JP2021082919A - 水位測定システム、水位計、水位測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】マンホールの蓋を特別な構成の蓋と取り換えることなく、マンホール内部の水位を外部に発信できる下水道水位測定システムを提供すること。【解決手段】下水道水位測定システム１では、水位計２は、水位センサと通信端末を備える。通信端末は、測定された水位のデータを所定のプロトコルの送信データに変換する変換器と、通信部とアンテナと電源装置とを備え、マンホールＭ内に設置される。複数のスマートメータ３は、水位計２からもっともよい条件で水位データを受信するものが選択され、水位計２から送信された送信データを受信し、水位監視サーバ８に送信して中継する。このため最も感度の良い最寄りのスマートメータ３に水位に関する送信データを送信することができる。【選択図】図１

Description

本発明は、水位測定システム、水位計、水位測定方法に係り、詳しくは、例えば、下水道のマンホール内でも水位計を容易に取り付けることが可能な水位測定システム、水位測定方法に関する。

近年いわゆるゲリラ豪雨の発生により特定の地域が浸水することが注目されている。この浸水の原因として、川の水が堤防などの外へとあふれ出る外水氾濫もあるが、市街地に降った雨量が都市下水道の処理能力を超えて、下水道マンホールよりあふれ出す内水氾濫もある。

通常は、市街地に降った雨は、内水として下水道の下水管やポンプ施設によって河川へと排水される。しかしながら施設の能力が雨量に追い付かなかったり、外水の水位が上昇して排水できなかったりすることがある。そうすると、内水の水はけが悪くなって下水道にあふれ、突然マンホールの蓋を押し上げて下水道から排水が噴出し建物や土地、道路などが水につかってしまうようなことがある。

一般にマンホールはマンホール蓋により覆われており、このマンホール蓋は、鉄製で重く簡単に開閉できないことはもちろん、多くは自動車の行き交う道路に設置されている。内水氾濫を早期に検知するためには、下水管などの水量を監視すればよいのであるが、上述のような理由から下水管のマンホールにおいて内部の水位を人間が監視することは困難である。

そこで、特許文献１に記載された水位計では、水位を検出するための回路や警告表示を行う回路等の各部品が組まれた基板がケースに収容され、雨水を排水する水路の蓋に取り付け可能とされ、簡易に取付けを行うことができると共に安価とすることができる水位計が提案されている。この発明では、蓋を閉めたまま水路内の水位の上昇を外部から知ることができる。

また、特許文献２に記載された下水道環境監視システム・管渠内の状態報知方法では、マンホール蓋は、蓋本体、計測センサ、及び発光部を具備する。蓋本体は、管渠に連通するマンホールを閉塞する。計測センサは、前記管渠内の状態を計測する。発光部は、前記蓋本体の表側に設けられ、前記計測した状態に基づいて照光する。さらに、アンテナ部は、アンテナと、蓋本体の表側に形成されてアンテナを格納する断面凹状のアンテナ格納部とを有する。アンテナ部は、第３筐体に格納される通信部から出力される信号を空間へ送信する。また、アンテナ部は、到来する信号を受信し、通信部へ出力する。

この発明では、マンホールの蓋を閉めたまま、歩行者に内水氾濫を警告でき、また水位のデータを外部に送信することができた。

特開２０１８-１８９５０８号公報 特開２０１８-１９９９３０号公報

しかしながら、特許文献１に記載された水位計は、蓋の隙間を利用して外部に水位が上昇したことを表示し、蓋の外部から送信することができるが、この水位計はマンホール蓋で密閉されたマンホール内部のような場所から水位の情報を送信することができないという問題があった。

また、特許文献２に記載された下水道環境監視システムでは、マンホール蓋の裏側には、電源部と、計測センサ、ＣＰＵ、通信部を備えるが、アンテナと発光部はマンホール蓋に表側に配置され、蓋に設けられた開口部を介して接続されており、マンホールの蓋自体を特別な構成のものに変更しなければならないという問題があった。このような問題は、下水道のマンホールに限定されず、水文・水理観測ができる箇所においても同様の問題が生じうる。

本発明が解決しようとする課題は、マンホール内部等の水位を外部に発信できる水位測定システム、このシステムに用いる水位計、水位測定方法を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明の水位測定システムでは、水位センサと、当該水位センサにより測定された水位のデータを所定のプロトコルの送信データに変換する変換器と、前記送信データを無線送信する通信部とを有する通信端末と、前記水位センサと前記通信端末とに電力を供給する電源装置とを備えた水位計と、前記水位計から送信された送信データを受信し、当該送信データを水位監視サーバに送信する複数の中継器とを備え、前記中継器は、前記水位計からもっともよい条件で水位データを受信する中継器が選択されて中継することを特徴とする。

このような構成では、前記水位計は、複数の中継器の中から最も感度の良い中継器を選択して水位に関する送信データを送信することができる。
また、前記水位センサは、下水道のマンホール内部に設置されマンホール内部の水位を測定するとともに、マンホール外部に設置された中継器に前記送信データを送信することも好ましい。

このような構成であれば、マンホールの蓋を特別な構成の蓋と取り換えることなく、マンホール内部の水位の情報を外部に発信できる。
また、前記電源装置は、電池により給電することができることが好ましい。

このような構成であれば、電源が確保しにくいマンホール内部などでも容易に設置することができる。
また、前記中継器は、前記通信端末から送信された送信データを受信するとともに、前記複数の中継器によるマルチホップ通信により前記水位監視サーバに送信することができることが好ましい。

このような構成であれば、中継器の選択も容易になり、専用の中継回線を用いずに複数の中継器を用いて、容易に送信データを水位監視サーバに送信することができる。
また、前記送信データは、ネットワークアクセスポイントにおいて複数の中継器のデータが集約され前記水位監視サーバに送信することができることも好ましい。

このような構成であれば、多数の中継器からの送信データを光ケーブルなどを用いて効率的に大量に送信することができる。
また、前記水位監視サーバは、前記水位計に制御信号を送信可能に構成されることも好ましい。

このような構成であれば、台風や大雨などでは、データの配信回数を多くして、より緻密な情報を得ることができるとともに、晴天時などはデータの配信回数を少なくして電源装置の電力消費を抑制することができる。

また、前記中継器が、スマートメータであることも好ましい。
このような構成であれば、既に設置されたスマートメータを利用することで、容易に下水道水位測定システムを構築することができる。

スマートメータを利用することで、前記送信データは、ネットワークアクセスポイントにおいて複数の中継器のデータが集約されるとともに、前記ネットワークアクセスポイントから送信された水位のデータは、各電力需要者における電力量のデータと通信回線を共用して送信され、当該送信されたデータから前記水位のデータを抽出するヘッドエンドシステムを介し、前記水位のデータのみを前記水位監視サーバに送信し、前記電力量のデータのみを電力需要者電力量サーバに送信することができる。

このような構成であれば、本来の電力量計としてのスマートメータのシステムを利用して、水位測定システムを簡単に構築することができる。
なお、上述のような水位計を用いることにより、容易に下水道水位測定システムを構築することができる。

また、本発明の下水道水位測定方法では、下水道のマンホール内部に設置された水位計の水位センサによりマンホール内部の水位を測定する水位測定のステップと、当該水位測定のステップにおいて測定された水位のデータを変換器により所定のプロトコルの送信データに変換する変換のステップと、マンホール内部から変換された前記送信データを通信部においてマンホール外部に無線送信する送信のステップと、複数の中継器により前記水位計から送信された送信データを受信し、当該送信データを水位監視サーバに送信するとともに、前記中継器は、前記水位計からもっともよい条件で水位データを受信する中継器が選択されて中継する中継のステップを実施する。

このような構成であれば、マンホールの蓋を特別な構成の蓋と取り換えることなく、マンホール内部の水位を外部に発信できる。
また、前記水位監視サーバは、前記水位計に制御信号を送信し、前記水位計は制御信号に応じて、水位のデータを送信する制御のステップを実施することが好ましい。

このような構成であれば、台風や大雨などでは、データの配信回数を多くして、より緻密な情報を得ることができるとともに、晴天時などはデータの配信回数を少なくして電源装置の電力消費を抑制することができる。

本発明によれば、例えば、マンホール内部の水位を外部に発信できる。

実施形態の下水道水位測定システムの全体を示す概略図。 マンホールの内部を示す（ａ）下水道の流れ方向に直交する面に沿った断面図、（ｂ）下水道の流れ方向に沿った断面図。 水位計の構成を示すブロック図。 水位計の動作を示すフローチャート。 スマートメータから水位監視サーバへの処理の流れを示すフローチャート。 水位計とスマートメータの送受信の流れを示すフローチャート。 水位監視サーバの水位情報処理の流れを示すフローチャート。

以下、本発明の水位測定システムを具体化した一実施形態である下水道水位測定システム１を図１〜７を参照して説明する。
（下水道水位測定システム１の概要）
図１に示すように、本実施形態の下水道水位測定システム１は、下水道、特に雨水を排出する導水路に設けられたマンホールＭａ、Ｍｂ、Ｍｃ、…（区別しない場合はＭとする。）の内部に水位計２ａ、２ｂ、…（区別しないときは２とする。）が配置される。図３に示すように、水位計２は水位センサ２１を備え、この水位センサ２１で測定した水位を変換器２３で特定のプロトコルの信号に変換し送信データＴＤを生成する。生成した送信データＴＤは、通信部２４のアンテナ部２５から無線発信することができる。図２に示す水位計２から発信された送信データＴＤは、マンホールＭの鉄蓋Ｍ１を介して、図１に示すように最も近い電力需要者の施設に設置されたスマートメータ３ａ、３ｂ、３ｃ、…（区別しない場合は３とする。）により受信される。スマートメータネットワーク３１によりマルチホップ通信で、いわゆるバケツリレー方式で電柱に設置されたＮＡＰ（Network Access Point）４ａ、４ｂ、４ｃ…（区別しない場合は４とする。）により受信される。受信した送信データＴＤは、光ファイバケーブル４１により送信され、データを集約するコンセントレータ５を介して電力事業者に送られる。電力事業者では、送信されてきたデータをヘッドエンドシステム７で、各電力需要者からの電力量データＥＤと、水位に関する送信データＴＤとを分離する。そして、分離された送信データＴＤは、水位監視サーバ８に取り込まれる。一方、電力量データＥＤは、電力需要者電力量サーバ９に取り込まれる。水位監視サーバ８では、送信された送信データＴＤを集計し蓄積して分析し、必要な場合は、市町村など水防管理者サーバ１０などに情報を提供する。

（実施形態の構成）
以下、それぞれの構成要素について説明する。
＜マンホールＭ＞
近年の下水道は、汚水と雨水と分離しない合流式から、汚水管と雨水管とが分離される分流式のものが増加している。本実施形態では、分流式の雨水管を例に下水道水位測定システム１を説明する。汚水管は下水処理場に集合して汚水処理されたのち、河川等に放流される。一方、雨水管は雨水を集合して汚水処理なしにマンホールポンプなどで河川等に放流したり、ため池や大規模雨水貯留施設等に貯留したりする。しかしながら、降雨が激しい場合は、河川の水位が上昇して放流や貯留の能力を超え、雨水管の内部の水位が高くなり、さらに地表面ＧＬを超えると、マンホールＭの鉄蓋Ｍ１を押し上げて、雨水が地表に噴出してしまう。この場合、地表からは水位の上昇が目視できない。また、雨水管は、地形に沿った凹凸や、流れを作る傾斜あるので、マンホールポンプで汲み上げることで、流れを維持しているが、地域により状況が異なる。このため、地域での複数のマンホールＭ内の水位を監視することは、防災上重要である。

図２は、マンホールの内部を示す。図２（ａ）は下水道の流れ方向に直交する面に沿った断面図、図２（ｂ）は下水道の流れ方向に沿った断面図である。
マンホールＭは鉛直方向に軸を持つ円筒形の躯体ブロックＭ３の底部にインバート枡Ｍ４が形成されている。ここには、図２（ｂ）に示すように流入管Ｍ６と流出管Ｍ７が接続されている。平常は、図２（ａ）に示すように流入管Ｍ６と流出管Ｍ７と連続するインバート枡Ｍ４の溝を雨水が流れている。水量が増加すると、マンホールＭ内の水面ＷＬが上昇し水位が上がる。躯体ブロックＭ３の上端は、地表面ＧＬに開口しており、鉄製の受枠Ｍ２を介して円形の鉄蓋Ｍ１により封鎖されている。また、躯体ブロックＭ３の内側面には、梯子として機能する足掛金具Ｍ５が複数設けられている。

＜水位計２＞
図３は、水位計２の構成を示すブロック図である。水位計２は、防水ケースからなる筐体２７に収容された通信端末２２と、ここから吊り下げケーブル２８により吊り下げられた水位センサ２１とから構成される。

＜水位センサ２１＞
水位センサ２１は、センサ部が水中での水圧を検出することで、この水圧を電流値に変換して通信線が内蔵された吊り下げケーブル２８を介して変換器２３に信号を送信する。マンホールＭの開口部から底部までの距離を最大の水深として設定し、これを超えると溢水である。

＜通信端末２２＞
通信端末２２は、変換器２３と通信部２４とアンテナ部２５と電源装置２６とから構成される。

＜変換器２３＞
変換器２３は、水位センサ２１から出力される信号を吊り下げケーブル２８を介して受信する。変換器２３は、受信した信号を、独自のプロトコルの信号に変換する。この信号を本実施形態では、「送信データＴＤ」という。送信データＴＤには、水位計２固有のアドレス、水位データ、時刻データが含まれる。水位計２はこのプロトコルにより、例えば９６００ｂｐｓでの高速で通信が可能で、メータや各種センサと水位監視サーバ８とを相互に接続する通信インターフェイスを有する。また、消費電力が小さいため、電池駆動でも長時間駆動が可能である。このように本実施形態は、本来のスマートメータ３のＡルートにおける電力量データＥＤの送信に加え、水位に関する送信データＴＤの信号が回線を共用しても混信することがない。

＜通信部２４＞
通信部２４は、図示しないＣＰＵを備えたコンピュータシステムを備え、通信端末２２全体の制御を行っている。通信部２４では、指定したタイミングにて送信データＴＤを水位監視サーバ８に送信するように設定されている。しかしながら、後述するように、自ら自律的に水位データを分析して、水位が高い状態や、水位の上昇の変化が大きいときには、送信データＴＤの送信のペースを高めて、急なゲリラ豪雨に起因する水位の変化に対応することができる。

また、通信部２４は、水位監視サーバ８から通信部２４に対して、「測定指令」を送信すると、通信部２４のＣＰＵでは、やはりデフォルトの間隔から送信データＴＤの送信のペースを高めて、天候の急な変化に予め対応することができる。

＜アンテナ部２５＞
通信部２４のアンテナ部２５は、マンホールＭ内に配置されることになる。マンホールＭは、コンクリートと鉄板により閉塞した空間であるので、従来は、蓋の隙間や、蓋に開口部を設けてアンテナを地表に露出させていた。本発明では、遠距離に電波を発信する構成ではなく、最も受信状態のよいスマートメータ３を選択して、そのスマートメータ３に対して通信する。このためアンテナ部２５がマンホールＭの内部に配置されていても送受信が可能となっている。

＜電源装置２６＞
水位計２は、マンホールＭ内に設置されるが、通常マンホールＭ内には電灯線などの給電設備はないので、水位計２の電源として電源装置２６を備える。電源装置２６は、自己放電の少ないリチウムイオン乾電池やリチウムイオン２次電池などを備えて構成される。通信部２４は、わずかな通信量のデータ送信であり、発信も平常は、例えば１回／１時間程度で、消費電流が極力抑えられている。このため、本実施形態の電源装置２６の電池は、１０年に１度交換で十分となっている。

＜水位計２のマンホール内への設置＞
図３に示すように、上記のように構成された水位計２は、通信端末２２の収容された筐体２７を、マンホールＭの開口部近傍に設置する。鉄蓋Ｍ１の裏面に設置することも可能であるが、鉄蓋Ｍ１の開閉を考慮すると、躯体ブロックＭ３の上端の壁面がより望ましい。また、足掛金具Ｍ５を利用して、ここに掛止するような構成としてもよい。筐体２７自体の位置は、水深の測定に影響を与えないが、電波の送受信や設置などを考慮すると開口部に近いことが望まれる。そして、水位センサ２１がインバート枡Ｍ４近傍に位置するように吊り下げケーブル２８の吊り下げ量を調節する。なお、水位センサ２１をインバート枡Ｍ４に固定することも望ましいが、簡単に底面近傍に吊り下げるだけでもよく、水位が高い状態でも簡単に設置することができる。この場合、水流の影響で破損しないような位置とすることも望ましい。以上で設置が完了する。

＜スマートメータ３＞
スマートメータ３は、３０分ごとの電気の使用量を計測することができ、かつ通信機能を保有している。このため、Ａルートといわれるルートで送信された電力量データＥＤにより電力事業者が遠隔でスマートメータ３の指示数を取得することが可能な電力量測定器である。スマートメータ３は、９２０ＭＨｚ帯域の電波を用い、複数のスマートメータ３の間で通信が可能となっている。また、電力需要者の施設のＨＥＭＳ（Home Energy Management System）との間のＢルートといわれる相互通信も可能な構成となっている。スマートメータ３は、設置された電力需要者の施設専用の機器ではなく、スマートメータ用広域通信ネットワーク３１におけるネットワークアクセスポイントとして機能しており、条件が良ければ周囲数キロメートルの範囲で相互に通信が可能となっている。また、マルチホップ通信が可能で、複数のスマートメータ３がネットワークを構成し、データを受信したスマートメータ３は、そのデータをいわゆるバケツリレー方式で、他のスマートメータ３に転送する。このようにして通信状態の良好なルートを選択して、目的のＮＡＰ（Network Access Point）４に到達する。

＜ＮＡＰ４＞
ＮＡＰ４は、電柱に設けられ、複数のスマートメータ３を支配下におき、受信したデータは、光ファイバケーブル４１により電力事業者に伝達される。

＜コンセントレータ５＞
複数のＮＡＰ４からそれぞれ伝達されたデータは、コンセントレータ５において、共通の回線によりデータが転送される。

＜ヘッドエンドシステム７＞
本実施形態では、スマートメータ３からは、本来の電力量データＥＤに加え、水位に関する送信データＴＤが回線を共用して送信される。

このため、ヘッドエンドシステム７では、電力量データＥＤと送信データＴＤを振り分け、電力量データＥＤは電力需要者電力量サーバ９に送信し、送信データＴＤは水位監視サーバ８に送信される。

＜水位監視サーバ８＞
水位監視サーバ８は、電力事業者が管理する。水位監視サーバ８は、送信データＴＤを受信し、それぞれの水位計２のＩＤアドレスにより識別された水位のデータが、時刻情報と共に集計され、蓄積される。

この蓄積されたデータから、異常水位が検出される。また、異常水位ではなくても時系列に分析され、水位の増加の割合が大きなものを検出し、警告を発する。
水位計２は、水位監視サーバ８の表示画面等にマップとして表示したり、内水氾濫の可能性が高い順にリスト表示したりする。

また、水位監視サーバ８は、遠隔で水位計２を制御することができ、平常時と比較して測定間隔を短縮することができる。
＜水防管理者サーバ１０＞
水防管理者は、ここでは例えば市町村の防災担当者や上下水道局担当者など、下水道の管理をする者をいう。水防管理者サーバ１０は、水防管理者が管理するサーバシステムである。水位監視サーバ８において集計された水位情報ＷＩは、自動的に水防管理者サーバ１０に逐次送信する。また、予め水防管理者が定めた基準値に基づいて異常が発生すると、特に注意を喚起する情報を送信する。

また、水防管理者は、大雨の可能性が高いときには、水防管理者サーバ１０から水位監視サーバ８に対して水位の測定の頻度を上げる警戒情報を送信する。
＜電力需要者電力量サーバ＞
ヘッドエンドシステム７により振り分けられた電力需要者の使用した電力量は、電力需要者電力量サーバに蓄積され、電気料金の算定に用いられる。ここでは詳しくは説明しない。

（本実施形態の下水道水位測定システムの作用）
次に、本実施形態の下水道水位測定システム１の作用について説明する。
＜水位測定のステップ＞
図４は、水位計２の動作を示すフローチャートであり、図４を参照して水位計２の作用について説明する。

まず、水位監視サーバ８から測定指令ＭＣがあるかを判断する（Ｓ１）。測定指令ＭＣは、水位監視サーバ８が気象状況などから降雨の可能性がある場合に、その水位の観測頻度を高くする指令である。測定指令を受信した場合は（Ｓ１：ＹＥＳ）、デフォルトの１時間おきの測定時刻を待たずに、測定指令ＭＣに従い水位を測定する。この場合、Ｓ２の測定時刻が再設定される。測定指令を受信していない場合は（Ｓ１：ＮＯ）、そのまま測定時刻が到来していない場合は（Ｓ２：ＮＯ）測定時刻を待つ（接続子ＡからＳ１）。測定時刻が到来したら（Ｓ２：ＹＥＳ）、水位を測定する（Ｓ３）。

＜変換のステップ＞
通信部２４は、水位が設定された基準値と比較して（Ｓ４）、異常値でなければ（Ｓ４：ＮＯ）、水位センサ２１からの検出値を変換器２３で送信データＴＤを生成して（Ｓ６）、アンテナ部２５から送信する（Ｓ７）。もしも水位が異常であると判断した場合には（Ｓ４：ＹＥＳ）、異常モードとして、測定時刻を自ら自律的に再設定して、測定頻度を高める。また、異常モードに設定したことを水位監視サーバ８に送信する（Ｓ５）。

＜スマートメータ３から水位監視サーバ８への処理の流れ＞
図５は、スマートメータ３から水位監視サーバ８への処理の流れを示すフローチャートであり、図５を参照して処理の流れを説明する。

まず、水位計２により送信された送信データＴＤをスマートメータ３が受信する。
ここで、図６は、図４及び図５に共通する水位計とスマートメータの送受信の処理（Ｓ７）を示すフローチャートである。まず、図７を参照して送受信処理（Ｓ７）を説明する。

＜送受信のステップ＞
図１に示す水位計２ａでは、送信データＴＤを送信するに当たりいずれのスマートメータ３ａ、３ｂ、３ｃにも区別なく送信できる。そこで、水位計２ａは、スマートメータ３ａ、３ｂ、３ｃに対してブロードキャスト送信をして、その返信を待つ（Ｓ７１）。この水位計２ａからブロードキャスト送信を受信したスマートメータ３ａ、３ｂ、３ｃは、それぞれ、受信状態を水位計２ａに返信する（Ｓ７２）。これらの返信を受信した水位計２ａは、最も受信状態の良いスマートメータ（ここでは、スマートメータ３ａ）を選択して通信リンクを確立するメッセージをスマートメータ３ａに送信し、水位計２ａとスマートメータ３ａとが通信のリンクを確立する（Ｓ７３）。続いて水位計２ａはスマートメータ３ａに所定のプロトコルに準拠した信号で水位に関する送信データＴＤをスマートメータ３ａに送信する（Ｓ７４）。この送信データＴＤを受信したスマートメータ３ａは、この信号の記載により、送信データＴＤをスマートネットワーク３１に転送する（Ｓ７５）。

＜中継のステップ＞
再び図５を参照して説明する。図１に示すスマートメータ３ａから転送された送信データＴＤは（Ｓ７５）、多数のスマートメータ３からなるスマートメータネットワーク３１内で信号の記述からそれぞれのスマートメータ３がスマートメータネットワーク３１のノードを選択して目的地点まで転送するマルチホップ通信を行う（Ｓ８）。このようにしてマルチホップ通信により、送信データＴＤが転送され、ＮＡＰ４ａに到達する。送信データＴＤを受信したＮＡＰ４ａは、この電波による送信データＴＤを光信号に変換し光ファイバケーブル４１を介して転送する（Ｓ９）。光ファイバケーブル４１を介して送信データＴＤは、コンセントレータ５に送信される。送信データＴＤを受信したコンセントレータ５は、到着した多数の信号を整理して、水位監視サーバ８が処理しやすいようにデータを集約する（Ｓ１０）。コンセントレータ５で集約されたデータは、電力事業者に設置されたヘッドエンドシステム７により受信される。ヘッドエンドシステム７では、通信回線を共用する水位に関する送信データＴＤと、電力需要者の電力量データＥＤとを分離して、抽出した送信データＴＤのみを水位監視サーバ８に転送する（Ｓ１１）。なお、電力量データＥＤは、電力需要者電力量サーバ９に送られて電気料金の算定に用いられる。送信データＴＤを受信した水位監視サーバ８は（Ｓ１２）、ここから水位のデータを集約して、水位情報処理（Ｓ１３）を行う。

＜水位情報処理＞
図７は、水位監視サーバ８の水位情報処理（Ｓ１３）の処理の詳細を示すフローチャートである。図７を参照して水位情報処理（Ｓ１３）を説明する。

図５に示す水位情報処理（Ｓ１３）では、まず、送信データＴＤの信号の記述により、水位計２の固有のアドレス毎に水位データを時刻情報に基づいて時系列に集計し蓄積する（Ｓ１４）。集計した水位情報ＷＩは、逐次水防管理者である地方公共団体等の水防管理者サーバ１０に報告する（Ｓ１５）。

次に、水位計２ごとに予め設定されている基準水位を参照して、受信した水位に異常がないか判断し（Ｓ１６）、異常がない場合は（Ｓ１６：ＮＯ）、地方公共団体等から気象情報などに基づいて降雨が予測される場合に発せられる警戒情報がないか判断する（Ｓ１７）。なければＳ１４のデータの処理に戻る。

水位計２ごとに予め設定されている基準水位を参照して、受信した水位に異常がないか判断し異常がある場合は（Ｓ１６：ＹＥＳ）、地方公共団体等に警告を通報するとともに（Ｓ１８）、下り通信で該当する水位計２に制御信号である測定指令を送信して、水位計２の測定頻度を上げる（Ｓ１９）。

また、地方公共団体等から警戒情報を受信した場合には（Ｓ１７）、同様に下り通信で該当する水位計２に制御信号である測定指令を送信して、水位計２の測定頻度を上げ（Ｓ１９）、Ｓ１４のデータの処理に戻る。このＳ１８における警戒情報は、例えば、河川の水位、気象庁による大雨・洪水に関する注意報、警報に基づいて、水位監視サーバ８において、自ら自動的に判断してもよい。

（実施形態の効果）
上記実施形態の下水道水位測定システムによれば、以下のような効果を得ることができる。

（１）上記実施形態では、複数の中継器として機能するスマートメータ３を選択して最も感度の良いスマートメータ３に水位に関する送信データＴＤを送信することができる。
（２）また、電源装置２６は電池により給電することができるため、電源が確保しにくいマンホール内部でも容易に設置することができる。

（３）この場合、通常発信する電波は、短いメッセージで、１時間に１回であり、送信先は最寄りの中継器であるスマートメータ３であるので、電力消費量は極めて少なく、電池も自己放電の少ないリチウム乾電池やリチウムイオン２次電池とすることで、１０年間以上電池交換を不要とすることができる。

（４）そのため、マンホールＭの鉄蓋Ｍ１を特別な構成の蓋と取り替えたり、開口部を設けることなく、マンホールＭ内部に水位計２を設置して、水位の情報を外部に発信することができる。このため、本技術を利用することで、装置の構成が簡易なものとなり、設置費用を大幅に削減することができ、インフラとして多数の水位計２を配置することが容易になるという社会的な意義も大きい。多数の水位計２を設置することで、広域で水位を監視して、高い精度で内水氾濫を予測することができる。

（５）水位計２で取得した送信データＴＤは、マルチホップ通信により複数のスマートメータ３をネットワークとして、いわゆるバケツリレー方式で転送し、水位監視サーバ８に送信することができる。このため、中継器の選択も容易になり、専用の中継回線を用いずに複数のスマートメータ３を用いて、容易に送信データＴＤを水位監視サーバ８に送信することができる。また、いずれかのスマートメータ３に障害がある場合には、自動的に迂回して確実に転送することができる。

（６）送信データＴＤは、付近のスマートメータ３を支配するＮＡＰ４において受信される。ＮＡＰ４では複数のスマートメータ３の送信データＴＤが光信号に変換され送信データＴＤを、光ファイバケーブル４１などを用いて効率的安定的に送信データＴＤを高速大量に転送することができる。

（７）水位計２においては、晴天時などは例えば１時間に１回とするなどデータの配信回数を少なくして電源装置２６の電力消費を抑制することができる。その一方で、水位監視サーバ８においては、所定のプロトコルに準拠したＩｏＴの技術によりそれぞれのスマートメータ３を固有のＩＤで個別に識別して制御信号である「測定指令」を送信可能に構成されている。そこで、台風や大雨が予測されるときなどでは、「測定指令」を送信して外部から制御し、警戒対象となる水位計２のデータの配信回数を多くして、より緻密な情報を得ることができる。

（８）また、水位計２自体でも、水位が設定値より高いような場合は、「異常状態」と自ら判断し、自律的に測定頻度を上げることができる。このため、通常は電力消費量を押さえつつ、必要な場合には、高い頻度で情報を収集することができる。

（９）なお、中継器はスマートメータ３に限定されるものではないが、実施形態では、上記機能を発揮する中継器としてスマートメータ３が好適に用いることができるため、スマートメータ３を用いている。また、スマートメータ３は、既に社会的なインフラストラクチャーとして設置されつつあるため、スマートメータ３のネットワークを利用することができるので、容易にかつ安価に下水道水位測定システム１を構築することができる。

（１０）本実施形態では、スマートメータ３を利用する場合に、ＮＡＰ４を介して送信された送信データＴＤは所定のプロトコルに準拠する信号であり、各電力需要者における電力量データＥＤと通信回線を共用して送信される。この通信回線を共用して送信されるデータから水位のデータである送信データＴＤを抽出するヘッドエンドシステム７を介し、送信データＴＤのみを水位監視サーバ８に送信する。送信データＴＤと分離された電力量データＥＤのみを電力需要者電力量サーバ９に送信することができる。このため、従来の電力量の検針の業務を妨げることなく実施できる。

（１１）本実施形態では、ＩｏＴのプロトコルを利用して、水位計２から水位監視サーバ８への上りと、水位監視サーバ８から水位計２への下りの双方向の通信が可能となっている。そのため、水位計２の通信端末２２に対して、柔軟な指令を出し、また、水位計から電池残量などの情報を収集して、電池交換の時期を判断する、あるいは故障を検知することなどもできる。

（１２）なお、本実施形態は、内水氾濫時の対応だけでなく、平時においては、同じ水系の複数の水位計２を比較することで、不明水を検出し、下水管の損傷を推定することもできる。

（別例）
なお上記実施形態の下水道水位測定システム１は、本発明の一例であり、例えば以下のようにして実施することができる。

○本実施形態では、分流式の下水道の雨水管におけるマンホールＭの水位を測定、監視している態様を例示しているが、例えば、合流式の下水道でも実施できる。さらに、排水用の暗渠・水路・貯水設備のみならず、上水道、河川・池や湖沼、地下水など水文・水理観測ができる箇所において、好適に実施することができる。

○本実施形態では、水位のみを検出していたが、水位計２に替えて、若しくは加えて、水温やｐＨなどの測定や、水位の有無のみを検出するようにしてもよい。
○本実施形態では、電柱に設置されたＮＡＰ４からは、光ファイバケーブル４１により、電力事業者の水位監視サーバ８にデータを送信しているが、例えば、専用の有線の通信回線、３Ｇ／ＬＴＥなどの携帯電話網を用いた回線など、転送の手段は限定されるものではない。

○警戒情報としては、測定された水位のほか、気温、気圧、湿度、風力、風向、日照などの環境の情報を参照して、防災の予測を立てるようにしてもよい。
○本実施形態では、電力事業者を例に本発明を説明したが、電力事業者に限られることなく、ガス、水道等、スマートメータを保有する事業者と読み替えても良い。

○以上１つの実施形態により本発明を説明したが、特許請求の範囲を逸脱しない範囲で、当業者であれば、本実施形態に付加し、省略し、変更して実施できることは言うまでもない。

１…下水道水位測定システム
２（２ａ、２ｂ）…水位計
３（３ａ、３ｂ、３ｃ）…スマートメータ（中継器）
４（４ａ、４ｂ、４ｃ）…ＮＡＰ（ネットワークアクセスポイント）
５…コンセントレータ
６…電力事業者
７…ヘッドエンドシステム
８…水位監視サーバ
９…電力需要者電力量サーバ
１０…地方公共団体サーバ
２１…水位センサ
２２…通信端末
２３…変換器
２４…通信部
２５…アンテナ部
２６…電源装置
２７…筐体
２８…吊り下げケーブル
３１…スマートメータネットワーク
４１…光ファイバケーブル
Ｍ…マンホール
Ｍ１…鉄蓋
Ｍ２…受枠
Ｍ３…躯体ブロック
Ｍ４…インバート枡
Ｍ５…足掛金具
Ｍ６…流入管
Ｍ７…流出管
ＧＬ…地表面
ＷＬ…水面
ＥＤ…電力量データ
ＷＤ…水位データ
ＴＤ…送信データ
ＭＣ…測定指令
ＷＩ…水位情報

Claims (11)

1. 水位センサと、
   当該水位センサにより測定された水位のデータを所定のプロトコルの送信データに変換する変換器と、前記送信データを無線送信する通信部とを有する通信端末と、
   前記水位センサと前記通信端末とに電力を供給する電源装置と
   を備えた水位計と、
   前記水位計から送信された送信データを受信し、当該送信データを水位監視サーバに送信する複数の中継器とを備え、
   前記中継器は、前記水位計からもっともよい条件で水位データを受信する中継器が選択されて中継することを特徴とする水位測定システム。
2. 前記水位センサは、下水道のマンホール内部に設置されマンホール内部の水位を測定するとともに、マンホール外部に設置された中継器に前記送信データを送信することを特徴とする請求項１に記載の水位測定システム。
3. 前記電源装置は、電池により給電することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の水位測定システム。
4. 前記中継器は、前記通信端末から送信された送信データを受信するとともに、前記複数の中継器によるマルチホップ通信により前記水位監視サーバに送信することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の水位測定システム。
5. 前記送信データは、ネットワークアクセスポイントにおいて複数の中継器のデータが集約され前記水位監視サーバに送信することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の水位測定システム。
6. 前記水位監視サーバは、前記水位計に制御信号を送信可能に構成されたことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の水位測定システム。
7. 前記中継器が、スマートメータであることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の水位測定システム。
8. 前記送信データは、ネットワークアクセスポイントにおいて複数の中継器のデータが集約されるとともに、前記ネットワークアクセスポイントから送信された水位のデータは、各電力需要者における電力量のデータと通信回線を共用して送信され、当該送信されたデータから前記水位のデータを抽出するヘッドエンドシステムを介し、前記水位のデータのみを前記水位監視サーバに送信し、前記電力量のデータのみを電力需要者電力量サーバに送信することを特徴とする請求項７に記載の水位測定システム。
9. 請求項１〜８のいずれか一項に記載の水位測定システムに用いられる水位計。
10. 下水道のマンホール内部に設置された水位計の水位センサによりマンホール内部の水位を測定する水位測定のステップと、
    当該水位測定のステップにおいて測定された水位のデータを変換器により所定のプロトコルの送信データに変換する変換のステップと、
    マンホール内部から変換された前記送信データを通信部においてマンホール外部に無線送信する送信のステップと、
    複数の中継器により前記水位計から送信された送信データを受信し、当該送信データを水位監視サーバに送信するとともに、
    前記中継器は、前記水位計からもっともよい条件で水位データを受信する中継器が選択されて中継する中継のステップを実施することを特徴とする水位測定方法。
11. 前記水位監視サーバは、前記水位計に制御信号を送信し、前記水位計は制御信号に応じて、水位のデータを送信する制御のステップを実施することを特徴とする請求項１０に記載の水位測定方法。

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