JP2022090284A

JP2022090284A - センシングシステムおよび検知方法

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Publication number: JP2022090284A
Application number: JP2020202577A
Authority: JP
Inventors: 正祐江口; Masahiro Eguchi; 啓二大隈; Keiji Okuma; 信彦菊池; Nobuhiko Kikuchi; 是則伊東; Korenori Ito; 隆史吉永; Takashi Yoshinaga
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2020-12-07
Filing date: 2020-12-07
Publication date: 2022-06-17
Anticipated expiration: 2040-12-07
Also published as: JP7377787B2

Abstract

【課題】複数で多数のセンサを有し、アプリケーションサーバ１０６のような管理装置を含むセンシングシステム１０における複数で多数のセンサの管理を容易に行うことを課題とする。【解決手段】この課題を解決するために、本発明では、子局装置１０３およびセンサ１０１を中継するセンサＩＦ装置１０２であって、子局装置１０３とセンサ１０１とのインタフェースを共通化し、少なくとも対応するセンサの特性情報を記憶したセンサＩＦ装置１０２を含むセンシングシステム１０を提案する。ここで、センサの特性情報には、少なくともセンサ種別を含む。【選択図】図１

Description

本発明は、センサを用いて、監視対象のデータを検知するための技術に関する。この中でも特に、光ファイバケーブルのような通信路を介して、検知データを収集するための技術に関する。

昨今、センシングシステムを利用して、上下水道、ガス配管、共同溝などのインフラ設備や大気、河川、海岸などの自然状況の監視対象について、監視が行われている。この際、センサでの検知データに基づいて、インフラ設備等の状況を監視し、日々の運用や異常、災害（津波、台風、地下陥没）への対策や設備自体の管理が行われている。

このために、センサでは、インフラ設備等におけるその状況に関する各種データを検知する。各種データには、設備自体の劣化状況や水質や水位等の物理量が検知されている。そして、インフラ設備の管理者等が、センシングシステムを利用して、センサで検知された様々な検知データを収集し、これを用いてインフラ設備等の状況を監視している。

このような、監視に用いられるセンサには、劣化、故障などの不具合が発生することがある。不具合が発生した場合には、センサの交換、修理などの対応が必要になる。また、センサはアナログ回路で構成されることもあり、センサ毎に検知データの個体バラツキが発生する。この個体バラツキへの対応として、調整、つまり、検知データの補正が必要になる。

ここで、インフラ設備等の状況の監視においては、設備状況や各種物理量といった様々な検知データを収集、把握する必要がある。また、インフラ設備等では、監視が必要な箇所が多い。このため、センシングシステムでは、複数の種類そして多数のセンサが必要となる。このことにより、センサでの検知データの処理や、センサの交換、修理、補正の設定などセンサの管理に、手間が掛かってしまう。

そこで、多種多量のセンサに対応するために、各センサを識別し、それぞれに応じて、上位装置である子局装置と接続することが求められる。

このような多数のセンサを扱う先行技術として、特許文献１が提案されている。特許文献１には、センサが、自身を識別するセンサＩＤを保持しておき、アダプタ部がセンサ機器の起動時にセンサＩＤを読み取る。そして、アダプタ部は、センサ計測されたアナログ物理量に対し、予め定めた処理を施し、デジタルデータに変換し、このデジタルデータとセンサＩＤを出力している。

特開２０１８－１３９０７５号公報

センシングシステムにおいては、センサはセンサインタフェース装置（以下、センサＩＦ回路）を介して、子局装置などと呼ばれる接続装置と接続されている。この子局装置には複数種のセンサが接続されることになる。これは、各検知箇所において、上述したような複数種類の検知データを扱うことになるためである。通常、検知データの種類ごとに、子局装置のインタフェースを用意することが必要となる。このため、上述したセンサの管理においては、このインタフェースを汎用化や共通化（以下、単に共通化）することが重要である。

ここで、特許文献１では、アダプタ部１２０にセンサＩＤ読み取り部１２１を設け、センサ交換の際にセンサを識別している。但し、子局装置との通信における共通化については、考慮されていなかった。そこで、本発明では、この共通化を可能とすることで、各センサの管理を簡便化することを課題とする。

この課題を解決するために、本発明では、子局装置およびセンサを中継するセンサＩＦ装置であって、子局装置とセンサとのインタフェースを共通化し、少なくとも対応するセンサの特性情報を記憶したセンサＩＦ装置を含むセンシングシステムを提案する。ここで、センサの特性情報には、少なくともセンサ種別を含む。

より詳細な本発明の一態様は、監視対象を監視するためのセンシングシステムにおいて、前記監視対象の状況に関する検知データを検知する複数のセンサと、前記検知データを、通信路を介して送信する子局装置と、前記複数のセンサの何れかのセンサおよび前記子局装置と接続するセンサＩＦ装置と、前記通信路を介して送信される検知データを受信し、受信した検知データを用いて、前記監視対象の監視データを出力するアプリケーションサーバとを有し、前記センサＩＦ装置は、前記複数のセンサのうち接続された前記センサおよび前記子局装置との間の接続を共通化し、接続された前記センサごとの特性情報を記憶するセンシングシステムである。

なお、本発明には、センシングシステムを用いた検知方法やセンシングシステムを構成する各装置（特に、センサＩＦ装置）も含まれる。

本発明によれば、センシングシステムにおける各センサの管理をより簡便に行うことが可能となる。

本発明の一本実施例において監視対象とする下水道施設の一種である下水管渠に、センシングシステムを適用した場合の概要図である。本発明の一本実施例におけるセンシングノードの入出力に関するハードウェア構成を示す図。本発明の一本実施例における子局装置のハードウェア構成を示す図。本発明の一本実施例におけるセンサＩＦ装置に関する第一のモデルのハードウェア構成を示すブロック図。本発明の一本実施例におけるセンサＩＦ装置に関する第二のモデルのハードウェア構成を示すブロック図。本発明の一実施例におけるセンサとセンサＩＦ装置を接続した場合の外観図。本発明の一実施例におけるセンシングノードの外観図。本発明の一実施例におけるセンシングシステム処理シーケンスを示す図。本発明の一実施例で用いられる各種情報、データを示す図。

以下、本発明の一実施例を、図面を参照して説明する。図１は、本実施例において監視対象とする下水道施設の一種である下水管渠１に、センシングシステム１０を適用した場合の概要図である。現在、下水管渠については、下水道施設の水位測定の制度化、雨天の際の放流、越流の水質の把握、管渠の劣化予測やその保守の効率化などが求められている。これらに対応するために、各種検知データを検知し、利用することが必要である。本実施例では、これら前提に立ち、図１に示すセンシングシステム１０は、後述する各処理を実行する。

図１において、下水管渠１が、本実施例の監視対象である。そして、下水管渠１の各拠点（場所）で、各種検知データを検知できるように、センシングシステム１０を設けた。この拠点には、下水管渠１の分岐箇所、マンホール設置個所などあるが、適宜設定できる。

なお、図１の符号に付与した「－」は同じものが複数存在する場合に、これらを区別するための枝番である。このため、以下の説明では、特に断らない場合、「－」を記載しないで説明した場合、各構成要素で同様の処理を実行する。

以下、センシングシステム１０を構成する各構成要素の接続関係を説明し、次に、各構成要素の概要について説明する。センシングシステム１０は、各拠点に設置された各センサ１０１が、センサＩＦ装置１０２を介して子局装置１０３と接続されている。そして、子局装置１０３が、各センサ１０１への光ファイバ給電や各センサ１０１からの通信光（検知データ等）を通信するための光ファイバケーブル１１０を介して、親局装置１０４と接続される。また、光ファイバケーブル１１０には、光ファイバ給電、通信光（検知データ等）を、子局装置１０３ごとに、分岐する光分岐１１１が子局装置１０３ごとに設けられる。な、子局装置１０３とは、接続装置などその呼称は問わない。

なお、図１において、親局装置１０４－１から光ファイバケーブル１１０を経由して、各子局装置１０３へ向かう矢印は、光ファイバ給電および通信光（制御コマンド）を示す。逆に、各子局装置１０３から光ファイバケーブル１１０を経由して、親局装置１０４へ向かう矢印は、検知データ等の通信光の通信方向を示す。

また、親局装置１０４は、センシングゲートウェイ（以下、センシングＧＷ１０５）と接続され、通信光の受信に応じて、検知データ等を送信する。さらに、センシングＧＷ１０５は、下水管渠１を監視のための施設である管理棟のネットワーク１０９と接続される。また、センシングＧＷ１０５は、下水管渠１の保守員等の作業員が用いる作業員端末１０７と接続される。なお、センシングＧＷ１０５は、ネットワーク１０９を介して、作業員端末１０７と接続されてもよい。センシングＧＷ１０５は、光ファイバケーブル１１０とネットワーク１０９を接続するためのネットワークノードである。そのハードウェア構成は、一般的な光通信が可能なゲートウエイで実現できる。このため、後述するセンシングＧＷ１０５の各処理は、自身が記憶媒体に記憶するソフトウェア（プログラム）に従って実行してもよいし、専用回路であるハードウェアで実行してもよい。

次に、センシングシステム１０の各構成要素の機能について説明する。センサ１０１－１～１０１－４は、監視すべき拠点ごとに設置され、各センサ１０１－１～１０１－４は検知すべき検知データごとのセンサであある。つまり、センサ１０１－１が下水管渠１の下水の水質を検知する水質センサであり、センサ１０１－２が下水の越流を検知する水位センサである。また、センサ１０１－３は下水の越流を検知する液面センサであり、センサ１０１－４は下水管渠１で発生するガスを検知するガスセンサである。ここで、センサ１０１－１は、電気伝導度により、下水の水質を検知する。このため、センサ１０１－１は、電気伝導度センサと称することも可能である。また、センサ１０１－２（水位センサ）とセンサ１０１－３（液面センサ）はそれぞれ下水の越流を検知するが、それぞれ以下のとおり検知するための原理が異なる。

センサ１０１－２（水位センサ）は、下水の水圧によりその水位や越流を検知する。また、センサ１０１－３（液面センサ）は、光反射による下水管渠１におけるフロート位置を特定することで、その水位や越流を検知する。なお、本実施例のセンサ１０１のセンサ種別（種類）はあくまでも一例であり、これらに限定されない。特に、センサ１０１－２とセンサ１０１－３は、いずれか一方を設ける構成でもよい。

次に、センサＩＦ装置１０２－１～１０２－４は、センサ１０１－１～１０１－４のそれぞれごとに設けられ、これらセンサ１０１－１～１０１－４での検知データを受信し、記録する。また、センサＩＦ装置１０２－１～１０２－４は、センサ１０１－１～１０１－４と子局装置１０３－１を接続している。センサＩＦ装置１０２－１～１０２－４は、この接続に関し、各センサ１０１－１～１０１－４と各子局装置１０３－１の間の接続ないし通信を共通化している。これは、センサＩＦ装置１０２により、各センサ１０１と各子局装置１０３の通信手段ないし通信規格におけるインタフェースが共通化されていることを意味する。なお、センサＩＦ装置１０２－１～１０２－４のそれぞれは、センサ１０１－１～１０１－４のそれぞれと一体として構成してもよい。ここで、子局装置１０３－１と各センサＩＦ装置１０２－１～１０２－４は、それぞれセンサＩＦ中継ケーブル１１２－１～１１２－４を介して接続される。センサＩＦ中継ケーブル１１２－１～１１２－４としては、例えば、１９芯メタルケーブルを利用できる。

また、各センサＩＦ装置１０２－１～１０２－４は、接続されたセンサごとの特性情報として、それぞれ以下の情報を記憶する。センサＩＦ装置１０２－１は、接続されたセンサ１０１－１のセンサ種別を示す「水質センサ」、検知データを補正するための「補正値Ａ」を記憶する。センサＩＦ装置１０２－２は、接続されたセンサ１０１－２のセンサ種別「水位センサ」、検知データを補正するための「補正値Ｂ」を記憶する。センサＩＦ装置１０２－３は、接続されたセンサ１０１－３のセンサ種別を示す「液面センサ」、検知データを補正するための「補正値Ｃ」を記憶する。センサＩＦ装置１０２－４は、接続されたセンサ１０１－４のセンサ種別を示す「ガスセンサ」、検知データを補正するための「補正値Ｄ」を記憶する。これらの情報については、後述する。このように、各センサＩＦ装置１０２－１～１０２－４は、特性情報として、センサ種別と補正値を記憶している。なお、センサＩＦ装置１０２－１～１０２－４の構造については、追って説明する。なお、特性情報には、センサ種別が少なくとも含まれる構成としてもよい。

次に、子局装置１０３－１～１０３－４のそれぞれは、拠点ごとに設置される。そして、子局装置１０３－１は、センサＩＦ装置１０２－１～１０２－４に記録された検知データを読み出す。そして、子局装置１０３－１は、この検知データを、光ファイバケーブル１１０を介して、親局装置１０４－１に送信する。この子局装置１０３－１の構造についても追って説明する。なお、センサ１０１－１～１０１－４、センサＩＦ装置１０２－１～１０２－４および子局装置１０３－１については、拠点ごとに、センシングノード１１として、１つの筐体に収めて構成してもよい。

次に、光ファイバケーブル１１０は、光伝送路であり、光により各種情報の通信光での通信や給電を可能とする。なお、光ファイバケーブル１１０は、他の伝送手段に置き換えることが可能である。光分岐１１１は、子局装置１０３ごとに設けられ、通信内容や給電エネルギーを分岐する機能を有する。つまり、複数の子局装置１０３ないしセンシングノード１１を収容することになり、光ファイバケーブル１１０を節約できる。なお、本実施例では、光ファイバケーブル１１０を用いたが、他の通信媒体に置き換え可能である。

次に、親局装置１０４は、光ファイバケーブル１１０とセンシングＧＷ１０５の間に設置される。そして、親局装置１０４は、光ファイバケーブル１１０を介して、子局装置１０３－１～１０３－ｎやその先の各構成要素へ向けて給電する給電用ＬＤ１０４１を有する。さらに、親局装置１０４は、自身に予め設定されたセンシング間隔に基づき、センシングコマンドを発行し、各子局装置１０３へセンシング指示を送信する。このことで、各子局装置１０３は、光ファイバ給電により動作する。また、各子局装置１０３は、センサ１０１を制御することができる。したがって、各子局装置１０３は、親局装置１０４からのコマンドを受け、各センサ１０１で検知データの検知を行い、これを親局装置１０４へ送信することになる。

そして、親局装置１０４は、各子局装置１０３からの収集データが来るたびにアプリケーションサーバへデータを送信する。さらに、親局装置１０４は、子局装置１０３から送信される検知データ等を通信光として受信する光検出器（ＰＤ１０４２）を有する。また、親局装置１０４は、センシングＧＷ１０５に、通信光に含まれる検知データ等を送信する。なお、各親局装置１０４は、下水道の各ポンプ場など、管理単位ごとに設けることが望ましい。

そして、センシングＧＷ１０５は、受信した検知データ等を、各装置に振り分ける。例えば、センシングＧＷ１０５は、作業員端末１０７やネットワーク１０９を介して、アプリケーションサーバ１０６に検知データ等を送信する。

ここで、作業員端末１０７は、下水管渠１を保守する作業員により利用されるコンピュータ、より具体的にはモバイル端末（タブレット、ノートＰＣで実現される。作業員端末１０７は、センシングＧＷ１０５から検知データを受信し、これを作業員が確認できる。このために、作業員端末１０７は、作業員の操作により、センシングＧＷ１０５や親局装置１０４に対し、自身の構成定義情報を設定する。

アプリケーションサーバ１０６は、ネットワーク１０９を介して収集される各設備の検知データを、受信する。そして、この検知データや検知データに基づき作成される保守データなどの監視データ２０２を出力する。この出力先としては、管理者端末１０８や作業員端末１０７が例示される。ここで、アプリケーションサーバ１０６は、いわゆるコンピュータで実現される。このため、アプリケーションサーバ１０６は、ＣＰＵのような処理部、メモリやＨＤＤ、ＳＳＤのような記憶部を有する。そして、記憶部に記憶されたコンピュータプログラムに従って、各種演算を実行する。なお、アプリケーションサーバ１０６をいわゆるクラウドコンピューティングで実現してもよい。

また、管理者端末１０８もコンピュータで実現可能である。ここで、管理者端末１０８は、下水施設に関する管理者が用いるための入力部や表示部を有する。さらに、管理者端末１０８やアプリケーションサーバ１０６は、それぞれ複数台用意してもよい。なお、アプリケーションサーバ１０６自身が表示部を有してもよい。

次に、センシングシステム１０を構成する代表的な構成要素について、説明する。まず、図２に、センシングノード１１の入出力機能に関するハードウェア構成を示す。センシングノード１１には、センサ１０１が含まれる。そして、このセンサ１０１の一例として、センサ１０１はコンデンサ１０１１とＬ端子１０１２を有する
また、センシングノード１１は、光分岐１１１を介して入力される給電を受け付けるフォトダイオード１１Ａを有する。そして、フォトダイオード１１Ａへの給電がコンデンサ１０１１に蓄電される。また、給電はＬ端子１０１２に供給される。

さらに、センシングノード１１は、ダイオードで実現される光送信器１１Ｂを有する。光送信器１１Ｂは、センサ１０１での検知データを、上り通信光として光分岐１１１へ送信する。

次に、図３に、子局装置１０３のハードウェア構成を示す。子局装置１０３は、光検出器１０３１Ａ、１０３１Ｂ（ＰＤ）、バッテリー１０３２（Ｂａｔｔ）、ＣＰＵ１０３３、復調器１０３４、変調器１０３５、レーザー光源１０３６（ＬＤ）を有する。子局装置１０３において、光検出器１０３１Ａが光分岐１１１を経由された給電を受電する。そして、光検出器１０３１Ａで受電された電力を、バッテリー１０３２に蓄電する。このバッテリー１０３２に蓄電された電力を用いて、子局装置１０３、特に、ＣＰＵ１０３３が動作する。

ＣＰＵ１０３３は、子局装置１０３の各構成要素の動作を制御するものである。ＣＰＵ１０３３は、光分岐１１１から光検出器１０３１Ｂを経由して入力された下り通信光を、復調器１０３４で復調する。そして、ＣＰＵ１０３３が復調された内容に従って、センサＩＦ装置１０２に対し、読出し動作を行う。この結果、ＣＰＵ１０３３は、センサＩＦ装置１０２を経由して収集するセンサ１０１での検知データを、変調器１０３５が通信光に変調する。そして、ＣＰＵ１０３３は、レーザー光源１０３６を用いて、検知データを上り通信光として、光分岐１１１に対して出力する。なお、通信光に含まれる情報の内容は、追って説明する。

次に、図４Ａおよび図４Ｂを用いて、センサＩＦ装置１０２の構成を説明する。センサＩＦ装置１０２は、大きく水質センサ、水位センサ、ガスセンサ用（第一のモデル）と、液面センサ用（第二のモデル）に分類することができる。このため、これらのモデルごとにその構成を説明する。なお、本実施例では、モデルを２種類として、センサＩＦ装置１０２の構成を説明したが、実装内容はセンサ１０１の種別ごとに異なる構成であってよい。また、いずれのモデルであっても、センサＩＦ装置１０２は、以下の３つの機能を有する。（１）センサ１０１の特性情報である補正値とセンサ種別をＥＥＰＲＯＭ１０２３（ＥｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙＥｒａｓａｂｌｅＰｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅＲｅａｄ-ＯｎｌｙＭｅｍｏｒy）に記憶している。（２）子局装置１０３からの検知要求をセンサ１０１に中継し、センサでの検知を可能とする。（３）センサ１０１からの検知データを子局装置１０３へ中継する。つまり、センサＩＦ装置１０２は、センサ１０１と子局装置１０３を中継する機能を有する。この中継する機能として、センサＩＦ装置１０２は、通信規格ないし通信手段が物理的に共通化されたインタフェースを有する。

また、この中継する機能は、アプリケーションサーバ１０６のソフトウェアで発行し、センシングＧＷ１０５、親局装置１０４を経由し子局装置１０３で受け付けたコマンドにより実行されることが望ましい。さらに、この機能を実現するために、ハードウェア構成としてのＩＦ回路を用いてもよい。この内容を、図４Ａおよび図４Ｂを用いて、以下説明する。

まず、図４Ａは、本実施例におけるセンサＩＦ装置１０２に関する第一のモデルのハードウェア構成を示すブロック図である。第一のモデルは、水質センサ、水位センサ、ガスセンサ、言い換えると、センサ１０１－１、１０１－２、１０１－４用のセンサＩＦ装置である。つまり、図４Ａは、センサＩＦ装置１０２－１、１０２－２、１０２－４（センサＩＦ装置１０２）のハードウェア構成を示す。図４Ａにおいて、センサＩＦ装置１０２は、コネクタ１０２１Ａ、１０２１Ｂ、ＡＤ変換器１０２２およびＥＥＰＲＯＭ１０２３を有する。そして、これらは互いにバスを介して接続されている。このバスの一例として、ＳＰＩ（ＳｅｒｉａｌＰｅｒｉｐｈｅｒａｌＩｎｔｅｒｆａｃｅ）が挙げられる。

そして、コネクタ１０２１Ａ、１０２１Ｂは、他の装置と接続する。コネクタ１０２１Ａは、センサ１０１と接続し、センサ１０１に対して、子局装置１０３からコネクタ１０２１Ｂを介して送信される検知要求を接続されたセンサ１０１に送信（中継）する。また、この検知要求に従って検知された各種検知データを受け付ける。検知データは、センサ１０１のセンサ種別によって異なるが、１つのセンサ１０１から複数の検知データを受け付けることも可能である。例えば、センサ１０１－１（水質センサ）の場合、コネクタ１０２１Ａは水質や温度を受け付けることがある。なお、第一のモデルにおいて、センサ１０１とコネクタ１０２１Ａ間は、電気信号で各種データと送受信する。

また、コネクタ１０２１Ｂは、子局装置１０３と接続される。そして、コネクタ１０２１Ｂから子局装置１０３に対し、受け付けられた検知データを出力する。この子局装置１０３との接続は、上述のＳＰＩやＩ２Ｃ（Ｉｎｔｅｒ-ＩｎｔｅｇｒａｔｅｄＣｉｒｃｕｉｔ）などのバスインタフェースであることが望ましい。ここで、コネクタ１０２１Ａはセンサごとにユニークなコネクタとし、コネクタ１０２１Ｂは複数のセンサＩＦ装置１０２で共通のコネクタであることが望ましい。

次に、ＥＥＰＲＯＭ１０２３は、接続されるセンサ１０１の特性を示す特性情報を記憶する。ＥＥＰＲＯＭ１０２３は、情報を記憶できればよいので、他のメモリ、記憶装置であってもよい。但し、いわゆる不揮発性メモリであることが望ましい。

ここで、ＥＥＰＲＯＭ１０２３に記憶する特性情報は、検知データを補正する補正値や接続されるセンサ１０１の種別を示すセンサ種別などが含まれる。特に、補正値は、センサ１０１に固有の検知の個体差、ばらつき（誤差）の補正を行うための値である。この補正値での補正には、センサ１０１のセンサ種別ごとに必要な調整を行うことも含まれる。例えば、センサ１０１－１（水質センサ）の気圧補正、センサ１０１－２（水位センサ）の取り付け高さ補正などが含まれる。さらに、補正値には、センサ１０１のオフセット、設置における傾きの補正を行うものものもの含まれる。このように、補正値は、検知データの校正（較正、キャリブレーションとも表現可能）を行うためのデータを含んでもよい。なお、本実施例では、後述のように、センシングＧＷ１０５で、補正値を用いた補正を行うが、このセンサＩＦ装置１０２で補正を行ってもよい。

次に、ＡＤ変換器１０２２は、コネクタ１０２１Ａを介して受け付けられたアナログデータである検知データを、デジタル変換する。そして、センサＩＦ装置１０２は、変換された検知データおよびＥＥＰＲＯＭ１０２３に記憶された補正値を、コネクタ１０２１Ｂを介して、子局装置１０３へ送信する。

次に、図４Ｂは、本実施例におけるセンサＩＦ装置１０２に関する第二のモデルのハードウェア構成を示すブロック図である。なお、第二のモデルは、センサＩＦ装置１０２として、センサ１０１－３（液面センサ）と接続するセンサＩＦ装置１０２－３を用いる。センサＩＦ装置１０２－３は、第一のモデルと同様に、コネクタ１０２１Ａ、１０２１ＢおよびＥＥＰＲＯＭ１０２３を有する。

また、分岐光カプラ１０２４は、受け付けたコマンドに応じてレーザー光源１０２６（ＬＤ）からの基準反射光をコネクタ１０２１Ａに出力する。そして、コネクタ１０２１Ａは、上述の子局装置１０３で受け付けたコマンドに応じて、光パワーをセンサ１０１－３に出力し、これに応じてセンサ１０１－３で検知された反射光であるセンサ反射光を検知データとして受け付ける。このように、第二のモデルにおいては、センサ１０１－３とコネクタ１０２１Ａ間は、光を媒体として送受信する。

次に、分岐光カプラ１０２４は、コネクタ１０２１Ａを介して受け付けたセンサ反射光を、光検出器１０２５Ｂ（ＰＤ）に出力する。また、分岐光カプラ１０２４は、基準反射光を光検出器１０２５Ａ（ＰＤ）に出力する。そして、比較回路１０２７で、光検出器１０２５Ａ（ＰＤ）と光検出器１０２５Ｂ（ＰＤ）の出力を比較し、この結果を検知データとして、コネクタ１０２１Ｂから子局装置１０３に対して出力する。なお、コネクタ１０２１Ｂからは、ＥＥＰＲＯＭ１０２３に記憶されたセンサ１０１－３の特性情報も出力される。特性情報については、図４Ａで説明した内容と同様である。また、コネクタ１０２１ＢとＥＥＰＲＯＭ１０２３は、図４Ａと同様に、ＳＰＩで接続されるが、これに限定されない。

また、本実施例では、分岐光カプラ１０２４が、レーザー光源１０２６からの基準反射光をコネクタ１０２１Ａ向けと光検出器１０２５Ｂ向けに５０％ずつに分けて出力することが望ましい。この場合、分岐光カプラ１０２４は、コネクタ１０２１Ａを介して受け付けるセンサ反射光も５０％に減衰して、比較回路１０２７で基準反射光と比較することが望ましい。なお、本実施例では、基準反射光との比較した結果を検知データとして出力したが、これを用いなくともよい。この場合、センサＩＦ装置１０２－３は、センサ反射光自体検知データとして出力してもよい。

次に、本実施例の外観を、図５および図６を用いて説明する。図５に、センサ１０１とセンサＩＦ装置１０２を接続した場合の外観図を示す。本図では、センサ１０１とセンサＩＦ装置１０２に加え、子局装置１０３と接続するセンサＩＦ中継ケーブル１１２およびそのコネクタ１０２１Ｃが設けられている様子を示している。図中の上部に子局装置１０３が設置されることになる。なお、図５では、センサ１０１とセンサＩＦ装置１０２間およびセンサＩＦ１０２－コネクタ１０２１Ｃ（センサＩＦ中継ケーブル１１２）間それぞれに接続部１００１Ａ、１００１Ｂを設け、各構成を分離できるようにしている。但し、図５に示したセンサ１０１とセンサＩＦ装置１０２もしくはこれに加えコネクタ１０２１Ｃは、一体で構成してもよい。

また、図６は、本実施例におけるセンシングノード１１、つまり、センサ１０１－１～１０１－４、センサＩＦ装置１０２－１～１０２－４および子局装置１０３の外観図である。本図において、子局装置１０３が下水管渠１の壁面に固定されている。そして、子局装置１０３とセンサＩＦ装置１０２－１～１０２－４のそれぞれがセンサＩＦ中継ケーブル１１２－１～１１２-４を介して接続されている。そして、センサＩＦ装置１０２－１～１０２－４は、センサＩＦ固定版１００３を介して、子局装置１０３と同様に壁面へ固定されている。

さらに、センサ１０１－１～１０１－４がそれぞれ、各センサＩＦ装置１０２－１～１０２－４に接続されている。ここで、センサ１０１－４は、上述のようにガスセンサであるため、水位センサなどの他のセンサ１０１－１～１０１－３とは異なる高さに設置される。また、図中、子局装置１０３の上部へ光ファイバケーブル１１０が延びている。

以上で、本実施例の構成や構造の説明を終わり、次に、図７を用いて本実施例におけるセンシングシステム１０の処理シーケンス、つまり、本実施例での検知方法を説明する。

まず、前提として、ステップＳ１０２１において、各センサＩＦ装置１０２は、特性情報として、補正値および自身に接続しているセンサ１０１のセンサ種別を記憶している。上述したように、各センサＩＦ装置１０２は、ＥＥＰＲＯＭ１０２３にこの特性情報を記憶している。

そして、ステップＳ１０１１において、各センサ１０１は検知データを検知し、これを接続されたセンサＩＦ装置１０２に送信する。つまり、各センサ１０１はいわゆる生値である検知データをセンサＩＦ装置１０２に送信する。この送信のために、上述したように、各センサＩＦ装置１０２が、接続先であるセンサ１０１に対して検知要求を送信する。なお、この検知要求は、上述のように子局装置１０３からの受信したものを、各センサＩＦ装置１０２が中継してもよいし、各センサＩＦ装置１０２が自律的に送信してもよい。これらの場合、一定周期などで行うことが望ましい。

次に、ステップＳ１０２２において、各センサＩＦ装置１０２は、受信した検知データを、ＥＥＰＲＯＭ１０２３に記憶する。但し、各センサＩＦ装置１０２は、検知データの記憶を省略して、各センサ１０１からの検知データを中継して子局装置１０３してもよい。この場合、各センサＩＦ装置１０２は、検知データを中継する際に、該当する特性情報も送信するか、特性情報を後述するステップＳ１０３２で送信する。

また、Ｓ１０４１において、各親局装置１０４は、光ファイバケーブル１１０を介して自身に接続される各子局装置１０３－１～１０３－ｎに対し、検知データの読出し要求を出力する。各親局装置１０４は、所定周期で、子局装置１０３－１～１０３－ｎごとに、この読出し要求を出力することが望ましい。このことで、光ファイバケーブル１１０や光分岐１１１－１～１１１－ｎでの通信トラフィックを抑止でき、より効率的な通信が可能となる。ここで、親局装置１０４は、図１に示す給電用ＬＤ１０４１から当該読出し要求と給電を送信することになる。また、所定周期としては、１回／５秒といった期間を一例として想定できる。

次に、ステップＳ１０３１において、各子局装置１０３－１～１０３－ｎは、読出し要求に応じて、各センサＩＦ装置１０２から検知データを読出す。そして、ステップＳ１０３２において、各子局装置１０３－１～１０３－ｎは、この検知データを取得する。これらステップＳ１０３１およびＳ１０３２での検知データの読出し、取得は、以下の手法が想定できる。
（１）Ｐｕｌｌ型
（１）－１：親局装置１０４からの検知データ要求に応じて、各子局装置１０３－１～１０３－ｎが、各センサＩＦ装置１０２に記憶された検知データおよび、補正値とセンサ種別からなる特性情報を読み出す（本実施例での手法）。なお、各子局装置１０３－１～１０３－ｎは、検知データおよび特性情報を別タイミングで読み出してもよいし、同じタイミングで読み出してもよい。
（１）－２：各子局装置１０３－１～１０３－ｎが、上述の所定周期となったことを判断し、所定周期で各センサＩＦ装置１０２から各センサＩＦ装置１０２に記憶された検知データおよび特性情報を読み出す。この読出しは、（１）－１と同様に別タイミングでも同じタイミングでも構わない。
（２）Ｐｕｓｈ型
（２）－１：各センサＩＦ装置１０２が、各センサ１０１での検知データを、子局装置１０３に中継する。そして、子局装置１０３では、この検知データを自身の記憶部に記憶しておく。また、各センサＩＦ装置１０２は、検知データと別タイミングで、特性情報を送信してもよいし、同じタイミングで送信してもよい。
（２）－２：各センサＩＦ装置１０２が、検知データを各センサ１０１から受信すると、これを子局装置１０３に中継する。また、各センサＩＦ装置１０２は、検知データと別タイミングで、特性情報を送信してもよいし、同じタイミングで送信してもよい。

なお、いずれの手法であっても、ステップＳ１０１１～Ｓ１０２２におけるデータ検知および検知データの送信は、親局装置１０４、子局装置１０３、センサＩＦ装置１０２での検知データ要求ないし検知要求に応じて実行する。もしくは、ステップＳ１０１１において、センサ１０１が能動的に検知を行い、この結果をセンサＩＦ装置１０２がこの結果を中継ないし記憶する。

また、ステップＳ１０３２において、各子局装置１０３－１～１０３－ｎは、検知データに対して、デジタル変換を行ってもよい。このデジタル変換については、上述の第一のモデルについては、センサＩＦ装置１０２－１、１０２－２および１０２－４で行いここでは省略してもよい。そして、デジタル変換を、第二のモデル、つまり、センサ１０１－３（液面センサ）での検知データについて実行してもよい。

次に、ステップＳ１０３３において、各子局装置１０３－１～１０３－ｎは、ステップＳ１０４１に対する親局装置１０４へのレスポンスを行う。つまり、各子局装置１０３－１～１０３－ｎは、光ファイバケーブル１１０を介して親局装置１０４へ、子局データ２０１を送信する。この子局データ２０１の内容を、図８（ａ）に示す。なお、図８（ａ）に示す子局データ２０１は、複数のセンサＩＦ装置１０２のデータをまとめたものである。このため、図８（ａ）の各レコードが各センサＩＦ装置１０２ないし各センサ１０１における子局２０１データに該当する。また、環境データは、特性情報として扱ってもよい。この場合、環境データとして、各センサ１０１で検知したデータを用いることが望ましい。

ここで、子局データ２０１には、図示するように、受信した検知データ、特性情報および子局装置１０３自身を識別する子局ＩＤが含まれる。さらに、本実施例の子局データ２０１には、環境データが含まれる。この環境データは、下水管渠１の環境を示すデータであり、検知データに影響を与えると推測されるデータである。本実施例では、子局装置１０３に設置された温度計での気温や湿度計での湿度を例示する。これらについては、後述する親局装置１０４等他の装置を利用して計測してもよいし、外部の気象データを用いてもよい。なお、環境データについては、子局データ２０１に含めなくもよい。また、子局データ２０１は、通信光として送信されることになる。またさらに、環境データには、気圧データなど他のデータを含めてもよいし、その一部は省略してもよい。

さらに、ステップＳ１０３３の送信は、バッチ送信でも、シリアル送信でも構わない。バッチ送信の場合、各子局装置１０３－１～１０３－ｎは、上述の所定周期などの任意の周期ごとに送信してもよいし、接続されたセンサＩＦ装置１０２－１～１０２－４のそれぞれから検知データを受け付けたタイミングで送信してもよい。シリアル送信の場合、各子局装置１０３－１～１０３－ｎは、検知データをセンサＩＦ装置１０２～１０２－４のいずれから受け付けるごとに送信を実行することになる。この場合、所定数の検知データごとに送信してもよい。

次に、ステップＳ１０４２において、親局装置１０４は、各子局装置１０３－１～１０３－ｎから送信された通信光を受光、つまり、子局データ２０１を受信する。この受光は、図１に示すＰＤ１０４２で実行する。そして、ステップＳ１０４３において、親局装置１０４は、各子局装置１０３－１～１０３－ｎからの子局データ２０１を収集して、接続されたセンシングＧＷ１０５に送信する。ここで、子局データ２０１の収集では、親局装置１０４が、上述の所定周期における子局装置１０３－１～１０３－ｎそれぞれの子局データ２０１を受信したかを判断する。そして、各子局データを受信していれば、親局装置１０４は、これら複数の子局データ２０１をセンシングＧＷ１０５に送信する。この際、ＰＤ１０４２が複数の子局データ２０１を、通信光として送信してもよい。

次に、ステップＳ１０５１において、センシングＧＷ１０５は、親局装置１０４から複数の子局データ２０１を受信する。そして、ステップＳ１０５２において、センシングＧＷ１０５は、受信した子局データ２０１のそれぞれついて、物理量変換および補正を行う。ここで、物理量変換とは、いわゆる生値である検知データを、その後の情報処理を施せるように、いわゆる物理量などに変換することを意味する。また、補正は、特性情報に含まれる変換された検知データに補正値を適用して補正することを意味する。

ここで、より具体的なステップＳ１０５２の処理内容を説明する。まず、物理量変換として、センシングＧＷ１０５は、予めセンサ種別ごとに、物理量変換を行うための変換式を記憶している。そして、センシングＧＷ１０５は、受信した生値である検知データを、この変換式を用いて変換する。つまり、本実施例における物理量変換は、受信した特性情報に含まれるセンサ種別に応じた変換である。

次に、補正について説明する。センシングＧＷ１０５は、物理量変換された検知データに対し、受信した特性情報の補正値を適用して補正を行う。さらに、下水管渠１の環境に影響される検知データについて、選択的に環境データを用いた補正を行ってもよい。この補正は、センサ種別ごとに予め定められた補正式を用いることが望ましい。

また、水位センサでの検知データについては、補正された値に対し、水位センサ（センサ１０１－２）の設置高さにより検知データに誤差が生じる。このため、センシングＧＷ１０５は、その設置高さを記憶しておき、補正された検知データ設置高さを加えて補正を行う。なお、設置高さについては、センサ１０１－２もしくはセンサＩＦ装置１０２－２から送信されるものを用いてもよい。また、設置高さとは、予め定めた基準からの高さを示す。

以上で、ステップＳ１０５２の説明を終了するが、本処理は親局装置１０４、子局装置１０３やセンサＩＦ装置１０２で実行してもよい。

次に、ステップＳ１０５３において、センシングＧＷ１０５は、物理量変換と補正された子局データ２０１から監視データ２０２を作成する。そして、センシングＧＷ１０５は、この監視データ２０２をアプリケーションサーバ１０６に通知する。ここで、監視データ２０２の内容を図８（ｂ）に示す。監視データ２０２は、センサ１０１が設置された拠点を示す拠点、物理量変換および補正がされた検知データおよびセンサ種別を含む。ここで、センシングＧＷ１０５は、自身が記憶する子局ＩＤと設置位置（拠点）の対応表を用いて、子局データ２０１に含まれる子局ＩＤから拠点を特定する。また、センサ種別は、子局データ２０１のセンサ種別を利用する。

なお、本実施例では、子局データ２０１を監視データ２０２として利用してもよい。さらに、センシングＧＷ１０５は、監視データ２０２を、作業員端末１０７や管理者端末１０８に送信してもよいし、作業員端末１０７や管理者端末１０８へはアプリケーションサーバ１０６から送信してもよい。

本実施例では、ステップＳ１０４２～Ｓ１０５３を親局装置１０４とセンシングＧＷ１０５の２つの装置で実行しているが、これらを１つの上位装置で実行してもよい。また、図７では、上位装置として、親局装置１０４とセンシングＧＷ１０５を示しているが、子局装置１０３も上位装置として含めてもよい。

次に、ステップＳ１０６１において、アプリケーションサーバ１０６は、受信した監視データ２０２を出力する。この監視データ２０２の出力には、アプリケーションサーバ１０６自身の記憶装置やネットワークを介して接続されるファイルシステムへの記憶や、作業員端末１０７や管理者端末１０８への送信が含まれる。さらに、アプリケーションサーバ１０６は、自身が有する表示部に、監視データ２０２を表示してもよい。

この出力のうち、作業員端末１０７や管理者端末１０８への出力や表示部への表示により、下水管渠１の保守、管理を行うことができる。例えば、アプリケーションサーバ１０６が、監視データ２０２を用いて、保守スケジュールを策定するができる。また、緊急に対処が必要な拠点に対し、作業員を早急に派遣できる。さらに、管理棟に駐在している管理者等の関係者で、下水管渠１の状況を共有できる。

またさらに、アプリケーションサーバ１０６が、ステップＳ１０４１での所定周期に対応したタイミングで監視データ２０２を受信しない場合、各装置のいずれで異常があったと判断することも可能である。また、アプリケーションサーバ１０６に限らず、センシングシステム１０において、上位の装置から下位の装置（図７中の左側のから右側に向かって）の異常を確認することも可能である。つまり、下位の装置から上位の装置への通信が滞った場合、下位の装置もしくは光ファイバケーブル１１０などの通信路に異常が発生したと判断できる。

以上の本実施例によれば、各センサの管理をより容易に行うことができる。さらに、本実施例では、１台の親局装置１０４に、複数の子局装置１０３ないしセンシングノード１１を、光ファイバケーブル１１０を介して接続している。そして、各子局装置１０３には、複数のセンサ１０１を接続している。このため、以下の作用効果を奏する。
（１）多拠点・マルチ化
（２）高速センシング（検知）
（３）光ファイバケーブル１１０数節減：１芯で子局装置１０３の４台の光給電・上下光通信を実現できる。
（４）センサ拡張性：センサＩＦ装置１０２での共通化により、センサ１０１を自由に選択できる。
（５）遠隔監視：下水管渠１の他、センサ１０１、センサＩＦ装置１０２、子局装置１０３、親局装置１０４、センシングＧＷ１０５、光ファイバケーブル１１０や光分岐１１１などの異常も監視できる。

１…下水管渠、１０…センシングシステム、１０１…センサ、１０２…センサＩＦ装置、１０３…子局装置、１０４…親局装置、１０５…センシングＧＷ、１０６…アプリケーションサーバ、１０７…作業員端末、１０８…管理者端末、１０９…ネットワーク

Claims

監視対象を監視するためのセンシングシステムにおいて、
前記監視対象の状況に関する検知データを検知する複数のセンサと、
前記検知データを、通信路を介して送信する子局装置と、
前記複数のセンサの何れかのセンサおよび前記子局装置と接続するセンサＩＦ装置と、
前記通信路を介して送信される検知データを受信し、受信した検知データを用いて、前記監視対象の監視データを出力するアプリケーションサーバを有し、
前記センサＩＦ装置は、前記複数のセンサのうち接続された前記センサおよび前記子局装置との間の接続を共通化し、接続された前記センサごとの特性情報を記憶するセンシングシステム。
請求項１に記載のセンシングシステムにおいて、
前記センサＩＦ装置は、前記特性情報として、接続された前記センサの種別を示すセンサ種別および、検知された前記検知データを当該センサ種別に応じた補正を行うための補正値を記憶するセンシングシステム。
請求項１または２のいずれかに記載のセンシングシステムにおいて、
前記センシングシステムは、前記子局装置と接続する親局装置および当該親局装置に接続されたセンシングＧＷを有し、
前記センサＩＦ装置、前記子局装置、前記親局装置および前記センシングＧＷのいずれかにおいて、前記検知データを物理量変換するセンシングシステム。
請求項１に記載のセンシングシステムにおいて、
前記センサＩＦ装置および当該センサＩＦ装置に接続された前記センサは、一体で構成されるセンシングシステム。
監視対象を監視するためのセンシングシステムを用いた検知方法において、
前記センシングシステムの複数のセンサにより、前記監視対象の状況に関する検知データを検知し、
前記センシングシステムの子局装置により、前記検知データを、通信路を介して送信し、
前記センシングシステムのセンサＩＦ装置により、前記複数のセンサの何れかのセンサおよび前記子局装置と接続し、
前記センシングシステムのアプリケーションサーバにより、前記通信路を介して送信される検知データを受信し、受信した検知データを用いて、前記監視対象の監視データを出力し、
前記センサＩＦ装置により、前記複数のセンサのうち接続された前記センサおよび前記子局装置との間の接続を共通化し、接続された前記センサごとの特性情報を記憶するセンシングシステムを用いた検知方法。
請求項５に記載のセンシングシステムを用いた検知方法において、
前記センサＩＦ装置により、前記特性情報として、接続された前記センサの種別を示すセンサ種別および、検知された前記検知データを当該センサ種別に応じた補正を行うための補正値を記憶するセンシングシステムを用いた検知方法。
請求項５または６のいずれかに記載のセンシングシステムを用いた検知方法において、
前記センシングシステムは、前記子局装置と接続する親局装置および当該親局装置に接続されたセンシングＧＷを有し、
前記センサＩＦ装置、前記子局装置、前記親局装置および前記センシングＧＷのいずれかにおいて、前記検知データを物理量変換するセンシングシステムを用いた検知方法。
請求項５に記載のセンシングシステムを用いた検知方法において、
前記センサＩＦ装置および当該センサＩＦ装置に接続された前記センサを、一体で構成するセンシングシステムを用いた検知方法。