JP2019185297A - センサシステム - Google Patents

Abstract

【課題】センサ動作が必要な期間が不規則である状況においても、消費電力を抑えて作動するセンサシステムを提供する。【解決手段】センサシステムは、目標物を検出するための第１の送信手段２２と第１の受信手段２１とを備える、少なくとも２個以上のネットワークセンサ１０００と、第１の送信手段２２は、消費電力を抑えるスリープ状態と、通常の送信を行うアクティブ状態とを設定する第１の設定手段を備え、さらに第１の送信手段２２は、スリープ状態とアクティブ状態が所定時間経過するごとに切り替わる通常モードと、常にアクティブ状態となる検出モードを含む複数のモードを設定する第２の設定手段を有し、第１の受信手段２１で判別した結果に基づいてモードを切り替えて設定することを特徴とする。【選択図】図２

Description

本発明は、センサシステムに関する。

センサを複数設置し、様々な情報の収集を行う試みがなされている。設置される場所は
電池交換が難しいこともあり、例えば山の中に設置することもあるし、壁や橋にセンサを
埋め込む場合もある。この場合、頻繁にセンサの電池交換をするのは現実的ではないため
、センサに搭載される電池の長寿命化が望まれている。

一方、センサの低消費電力化には、通常の計測や信号処理等の動作を行うアクティブ状
態と、取得データを保持する（通常の計測や信号処理等の動作は行わない）スリープ状態
という２つのモードを備え、センサ動作が不要な場合はスリープ状態となることで消費電
力を抑えているものがある。このような動作をすることにより、バッテリや電池で駆動し
ているため動力源が限られるセンサにおいても、動作時間を長時間化することが可能とな
る。

例えば特定の場所の交通量や通行人の情報を計測するセンサは、交通や通勤通学が盛ん
な時間帯である朝と夕方にのみ動作させるなどして、時間を管理し、スリープ状態からア
クティブ状態へ適切な機会で遷移することで、センサ動作による消費電力を抑えることが
できる。

しかし、遷移する機会が不規則な事例、例えば土砂崩れなどの自然現象を観測するセン
サなどは、センサ動作を必要とする期間が不規則であり、その期間を予測することは困難
である。そのため、このようにいつ発生するか予測できない事象を観測する場合、センサ
を常時アクティブ状態のまま動作する必要があり、上記のような２つのモードを備えてい
るセンサであっても効率良くスリープ状態に切替えることができないため、電力を消費し
てしまい、センサの動作時間を長時間化するための課題となっていた。

特開２０１２−２３０７８０号公報

本発明が解決しようとする課題は、センサ動作が必要な期間が不規則である状況におい
ても、消費電力を抑えて作動するセンサシステムを提供することである。

実施形態のセンサシステムは、目標物を検出するための第１の送信手段と第１の受信手
段とを備える、少なくとも２個以上のネットワークセンサと、前記第１の送信手段は、消
費電力を抑えるスリープ状態と、通常の送信を行うアクティブ状態とを設定する第１の設
定手段を備え、さらに前記第１の送信手段は、前記スリープ状態と前記アクティブ状態が
所定時間経過するごとに切り替わる通常モードと、常に前記アクティブ状態となる検出モ
ードを含む複数のモードを設定する第２の設定手段を有し、前記第１の受信手段で判別し
た結果に基づいてモードを切り替えて設定することを特徴とする。

第１及び第２の実施形態に係るネットワークセンサの配置を示す図。 第１の実施形態に係るネットワークセンサの構成を示す図。 第１の実施形態に係るネットワークセンサの構成の詳細を示す図。 第１の実施形態に係るネットワークセンサの動作を表すフローチャート。 第１の実施形態に係るネットワークセンサの動作を表すフローチャート。 第１の実施形態に係るネットワークセンサの動作を表すフローチャート。 第２の実施形態に係るネットワークセンサの構成の詳細を示す図。 第２の実施形態に係るネットワークセンサの動作を表すフローチャート。 第２の実施形態に係るネットワークセンサの動作を表すフローチャート。

以下、図面を参照して本実施形態に係るセンサシステムを説明する。
図１は、本実施形態に係るセンサシステムの、ネットワークセンサの配置イメージである
。少なくとも２個以上（Ｎ個）のネットワークセンサがランダムに配置されている。

それぞれのセンサは、通常の計測や信号処理等の動作を行うアクティブ状態と、目標物
検出のための電波の送信をせず、消費電力を抑えるスリープ状態という２つの状態を設定
することができ（第１の設定手段）、センサ動作が不要な場合はスリープ状態に設定する
ことで消費電力を抑えている。

本実施形態においては、ネットワーク化されたセンサはスリープ状態を基本とする。こ
こで言うスリープ状態とは、後述する送信部のみがスリープ状態で、通信部、受信部、同
期部はアクティブ状態であることを指す。また、アクティブ状態は、後述する通信部、受
信部、送信部、同期部がアクティブ状態であることを指す。

スリープ状態のネットワークセンサのうち、ｎ個（０＜ｎ＜Ｎ）のネットワークセンサ
が時間的にも配置的にもランダムでアクティブ状態となり、センサ動作を開始する。一定
時間のセンサ動作の結果、目標物の観測がない場合は、アクティブ状態となったネットワ
ークセンサは再びスリープ状態となる。ｎは定数である必要はなく、またセンサシステム
全体の精度が下がらない程度の数に抑えることで、消費電力量を抑えることが可能となる
。

上記の動作を継続し、いくつかのネットワークセンサが時間的、配置的にランダムでア
クティブ状態となりセンサ動作を行った結果に、目標物等の観測があった場合、ネットワ
ークセンサはセンサ動作を開始する機会ととらえ、スリープ状態となっている近傍のネッ
トワークセンサをアクティブ状態に遷移させることにより、目標物及びその周辺をもれな
く観測する。

＜第１の実施形態＞
図２は、ネットワークセンサ１０００の構成を表す図である。ネットワークセンサ１０
００は、通信部１と検出部２と同期部３を有する。通信部１はセンサすべてを管理する制
御装置４と通信し、検出部２で検出した結果を送付する。検出部２は主に目標物の有無を
検出する。同期部３は他のセンサと同期を行う。

通信部１は、検出部２の受信部２１から目標物検出に関する情報を受信し、制御装置４
へ通知内容を送信する。

検出部２は受信部２１（第１の受信手段）と送信部２２（第１の送信手段）を有する。

受信部２１は、常にアクティブ状態であり、ネットワークセンサから発せられた電波を
受信することで、目標物の有無を判断する。この電波の送信元は、受信部２１と同じネッ
トワークセンサの送信部２２でも良いし、他のネットワークセンサ内の送信部でも良い。
受信するのは、電波、赤外線、音波等である。受信部２１は、同じネットワークセンサ１
０００内の送信部２２及びセンサシステム内の他のネットワークセンサの送信部から送信
されるものを受信できるようにする。

送信部２２は目標物を検出するための電波を送信する。送信部２２から送信するのは、
電波ではなく、赤外線、音波等でも良い。送信部２２は、通常モードと検出モードを含む
、複数の動作モードを設定できる（第２の設定手段）。通常モードは、アクティブ状態と
スリープ状態を所定の時間経過するごとに切替えて設定することで、消費電力を抑えて動
作する。検出モードは目標物を検出することを主な目的とし、常にアクティブ状態となる
。動作モードは受信部２１での目標物の検出結果に基づいて切り替わる。受信部２１が目
標物を検出した場合には通常モードから検出モードに、検出モード時に受信部２１で所定
の時間内に目標物を検出した回数が所定の回数に満たない場合は、検出モードから通常モ
ードに切り替わる。近傍にある他のネットワークセンサが目標物を検出した場合も、同期
部３を通して指令信号を受け取り、通常モードから検出モードに切り替わる。

同期部３は受信部３１（第２の受信手段）と送信部３２（第２の送信手段）を有する。

受信部３１は他のセンサから、通常モードから検出モードに切り替えて設定するよう指
令信号を受信する。受信した指令信号は、検出部２の送信部２２へ送信する。送信部３２
は、検出部２の受信部２１で目標物有と検出すると、近傍にある他のネットワークセンサ
に向けて、検出モードに切り替えて設定するよう指令信号を送信する。

図３は、ネットワークセンサ１０００の構成の詳細を表す図である。

通信部１は、送信センサ１２２と送信制御部１２５を備える。送信制御部１２５は検出
部２で検出した結果を受信し、送信センサ１２２から制御装置４へ送信する。本実施形態
では、通信部１は、送信制御部１２５と送信センサ１２２といった送信機能のみでも機能
を果たすことができるが、ネットワークセンサの保守や点検をすることを考慮すると、実
施形態２の受信部１１のような受信機能があっても良い。

検出部２は、前述したように受信部２１と送信部２２から構成される。

受信部２１は、受信センサ２１１、判別部２１３、受信制御部２１５を備える。受信セ
ンサ２１１は信号を受信し、判別部２１３へ受信した信号を送る。判別部２１３は、送ら
れた信号が目標物を検出したものか否かを判別し、判別結果を受信制御部２１５へ送る。
受信制御部２１５は、目標物を検出した場合にのみ、送信部２２が検出モードに切り替わ
るよう送信部２２の送信制御部２２５へ指示をするとともに、近傍にある他のセンサも検
出モードに切り替わるよう同期部３の送信制御部３２５へ指示（以後、切替指示と呼ぶ）
を送る。

送信部２２は、送信センサ２２２、送信制御部２２５、タイマ２２４を備える。送信制
御部２２５は、送信部２２の状態をアクティブ状態とスリープ状態と、に切替えて設定す
る。また送信部２２の動作モードを、通常モードと検出モードと、に切り替えて設定する
。

通常モード時における送信部２２のアクティブ状態とスリープ状態の切替えは、タイマ
２２４に基づいて、所定の時間経過するごとに行われる。送信制御部２２５は、接続され
たタイマ２２４に基づいて、所定の時間経過するごとに送信センサ２２２に送信指示を送
る。送信センサ２２２は、送信制御部２２５より送られた送信指示に基づいて、目標物を
検出するための電波等の送信を開始、または停止する。アクティブ状態とスリープ状態の
切替えのタイミングは、ネットワークセンサの消費電力や電池容量など状況によって最適
なタイミングを決めると良い。しかし、送信部２２がスリープ状態からアクティブ状態に
切り替わる際に電力を多く消費するため、頻繁に切替えが行われるのは避けた方が良い。

検出モード時は、送信部２２は常にアクティブ状態となる。送信センサ２２２はスリー
プ状態となる指示が送信制御部２２５から来るまで、送信を続ける。

同期部３は、前述したように受信部３１と送信部３２から構成される。

送信部３２は、送信制御部３２５、送信センサ３２２を備える。送信制御部３２５は、
検出部２の受信部２１で目標物を検出した場合に、近傍のネットワークセンサの送信セン
サに切替指示を送信するよう送信センサ３２２に送信指示をする。送信指示を受けた送信
センサ３２２は、近傍の他のネットワークセンサに向けて切替え指示を送る。

受信部３１は、受信制御部３１５、受信センサ３１１を備える。受信センサ３１１は他
のネットワークセンサから切替え指示を受信する。受信制御部３１５は、受け取った切替
え指示を検出部２の送信制御部２２５に送る。

なお、送信制御部１２５、受信制御部２１５、送信制御部２２５、受信制御部３１５、
送信制御部３２５といった各制御部は別の部品として表しているが、これらの制御部のう
ち２つ以上の部品が共通の１つの部品であっても構わない。また、送信センサ１２２、受
信センサ２１１、送信センサ２２２、受信センサ３１１、送信センサ３２２も別の部品と
して表したが、２つ以上のセンサが共通の１つの部品であっても構わない。

次に、各部の動きを説明する。

図４は、検出部２の送信部２２が通常モードの時の動きを表したフローである。まず、
送信制御部２２５はタイマ２２４の時間を確認し、送信部２２がスリープ状態の時間か否
かを判断する（Ｓ４１）。スリープ状態の時間（Ｓ４１、ＹＥＳ）であれば、送信部２２
がスリープ状態か否かを判断する。もし、アクティブ状態であれば（Ｓ４２、ＮＯ）、送
信部２２をスリープ状態に切替えて設定する（Ｓ４３）。同時に、送信センサ２２２に送
信停止の指示をする。Ｓ４１で送信制御部２２５がタイマ２２４の時間を確認した結果、
アクティブ状態の時間の場合（Ｓ４１、ＮＯ）、送信制御部２２５は、送信センサ２２２
に送信指示を送る。送信センサ２２２は送信指示を受け、停止指示があるまで目標物検出
のために電波を送信し続ける（Ｓ４４）。

図５は、検出部２の受信部２１の動きを表したフローである。受信部２１は常にアクテ
ィブ状態であり、常に電波を受信できる状態でいる。電波を受信した場合は、判別部２１
３で目標物を検出したか否かを判別する（Ｓ５１）。目標物を検出した場合（Ｓ５１、Ｙ
ＥＳ）は、受信制御部２１５は、近傍の他のネットワークセンサを検出モードにする切替
え指示を出すよう、同期部３の送信制御部３２５に目標物検出の情報を送信する（Ｓ５２
）。また、同センサ内の送信部２２を検出モードとするため、検出部２の送信制御部２２
５にも目標物検出の情報を送信する（Ｓ５３）。併せて、制御装置４に目標物検出の情報
を送信するよう、通信部１の送信制御部１２５に目標物検出の情報を送信する（Ｓ５４）
。

図６は、検出部２の送信部２２が検出モードにあるときの動きを表したフローである。
まず、検出部２の送信制御部２２５は、同センサ内の受信部２１または近傍のネットワー
クセンサの受信部が目標物を検出したとの情報があれば、送信部２２を検出モードに切り
替えて設定する（Ｓ６１）。続いて、送信制御部２２５は送信センサ２２２に送信指示を
する。送信指示を受けた送信センサ２２２は、送信を開始する（Ｓ６２）。その後、所定
の時間以内に、送信制御部２２５に目標物検出の情報が入った場合は、送信を続ける（Ｓ
６３、ＹＥＳ）。目標物検出の情報が入らなければ（Ｓ６３、ＮＯ）、目標物がなくなっ
たと判断し、検出モードから通常モードへ切替え（Ｓ６４）、終了する。なお、目標物を
検出したとの情報は、同センサの受信制御部２１５から受信したものでも良いし、近傍の
センサから同期部３の受信制御部３１５を経由して送信制御部２２５が受信したものでも
構わない。

このように、第１の実施形態において、ネットワークセンサ１０００の送信部２２が時
間的、配置的にランダムにアクティブ状態とスリープ状態が切り替わることで、全ての観
測範囲を、消費電力を抑えて、観測することが可能となる。また、センサ動作を行った結
果に、目標物等の観測があった場合、ネットワークセンサはセンサ動作を開始する機会と
とらえ、スリープ状態となっている近傍のネットワークセンサをアクティブ状態に遷移さ
せることにより、目標物及びその周辺をもれなく観測することが可能となる。

＜第２の実施形態＞
第1の実施形態では、それぞれのネットワークセンサが、内蔵されているタイマ２２４
に基づいて時間的にも配置的にもランダムにアクティブ状態とスリープ状態が切り替わる
ことで、消費電力量を抑えて動作していた。第２の実施形態では、送信部２２のアクティ
ブ状態またはスリープ状態の切替えは送信制御部２２５ではなく、制御装置４（制御手段
）で管理する。

図７は、ネットワークセンサ２０００の構成を表す図である。ネットワークセンサ２０
００は、通信部１、検出部２を備える。第１の実施形態の図３と異なり、アクティブ状態
とスリープ状態の切替えは、すべて制御装置４からの指示に応じて行われることとなるた
め、検出部２のタイマ２２４、同期部３は不要となる。

通信部１（通信手段）は受信部１１（第４の受信手段）と送信部１２を備えている。

受信部１１は、受信センサ１１１と受信制御部１１５を備えている。受信センサ１１１
は制御装置４からの情報を受信し、受信制御部１１５に送信する。受信制御部１１５は、
受信センサ１１１が受信した情報を該当する制御部に送信する。例えば、送信部の状態の
設定や、モードの設定、送信センサ２２２が行う電波の送信に関する情報は、検出部２の
送信制御部２２５へ送られる。

送信部１２は、送信センサ１２２と送信制御部１２５を備えている。これらの部品は、
第１の実施形態と同様であるため、説明を省略する。

検出部２は、受信部２１（第３の受信手段）と送信部２２（送信手段）を備える。タイ
マ２２４がなく、制御装置４からの指示に従って、受信制御部２１５は受信部２１を、送
信制御部２２５は送信部２２を、制御する。例えば、制御装置４からスリープ状態とアク
ティブ状態を切替える指示があった場合に、送信制御部２２５は送信部２２の状態を切替
えて設定する（第３の設定手段）。それ以外は実施形態１と同様であるため、説明を省く
。

次に、各部の動きを説明する。

図８は送信部の動きを表したフローである。第１の実施形態では、ネットワークセンサ
１０００内のタイマ２２４に基づいて所定時間経過するごとにスリープ状態とアクティブ
状態を切替えて設定する通常モードと、上記のタイマ２２４によらず常にアクティブ状態
となる検出モードがあった。しかし、第２の実施形態ではタイマ２２４はなく、スリープ
状態とアクティブ状態の切替えは制御装置４で指示するため、動作モードの変化はない。

まず、制御装置４から通信部１の受信センサ１１１に、送信指示が送信される（Ｓ８１
）。通信部１の受信制御部１１５は、受信した送信指示を検出部２の送信制御部２２５に
送信する。送信指示を受けた検出部２の送信制御部２２５が、送信センサ２２２に送信指
示をする（Ｓ８２）と、送信センサ２２２は電波の送信を開始する（Ｓ８３）。制御装置
４から送信停止指示がなければ（Ｓ８４、ＮＯ）、送信センサ２２２はＳ８３へ戻り、送
信を続ける。もし制御装置４から送信停止の指示があった場合は、送信センサ２２２は送
信をやめ、送信部はスリープ状態となる（Ｓ８５）。

図９は受信部２１の動きを表したフローである。受信部２１は、常にアクティブ状態で
あり、常に電波を受信できる状態でいる。第１の実施形態と異なり、同期部３への送信指
示や、検出部２へのモード切替えのための情報送信は行わない。目標物を検出した場合（
Ｓ９１）に、結果に関わらず通信部１を経由して（Ｓ９２）、制御装置４に目標物の検出
結果を送信する。

なお、第２の実施形態においても、受信制御部１１５、送信制御部１２５、受信制御部
２１５、送信制御部２２５といった各制御部は別の部品として表しているが、２つ以上の
部品が共通の１つの部品であっても構わない。また、受信センサ１１１、送信センサ１２
２、受信センサ２１１、送信センサ２２２も別の部品として表したが、２つ以上のセンサ
が共通の１つの部品であっても構わない。

このように、第２の実施形態において、制御装置４からの指示で、ネットワークセンサ
２０００の送信部２２が時間的、配置的にランダムにアクティブ状態とスリープ状態が切
り替わることで、全ての観測範囲を、消費電力を抑えて、観測することが可能となる。ま
た、センサ動作を行った結果に、目標物等の観測があった場合、センサ動作を開始する機
会ととらえ、制御装置４の指示で、スリープ状態となっている近傍のネットワークセンサ
をアクティブ状態に遷移させることにより、目標物及びその周辺をもれなく観測すること
が可能となる。

なお、いくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したもの
であり、発明の範囲を限定する事は意図していない。これら新規な実施形態は、その他の
様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略
、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨
に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１ 通信部
２ 検出部
３ 同期部
４ 制御装置
１１ 受信部
１２ 送信部
２１ 受信部
２２ 送信部
３１ 受信部
３２ 送信部
１１１ 受信センサ
１１５ 受信制御部
１２２ 送信センサ
１２５ 送信制御部
２１１ 受信センサ
２１３ 判別部
２１５ 受信制御部
２２２ 送信センサ
２２４ タイマ
２２５ 送信制御部
３１１ 受信センサ
３１５ 受信制御部
３２２ 送信センサ
３２５ 送信制御部
１０００ ネットワークセンサ
２０００ ネットワークセンサ

Claims (7)

1. 目標物を検出するための第１の送信手段と第１の受信手段とを備える、少なくとも２個
   以上のネットワークセンサと、
   前記第１の送信手段は、消費電力を抑えるスリープ状態と、通常の送信を行うアクティ
   ブ状態とを設定する第１の設定手段を備え、
   さらに前記第１の送信手段は、前記スリープ状態と前記アクティブ状態が所定時間経過す
   るごとに切り替わる通常モードと、常に前記アクティブ状態となる検出モードを含む複数
   のモードを設定する第２の設定手段を有し、前記第１の受信手段で判別した結果に基づい
   てモードを切り替えて設定することを特徴とする、センサシステム。
2. 前記２個以上のネットワークセンサは、さらにタイマを備え、各ネットワークセンサは
   、通常モード時は、前記タイマに基づいて所定時間経過するごとに前記スリープ状態と前
   記アクティブ状態とを切替えることを特徴とする、請求項１に記載のセンサシステム。
3. 前記第１の送信手段は、前記第１の受信手段で目標物を検出すると、前記通常モードか
   ら前記検出モードに切り替わることを特徴とする、請求項１〜請求項２のいずれか１項に
   記載のセンサシステム。
4. 前記第１の送信手段は、前記第１の受信手段が目標物を検出した回数が所定の時間内に所
   定の回数に満たない場合、前記検出モードから前記通常モードに切り替わることを特徴と
   する、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載のセンサシステム。
5. 前記ネットワークセンサは、前記第１の受信手段で目標物を検出すると、近傍の他のネ
   ットワークセンサに向けて、前記検出モードに切り替わるよう指令を送信する第２の送信
   手段を有することを特徴とする、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載のセンサシス
   テム。
6. 前記ネットワークセンサは、近傍の他のネットワークセンサから、前記検出モードに切
   り替わる指令を受信する第２の受信手段を有し、
   前記指令を受信すると、前記第１の送信手段を前記検出モードにすることを特徴とする
   、請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載のセンサシステム。
7. 通信手段と、目標物を検出するための送信手段と、第３の受信手段とを有する少なくと
   も２個以上のネットワークセンサを備え、
   前記通信手段は、前記少なくとも２個以上のネットワークセンサを制御する制御手段か
   ら、ネットワークセンサの動作に関する指示を受信する第４の受信手段を有し、
   前記送信手段は消費電力を抑えるスリープ状態と、通常の送信を行うアクティブ状態と
   を設定する第３の設定手段を有し、
   前記第３の設定手段は前記ネットワークセンサの動作に関する指示に基づいて、前記送
   信手段を前記スリープ状態またはアクティブ状態に設定することを特徴とする、センサシ
   ステム。

Images