JP2018160758A - 斜面監視装置、斜面監視方法、および、斜面監視プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】斜面監視装置の斜面監視において、斜面監視装置の消費電力に留意しつつも、監視の結果を遠隔に通知することを確実にするさらなる省電力化、および、さらなるセンサ検知の高精度化を実現する。【解決手段】加速度センサ１により斜面を監視して自然災害の発生を検知する検知端末１０は、加速度センサ１の値を読み出し、傾斜データの送信条件に合致するかを判定する通知制御部２と、通知制御部２の判定により、送信するデータが重要なデータの場合には確認パケットによる到達確認と再送制御を行い、送信するデータが重要なデータでない場合には到達確認と再送制御を行わない無線部３と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、斜面監視装置、斜面監視方法、および、斜面監視プログラムに関する。具体的には、センサネットワークなど、空間に分散配置された多数の無線端末が、データを中継することで直接無線が到達しないエリアの端末と通信するシステムにおいて、無線端末が備えたセンサによって斜面を監視し、土砂崩れなどの自然災害の発生を検知するシステムに関する。

落石・土砂崩落検知システムに関する特許文献１の発明がある。特許文献１には、半導体センサを備えた無線端末を利用して、斜面の状況を遠隔の管理装置へ通知する方法、電池駆動で無線端末を動作させる上で消費電力を下げる方法、および、センサの誤検知を低減させるためのフィルタを導入すること、が記載されている。

特開２０１１−４７２５２号公報

近年の自然災害による被害の深刻さに鑑みると、斜面監視システムにおいて、無線端末の消費電力に留意しつつも、無線端末が検知した斜面の状況を遠隔の管理装置へ確実に通知したい、という要望がある。しかし、特許文献１には、このような要望を満たす具体的な技術内容について記載も示唆もされていない。

本発明は、前記問題に鑑みてなされたものであり、斜面監視装置の斜面監視において、斜面監視装置の消費電力に留意しつつも、監視の結果を遠隔に通知することを確実にすることを目的とする。

前記課題を解決するため、本発明に係る斜面監視装置は、センサにより斜面を監視して自然災害の発生を検知する斜面監視装置であって、前記センサの値を読み出し、傾斜データの送信条件に合致するかを判定する通知制御部と、前記通知制御部の判定により、送信するデータが重要なデータの場合には確認パケットによる到達確認と再送制御を行い、送信するデータが重要なデータでない場合には到達確認と再送制御を行わない無線部と、を備える、ことを特徴とする。

また、本発明に係る斜面監視方法は、センサにより斜面を監視して自然災害の発生を検知する斜面監視装置における斜面監視方法であって、前記斜面監視装置が、前記センサの値を読み出し、傾斜データの送信条件に合致するかを判定する判定ステップと、前記判定ステップでの判定により、送信するデータが重要なデータの場合には確認パケットによる到達確認と再送制御を行い、送信するデータが重要なデータでない場合には到達確認と再送制御を行わない確認・再送ステップと、を実行する、ことを特徴とする。

また、本発明に係る斜面監視プログラムは、センサにより斜面を監視して自然災害の発生を検知する斜面監視装置としてのコンピュータを、前記センサの値を読み出し、傾斜データの送信条件に合致するかを判定する通知制御手段、前記通知制御手段の判定により、送信するデータが重要なデータの場合には確認パケットによる到達確認と再送制御を行い、送信するデータが重要なデータでない場合には到達確認と再送制御を行わない無線手段、として機能させるための斜面監視プログラムである。

本発明によれば、斜面監視装置の斜面監視において、斜面監視装置の消費電力に留意しつつも、監視の結果を遠隔に通知することを確実にすることができる。

第１の実施形態に係る斜面監視システムの機能構成図である。 第１の実施形態の動作説明図である。 第１の実施形態の処理を示すフローチャートである。 第２の実施形態に係る斜面監視システムの機能構成図である。 第２の実施形態の動作説明図である。 第２の実施形態の処理を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施するための形態を、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。

≪第１の実施形態≫
図１に示すように、本実施形態の斜面監視システム１００は、検知端末１０（斜面監視装置）および管理装置４を備える。検知端末１０および管理装置４はそれぞれ、記憶部、制御部、入出力部といったハードウェアを備えるコンピュータである。これらのコンピュータは、ＣＰＵが、メモリ上に読み込んだプログラム（斜面監視プログラムを含む）を実行することにより、制御部のさまざまな機能を実現する。

検知端末１０は、センサネットワークを構成する無線端末である。検知端末１０は、所定のエリア内の複数箇所に分散配置されており、複数存在するが、図１では、１つだけ図示する。検知端末１０は、加速度センサ１（以下、単に、「センサ」と呼ぶ場合がある。）と、通知制御部２（通知制御手段）と、無線部３（無線手段）とを備える。

［加速度センサ１］
加速度センサ１は、複数軸の加速度を測定可能なセンサであり、例えば、ジャイロセンサである。加速度センサ１は、静止状態では、重力加速度を測定することができる。また、加速度センサ１は、通知制御部２からのセンサ値の読み出し要求に応じて、指定されたサンプリングレートおよび測定精度でセンサ値を通知制御部２に返す。一般的に、加速度センサはサンプリングレートが増大するほど、または、測定精度が向上するほど、消費電力が増大する。

［通知制御部２］
通知制御部２は、周期的にセンサ値を読み出して（センシング周期）、その値から所定の送信条件（傾斜データの送信条件）に合致するか否かの判定を行う。センサ値が送信条件に合致した場合に、無線部３は傾斜データを送信する。送信条件には、以下の（１）傾斜異常、（２）定期通知の２種類がある。

（１）傾斜異常
検知端末１０の設置時の加速度センサ１の値Ａと、センサ読み取り時の加速度センサ１の値Ｂとが得られると、これらの値Ａ，Ｂによって、設置時からの装置（検知端末１０）の傾きを計算することができる。計算した傾きの値が、予め指定した閾値以上であった場合（センサ値が送信条件に合致した場合）、通知制御部２は、傾斜異常があったと判定し、傾斜異常を示す検知データ、つまり、傾斜データを送信する。傾斜異常と判定する閾値は、例えば装置設置時の初期設定や、管理装置４からの設定コマンドによる設定によって設定することができる。

（２）定期通知
センシング周期とは異なる、定期通知の周期を用意することができる。例えば、センサの読み出し周期を１０秒と設定し、定期通知の周期を６０秒と設定することができる。この場合、通知制御部２は、１０秒に１回の割合で、センサの読み出しを行うが、読み出されたセンサ値を直ちに送信せずに、定期送信の６０秒が経過した時のみセンサ値としての検知データの送信を行う。このように、前回の定期通知から６０秒経過することが、定期通知の条件となり、センサ値が送信条件に合致した場合に該当する。

通知制御部２は、センシング周期、定期通知の周期、センサ読み出し時の設定（例えば、精度、サンプリングレート）を動的に変更することができる。例えば、初期状態では、センシング周期（測定頻度）、および、定期通知の周期（無線部３による定期通知頻度）を長く設定し、センサ読み出し精度（測定精度）を低く設定するが、傾斜異常があったと判定された後は、センシング周期、および、定期通知の周期を短く設定し、高い精度でのセンシングを行う、という変更を行うことができる。

このとき、使用する加速度センサ１の種類によっては、精度の設定を行うことができないものもある。その場合でも、例えば、センサ値となる加速度値を複数回取得して、取得した加速度値を平均することで、センサ値のばらつきを低減させることができる。また、平均のためのサンプリング数を変更することでセンシングの精度を変更することができる（一般的には、サンプリング数を増大させるほど、センシングの精度は向上する）。

上記の、通知制御部２が実行する変更や設定は、管理装置４が行うようにすることも可能である。例えば、通知制御部２がセンサデータを管理装置４に通知した後、管理装置４が上記の変更や設定を行うか否かを判断し、行う場合には、管理装置４が、対応の設定コマンドを通知制御部２に送信することで実現することも可能である。ただし、このように管理装置４が主体的に制御を行う場合は、コマンド送信などの通信の数が増大するため、通知制御部２が制御する場合と比較して消費電流が増大する点に留意する。

［無線部３］
無線部３は、加速度センサ１のセンサを検知データとして管理装置４に送信する。検知データの送信は、例えば、無線、かつ、マルチホップ通信で行うことができる。ただし、この場合、検知データが管理装置４に到達する前にロス（消失）してしまうことがある。
そのため、送信するデータが傾斜異常を通知するような重要なデータである場合には、無線部３は、ＡＣＫパケット（確認パケット）によるＥ２Ｅ（End to End）レベルの到達確認、および、再送制御を行う。これらにより、検知データが管理装置４に到達することを確実にすることができる。

一方、センシングした結果に変化が無く、送信するデータに傾斜異常が認められない場合は、当該データが重要でないデータであって、たとえロスしたとしても、影響は小さいと判断することができる。このため、無線部３は、上記の到達確認、および、再送制御を行わない。これにより、送信にかかる電力を節約することができる。

［管理装置４］
管理装置４は、所定の監視エリア内にある、検知端末１０を含む複数の検知端末を管理する。管理装置４は、検知端末１０が送信したデータを受信し、管理装置４が備える記憶部に保存する。図１には、管理装置４が、マルチホップ通信でデータを受け取る構成を図示しているが、ネットワークの構成に関しては、例えば、有線ＬＡＮ（Local Area Network）、無線ＬＡＮ、または、携帯電話網でもよい。管理装置４は、受信したデータについては、例えば、データベースに保存したり、警報としてユーザに通知したりすることができる。
また、ユーザからの操作や、検知端末１０から受信したセンサ値に応じて、管理装置４は、検知端末１０の通知制御部２に対して設定コマンドを送信して、検知端末１０の設定変更を行うことができる。

（第１の実施形態の動作）
第１の実施形態の動作について、図２、図３を参照して説明する。図２に示すように、検知端末１０−０，１０−１，１０−２（図１の検知端末１０と同等。）を各所に設置し、線で示した経路でマルチホップネットワークが形成されていると仮定する。図３に示すように、まず、管理装置４は、検知端末１０−０，１０−１，１０−２に初期設定のコマンドを送信する（ステップＡ１）。ステップＡ１の際、図３に示すように、初期設定のコマンドは、管理装置４から検知端末１０−０，１０−１，１０−２の各々に直接送信されてもよい。また、検知端末１０−１，１０−２宛の初期設定のコマンドは、検知端末１０−０を中継して送信されてもよい。

検知端末１０−０，１０−１，１０−２の各々は、初期設定のコマンドを受信すると、当該コマンドに従い、パラメタ（センシング周期（長），センシング精度（低），傾斜異常閾値，定期通知周期（長））を設定する（ステップＡ２）。また、検知端末１０−０，１０−１，１０−２の各々は、パラメタ設定後に初期状態の加速度センサ１のセンサ値「Ａ」を取得する（ステップＡ３）。

検知端末１０−０，１０−１，１０−２の通知制御部２は、センシング周期（長）ごとに、加速度センサ１から、センシング精度（低）の条件で、加速度のセンサ値「Ｂ」を取得する（ステップＡ４）。次に、通知制御部２は、取得したセンサ値「Ｂ」と、初期状態のセンサ値「Ａ」とから装置の傾きを計算し、傾斜異常閾値と比較する（ステップＡ５）。

装置の傾きが傾斜異常閾値よりも小さい場合、異常がないため、通知制御部２は、検知データを送信しない。また、装置の傾きが傾斜異常閾値よりも小さい状態が続き、異常が無くても、定期通知周期が経過すると、検知端末１０−０，１０−１，１０−２の無線部３は、検知データを管理装置４に送信する（ステップＡ６）。このとき、検知端末１０−０は、自身の検知データだけでなく、検知端末１０−１，１０−２の検知データも中継して、管理装置４に検知データを送信する。
なお、送信される検知データは、重要なデータでないため、検知端末１０−０，１０−１，１０−２の無線部３による到達確認および再送制御は行われない。

一方、例えば、検知端末１０−１付近が傾いた場合、検知端末１０−１の通知制御部２は、所定のセンシングのタイミングで傾斜異常閾値による判定を行い、その結果、装置の傾きが傾斜異常閾値よりも大きくなったと判定する。検知端末１０−１は、傾斜データを無線部３から送信する（ステップＡ７）。また、検知端末１０−１は、パラメタを（センシング周期（短），センシング精度（高），定期通知周期（短））に設定変更する（ステップＡ８）。検知端末１０−１は、以降は、高精度でセンシングを行うとともに、短い周期でセンシングおよび定期通知を行う。
なお、送信される検知データは、重要なデータであるため、検知端末１０−１の無線部３による到達確認および再送制御が行われる。

（第１の実施形態の効果）
第１の実施形態によれば、センシングや検知データの送信周期、および、センシング精度を状況に合わせて変更することができる。つまり、斜面が安定しているときは、センシングにかかる消費電流やデータの送信頻度が低減するため、検知端末１０の電池寿命を延ばすことができる。また、斜面状況が変化すると、高頻度かつ高精度な検知を行うことができるようになる。このように、検知端末１０において、電池による長期動作と、高精度のモニタリングを同時に実現することができる。

≪第２の実施形態≫
第２の実施形態の説明の際、第１の実施形態の説明と重複する部分については、説明を省略し、相違する点を主に説明する。
図４に示すように、本実施形態の斜面監視システム１００ａは、第１の実施形態と比較して、検知端末１０が水分量センサ５（センサ）を備えた点、検知端末１０ａを備えた点、管理装置４が気象情報７を取得する点、が追加される。

［水分量センサ５］
水分量センサ５は、例えば、土中に設置されるセンサである。水分量センサ５は、例えば、土壌の誘電率を測定することで、その誘電率に概ね比例する土中の水分量を測定することができる。また、水分量センサ５は、例えば、測定を定期的に行うことで、土中の水分量の変化を測定することができる。水分量センサ５が所定の水分量異常閾値を超える水分量を測定した場合、検知端末１０は、水分量の検知データを無線部３から送信する。また、水分量センサ５は、例えば、加速度センサ１と同様、測定した水分量の定期通知を行うことができ、その定期通知の周期を変化させることができる。

［検知端末１０ａ］
検知端末１０ａは、検知端末１０の周辺に存在する他の通信端末である。検知端末１０ａは、検知端末１０と通信可能な箇所に配置されている。検知端末１０ａは、水分量センサ５を有しておらず、この点を除いて、検知端末１０と同等の機能を有している。検知端末１０ａ自身が測定した加速度センサ１の値に異常が見られない場合（センサ値の送信条件に合致しない場合）であっても、検知端末１０が異常を検知し、管理装置４がその異常の検知データを受信すると、管理装置４が検知端末１０ａに設定コマンドを送信することで、検知端末１０ａは、高精度および高頻度な測定に切り替える。
また、検知端末１０ａ自身が水分量の異常を検知することができない場合であっても、検知端末１０が水分量の異常を検知し、管理装置４がその異常の検知データを受信すると、管理装置４が検知端末１０ａに設定コマンドを送信することで、検知端末１０ａは、高精度および高頻度な測定に切り替える。

［気象情報７］
気象情報７は、管理装置４がインターネットなどを介して外部（例：所定の情報サイト）から取得する情報である。気象情報７は、例えば、雨量の予報値などを示す情報である。管理装置４は、気象情報７に基づいて、雨天時には設置した検知端末１０に設定コマンドを送信することで、検知端末１０は、高精度および高頻度な測定に切り替える。また、管理装置４は、気象情報７に基づいて、晴天時には設置した検知端末１０に設定コマンドを送信することで、検知端末１０は、低精度および低頻度な測定に切り替える。

水分量センサ５が測定する水分量は、検知端末１０の傾き異常を招く土砂崩れなどの前兆情報となり得る。水分量センサ５は、加速度センサ１よりも早いタイミングで、検知端末１０の傾き異常を所定の確率で検出することができる。つまり、水分量センサ５の検知データは、加速度センサ１の検知データを補強する情報として利用することができる。よって、検知端末１０は、水分量センサ５を備えることで、傾斜異常閾値による判定を強化することができる。また、管理装置４は、検知端末１０からの水分量の検知データを利用して、周囲の検知端末１０ａに設定コマンドをより早いタイミングで送信することができる。

気象情報７は、水分量センサ５の測定のタイミングよりも早い段階で、水分量の情報を提供することができる。管理装置４は、水分量センサ５よりも早いタイミングで、水分量の異常を所定の確率で検出することができる。つまり、気象情報７は、水分量センサ５の検知データを補強する情報として利用することができ、ひいては、加速度センサ１の検知データを補強する情報として利用することができる。よって、管理装置４は、気象情報７を利用して、周囲の検知端末１０ａに設定コマンドをより早いタイミングで送信することができる。

（第２の実施形態の動作）
第２の実施形態の動作について、図５、図６を参照して説明する。図５は、図２の内容に対して、管理装置４が取得可能な気象情報７が追加図示されたものに相当する。図６に示すように、まず、管理装置４は、検知端末１０−０，１０−１，１０−２に初期設定のコマンドを送信する（ステップＡ１）。ステップＡ１の際、図６に示すように、初期設定のコマンドは、管理装置４から検知端末１０−０，１０−１，１０−２の各々に直接送信されてもよい。また、検知端末１０−１，１０−２宛の初期設定のコマンドは、検知端末１０−０を中継して送信されてもよい。

検知端末１０−０，１０−１，１０−２の各々は、初期設定のコマンドを受信すると、当該コマンドに従い、パラメタ（センシング周期（長），センシング精度（低），傾斜異常閾値，水分量異常閾値，定期通知周期（長））を設定する（ステップＡ２）。また、検知端末１０−０，１０−１，１０−２の各々は、パラメタ設定後に初期状態の加速度センサ１のセンサ値「Ａ」を取得する（ステップＡ３）。以降、加速度センサ１のセンサ値による傾斜異常に関する処理は、第１の実施形態の動作と同様であるため、説明および図示を省略する。

次に、検知端末１０−０，１０−１，１０−２の各々は、水分量センサ５が測定した水分量センサ値を取得する（ステップＢ１）。検知端末１０−１の水分量センサ５の値が水分量異常閾値を超えると、検知端末１０−１は、測定された水分量センサ値を検知データとして無線部３から送信する（ステップＢ２）。同時に、検知端末１０−１は、パラメタを（センシング周期（短），センシング精度（高），定期通知周期（短））に設定変更する（ステップＢ３）。

検知端末１０−１が送信した検知データ（土中の水分量データ）を管理装置４が受信すると、管理装置４は、検知端末１０−１の近傍に設置されている検知端末１０−２に対して設定コマンドを送信する（ステップＢ４）。元々異常な水分量を測定していない検知端末１０−２は、設定コマンドを受信すると、パラメタを（センシング周期（短），センシング精度（高），定期通知周期（短））に設定変更する（ステップＢ５）。
なお、水分量センサ５を有しない検知端末１０に対して、管理装置４は、検知端末１０−１からの検知データの取得に応じて、設定コマンドを送信し、パラメタを変更させることができる。

一方、管理装置４は、定期的に気象情報７を取得している（ステップＢ６）。管理装置４は、監視エリアの降雨の情報を取得すると、監視エリア内に設置されている検知端末１０−０，１０−１，１０−２の各々に、高精度および高頻度でセンシングするようにパラメタ変更用の設定コマンドを送信する（ステップＢ７）。ステップＢ７の際、図６に示すように、パラメタ変更用の設定コマンドは、管理装置４から検知端末１０−０，１０−１，１０−２の各々に直接送信されてもよい。また、検知端末１０−１，１０−２宛のパラメタ変更用の設定コマンドは、検知端末１０−０を中継して送信されてもよい。
なお、水分量センサ５を有しない検知端末１０が監視エリア内に設置されている場合、管理装置４は、当該検知端末１０にも、高精度および高頻度でセンシングするようにパラメタ変更用の設定コマンドを送信する。

（第２の実施形態の効果）
第２の実施形態によれば、検知端末１０が検知した異常情報を、管理装置４は、周辺の検知端末１０にも通知することができる。よって、異常を検知していない検知端末１０や水分量センサ５を有しない検知端末１０に対しても、水分量の増加に応じた設定変更を反映させることができる。また、管理装置４は、外部から得られる気象情報７によって検知端末１０の動作を制御することができる。よって、検知端末１０が水分量センサ５で直接検知した情報（水分量）以外からも、センシング設定の最適化を行うことができる。

≪変形例≫
（１）：第１の実施形態で説明した、加速度センサ１の加速度値を複数回取得して、取得した加速度値を平均する、という演算処理は、第２の実施形態で説明した水分量センサ５の水分量にも適用でき、平均値を求めることができる。
（２）：第２の実施形態における、検知端末１０−１が送信した検知データ（土中の水分量データ）を管理装置４が受信すると、管理装置４は、検知端末１０−１の近傍に設置されている検知端末１０−２に対して設定コマンドを送信する、という技術は、第１の実施形態で説明した加速度センサ値による検知データにも適用できる。つまり、管理装置４は、ある検知端末１０から受信した検知データ（傾斜異常を示すデータ）を受信すると、近傍に設置されている他の検知端末１０に設定コマンド（パラメタを（センシング周期（短），センシング精度（高），定期通知周期（短））に設定変更させるコマンド）を送信することができる。
（３）検知端末１０が傾斜異常を検知して、センシング周期，センシング精度，定期通知周期のパラメタを変更する際、センシング周期，センシング精度，定期通知周期の少なくとも１つを変更するようにしてもよい。

１００ 斜面監視システム
１０，１０−１，１０−２，１０−３，１０ａ 検知端末（斜面監視装置）
１ 加速度センサ（センサ）
２ 通知制御部（通知制御手段）
３ 無線部（無線手段）
４ 管理装置
５ 水分量センサ（センサ）
７ 気象情報

Claims (8)

1. センサにより斜面を監視して自然災害の発生を検知する斜面監視装置であって、
   前記センサの値を読み出し、傾斜データの送信条件に合致するかを判定する通知制御部と、
   前記通知制御部の判定により、送信するデータが重要なデータの場合には確認パケットによる到達確認と再送制御を行い、送信するデータが重要なデータでない場合には到達確認と再送制御を行わない無線部と、を備える、
   ことを特徴とする斜面監視装置。
2. 前記通知制御部は、前記判定の結果に応じて、前記センサによる測定頻度、および、測定精度、並びに、前記無線部による定期通知頻度を変更する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の斜面監視装置。
3. 前記センサは加速度センサであり、
   前記通知制御部は、前記斜面監視装置の設置時に前記加速度センサが測定した初期状態の値と、その後に前記加速度センサが測定した値とを比較することで、前記判定を行う、
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の斜面監視装置。
4. 前記センサの値は、前記センサが複数回取得した値の平均値である、
   ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の斜面監視装置。
5. 前記斜面監視装置および他の斜面監視装置を含む複数の斜面監視装置を管理する管理装置が、前記他の斜面監視装置から、前記送信条件に合致する重要なデータを受信した場合、前記管理装置から受信した設定コマンドに従って、前記センサによる測定頻度、および、測定精度、並びに、前記無線部による定期通知頻度を向上させる、
   ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の斜面監視装置。
6. 前記管理装置が外部から気象情報として降雨の情報を取得した場合、前記管理装置から受信した設定コマンドに従って、前記センサによる測定頻度、および、測定精度、並びに、前記無線部による定期通知頻度を向上させる、
   ことを特徴とする請求項５に記載の斜面監視装置。
7. センサにより斜面を監視して自然災害の発生を検知する斜面監視装置における斜面監視方法であって、
   前記斜面監視装置が、
   前記センサの値を読み出し、傾斜データの送信条件に合致するかを判定する判定ステップと、
   前記判定ステップでの判定により、送信するデータが重要なデータの場合には確認パケットによる到達確認と再送制御を行い、送信するデータが重要なデータでない場合には到達確認と再送制御を行わない確認・再送ステップと、を実行する、
   ことを特徴とする斜面監視方法。
8. センサにより斜面を監視して自然災害の発生を検知する斜面監視装置としてのコンピュータを、
   前記センサの値を読み出し、傾斜データの送信条件に合致するかを判定する通知制御手段、
   前記通知制御手段の判定により、送信するデータが重要なデータの場合には確認パケットによる到達確認と再送制御を行い、送信するデータが重要なデータでない場合には到達確認と再送制御を行わない無線手段、
   として機能させるための斜面監視プログラム。

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