JP2021139680A - 通信装置、通信プログラム、通信方法、及び、監視システム - Google Patents

Abstract

【課題】監視システムにおいて、通信装置から監視装置に対して伝送するデータのデータ量を削減することができるようにする。【解決手段】本発明は、センサーによる計測値を含む情報を、他の装置に伝送する通信装置において、センサーによる時系列の計測値を周波数分析した分析結果に基づいて、計測対象の特徴を表す成分の成分値を抽出する特徴情報抽出手段と、特徴情報抽出手段により抽出された前記成分の成分値を含む情報を、前記他の装置に伝送する通信手段とを備えることを特徴とする。【選択図】 図１

Description

本発明は、通信装置、通信プログラム、通信方法、及び、監視システムに関し、例えば、構造物に設置するセンサー装置、及び構造物の異常を監視するシステムに適用し得るものである。

近年、人手不足を解消するために、橋梁等の構造物に、通信機能を持ったセンサーを設置し、遠隔で構造物の異常を監視するシステムが検討されている。

特許文献１には、橋梁に設置した加速度センサーの測定データを、ネットワークを介してサーバ装置に伝送し、サーバ装置で測定データを分析することにより橋梁の通行可否を判定するシステムが示されている。

また、橋梁が老朽化すると、橋梁の橋桁や床版などの固有振動数や振動の周波数スペクトルの形状が変化することが知られており、加速度データを分析することにより固有周波数や周波数スペクトルの形状の変化をとらえ、橋梁の老朽化を監視するシステムなども検討されている。

特開２０１６−８９４７０号公報

しかしながら、特許文献１に記載のシステムでは、加速度センサーの測定データをサーバ装置まで伝送しているため、通信負荷が大きくなるという課題がある。また、センサーを電池で駆動したり、測定データの伝送を無線化したりすることにより、設置を容易にすることが可能となるが、このような場合には、伝送するデータをできるだけ少なくすることが望まれる。

そこで、本発明は、上述した課題に鑑み、監視システムにおいて、通信装置（センサー装置）から監視装置（監視サーバ）に対して伝送するデータのデータ量を削減することができる通信装置、通信プログラム、通信方法、及び、監視システムを提供しようとするものである。

かかる課題を解決するために、第１の本発明は、センサーによる計測値を含む情報を、他の装置に伝送する通信装置において、センサーによる時系列の計測値を周波数分析した分析結果に基づいて、計測対象の特徴を表す成分の成分値を抽出する特徴情報抽出手段と、特徴情報抽出手段により抽出された前記成分の成分値を含む情報を、前記他の装置に伝送する通信手段とを備えることを特徴とする。

第２の本発明は、センサーによる計測値を含む情報を、他の装置に伝送する通信プログラムにおいて、コンピュータを、センサーによる時系列の計測値を周波数分析した分析結果に基づいて、計測対象の特徴を表す成分の成分値を抽出する特徴情報抽出手段と、特徴情報抽出手段により抽出された成分の成分値を含む情報を、他の装置に伝送する通信手段として機能させることを特徴とする。

第３の本発明は、センサーによる計測値を含む情報を、他の装置に伝送する通信方法において、特徴情報抽出手段が、センサーによる時系列の計測値を周波数分析した分析結果に基づいて、計測対象の特徴を表す成分の成分値を抽出し、通信手段が、特徴情報抽出手段により抽出された成分の成分値を含む情報を、他の装置に伝送することを特徴とする。

第４の本発明は、１又は複数の通信装置と、各通信手段から受信したセンサーによる計測値に基づいて、計測対象の状態を管理する監視装置とを備える監視システムにおいて、各通信装置が、第１の本発明の通信装置であることを特徴とする。

本発明によれば、監視システムにおいて、通信装置が監視装置に対して伝送するデータのデータ量を削減することができる。

第１の実施形態に係るセンサー装置の内部構成を示す内部構成図である。 第１の実施形態に係る監視システムの全体構成を示す全体構成図である。 第１の実施形態に係る監視装置の内部構成を示す内部構成図である。 第２の実施形態に係る監視装置の内部構成を示す内部構成図である。 第２の実施形態に係るセンサー装置の内部構成を示す内部構成図である。

（Ａ）第１の実施形態
以下では、本発明に係る通信装置、通信プログラム、通信方法、及び、監視システムの第１の実施形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。

第１の実施形態は、構造物の各部位にセンサー装置を配置し、監視装置がセンサー装置から取得したデータを用いて構造物を監視する監視システムに、本発明を適用する場合を例示する。

（Ａ−１）第１の実施形態の構成
［概念］
本発明に係る通信装置、通信プログラム、通信方法、及び、監視システムの基本的な概念を説明する。

例えば、橋梁などの構造物に種々のセンサー装置を設置し、構造物の健全性を測定する試みが数多くなされている。構造物の健全性を判断するためには、構造物に負荷を与える必要がある。日常的に負荷として与えられるのは、車両などの通過に伴う加重である。

センサー装置を動作させるには電力が必要であるが、橋梁などの屋外において電源を確保することは容易ではない。また、センサー装置を有する機器（以下、「センサー機器」とも呼ぶ。）を設置する場所は橋の床版の裏など、通常の方法ではたどり着けない場所が多く、頻繁に電池の交換を行うのは現実的ではない。例えば、太陽電池等の発電機能を用いても、常時センサー装置を駆動させることは難しい。

また、構造物は長い年月をかけて劣化するものであり、構造物の監視を行う際に、センサーにより測定されたデータのうち、当該データに含まれている特徴的なデータを伝送して、構造物の異常を監視することが合理的である。

橋梁をはじめとする構造物は床版、桁など複数の部材から構成されている。また、劣化しやすい部位があることが経験的に知られている。正確な測定を行なうには、単一の橋梁に対して複数のセンサー装置を設置することが必要と考えられる。また、複数のセンサー装置を設置することは、計測機器の冗長性を高める効果もある。

さらに電池で動作する機器に関しては、複数の機器を交互に利用することで、個々のセンサーの電力消費を抑え、寿命を延ばすことにも利用できる。このように様々な利点があるため、単一の構造物に複数のセンサー装置を設置することには様々な観点から見た価値がある。

上述したような複数の意図を持って、構造物に複数のセンサー装置を配置し、監視装置が各センサー装置からセンサーデータを収集する際に、伝送されるデータのデータ量が大量となり、通信負荷が大きくなってしまう。

また、センサー装置におけるセンサーは電池駆動され、また例えば無線機で測定データを伝送する場合でも電源を確保する必要があり、消費電力の観点からも、伝送するデータをできるだけ少なくすることが望まれる。

そこで、以下では、各センサー装置において、センサーが計測した測定データを解析して、監視装置に伝送するデータ量を低減させるようにする方法を示す。

第１の実施形態では、例えば、監視装置が固有振動数や周波数スペクトル形状の変化をとらえることにより構造物の異常（又は健全性）を監視するシステムにおいて、センサーが測定したデータに含まれている成分の中から、構造物の特徴を反映している部分（成分）を抽出し、センサー装置が伝送するデータを、当該部分（成分）に限定する。これにより、センサー装置が伝送するデータ量を削減する。

［全体構成］
図２は、第１の実施形態に係る監視システムの全体構成を示す全体構成図である。

図２において、監視システム１は、通信装置としての複数のセンサー装置１０（１０−１〜１０−ｎ：ｎは正の整数）、監視装置２０とを有する。

監視システム１は、センサ及び無線機を有する複数のセンサー装置１０−１〜１０−ｎを監視対象に設置し、監視装置２０が各センサー装置１０−１〜１０−ｎが伝送するセンサデータを含む情報を間欠的に収集し、監視装置２０が収集したセンサデータを用いて監視対象の状態や状況を監視する。

この実施形態では、監視システム１の監視対象が「構造物」である場合を例示する。「構造物」とは、複数の材料や部材などから構成され、基礎等により重量を支えられた構造で造作されたものをいう。構造物は、例えば、空港、高速道路、高層ビル、駅、港湾などのようにコンクリート構造で作られたコンクリート構造物や、例えば、鋼橋、工場、その他の鉄骨建造物などのように主要な部材が鋼材である鋼構造物等が含まれる。

構造物の「異常」は、例えば亀裂、ひび割れ、遊離石灰の発生、ボルトの脱落等に代表される損傷や劣化などをいう。このような「異常」により影響を受けている程度を示す値を、構造物に設置したセンサを用いて検査する。具体的には、構造物に設置された複数のセンサーのそれぞれからセンシングデータを収集し、各センサーのデータを用いて統計的な解析を行なっていく。そして、その統計的な解析結果と最新の計測結果（センサーデータ）とを比較し、その比較結果と閾値とを用いて評価する。評価の結果、これまでの統計的な解析結果から離れた結果、あるいは異なる結果が得られたときに異常が発生したといえる。

センサー装置１０と監視装置２０との間のネットワークＮＴは、基幹ネットワークとすることができる。ネットワークＮＴは、例えば、Ｉｎｔｅｒｎｅｔ又はＥｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）である。ネットワークＮＴは、無線回線であってもよいし、有線回線であってもよい。

センサー装置１０は、主に、センサー、測定データを解析するデータ解析手段、及び通信手段を有する。センサー装置１０は、センサーが測定した測定データをネットワークＮＴを介して監視装置２０に送信する。

なお、この実施形態において、センサー装置１０は、例えば、橋梁の桁、床版の裏など構造物の複数箇所のそれぞれ固定配置されるものである。

ここで、図２では、複数のセンサー装置１０−１〜１０−ｎのそれぞれが、ネットワークＮＴを介して監視装置２０にセンサーデータを含む情報を伝送する場合を例示しているが、これに限定されない。

例えば、複数のセンサー装置１０−１〜１０−ｎのうち、子機として機能するセンサー装置１０と、子機から情報を収集する親機としてセンサー装置１０とを備え、親機のセンサー装置１０が監視装置２０に対してデータを含む情報をネットワークＮＴを介して送信するようにしてもよい。つまり、構造物に配置する複数のセンサー装置１０−１〜１０−ｎ側の構成は、図２の例に限定されず、親機と子機のセンサー装置１０を配置する場合、各センサー装置１０は、他のセンサー装置１０との間で互いに伝送可能な通信手段を備えるようにしてもよい。

換言すると、親機又は子機の複数のセンサー装置１０は、センサネットワークを構成するようにしてもよい。この場合、一般的に、センサネットワークの通信方式は、特定小電力無線方式などに代表される低速な無線通信方式を適用することができる。例えば、ＩＥＥＥ８０２．１１ａ／ｂ／ｇ／ｎなどに代表される無線ネットワーク規格、若しくは、ＩＥＥＥ８０２．１５．４、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）などの無線通信方式であっても構わない。親機又は子機のセンサー装置１０には、それぞれネットワーク上で固有のアドレス（例えば、ＭＡＣアドレス、ショートアドレス、ＩＰアドレス等）を割り当てることで実現できる。

なお、この場合、親機のセンサー装置１０は、子機と監視装置２０との間で情報を中継する中継機能を備えることになるが、その場合でも、親機又は子機のセンサー装置１０は基本的には同じ内部構成とすることができる。

監視装置２０は、ネットワークＮＴを介して、各センサー装置１０からセンサデータを含む情報を収集し、各データを保存（蓄積管理）する。また、監視装置２０は、センサー装置１０からの測定データを分析し、固有振動数の変化を捉えることにより構造物の異常を判定する。

なお、変形例として、親機としてのセンサー装置１０が監視装置２０の機能を備えて、親機のセンサー装置１０と監視装置２０とを一体化した構成としても良い。

［センサー装置］
図１は、第１の実施形態に係るセンサー装置１０の内部構成を示す内部構成図である。

図１において、第１の実施形態に係るセンサー装置１０は、加速度センサー部１１、制御部１２、通信部１３を有する。

加速度センサー部１１は、自装置（センサー装置１０）が設置されている構造物の部位に生じる物理量を測定するセンサーであり、測定データを制御部１２に与える。１台のセンサー装置１０が、１個の加速度センサー部１１を備えるようにしても良いし、１台のセンサー装置１０が、複数個の加速度センサ１０３を備えるようにしてもよい。なお、この実施形態では、加速度センサ１０３を備えるようにしたが、センサ種類はこれに限らない。例えば、センサー装置１０は、加速度センサー部１１に加えて、あるいは、加速度センサー部１１に代えて、温度センサ、湿度センサ、振動センサ、赤外線イメージセンサ等、様々な種類のセンサを用いても良い。

制御部１２は、センサー装置１０の各種機能を司る処理部又は装置である。制御部１２は、デジタル信号処理を行なう装置（例えばＤＳＰなど）を適用でき、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＥＥＰＲＯＭ、入出力インタフェース等を有する装置とすることができる。そして、ＣＰＵがＲＯＭに格納される処理プログラム（例えば、通信プログラム、特徴情報抽出プログラム等）を実行することにより、処理が実現されるようにしてもよい。

制御部１２は、加速度センサー部１１により測定されたデータを解析する特徴情報抽出部１２０を有する。なお、加速度センサー部１１により測定された信号（アナログ信号）は、必要に応じてサンプリングされてデジタル信号に変換される。

特徴情報抽出部１２０は、周波数分析部１２１の分析結果に基づいて、計測対象の特徴を表す成分の成分値を抽出するものである。

ここで、「計測対象」とは、センサー（例えば加速度センサー部１１等）の計測対象である。例えば、センサー装置１０が配置されている構造物の部位が計測対象の一例となる。「計測対象の特徴を表す成分の成分値」とは、センサー（例えば加速度センサー部１１等）の時系列な計測値（測定データ値）を周波数分析の結果から、特徴的な周波数成分の信号値を意図する。具体的には、例えば、所定時間に亘って測定データを周波数分析した結果から、大きなスペクトル値の周波数成分のスペクトル値とすることができる。

より具体的に、特徴情報抽出部１２０は、加速度センサー部１１で測定された加速度データから平均周波数スペクトル、ピーク周波数を求め、ピーク周波数の前後決められた帯域幅に入るスペクトルデータのみを平均周波数スペクトルから抽出して通信部１３に与える。

特徴情報抽出部１２０は、周波数分析部１２１、ピーク周波数検出部１２２、メモリ部１２３を有する。

周波数分析部１２１は、加速度センサー部１１から測定データを取得し、あらかじめ決められた期間の時系列の測定データを分析して、平均周波数スペクトルを求める。つまり、周波数分析部１２１は、加速度センサー部１１からの測定データ（時系列データ）に対して、どの周波数の成分が含まれているかを分析して、周波数スペクトルの値を周波数毎に求める。そして、周波数分析部１２１は、あらかじめ設定された期間（時間）における、周波数スペクトルの値の平均値を周波数毎に求める。ここで、周波数分析手法は、特に限定されず、例えば高速フーリエ変換等の手法を広く適用できる。

ピーク周波数検出部１２２は、周波数分析部１２１により求められた平均周波数スペクトルからピーク周波数を求める。つまり、ピーク周波数検出部１２２は、周波数毎の平均周波数スペクトルの値を比較して、ピーク周波数を求める。換言すると、ピーク周波数検出部１２２は、加速度センサー部１１により測定されたデータに含まれる周波数成分のうち、特徴的な周波数成分を求める。

ここで、ピーク周波数検出部１２２により検出されるピーク周波数の数は、１個であってもよいし、測定データに含まれている特徴的な周波数成分を広く抽出して伝送するために複数個であってもよい。

１個のピーク周波数とする場合には、周波数毎の平均周波数スペクトルの値の中から、平均周波数スペクトルの値が最も大きいものを選択するようにしてもよい。この場合、監視装置２０に対して伝送する周波数成分のデータが限定されるので、センサー装置１０が伝送するデータ量を大きく低減できる。他方、場合によって、配置部位で加速度センサー部１１が測定されたデータに含まれている特徴的な周波数成分のデータが限定的となる可能性もある。

また、複数のピーク周波数とする場合、予め求めるピーク周波数の数を決めておき、周波数毎の平均周波数スペクトルの中から、平均周波数スペクトルの値が大きいものから順に所定数の周波数を選択するようにしてもよい。この場合、１個のピーク周波数とする場合に比べれば、伝送するデータ量は増えるが、十分に伝送するデータ量を低減できる。

さらに、ピーク周波数検出部１２２には、予め検出する周波数帯域が決められており、その周波数帯域内のピーク周波数を求めるようにしてもよい。この場合も、周波数帯域内に含まれる１個のピーク周波数であっても良いし、周波数帯域内に含まれる複数のピーク周波数であってもよい。換言すると、ピーク周波数検出部１２２がピーク周波数を検出するためのフィルタリング機能を有するともいえる。

メモリ部１２３は、加速度センサー部１１から取得した測定データを記憶したり、周波数分析部１２１による分析結果を記憶したり、ピーク周波数検出部１２２の検出結果を記憶する記憶装置である。

通信部１３は、特徴情報抽出部１２０から処理結果を取得し、その処理結果を含む情報をネットワークＮＴを介して監視装置２０に伝送する。

［監視装置］
図３は、第１の実施形態に係る監視装置２０の内部構成を示す内部構成図である。

図３において、監視装置２０は、通信部２０１、制御部２０２、判定部２０３、記憶部２０５を有する。

通信部２０１は、ネットワークＮＴと接続するための通信インタフェースである。通信部２０１は、各センサー装置１０からデータを含む情報を受信して、制御部２０２に与える。

制御部２０２は、監視装置２０における各種機能を司る装置及び処理部である。制御部２０２は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＥＥＰＲＯＭ、入出力インタフェース等を有する装置で構成されてもよい。ＣＰＵがＲＯＭに格納される処理プログラム（例えば、異常検出処理プログラム等）を実行することにより、処理が実現されるようにしてもよい。

制御部２０２は、各センサー装置１０からのデータに基づく構造物の異常判定を行なうため、各センサー装置１０から受信したデータを判定部２０３に与える。

記憶部２０５は、各センサー装置１０から取得したデータ（この実施形態の場合、センサー装置１０から伝送されてきた周波数成分のデータ）を記憶したり、判定部２０３による処理結果（分析結果）等をセンサー装置１０毎に記憶する記憶装置である。

取得したデータや判定部２０３による処理結果は、例えば、センサー装置１０の識別情報（例えば、ＭＡＣアドレス、ＩＰアドレス等）、加速度センサー部１１の識別情報、計測時刻、計測データ（センシングデータ）、加速度センサー部１１の種別、測定タイミングの周期、構造物の部材種別等の全て又は一部の組み合わせに対応付けて記憶されるようにしてもよい。なお、処理結果等を対応付けて記憶する情報項目は、上述したものに限定されない。

判定部２０３は、記憶部２０５に記憶されるセンサー装置１０の過去の計測結果（例えば、過去の測定データ値に基づく正規化したデータの値）と、最新の計測結果（測定データの値）とを比較して、異常の程度を示す評価値を判定する。

より具体的に、判定部２０３は、各センサー装置１０から伝送されてきた周波数スペクトルのデータ（ピーク周波数やスペクトルの値）と、過去の周波数スペクトルのデータ（ピーク周波数やスペクトルの値）とを比較し、ピーク周波数の変化の有無を判定する。

ここで、異常判定方法は、様々な方法を広く適用できる。例えば、判定部２０３は、加速度センサー部１１が計測した過去の振動データを正規化したデータを導出して記憶部２０５に記憶する。判定部２０３は、当該加速度センサー部１１の過去のピーク周波数の正規化データと、当該加速度センサー部１１の最新のピーク周波数のデータとに基づく相関を示す値を導出する。そして、判定部２０３は、その相関を示す値と閾値とを比較して、相関を示す値が閾値を超えた場合、異常が生じたと判定し、相関を示す値が閾値以下の場合、異常でないと判定してもよい。なお、異常判定方法は、上述した例に限定されない。

（Ａ−２）第１の実施形態の動作
次に、第１の実施形態における監視システム１における処理動作を図面を参照しながら説明する。

例えば橋梁等の構造物には複数のセンサー装置１０のそれぞれが配置されており、例えば車両等の通過により構造物の部位に生じる物理量を各センサー装置１０の加速度センサー部１１が間欠的（周期的）に測定する。加速度センサー部１１による測定データは制御部１２に与えられて、メモリ部１２３に保存される。

各センサー装置１０では、メモリ部１２３に保存されている測定データが読み取られ、所定の周波数分析手法を用いて、周波数分析部１２１により、周波数毎のスペクトルの値が求められる。そして、あらかじめ設定された所定時間の時系列な測定データについて、平均周波数スペクトルの値が求められる。

次に、ピーク周波数検出部１２２により、平均周波数スペクトルの値から、１又は複数のピーク周波数が求められる。このとき、平均周波数スペクトルからピーク周波数前後のあらかじめ決められた帯域幅に入るスペクトルデータが抽出されて通信部１３に与えられる。

通信部１３では、特徴情報抽出部１２０から取得したスペクトルデータを含む情報が作成され、ネットワークＮＴを介して当該情報が監視装置２０に伝送される。

監視装置２０では、センサー装置１０から伝送されたスペクトルデータと、当該センサー装置１０から取得した過去のスペクトルデータとを比較して、ピーク周波数の変化をとらえる。そして、ピーク周波数の変化を評価する値が閾値を超えるときには、構造物（当該センサー装置１０が配置されている部位）に異常が生じていると判定し、ピーク周波数の変化を評価する値が閾値以下のときには、構造部には異常が生じていないと判定する。

（Ａ−３）第１の実施形態の効果
以上のように、第１の実施形態によれば、ピーク周波数（固有振動数）の変化をとらえることにより構造物を監視するシステムにおいて、センサー装置側で、伝送するデータの限定範囲を決定して、監視装置に伝送するデータを伝送することにより、通信トラフィックを削減する。

つまり、第１の実施形態では、センサー装置から伝送するデータをピーク周波数前後のあらかじめ決められた帯域幅に入るスペクトルデータに限定しているため、通信トラフィックを削減することができ、通信負荷を軽減することができる。

（Ｂ）第２の実施形態
次に、本発明に係る通信装置、通信プログラム、通信方法、及び、監視システムの第２の実施形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。

第２の実施形態では、周波数スペクトル形状の変化をとらえることにより構造物を監視するシステムを想定し、伝送するデータの範囲を監視装置がセンサー装置に指示することにより通信トラフィックを削減する。

（Ｂ−１）第２の実施形態の構成
［監視装置］
図４は、第２の実施形態に係る監視装置２０の内部構成を示す内部構成図である。

図４において、第２の実施形態の監視装置２０は、通信部２０１、制御部２０２Ａ、判定部２０３、記憶部２０５を有する。

なお、通信部２０１、記憶部２０５は、基本的には、第１の実施形態と同じ処理を行なうので、以下では第１の実施形態と異なる処理を中心に説明する。

判定部２０３Ａは、各センサー装置１０から取得した測定データを周波数分析し、周波数毎の周波数スペクトルの値でなるスペクトル形状と、過去の平均周波数スペクトルの値でなるスペクトル形状とを比較して、スペクトル形状の変化を評価する値と閾値とに基づいて、構造物の異常を判定する。

制御部２０２Ａは、第１の実施形態の制御部２０２の処理に加えて、周波数範囲通知部５１を有する。

周波数範囲通知部５１は、判定部２０３Ａによる各センサー装置１０からの周波数スペクトル値であるスペクトル波形と、当該センサー装置１０の過去の平均周波数スペクトル値のスペクトル波形との分析結果に基づいて、対象とする構造物（の部位）の特徴を表している周波数成分の周波数範囲を求め、その周波数範囲を、対応するセンサー装置１０に通知する。

例えば、初期段階では、センサー装置１０は、伝送データの低減を行わず、加速度センサー部１１の測定データを含む情報を監視装置２０に伝送するようにしてもよい。つまり、センサー装置１０では、加速度センサー部１１の測定データから、構造物の特徴を表している周波数成分のデータを抽出せずに、加速度センサー部１１が測定した測定データの全てを含むデータを伝送する。したがって、監視装置２０では、判定部２０３Ａが、加速度センサー部１１の測定データを周波数分析したスペクトル波形の変化の度合いから構造物の異常を判定する。

その後、判定部２０３Ａによる分析処理が繰り返し行なわれていくと、周波数範囲通知部５１は、判定部２０３Ａによる分析結果を用いて、各センサー装置１０が配置されている構造物（の部位）の特徴を表している周波数成分の周波数範囲を求める。そして、構造物の特徴を表している周波数成分の周波数範囲を、当該センサー装置１０の伝送範囲として、周波数範囲通知部５１が当該センサー装置１０に通知する。

センサー装置１０は、監視装置２０側から指示された周波数範囲の周波数成分のデータを、測定データから抽出し、その抽出した周波数成分のデータを含む情報を監視装置２０に伝送する。これにより、センサー装置１０が監視装置２０に伝送するデータ量を低減でき、トラフィック負荷が軽減される。

ここで、「周波数範囲」は、監視装置２０の判定部２０３Ａによるスペクトル波形の変化の度合いを用いた分析結果に基づいて、構造物の特徴を表している周波数成分の周波数範囲、又は、当該周波数範囲に所定のマージン値を加えた少し広い範囲としても良い。また、周波数範囲は、連続するひとつの周波数範囲であっても良いし、複数の周波数範囲に分かれていても良い。つまり、この周波数範囲は、センサー装置１０が測定データから抽出する周波数成分の周波数範囲ともいえる。また、この周波数範囲は、センサー装置１０が伝送するデータの周波数成分を示す伝送範囲ともいえる。

［センサー装置］
図５は、第２の実施形態に係るセンサー装置１０の内部構成を示す内部構成図である。

図５において、第２の実施形態に係るセンサー装置１０は、加速度センサー部１１、特徴情報抽出部１２０Ａを備える制御部１２、通信部１３を有する。

なお、加速度センサー部１１、通信部１３は、第１の実施形態と基本的には同じ処理を行なうので、ここでは、制御部１２の特徴情報抽出部１２０Ａの処理を中心に説明する。

特徴情報抽出部１２０Ａは、周波数分析部１２１、メモリ部１２３、周波数範囲取得部１２４を有する。特徴情報抽出部１２０Ａは、加速度センサー部１１の測定データを周波数分析し、監視装置２０から指示された周波数範囲の周波数成分のデータを抽出し、その抽出したデータを通信部１３に与える。

周波数範囲取得部１２４は、監視装置２０から伝送範囲としての周波数範囲に関する情報を取得し、その周波数範囲に関する情報をメモリ部１２３に保存する。

周波数分析部１２１は、加速度センサー部１１で測定した加速度データを周波数分析し、各周波数毎の平均周波数スペクトルの値を求める。また、周波数分析部１２１は、監視装置２０から指示された周波数範囲のスペクトルの値（スペクトルデータ）のみを平均周波数スペクトルから抽出して通信部１３に与える。

なお、周波数分析部１２１は、監視装置２０から周波数範囲に関する情報の指示があるまでの間（例えば初期段階など）、加速度センサー部１１からの側データの全て周波数成分のデータを通信部１３に与えるようにしてもよい。

メモリ部１２３は、加速度センサー部１１から渡された測定データ、周波数分析部１２１の分析結果、監視装置２０から指示された伝送するデータの周波数範囲に関する情報などを保存する。

（Ｂ−２）第２の実施形態の動作
次に、第２の実施形態における監視システム１における処理動作を図面を参照しながら説明する。

（初期段階）
各センサー装置１０において、加速度センサー部１１による測定データは制御部１２に与えられて、メモリ部１２３に保存される。

各センサー装置１０では、メモリ部１２３に保存されている測定データが読み取られ、所定の周波数分析手法を用いて、周波数分析部１２１により、周波数毎のスペクトルの値が求められる。

そして、周波数分析部１２１により求められた全ての周波数スペクトルの値（スペクトルデータ）が、通信部１３に与えられる。通信部１３は、全ての周波数のスペクトルデータを含む情報を、監視装置２０に送信する。

監視装置２０では、各センサー装置１０から受信したスペクトルデータが記憶部２０５に記憶される。

判定部２０３Ａは、各センサー装置１０からの測定データの周波数スペクトルの値でなるスペクトル形状と、過去の平均周波数スペクトルの値でなるスペクトル形状とを比較して、スペクトル形状の変化を評価する値と閾値とに基づいて、構造物の異常を判定する。例えば、過去の平均周波数スペクトル値でなるスペクトル形状と、最新の周波数スペクトル値のスペクトル形状との相関をとり、スペクトル形状の変化を評価する値が閾値を超えるときには、構造物に異常があると判定し、他方スペクトル形状の変化を評価する値が閾値以下のときには、構造物に異常がないと判定する。これら分析結果は、第１の実施形態と同様に、センサー装置１０の識別情報や加速度センサー部１１の識別情報等と対応付けられて記憶部２０５に記憶される。

監視装置２０では、周波数範囲通知部５１が、判定部２０３Ａによる分析結果を用いて、各センサー装置１０が配置されている構造物（の部位）の特徴を表している周波数成分の周波数範囲を求める。そして、周波数範囲通知部５１は、構造物の特徴を表している周波数成分の周波数範囲（又は当該周波数範囲に所定のマージン値を加えた周波数範囲）を通信部２０１に与える。

通信部２０１は、周波数範囲通知部５１から取得した周波数範囲を含む情報を生成して、対応するセンサー装置１０に送信する。

監視装置２０からの周波数範囲を含む情報が各センサー装置１０に受信されると、監視装置２０から指示された周波数範囲に関する情報が、周波数範囲取得部１２４に取得されてメモリ部１２３に記憶される。

（周波数範囲のデータ伝送）
次に、監視装置２０から指示された周波数範囲に関する情報が、各センサー装置１０に通知された後のデータ伝送処理を説明する。

各センサー装置１０において、加速度センサー部１１による測定データは制御部１２に与えられて、メモリ部１２３に保存される。

各センサー装置１０では、メモリ部１２３に保存されている測定データが読み取られ、所定の周波数分析手法を用いて、周波数分析部１２１により、平均周波数スペクトルの値が求められる。

周波数分析部１２１は、監視装置２０から指示された周波数範囲の周波数成分のスペクトル値（スペクトルデータ）のみを平均周波数スペクトルの値から抽出して通信部１３に与える。

通信部１３は、周波数分析部１２１から取得した周波数範囲の周波数スペクトルの値（スペクトルデータ）を含む情報を作成して監視装置２０に送信する。

監視装置２０では、判定部２０３Ａが、各センサー装置１０に指示した周波数範囲において、受信した最新のスペクトル形状と、過去の平均周波数スペクトル形状とを比較する。そして、判定部２０３Ａは、スペクトル形状の変化を評価する値と閾値とを比較して構造物の異常を判定する。

例えば、判定部２０３Ａは、各センサー装置１０に指示した周波数範囲において、過去の平均周波数スペクトル値のスペクトル形状と、最新の周波数スペクトル値のスペクトル形状との相関をとる。

そして、スペクトル形状の変化を評価する値が閾値を超えるときには、構造物に異常があると判定し、他方スペクトル形状の変化を評価する値が閾値以下のときには、構造物に異常がないと判定する。

（Ｂ−３）第２の実施形態の効果
以上のように、第２の実施形態によれば、センサー装置から伝送するデータを監視装置から指示された周波数範囲のスペクトルデータに限定しているため、通信トラフィックを削減することができ、通信負荷を軽減することができる。

（Ｃ）他の実施形態
第１の実施例及び第２の実施例では、加速度センサーの測定値を周波数分析することにより平均周波数スペクトルを求める構成としたが、加速度センサー以外のセンサーによる計測データからスペクトルを求める構成であっても良い。

１…監視システム、
１０（１０−１〜１０−ｎ）…センサー装置、１１…加速度センサー部、１２…制御部、１２０及び１２０Ａ…特徴情報抽出部、１２１…周波数分析部、１２２…ピーク周波数検出部、１２３…メモリ部、１２４…周波数範囲取得部、１３…通信部、
２０…監視装置、２０１…通信部、２０２及び２０２Ａ…制御部、５１…周波数範囲通知部、２０３及び２０３Ａ…判定部、２０５…記憶部。

かかる課題を解決するために、第１の本発明は、構造物にセンサーが設置され、構造物に負荷が作用することにより生じる物理量を前記センサーが間欠的に計測し、センサーによる計測データを含む情報を、監視装置に伝送する通信装置において、センサーが計測した、あらかじめ設定された所定時間の時系列の計測データを記憶する記憶手段と、記憶手段に記憶される時系列の計測データを周波数分析して周波数毎のスペクトルの値を求め、予め設定した所定時間での平均周波数スペクトルの値を周波数毎に求める周波数分析手段と、周波数毎の平均周波数スペクトルの値から、１又は複数のピーク周波数を検出し、各ピーク周波数を含む周波数帯域の周波数スペクトルの値を抽出するピーク周波数検出手段と、抽出された、各ピーク周波数を含む周波数帯域の周波数スペクトルの値を含む情報を監視装置に伝送する通信手段とを備えることを特徴とする。

第２の本発明は、構造物にセンサーが設置され、構造物に負荷が作用することにより生じる物理量をセンサーが間欠的に計測し、センサーによる計測データを含む情報を、監視装置に伝送する通信プログラムにおいて、コンピュータを、センサーが計測した、あらかじめ設定された所定時間の時系列の計測データを記憶する記憶手段と、記憶手段に記憶される時系列の計測データを周波数分析して周波数毎のスペクトルの値を求め、予め設定した所定時間での平均周波数スペクトルの値を周波数毎に求める周波数分析手段と、周波数毎の平均周波数スペクトルの値から、１又は複数のピーク周波数を検出し、各ピーク周波数を含む周波数帯域の周波数スペクトルの値を抽出するピーク周波数検出手段と、抽出された、各ピーク周波数を含む周波数帯域の周波数スペクトルの値を含む情報を監視装置に伝送する通信手段として機能させることを特徴とする。

第３の本発明は、構造物にセンサーが設置され、構造物に負荷が作用することにより生じる物理量を前記センサーが間欠的に計測し、センサーによる計測データを含む情報を、監視装置に伝送する通信方法において、センサーが計測した、あらかじめ設定された所定時間の時系列の計測データを記憶する記憶手段を備え、周波数分析手段が、記憶手段に記憶される時系列の計測データを周波数分析して周波数毎のスペクトルの値を求め、予め設定した所定時間での平均周波数スペクトルの値を周波数毎に求め、ピーク周波数検出手段が、周波数毎の平均周波数スペクトルの値から、１又は複数のピーク周波数を検出し、各ピーク周波数を含む周波数帯域の周波数スペクトルの値を抽出し、通信手段が、抽出された、各ピーク周波数を含む周波数帯域の周波数スペクトルの値を含む情報を監視装置に伝送することを特徴とする。

第４の本発明は、構造物にセンサーが設置され、構造物に負荷が作用することにより生じる物理量を前記センサーが間欠的に計測し、センサーによる計測データを含む情報を伝送する複数の通信装置と、各通信装置から受信したセンサーによる計測データに基づいて、構造物の状態を監視する監視装置とを備える監視システムにおいて、各通信装置が、センサーが計測した、あらかじめ設定された所定時間の時系列の計測データを記憶する記憶手段と、記憶手段に記憶される時系列の計測データを周波数分析して周波数毎のスペクトルの値を求め、予め設定した所定時間での平均周波数スペクトルの値を周波数毎に求める周波数分析手段と、周波数毎の平均周波数スペクトルの値から、１又は複数のピーク周波数を検出し、各ピーク周波数を含む周波数帯域の周波数スペクトルの値を抽出するピーク周波数検出手段と、抽出された、各ピーク周波数を含む周波数帯域の周波数スペクトルの値を含む情報を監視装置に伝送する通信手段とを備え、監視装置が、通信装置から受信した、各ピーク周波数を含む周波数帯域の周波数スペクトルの値をセンサー毎に記憶する記憶手段と、過去の各ピーク周波数の周波数スペクトルの値を正規化したデータと、最新の各ピーク周波数の周波数スペクトルの値のデータとに基づく相関値を導出し、相関値と閾値とを比較して、相関値が閾値を超えた場合、構造物の異常を判定する判定手段とを備えることを特徴とする。

Claims (6)

1. センサーによる計測値を含む情報を、他の装置に伝送する通信装置において、
   前記センサーによる時系列の計測値を周波数分析した分析結果に基づいて、計測対象の特徴を表す成分の成分値を抽出する特徴情報抽出手段と、
   前記特徴情報抽出手段により抽出された前記成分の成分値を含む情報を、前記他の装置に伝送する通信手段と
   を備えることを特徴とする通信装置。
2. 前記特徴情報抽出手段が、
   所定期間における前記時系列の前記計測値を周波数分析して、平均周波数スペクトルの値を求める周波数分析部と、
   前記平均周波数スペクトルの値から１又は複数のピーク周波数を検出し、検出した前記各ピーク周波数を含む周波数帯域幅の周波数成分のスペクトルの値を含む情報を抽出するピーク周波数検出部と
   を有することを特徴とする請求項１に記載の通信装置。
3. 上記特徴情報抽出手段が、
   前記センサーの計測値に基づいて計測対象の特徴を表す周波数成分を含む周波数範囲に関する情報を、前記他の装置から取得する周波数範囲取得部と、
   所定期間における前記時系列の前記計測値を周波数分析して、平均周波数スペクトルの値を求める前記平均周波数スペクトルの値から、前記周波数範囲の周波数成分のスペクトルの値を含む情報を抽出する周波数分析部と
   を有することを特徴とする請求項１に記載の通信装置。
4. センサーによる計測値を含む情報を、他の装置に伝送する通信プログラムにおいて、
   コンピュータを、
   前記センサーによる時系列の計測値を周波数分析した分析結果に基づいて、計測対象の特徴を表す成分の成分値を抽出する特徴情報抽出手段と、
   前記特徴情報抽出手段により抽出された前記成分の成分値を含む情報を、前記他の装置に伝送する通信手段と
   して機能させることを特徴とする通信プログラム。
5. センサーによる計測値を含む情報を、他の装置に伝送する通信方法において、
   特徴情報抽出手段が、前記センサーによる時系列の計測値を周波数分析した分析結果に基づいて、計測対象の特徴を表す成分の成分値を抽出し、
   通信手段が、前記特徴情報抽出手段により抽出された前記成分の成分値を含む情報を、前記他の装置に伝送する
   ことを特徴とする通信方法。
6. １又は複数の通信装置と、
   前記各通信手段から受信した前記センサーによる計測値に基づいて、計測対象の状態を管理する監視装置と
   を備える監視システムにおいて、
   前記各通信装置が、請求項１〜３のいずれかに記載の通信装置であることを特徴とする監視システム。
   

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