＳ１０１にて取得した物理量のデータのうち、少なくとも一つのセンサユニット１１に関して異なる時間帯に計測された物理量のデータを用いて相互相関を求めてもよい。

以上のとおり、本発明の第１の実施形態における分析装置１００は、センサユニット１１にて検知された振動等の物理量のデータに基づいて、配管の状態を分析する。分析の要否は、相互相関の最大値の大きさに基づいて、判定部１１０が決定する。相互相関は、２つのセンサユニット１１においてそれぞれ定められた時間帯に検知された物理量に基づいて求められる。また、判定部１１０は、２つのセンサユニットにおいて、物理量を検知する時間帯を変化させて求められた物理量のデータに基づいて相互相関を求める。

このようにすることで、センサユニット１１の間での時刻の同期を必要とすることなく、配管の状態を分析するか否かが決定される。すなわち、センサユニット１１の間での時刻の同期が必須ではなくなる。したがって、分析装置１００は、センサユニット１１によって消費される消費電力量を小さくする。

（第２の実施形態）
続いて、本発明の第２の実施形態について説明する。図１０は、第２の実施形態における分析装置２００を示す図である。

図１０に示すとおり、本発明の第１の実施形態における分析装置２００は、判定部１１０と、時刻同期部２３０と、分析部２２０とを備える。判定部１１０は、第１の実施形態における分析装置１００が備える判定部１１０と同様の動作である。時刻同期部２３０は、複数のセンサユニット１１の時刻同期を行うよう制御する。また、分析部２２０は、分析が必要と判定された場合に、物理量を用いて求められる、配管を伝搬する振動の伝搬速度及び共振周波数に基づいて、配管の状態を分析する。

すなわち、分析装置２００は、時刻同期部２３０を備える点、及び、分析部が配管の共振周波数に加えて配管を伝搬する振動の伝搬速度に基づいて配管の状態を分析する点が、第１の実施形態における分析装置１００と異なる。その他の点については、分析装置２００は、第１の実施形態における分析装置１００の各々と同様の構成を備える。

また、第１の実施形態における分析システム１０と同様に、図１１に示すように、分析装置２００を備える分析システム２０が構成される。分析システム２０は、センサユニット１１と、分析装置２００とを備える。センサユニット１１の数は特に限定されない。センサユニット１１の各々及び分析装置２００は、図３に示すハードウェア構成等にて実現される。

続いて、本実施形態における分析装置２００の各構成要素について説明する。
なお、第１の実施形態に置ける分析装置１００の構成要素と同様の要素については、適宜説明を省略する。

時刻同期部２３０は、分析システム２０が備えるセンサユニット１１のうち、少なくとも２つのセンサユニット１１について、時刻の同期を行うよう制御する。時刻同期部２３０は、相互相関の大きさが閾値を超える場合等、判定部１１０によって相互相関が所定の条件を満たすと判定された場合等に時刻同期を行うように制御する。

時刻同期部２３０は、センサユニット１１−１から１１−Ｎのうち、判定部１１０によって相互相関が所定の条件を満たすと判定された物理量を計測した２つのセンサユニット１１を同期の対象とする。なお、時刻同期部２３０は、当該２つのセンサユニット１１とは異なる他のセンサユニット１１に対しても時刻の同期を行うように制御してもよい。例えば、時刻同期部２３０は、センサユニット１１−１から１１−Ｎの全てを同期の対象としてもよいし、上述した２つのセンサユニット１１と隣接するセンサユニット１１を同期の対象としてもよい。

また、時刻同期部２３０が２つのセンサユニット１１の時刻の同期を行う場合の制御方法として、公知の任意の手法が用いられる。

分析部２２０は、配管を伝搬する振動の伝搬速度及び共振周波数に基づいて、配管の状態を分析する。配管を伝搬する振動の伝搬速度は、時刻同期部２３０によって時刻同期が行われた２つのセンサユニット１１の間の配管５０１の伝搬速度である。なお、配管を伝搬する振動の伝搬速度は、配管の音速と呼ばれる場合がある。また、以下の説明において、配管を伝搬する振動の伝搬速度を単に伝搬速度と称する場合がある。

２つのセンサユニット１１において時刻の同期が行われることで、例えば配管に生じた振動が２つのセンサユニット１１へ到達する際の到達時間差が求められる。到達時間差に基づいて、振動が、配管５０１の２つのセンサユニット１１の間を伝搬する際に必要となる時間が求められる。そして、２つのセンサユニット１１の間の配管５０１に沿った距離を当該時間で除することで、上述した伝搬速度が求められる。

なお、到達時間差は、例えば時刻同期が行われた後に求められる。この場合には、配管５０１等を加振することで生じた振動をセンサユニット１１が検知することで当該時間差が求められる。

分析部２２０は、上述のようにして求められた配管５０１を伝搬する振動の伝搬速度、又は共振周波数のいずれか一方又は両方に基づいて、配管５０１の状態を分析する。共振周波数に基づいて配管の状態を分析する場合には、分析部２２０は、第１の実施形態における分析部１２０と同様に分析する。

また、分析部２２０は、配管を伝搬する振動の伝搬速度に基づいて配管の状態を分析する場合には、求められた伝搬速度ｃと基準となる伝搬速度ｃ０とに基づいて分析する。基準となる伝搬速度ｃ０は、例えば劣化が生じていない場合における分析対象の配管と同じ種類の配管の伝搬速度が用いられる。

また、配管を伝搬する振動の伝搬速度は、共振周波数と同様に、経年や内部を流体が流れる際の負荷等に応じて変化する。そこで、基準となる伝搬速度ｃ０として、経年や内部を流体が流れる際の負荷等に応じて定められる伝搬速度が用いられてもよい。この場合に、伝搬速度ｃ０は、過去に分析対象とされた配管に対して実測された伝搬速度等を用いて決定される。

分析部２２０は、伝搬速度ｃ０からの伝搬速度ｃの変化量等に基づいて、配管の状態を分析する。例えば、分析部２２０は、伝搬速度ｃの伝搬速度ｃ０からの変化量が所定の閾値と比較して大きい場合に、分析対象である配管の劣化の程度が進んでいると分析する。

また、分析部２２０は、配管を伝搬する振動の伝搬速度や共振周波数を用いて、配管の肉厚やヤング率を求めて評価してもよい。この場合には、分析部２２０は、伝搬速度や共振周波数の基準となる値からの変化量に基づいて、配管の肉厚やヤング率を求める。

さらに、分析部２２０は、分析部１２０と同様に、配管を伝搬する振動の伝搬速度又は共振周波数に加えて、上述した台帳情報を組み合わせて配管の状態を分析してもよい。例えば、分析部２２０は、台帳情報に基づいて、上述した変化量に関する閾値を適宜変化させてもよい。

続いて、図１２に示すフローチャートを参照して、本実施形態における分析装置２００の動作の一例を説明する。

最初に、判定部１１０は、センサユニット１１の各々から振動のデータ等の物理量のデータを取得する（ステップＳ２０１）。

次に、判定部１１０は、ステップＳ２０１にて取得した２つのセンサユニットにおいて検知された振動のデータ等に関して、相互相関を算出する（ステップＳ２０２）。

次に、判定部１１０は、ステップＳ２０２にて求めた相互相関が所定の条件を満たすかを判定する（ステップＳ２０３）。判定部１１０は、相互相関が所定の閾値よりも大きいかを判定する。

ステップＳ２０１からＳ２０３までの動作は、第１の実施形態における分析装置１００のステップＳ１０１からＳ１０３までの動作と同様である。

続いて、相互相関が所定の条件を満たす場合（ステップＳ２０３：Ｙｅｓ）、時刻同期部２３０は、分析の対象となる配管にて物理量を検知する２つのセンサユニット１１の時刻同期を行う。時刻同期部２３０は、センサユニット１１−１から１１−Ｎのうち、分析部ステップＳ２０３において相互相関が所定の条件を満たすと判定された物理量を検知した２つのセンサユニット１１を時刻同期の対象とする。

続いて、分析部２２０は、配管の状態を分析する（ステップＳ２０５）。分析部１２０は、ステップＳ２０１にて取得した物理量のデータ等から配管を伝搬する振動の伝搬速度や共振周波数を求め、当該共振周波数に基づいて配管の状態を分析する。なお、このステップにおいて、必要に応じて物理量のデータの取得が行われてもよい。

なお、相互相関が所定の条件を満たさない場合（ステップＳ２０３：Ｎｏ）には、判定部１１０は、ステップＳ２０１に戻って処理を継続する。

以上のとおり、本発明の第２の実施形態における分析装置２００及び分析システム２０は、配管を伝搬する振動の伝搬速度及び共振周波数に基づいて配管の状態を分析する。したがって、第１の実施形態における分析装置１００と比較すると、分析装置２００によって、高精度な配管の状態の分析が可能となる。

また、分析システム２０においては、センサユニット１１の時刻同期が行われる場合がある。しかしながら、時刻同期は、相互相関の大きさが所定の条件を満たす場合等に行われる。すなわち、時刻同期は、配管の状態の分析が必要と判断される場合に行われる。相互相関の大きさが所定の条件を満たさず、配管の状態の分析が必要とされない場合には、センサユニット１１の時刻はそのままとされる。

したがって、常にセンサユニット１１の時刻同期が行われる場合と比較すると、分析システム２０においては、センサユニット１１による消費電力量が削減される。

以上、実施形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明の構成や詳細には、本発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。また、各実施形態における構成は、本発明のスコープを逸脱しない限りにおいて、互いに組み合わせることが可能である。

この発明の一部又は全部は、以下の付記のように表されるが、これに限られない。

（付記１）
２つのセンサにおいてそれぞれ定められた時間帯に検知された物理量の相互相関に基づいて、配管の状態の分析が必要であるかを判定する判定手段と、
前記分析が必要と判定された場合に、前記物理量に基づいて前記配管の状態を分析する分析手段と、
を備える分析装置。

（付記２）
前記判定手段は、前記センサの各々で異なる複数の時間帯に検知された前記物理量に対してそれぞれ求められた前記相互相関に基づいて、前記分析が必要であるかを判定する、付記１に記載の分析装置。

（付記３）
前記判定手段は、前記相互相関の大きさが所定の条件を満たす場合に前記分析が必要であると判定する、付記１又は２に記載の分析装置。

（付記４）
前記判定手段は、前記相互相関の大きさが所定の閾値を超える場合に前記分析が必要であると判定する、付記２に記載の分析装置。

（付記５）
前記判定手段は、前記センサの各々で異なる複数の時間帯に検知された前記物理量に対してそれぞれ求められた前記相互相関のうち、少なくともに一つの前記相互相関の大きさが所定の条件を満たす場合に前記分析が必要であると判定する、付記２から４のいずれか一項に記載の分析装置。

（付記６）
前記分析手段は、前記物理量を用いて得られる前記配管の共振周波数に基づいて前記配管の状態を分析する、付記１から５のいずれか一項に記載の分析装置。

（付記７）
前記分析手段は、前記共振周波数と基準となる共振周波数とを比較することで前記配管の状態を分析する、付記６のに記載の分析装置。

（付記８）
前記分析手段は、前記共振周波数が前記基準となる共振周波数を超える場合に前記配管に劣化が生じているとする、付記１から７のいずれか一項に記載の分析装置。

（付記９）
前記分析手段は、前記基準となる共振周波数からの前記共振周波数の変化量に基づいて前記配管の状態を分析する、付記１から８のいずれか一項に記載の分析装置。

（付記１０）
前記複数のセンサユニットの時刻同期を行うよう制御する時刻同期手段を備え、
前記分析手段は、更に、前記物理量である前記配管を伝搬する振動の伝搬速度に基づいて前記配管の状態を分析する、付記１から９のいずれか一項に記載の分析装置。

（付記１１）
前記分析手段は、前記配管の状況に関する情報に基づいて前記配管の状態を分析する、付記１から１０のいずれか一項に記載の分析装置。

（付記１２）
前記物理量は、前記配管を伝搬する振動である、付記１から１１のいずれか一項に記載の分析装置。

（付記１３）
前記物理量を検知する複数のセンサユニットと、
前記複数のセンサユニットの各々において検知された前記物理量に基づいて判定及び分析を行う付記１から１２のいずれか一項に記載の分析装置と
を備える分析システム。

（付記１４）
２つのセンサにおいてそれぞれ定められた時間帯に検知された物理量の相互相関に基づいて、配管の状態の分析が必要であるかを判定し、
前記分析が必要と判定された場合に、前記物理量に基づいて前記配管の状態を分析する、
分析方法。

（付記１５）
コンピュータに、
２つのセンサにおいてそれぞれ定められた時間帯に検知された物理量の相互相関に基づいて、配管の状態の分析が必要であるかを判定する処理と、
前記分析が必要と判定された場合に、前記物理量に基づいて前記配管の状態を分析する処理と、
を実行させるプログラム。

１０ 分析システム
１１ センサユニット
１００ 分析装置
１１０ 判定部
１２０、２２０ 分析部
１００１、１１０１ ＣＰＵ
１００２、１１０２ ＲＯＭ
１００３、１１０３ ＲＡＭ
１００４、１１０４ プログラム
１００５、１１０５ 記憶部
１００６、１１０６ 通信部
１００８、１１０８ バス
１１１０ 制御部
１１１１ 検知部
１１１２ バッテリ

Claims (10)

1. ２つのセンサにおいてそれぞれ定められた時間帯に検知された物理量の相互相関に基づいて、配管の状態の分析が必要であるかを判定する判定手段と、
   前記分析が必要と判定された場合に、前記物理量に基づいて前記配管の状態を分析する分析手段と、
   を備える分析装置。
2. 前記判定手段は、前記センサの各々で異なる複数の時間帯に検知された前記物理量に対してそれぞれ求められた前記相互相関に基づいて、前記分析が必要であるかを判定する、請求項１に記載の分析装置。
3. 前記判定手段は、前記相互相関の大きさが所定の条件を満たす場合に前記分析が必要であると判定する、請求項１又は２に記載の分析装置。
4. 前記判定手段は、前記センサの各々で異なる複数の時間帯に検知された前記物理量に対してそれぞれ求められた前記相互相関のうち、少なくともに一つの前記相互相関の大きさが所定の条件を満たす場合に前記分析が必要であると判定する、請求項２又は３に記載の分析装置。
5. 前記分析手段は、前記物理量を用いて得られる前記配管の共振周波数に基づいて前記配管の状態を分析する、請求項１から４のいずれか一項に記載の分析装置。
6. 前記複数のセンサユニットの時刻同期を行うよう制御する時刻同期手段を備え、
   前記分析手段は、更に、前記物理量である前記配管を伝搬する振動の伝搬速度に基づいて前記配管の状態を分析する、請求項１から４のいずれか一項に記載の分析装置。
7. 前記物理量は、前記配管を伝搬する振動である、請求項１から６のいずれか一項に記載の分析装置。
8. 前記物理量を検知する複数のセンサユニットと、
   前記複数のセンサユニットの各々において検知された前記物理量に基づいて前記判定及び前記分析を行う請求項１から７のいずれか一項に記載の分析装置と
   を備える分析システム。
9. ２つのセンサにおいてそれぞれ定められた時間帯に検知された物理量の相互相関に基づいて、配管の状態の分析が必要であるかを判定し、
   前記分析が必要と判定された場合に、前記物理量に基づいて前記配管の状態を分析する、
   分析方法。
10. コンピュータに、
    ２つのセンサにおいてそれぞれ定められた時間帯に検知された物理量の相互相関に基づいて、配管の状態の分析が必要であるかを判定する処理と、
    前記分析が必要と判定された場合に、前記物理量に基づいて前記配管の状態を分析する処理と、
    を実行させるプログラム。

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