JP2020186911A - 下水道モニタリングシステム及びその施工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】下水道のモニタリングを正確に行うことができ、かつ、光ファイバの構造が簡易な下水道モニタリングシステムを提供すること。【解決手段】下水が流通される下水流路を有する管のうち前記下水流路の予め設定された通常時水位より上方に位置する部分において軸方向に伸びて配置された光ファイバ１と、光ファイバ１の内部にパルス光を送信する光送信部２１、及び光ファイバ１の外部における環境の変化によって光ファイバ１の内部で生じる後方散乱光を検出する光検出部２２を有するタイムドメイン方式による光検波器２と、を備えた。【選択図】図３

Description

本発明は、下水道モニタリングシステム及びその施工方法に関する。

大都市だけでなく地方都市においても、下水道管が地下に埋設されている。下水道管は、長期に渡って使用されるものであるため、モニタリングされている。
下水道のモニタリングの一つの例として、永年疲労や大地震等による下水道の損傷の有無を確認するために、管の下部において光ファイバを配置し、この光ファイバの端部に光ファイバ音響分布センサ（ＤＡＳ）を接続したシステムが知られている（特許文献１）。

下水道のモニタリングの他の例として、下水道のオーバーフロー管のうち上流側に第１の測定箇所を設置し、下流側に第２の測定箇所を設置し、これらの測定箇所にそれぞれ光ファイバ経路を直接接続し、光ファイバ経路に光伝送特性測定器を接続し、光伝送特性測定器により、第１の測定箇所と第２の測定箇所との検知時刻の差から下水の流速や流量を求める検知装置が知られている（特許文献２）。
さらに、下水道のモニタリングの他の例として、下水道設備での下水のオーバーフローに備えるため、複数のＦＢＧセンサを光ファイバに設け、光ファイバからの反射光を監視装置で分析する遠隔監視システムが知られている（特許文献３）。

国際公開第２０１７／０２１７０２号 特許第４７６３２９６号公報 特許第５１９９８４５号公報

特許文献１の従来例では、光ファイバは管の下部に配置されているので、常時、下水に浸されることになる。下水を通しての検出であるため、例えば、管の上部で生じた損傷等に伴う音は、下水に含まれる浮遊物やゴミ等により散乱し、正確なモニタリングができない。

特許文献２の従来例は、下水の流速や流量を求めるものであり、下水道管自体や下水道管の周囲の変化をモニタリングするものではない。しかも、第１の測定箇所と第２の測定箇所は、それぞれ光ファイバ経路に直列接続されたプローブであり、プローブは、予め設定された場所に設置されている。隣合うプローブの間の寸法が長いと、これらのプローブの中間位置で生じた下水の物理量の変化を十分に検出することができない。
特許文献３の従来例は、オーバーフローに備えて水位を監視するものであり、下水道管自体や下水道管の周囲の変化をモニタリングするものではない。しかも、複数のＦＢＧセンサを有するものであり、これらのＦＢＧセンサは予め設定された位置に設けられている。隣合うＦＢＧセンサの間の寸法が長いと、これらのプローブの中間位置で生じた下水の物理量の変化を十分に検出することができない。

本発明の目的は、下水道のモニタリングを正確に行うことができ、かつ、光ファイバの構造が簡易な下水道モニタリングシステム及びその施工方法を提供することにある。

本発明の下水道モニタリングシステムは、下水が流通される下水流路を有する管のうち前記下水流路の予め設定された通常時水位より上方に位置する部分において軸方向に伸びて配置された光ファイバと、前記光ファイバの内部にパルス光を送信する光送信部、及び前記光ファイバの外部における環境の変化によって前記光ファイバの内部で生じる後方散乱光を検出する光検出部を有するタイムドメイン方式による光検波器と、を備えた、ことを特徴とする。

本発明では、光ファイバと光検波器とからセンサが構成される。
ここで、下水流路を有する管には、下水が流通する下水道管だけでなく、下水道管として機能する下水流路と、下水流路の上の電気ケーブル、ガス管、通信ケーブル、上水道管が収納された収納空間とが１つの管の中に配置された共同溝も含まれる。通常時水位とは、通常の状態で流通する下水の上限位置であり、この上限位置を超えて水位が上昇すると、下水が十分に流通しなくなったり、下水流路自体に破損等が生じたり、して不都合が生じる。この通常時水位は予め設定されるものである。光ファイバは下水流路のうち通常時水位より上方に位置する部分であれば、その具体的な位置は、限定されるものではなく、下水流路の内周面の上部でもよく、側部でもよく、さらには、共同溝における電気ケーブル等が収納された収納空間であってもよい。

センサでは、光検波器の光送信部から光ファイバにパルス光を送信する。光ファイバに送られたパルス光のうち僅かな光が光検波器に向けて反射される。
この状態で、下水流路を有する管に亀裂等の損傷が生じたり、管の上部が陥没したりすると、光ファイバに伝わる音、温度等の環境が変化することになる。光ファイバに伝わる環境の変化は、後方散乱光の変化となる。
後方散乱光の変化は光検出部で検出される。光検出部では、後方散乱光の信号を時系列信号として受信する。光検波器から近い位置の信号が早く受信し、光検波器から遠い位置の信号が遅く受信する。即ち、時系列信号と距離とは比例関係にあるので、光ファイバの各位置からの反射光を検出できる。この動作を高速に繰り返すことで、各地点の反射光の光強度の変化、つまり、音響信号又は温度信号を捉えることができる。この音響信号等の変化から下水流路を有する管に亀裂等が生じた位置を推定できる。これにより、下水道の特定の位置が異常であると判断できる。
これに対して、管に損傷が生じない場合では、光ファイバの外部から内部に伝わる音や温度等の環境が変化することがなく、その結果、光検出部で検出される後方散乱光の変化はない。そのため、下水道が正常であること判断できる。

従って、本発明では、光ファイバは、管のうち通常時水位より上方に位置する部分に配置されているので、下水流路の上部や管自体の上部で生じた損傷等に伴う音は、下水を通さず、直接、光ファイバに伝わる。しかも、光ファイバにおいて後方散乱光の変化が大きい箇所は、音、温度等の環境変化の発生源から最も近い部位である。そのため、後方散乱光の変化を光検波器で検出することができるので、正確なモニタリングができる。

本発明では、前記光検波器で検出される後方散乱光は、レイリー散乱に伴うもの、ラマン散乱に伴うもの、ブリルアン散乱に伴うもののうち少なくとも１つである構成としてもよい。
ここで、レイリー散乱は、光ファイバの媒質内の密度の揺らぎに発生するものであり、ラマン散乱は、光ファイバの媒質内の分子振動の相互作用により発生するものであり、ブリルアン散乱は、光ファイバの媒質内の音波との相互作用により発生するものである。
後方散乱光は、レイリー散乱に伴うもの、ラマン散乱に伴うもの、ブリルアン散乱に伴うものの１つ、あるいは、これらの組み合わせである。

この構成では、下水流路内に土砂が流入したり、その他の理由によって、下水流路内で下水の水位が上昇して光ファイバが下水に浸されたり、あるいは、光ファイバを下水流路に止める係止部材が脱落し、光ファイバの一部が下水に浸されたりすると、光ファイバが下水に浸される前後で、温度が変化する。光ファイバの内部では、音が変化すると、レイリー散乱に伴う後方散乱光が変化し、温度や振動が変化すると、ラマン散乱やブリルアン散乱に伴う後方散乱光が変化する。
従って、タイムドメイン方式による光検波器により、後方散乱光を検出するようにしたから、下水道特定の位置での管の破損、管の損傷、これらに伴う土砂の流入、土砂の流入に伴う光ファイバの浸水、光ファイバの一部の脱落、管の内部への人や動物の侵入、管の陥没やクラック等を検出することができる。

本発明の下水道モニタリングシステムは、下水が流通される下水流路を有する管のうち前記下水流路の予め設定された通常時水位より上方に位置する部分において複数のマイクロホンが軸方向に伸びて配置されたマイクロホンアレイと、前記マイクロホンアレイで検出された音に基づいて前記管を監視するモニタと、を備えた、ことを特徴とする。

本発明では、下水流路を有する管に亀裂等の損傷が生じたり、管の上部が陥没したりすると、音が発生するので、この音がマイクロホンアレイを構成する複数のマイクロホンで集音される。マイクロホンアレイからモニタに音のデータが送られ、モニタでは、音のデータに基づき、統計データやＡＩ（人工知能）を用いて管の監視を行う。例えば、モニタは、音のデータをスペクトルパターンとして予め記憶した記憶部を有し、この記憶部で記憶したスペクトルパターンと、マイクロホンアレイからモニタに送られた音のデータに基づいて作成されるスペクトルパターンとを対比して、損傷や陥没といった管に生じる不都合をモニタリングする。

本発明では、前記下水流路を流れる下水に浮かぶ音源を有する、構成が好ましい。
この構成では、音源が下水流路での下水の流れとともに移動する。移動する音源を光検出部やマイクロホンアレイで検出することで、下水の流速を測定することが可能となる。

本発明の下水道モニタリングシステムの施工方法は、下水が流通される下水流路を有する管のうち前記下水流路の予め設定された通常時水位より上方に位置する部分において軸方向に伸びて既設された光ファイバの一端に、前記光ファイバの内部にパルス光を送信し前記光ファイバの外部における環境の変化によって前記光ファイバの内部で生じる後方散乱光を検出するタイムドメイン方式による光検波器を接続する、ことを特徴とする。
本発明では、下水流路の通信用、その他の用途であって既設の光ファイバをそのまま用いることができるので、下水道モニタリングシステムの施工を簡易かつ低コストで実施することができる。

本発明の第１実施形態にかかる下水道モニタリングシステムの概略構成図。 下水道モニタリングシステムの基本構成を説明する図であり（Ａ）は光検波器を示し、（Ｂ）は光ファイバの一部を示し、（Ｃ）は光検波器から出力される距離と光強度との関係のグラフを示す。 光検波器の原理を説明する構成図。 本発明の第２実施形態にかかる下水道モニタリングシステムが利用される状況を説明する概略構成図。 下水道モニタリングシステムが利用される状況を説明する概略構成図。 本発明の第３実施形態にかかる下水道モニタリングシステムの概略構成図。 本発明の第４実施形態にかかる下水道モニタリングシステムの概略構成図。

本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。各実施形態の説明において、同一構成は同一符号を付して説明を省略する。
［第１実施形態］
本発明の第１実施形態にかかる下水道モニタリングシステムを図１から図３に基づいて説明する。
図１には下水道モニタリングシステムの概略構成が示されている。
図１において、下水道モニタリングシステムは、下水道管Ｐの内周の上部において、軸方向に沿って設置された光ファイバ１と、光ファイバ１の一端に接続された光検波器２と、を備えた光ファイバ音響分布センサ（ＤＡＳ：Distributed Acoustic Sensing）を備える。なお、光ファイバ１は、図１では、下水道管Ｐの内周の上部に配置されているが、第１実施形態では、下水道管Ｐの内周の予め設定された通常時水位より上方に位置する部分であれば、下水道管Ｐの内周の側部であってもよい。ここで、通常時水位とは、通常の状態で流通する下水の上限位置であり、この上限位置を超えて水位が上昇すると、下水が十分に流通しなくなったり、下水道管Ｐ自体に破損等が生じたり、して不都合が生じる。この通常時水位は下水道管Ｐの設置者等が予め設定する。

下水道管Ｐは、地中層Ａの中に埋設されており、地中層Ａの上に道路Ｂが施工されている。なお、下水道管Ｐは、その一部が地中ではなく、河川の上等では、地上に露出するものでもよい。
下水道管Ｐの内部は、大気と開放されており、各家庭やオフィス等から排出される下水Ｗが下水導入管（図示せず）を通じて送り込まれる。
光ファイバ１は、所定位置が係止部材３を介して下水道管Ｐの内周面の上部に係止されている。係止部材３は適宜な金具、例えば、リング状金具やフック状金具を用いることができる。
第１実施形態では、光ファイバ１は、光が通過する線の一端側は光検波器２と接続されている。なお、図１において、符号Ｔで示される部材は端子台である。

図２には、下水道モニタリングシステムのＤＡＳの基本構成が示されている。図２（Ａ）には光検波器２の概略構成が示され、図２（Ｂ）には光ファイバ１の一部が示されている。図３には、光検波器２の基本的な原理が示されている。
図２（Ｂ）に示される通り、光ファイバ１の内部にレーザのパルス光ＬＯを照射すると、光ファイバ１の内部の微小な構造欠陥Ｓで反射されてレイリー散乱ＬＬとなる。外部の要因によって、光ファイバ１に伝わる音や振動が変化すると、レイリー散乱ＬＬに伴う後方散乱光の光強度が変化する。同様に、外部の要因によって、光ファイバ１に伝わる温度が変化すると、ラマン散乱やブリルアン散乱（以下、単に、ラマン散乱ＬＲとする）に伴う後方散乱光の光強度が変化する。
ここで、レイリー散乱ＬＬとは、光ファイバ１の媒質内の密度の揺らぎにより発生するものであり、ラマン散乱とは、光ファイバ１の媒質内の分子振動の相互作用により発生するものであり、ブリルアン散乱は、光ファイバの媒質内の音波との相互作用により発生するものである。

図２（Ａ）及び図３に示される通り、光検波器２は、光ファイバ１の内部にパルス光ＬＯを送信する光送信部２１と、光ファイバ１の外部における環境の変化によって光ファイバ１の内部で生じる後方散乱光を検出する光検出部２２と、光送信部２１で送信されたパルス光を光ファイバ１に送り、光ファイバ１から送られる後方散乱光を光検出部２２に送るサーキュレータ２３と、サーキュレータ２３と光検出部２２との間に配置されサーキュレータ２３から送られる後方散乱光を増幅するアンプ２４と、光検出部２２で検出した結果を音響や温度に変換し音響スペクトルや温度分布を計算する解析部５０と、下水道で発生する土砂の流入や浸水等の異常パターンを記憶する記憶部５１と、光検出部２２の検出結果を表示する表示部２５と、を有する。

光送信部２１は、所定波長のパルス光を出射する光源、その他の装置である。
図２（Ｃ）は、光検出部２２から出力される距離と光強度との関係のグラフが示されている。
図２（Ｃ）及び図３で示される通り、光検出部２２は、光ファイバ１の内部でそれぞれ生じるレイリー散乱ＬＬとラマン散乱ＬＲとに伴う後方散乱光を時系列信号として受信するものであり、時間と光強度との関係の波形として出力する。なお、図３で示される波形は図２（Ｃ）の波形を簡略化したものであり、両者は実質的に同じである。

波形の左右の位置が時間と線形比例関係にある。光ファイバ１の位置（距離）ｄ（ｍ）と、光ファイバ１にパルス光ＬＯが入射してからの時間ｔｐ（ｓ）との関係は、
ｄ＝２（ｔｐ×ｌｖ）／ｎ ……式１
である。ここで、ｌｖは光速で、２９９７９２４５８ｍ／ｓ（真空中）であり、ｎは光ファイバ１の屈折率で、約１．４１である。
式１を用いて、図２（Ｃ）及び図３の波形を示すグラフの横軸を時間から距離に置き換える。これらの図のグラフでは、図中右側は光検波器２からの距離が長く、左側は光検波器２からの距離が短い。
後方散乱光の光強度は、レイリー散乱ＬＬに伴う後方散乱光がラマン散乱ＬＲに伴う後方散乱光より大きい。

図２（Ｃ）では、後方散乱光がレイリー散乱ＬＬに伴う場合ＤＬとラマン散乱ＬＲに伴う場合ＤＲとの２箇所が示されているが、実際は、音の変化する場所や温度が変化する場所に応じて、それぞれ後方散乱光が複数の位置で変化することになる。
光ファイバ１のうちレイリー散乱ＬＬに伴う後方散乱光が変化する位置は、光ファイバ１の外部であって音や振動が生じた位置に最も近い位置であり、ラマン散乱ＬＲに伴う後方散乱光が変化する位置は光ファイバ１の外部であって温度変化が生じた位置に最も近い位置である。

第１実施形態では、レイリー散乱ＬＬに伴う後方散乱光とラマン散乱ＬＲに伴う後方散乱光との双方が光検出部２２に送られる。
解析部５０では、統計データが用いられ、アンプ２４から送られる光強度の変化ＮＬのスペクトルパターンが記憶部５１で記憶されている異常時における音響信号のスペクトルパターンと一致すると、異常と判断し、その異常と判断したスペクトルパターンの位置ＤＬと対応する光ファイバ１の位置を求める。ここで、一致は、下水道管Ｐの大きさ、強度、その他の条件により、下水道管Ｐ毎に設定されるものであり、予め記憶部で記憶されているか、設定時に調整されている。解析部５０で演算された結果は、図２（Ｃ）のグラフとともに、表示部２５で表示される。なお、表示部２５では、光ファイバ１が施設された地図情報が表示され、地図情報の上に光ファイバ１の異常が生じた箇所が表示される。

第１実施形態では、光ファイバ１は、シングルモード光ファイバであり、光検波器２は、一般販売されている製品を用いた場合、５０Ｋｍの区間を位置分解能１０ｍで、０〜２０ｋＨＺの周波数帯域の音を検出できる。検出できる距離は、５０Ｋｍである。
光検出部２２は、光ファイバ１の２ｋｍの領域を２０μｓで測定する。

第１実施形態では、内周面の上部に通信用の光ファイバ１が既設された下水道管Ｐの一端に、光検波器２を接続して下水道モニタリングシステムを施工する。
下水道管Ｐは既に地中に埋設されている。
下水道管Ｐにおいて既設された光ファイバ１の一端が接続された端子台Ｔに光検波器２の光送信部２１を接続する。

このように施工された下水道モニタリングシステムでは、光検波器２の光送信部２１から光ファイバ１にパルス光ＬＯを送信する。光ファイバ１に送られたパルス光ＬＯのうち僅かな光がレイリー散乱ＬＬやラマン散乱ＬＲに伴う後方散乱光としてサーキュレータ２３及びアンプ２４を介して光検出部２２に送られる。光検出部２２は、距離と光強度との波形を出力し、この波形が表示部２５で表示される。
この状態で、下水道管Ｐに亀裂Ｃが生じて下水道管Ｐの内部に土砂Ｄが流れ込んだり（図１参照）、下水道管Ｐの上部の道路Ｂが陥没したりすると、外部から光ファイバ１に伝わる音が変化し、レイリー散乱ＬＬに伴う後方散乱光の変化となる。
光検出部２２では、後方散乱光の変化を光強度の変化ＮＬとし、この変化ＮＬを基準値と対比し、基準値より大きい場合には、異常と判断し、その異常と判断した光強度の位置ＤＬを生じた光ファイバ１の位置を推定する。
異常と判断された光ファイバ１の位置は表示部２５で地図情報とともに表示される。

これに対して、下水道管Ｐに損傷が生じない場合では、光ファイバ１の外部から内部に伝わる音の変化が少なく、その結果、光検出部２２で検出される後方散乱光の変化も少ない。そのため、光検出部２２では、下水道が正常であること判断し、表示部２５には、異常である旨の表示はされない。なお、第１実施形態では、アスファルトカッターや重機を用いて道路Ｂのアスファルトを剥がす際に生じる音や、道路Ｂを通る自動車の振動を検出することができるが、これらの音や振動の大きさは、基準値以下と設定されれば、異常として表示されない。

従って、第１実施形態では、次の効果を奏することができる。
（１）下水道管Ｐの内周面のうち上部において軸方向に伸びて光ファイバ１を配置したから、下水道管Ｐの上部で生じた損傷等に伴う音は、下水Ｗを通さず、直接、光ファイバ１に伝わり、これを光検波器２で検出するので、正確なモニタリングができる。しかも、光ファイバ１において後方散乱光の変化が大きい箇所は、音の発生源から最も近い部位であるので、正確なモニタリングができる。

（２）下水道管Ｐの内周面の上部に軸方向に沿って既設された光ファイバ１の一端に、光検波器２を接続したから、下水道管Ｐの通信用であって既設の光ファイバ１をそのまま用いることができるので、下水道モニタリングシステムの施工を簡易かつ低コストで実施することができる。

［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態を図３から図５に基づいて説明する。
第２実施形態は、音の変化と温度の変化との双方を検出するために、レイリー散乱ＬＬに伴う後方散乱光に加えてラマン散乱ＬＲに伴う後方散乱光を検出する構成を備えたものであり、他の構成は第１実施形態と同じである。
図３において、光検波器２は、ラマン散乱ＬＲに代表される後方散乱光を検出する光検出部２２を備えている。
解析部５０は、温度分布が得られるものであり、この温度分布により、例えば、光ファイバ１が下水に浸っている等の異常を検知する。

次に、第２実施形態の下水道モニタリングシステムの作用について、図４及び図５を参照して説明する。
図３に示される通り、第２実施形態の下水道モニタリングシステムでは、第１実施形態と同様に、光検波器２の光送信部２１から光ファイバ１にパルス光ＬＯを送信する。
光ファイバ１に送られたパルス光ＬＯのうち僅かな光がレイリー散乱ＬＬとラマン散乱ＬＲとが混在した後方散乱光として光検出部２２に送られる。
解析部５０は、温度分布の波形を出力し、この波形が表示部２５で表示される。

この状態で、図４に示される通り、下水道管Ｐへの土砂の流入等に伴って、下水道管Ｐでの下水Ｗの水位が上昇して光ファイバ１が下水Ｗに浸されたり、図５に示される通り、光ファイバ１を下水道管Ｐに止める係止部材３が脱落し、光ファイバ１の一部が下水Ｗに浸されたりすると、光ファイバ１の下水Ｗに浸された部分の周囲では、音と温度とが変化する。
同様に、下水道管Ｐの内部へ人や動物が侵入したり、下水道管Ｐの陥没やクラックが生じると、音と温度とが変化する。
外部の音の変化が光ファイバ１の内部に伝わると、レイリー散乱ＬＬに伴う後方散乱光の光強度が変化し、外部の温度の変化が光ファイバ１の内部に伝わると、ラマン散乱ＬＲに伴う後方散乱光が変化する。

ラマン散乱ＬＲに伴う後方散乱光の変化を光検出部２２が検出する。光検出部２２では、ラマン散乱ＬＲに伴う後方散乱光の変化を光強度の変化ＮＬとし、解析部５０では、この変化ＮＬに基づいて、異常か否かを判断し、異常と判断した光強度のスペクトルパターンの位置ＤＬに対応する光ファイバ１の位置を推定する。
これに対して、光ファイバ１の一部が下水Ｗで浸されることがなく、光ファイバ１の一部が脱落することがない場合には、光検出部２２で検出される後方散乱光の変化は少なく、下水道が正常であること判断される。表示部２５では異常である旨の表示はされない。
なお、第２実施形態では、光ファイバ１自体が破断した場合、光ファイバ１の破断した位置での信号が光検出部２２に送られないので、光ファイバ１の破断を検出できる。

従って、第２実施形態では、第１実施形態の（１）（２）と同様の効果を奏することができる他、次の効果を奏することができる。
（３）光検出部２２は、光ファイバ１の外部における温度の変化によって光ファイバ１の内部で生じるラマン散乱ＬＲに伴う後方散乱光を検出するから、下水Ｗの増水で下水道管Ｐの上部に空気がない状態や、光ファイバ１の脱落を検出することができる。

［第３実施形態］
本発明の第３実施形態を図６に基づいて説明する。
図６に示される通り、第３実施形態は、下水Ｗの流速を測定するために、下水Ｗに浮かぶ音源Ｍを用いたことが第１実施形態と異なるもので、他の構成は第１実施形態と同じである。
下水Ｗの上に浮かぶ音源Ｍは、船Ｑに設置されている。音源Ｍとしては、スピーカ、ベル、ラジオ、その他でもよい。

第３実施形態では、第１実施形態と同様に、光検波器２の光送信部２１から光ファイバ１にパルス光ＬＯを送信する。光ファイバ１に送られたパルス光ＬＯのうち僅かな光がレイリー散乱ＬＬやラマン散乱ＬＲに伴う後方散乱光として光検出部２２に送られる。光検出部２２は、距離と光強度との波形を出力する。下水Ｗに浮いている音源Ｍから出される音により、光強度の変化ＮＬが大きい部分が生じる。音源Ｍは下水Ｗの流れに伴って移動するため、光強度の変化ＮＬが大きい部分も移動する。そのため、解析部５０で、光強度の変化ＮＬが移動する時間と距離とを求めることにより、下水Ｗの流速を求めることができる。この流速は表示部２５で表示される。

第３実施形態では、第１実施形態の（１）（２）と同様の効果を奏することができる他。次の効果を奏することができる。
（４）下水道管Ｐの内部を流れる下水に浮かぶ音源Ｍを有するから、音源Ｍが下水道管Ｐの下水Ｗの流れとともに移動することになり、これを光検出部２２で検出することで、下水の流速を測定することができる。

［第４実施形態］
本発明の第４実施形態を図７に基づいて説明する。第４実施形態では、光ファイバ１に代えてマイクロホンアレイ４を用いることが第１実施形態と異なる。
図７において、下水道モニタリングシステムは、局所的な範囲において、下水道管Ｐの内周面の上部において、軸方向に沿って設置されたマイクロホンアレイ４と、マイクロホンアレイ４で検出された音に基づいて下水道管Ｐを監視するモニタ５と、を備える。
マイクロホンアレイ４は、下水道管Ｐの軸方向に沿って並んで配置されそれぞれ集音する複数のマイクロホン４１が支持金具４２を介して下水道管Ｐに取り付けられた構造である。

モニタ５は、音のデータをスペクトルパターンとして予め記憶した記憶部（図示せず）と、この記憶部で記憶したスペクトルパターンとマイクロホンアレイ４からモニタに送られた音のデータに基づいて作成されるスペクトルパターンとを対比して、損傷や陥没、その他、下水道管Ｐに生じる不都合を判定する判定部（図示せず）とを有する構造である。なお、本実施形態では、ＡＩ（人工知能）を用いてモニタリングする構成としてもよい。

第４実施形態では、下水道管Ｐの内周面の上部において、軸方向に沿って設置され複数のマイクロホン４１を有するマイクロホンアレイ４と、マイクロホンアレイ４で検出された音に基づいて下水道管Ｐを監視するモニタ５と、を備えているので、隣合うマイクロホン４１に集音する音の量を対比することで、音が発生された位置を推定し、正確なモニタリングを行うことができる。

なお、本発明は前述の各実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
本発明では、光検波器２は、解析部５０で演算した結果をスマートホン等の端末に送信する送信機能を備えてもよい。
また、前記各実施形態では、下水道管Ｐは、既に地中に埋設されているものとしたが、本発明では、光ファイバ１が既設されているものであれば、新規に製造された下水道管Ｐに用いてもよい。

さらに、前記各実施形態では、下水流路を有する管として下水道管Ｐを説明したが、本発明の下水道管Ｐは、上水道管やガス管とともに共同溝に配置されているものでもよい。共同溝は、下水道管として機能する下水流路と、下水流路の上の電気ケーブル、ガス管、通信ケーブル、上水道管が収納された収納空間とが１つの管内に配置されたものである。この場合い、光ファイバ１やマイクロホンアレイ４は、下水流路の上の収納空間に配置されるものでもよい。
また、前記各実施形態では、解析部５０で下水道管Ｐ等の異常を検出し、この異常を表示部２５で表示させる構成としたが、本発明では、異常の検出を表示部２５で表示せず、表示部２５を見ている作業員が距離と光強度との波形をみて判断するものでもよい。

さらに、前記各実施形態では、解析部５０は、統計データを用いたが、本発明では、光ファイバ１から出力された後方散乱光の信号に基づいて、周波数と時間との関係をカラーマップとして表示し、このカラーマップが時間の経過とともに変化する色に基づいて後方散乱光の変化の大きさを認識するものでもよい。

１…光ファイバ、２…光検波器、２１…光送信部、２２…光検出部、４…マイクロホンアレイ、４１…マイクロホン、５…モニタ、５０…解析部、Ｍ…音源

Claims (5)

1. 下水が流通される下水流路を有する管のうち前記下水流路の予め設定された通常時水位より上方に位置する部分において軸方向に伸びて配置された光ファイバと、
   前記光ファイバの内部にパルス光を送信する光送信部、及び前記光ファイバの外部における環境の変化によって前記光ファイバの内部で生じる後方散乱光を検出する光検出部を有するタイムドメイン方式による光検波器と、を備えた、
   ことを特徴とする下水道モニタリングシステム。
2. 請求項１に記載の下水道モニタリングシステムにおいて、
   前記光検波器で検出される後方散乱光は、レイリー散乱に伴うもの、ラマン散乱に伴うもの、ブリルアン散乱に伴うもののうち少なくとも１つである、
   ことを特徴とする下水道モニタリングシステム。
3. 下水が流通される下水流路を有する管のうち前記下水流路の予め設定された通常時水位より上方に位置する部分において複数のマイクロホンが軸方向に伸びて配置されたマイクロホンアレイと、
   前記マイクロホンアレイで検出された音に基づいて前記管を監視するモニタと、を備えた、
   ことを特徴とする下水道モニタリングシステム。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載された下水道モニタリングシステムにおいて、
   前記下水流路を流れる下水に浮かぶ音源を有する、
   ことを特徴とする下水道モニタリングシステム。
5. 下水が流通される下水流路を有する管のうち前記下水流路の予め設定された通常時水位より上方に位置する部分において軸方向に伸びて既設された光ファイバの一端に、前記光ファイバの内部にパルス光を送信し前記光ファイバの外部における環境の変化によって前記光ファイバの内部で生じる後方散乱光を検出するタイムドメイン方式による光検波器を接続する、
   ことを特徴とする下水道モニタリングシステムの施工方法。

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