JP2023004090A - 環境監視システムおよびサーバ - Google Patents

Abstract

【課題】環境監視システムの簡便な設置を可能とする。【解決手段】環境監視システムは、領域に設置された複数のセンサ端末２００、および、センサ端末とネットワークで接続されたサーバ１００を備える。センサ端末２００は、物理量である環境値を取得するセンサと、環境値をサーバ１００に送信するセンサ端末通信部とを備える。サーバ１００は、環境値を受信するサーバ通信部と、領域における環境値の分布図を作成する分布図作成部とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、監視対象の領域に配置されたセンサを用いて領域の環境情報を監視する環境監視システムおよびサーバに関する。

特許文献１に記載のマルチセンシング大気環境モニタリングシステム装置は、複数項目の大気の汚染状況を測定する１つ以上の可搬自立型マルチセンシング端末ユニットと、このマルチセンシング端末ユニットを無線ないし有線のネットワーク経由で遠隔制御して複数項目の大気の汚染状況を測定し、測定データを収集し表示する制御・表示用計算機とを備える。

特開２００３－２８１６７１号公報

特許文献１に記載のマルチセンシング大気環境モニタリングシステム装置は、可搬自立型マルチセンシング端末ユニットに搭載される汚染物質に対応したセンサで測定された測定データを収集して表示する。第６の実施形態（明細書段落００９１）には、大気汚染物質濃度の等高線図を作成する実施形態が記載されている。

等高線図を作成するために、データが与えられていない部分の値は、マルチセンシング端末ユニットが観測した大気汚染物質濃度を用いて補間されている。このため、マルチセンシング端末ユニットを正方格子状に配置することが前提となっている。しかしながら、設置場所や設置台数などの制約から正方格子状に配置できない場合があり、設置位置の位置関係の制約がないことが望ましい。また、あらかじめ決められた位置を特定して設置したり、設置した後に位置を測定したりするなどの設置にかかるコストは低いことが望ましい。
本発明はこのような背景を鑑みてなされたものであり、簡便に設置可能な環境監視システムおよびサーバを提供することを課題とする。

上記した課題を解決するため本発明に係る環境監視システムは、領域に設置された複数のセンサ端末、および、前記センサ端末とネットワークで接続されたサーバを備え、前記センサ端末は、物理量である環境値を取得するセンサと、前記環境値を前記サーバに送信するセンサ端末通信部とを備え、前記サーバは、前記環境値を受信するサーバ通信部と、前記領域における環境値の分布図を作成する分布図作成部とを備える。

本発明によれば、簡便に設置可能な環境監視システムおよびサーバを提供することができる。上記した以外の課題、構成および効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

第１の実施形態に係る環境監視システムの全体構成図である。 第１の実施形態に係るセンサ端末の機能ブロック図である。 第１の実施形態に係るサーバの機能ブロック図である。 第１の実施形態に係るガス濃度の分布図である。 第１の実施形態に係る分布図作成処理のフローチャートである。 第１の実施形態に係る監視対象領域に設定された格子を説明するための図である。 第１の実施形態に係る発生源推測処理のフローチャートである。 第１の実施形態に係る発生源推測処理で最初に算出された所定値以上のガス濃度の領域を示す図である。 第１の実施形態に係る発生源推測処理における繰り返し処理の途中の回に算出された所定値以上のガス濃度の領域を示す図である。 第１の実施形態に係る発生源推測処理で最後の１つ前に算出された所定値以上のガス濃度の領域を示す図である。 第１の実施形態に係る発生源推測処理で最後に算出された所定値以上のガス濃度の領域を示す図である。 第２の実施形態に係るセンサ端末の機能ブロック図である。 第２の実施形態に係るサーバの機能ブロック図である。 第２の実施形態に係るセンサ端末間の距離の算出手法と、センサ端末付近の風速および風向の算出手法とを説明するための図である。 第２の実施形態に係るセンサ位置取得処理のフローチャートである。 第２の実施形態に係る風速度図を示す図である。 第２の実施形態の変形例に係る風速度図を示す図である。 第２の実施形態の変形例に係るセンサ端末付近の３次元空間における風速および風向の算出手法を説明するための図である。

≪第１の実施形態の概要≫
以下に本発明を実施するための形態（実施形態）における環境監視システムについて説明する。環境監視システムは、監視対象となる領域（監視対象領域）に設置された複数のセンサ端末と、サーバとを含んで構成される。センサ端末はセンサを備え、所定のタイミングで（例えば周期的に）センサが計測したガスや汚染物質の濃度、気温など環境情報を示す環境値（センサ値、計測値）をサーバに送信する。

サーバは受信した環境値とセンサ端末の位置とを基に、環境値の等値線の図（等値線図）を作成して表示する。等値線とは等しい環境値の地点を結ぶ線であり、例えば天気図の等圧線である。なおセンサ端末の間の環境値は、例えば線形補間を用いて推測される。このような等値線図を参照することで、ガスや汚染物質、気温の分布が把握できるようになる。

第１の所定値を超える環境値を受信した場合にサーバは、環境値が第２の所定値を超える領域の重心を過去に遡りながら繰り返し求め、重心の軌跡を辿る。サーバは重心の軌跡を辿る途中で重心の移動距離が所定距離を超えた地点を計測対象の発生源と推測する。例えば環境値がガスの濃度であるならば、発生源はガスの発生源／ガス漏れ地点である。また環境値が温度（気温）であるならば、発生源は火元である。問題となる物質の発生源が判明することで、ガス漏れなどに対する効率的な対応策を実行することができるようになる。

≪第１の実施形態：全体構成≫
図１は、第１の実施形態に係る環境監視システム１０の全体構成図である。環境監視システム１０は、監視対象領域に設置された複数のセンサ端末２００と、サーバ１００とを含んで構成される。センサ端末２００とサーバ１００とは、有線ないしは無線のネットワークで接続されデータ通信可能である。第１の実施形態における環境監視システム１０は、監視対象となるガスの濃度（環境値）を測定してガスの分布図を作成したり、ガスの発生源（ガス漏れ地点）を推測したりする。

≪第１の実施形態：センサ端末の構成≫
図２は、第１の実施形態に係るセンサ端末２００の機能ブロック図である。センサ端末２００は、制御部２１０、通信部２７１、計時部２７２、およびガスセンサ２７３を備える。通信部２７１はサーバ１００とのデータ通信を行うデバイスである。計時部２７２はクロックを備えて時間を計測する。ガスセンサ２７３はガスの濃度を測定する。

制御部２１０はＣＰＵ（Central Processing Unit）を含んで構成され、計測値送信部２１１を備える。計測値送信部２１１は所定のタイミングでガスセンサ２７３が計測したガス濃度（環境値）と計測時刻とをサーバ１００に送信する。以下の説明では所定のタイミングは、例えば１秒おき、１分おきなど周期的であるタイミングであるとして説明する。

≪第１の実施形態：サーバの構成≫
図３は、第１の実施形態に係るサーバ１００の機能ブロック図である。サーバ１００はコンピュータであり、制御部１１０、記憶部１３０、入出力部１７０、および通信部１８０を備える。入出力部１７０には、ディスプレイやキーボード、マウスなどのユーザインターフェイス機器が接続される。通信部１８０は通信デバイスを備え、センサ端末２００とのデータ通信が可能である。

≪第１の実施形態：サーバ：記憶部の構成≫
記憶部１３０は、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）およびＳＳＤ（Solid State Drive）などの記憶機器を含んで構成される。記憶部１３０には、計測値データベース１４０、センサ端末データベース１５０、およびプログラム１３７が記憶される。なお図３では、計測値データベース１４０を計測値ＤＢ（database）、センサ端末データベース１５０をセンサ端末ＤＢと記載している。

計測値データベース１４０には、ガス濃度と、計測時刻と、当該ガス濃度を計測したセンサ端末２００の識別情報とが関連付けられて記憶される。
センサ端末データベース１５０には、センサ端末２００の識別情報と位置とが関連付けられて記憶される。
プログラム１３７は分布図作成処理（後記する図５参照）や発生源推測処理（後記する図７参照）の手順の記述を含む。

≪第１の実施形態：サーバ：制御部の構成≫
制御部１１０は、ＣＰＵを含んで構成され、計測値格納部１１１、分布図作成部１１２、発生源推測部１１３、および表示制御部１１４が備わる。
計測値格納部１１１は、センサ端末２００から受信したデータについて、データに含まれるガス濃度と、計測時刻と、当該センサ端末２００の識別情報とを関連付けて計測値データベース１４０に格納する。

分布図作成部１１２は、計測値データベース１４０から、それぞれのセンサ端末２００で取得されたガス濃度で、同じ計測時刻ないしは近い計測時刻のガス濃度を取得して等値線図（分布図）を作成する。
図４は、第１の実施形態に係るガス濃度の分布図３１０である。分布図３１０に示される円はセンサ端末２００の位置を示す。等値線３１１～３１３は、同じガス濃度の地点を通る線である。センサ端末２００の間にある地点おけるガス濃度について、分布図作成部１１２は所定の距離内にあるセンサ端末２００のガス濃度に基づいて推測する。分布図３１０を作成する分布図作成処理については後記する図５を用いて説明する。

図３に戻って発生源推測部１１３は、ガスの発生源（ガスが漏れている地点）を推測する。所定値を超えるガス濃度を計測した場合に発生源推測部１１３は、過去に遡りながら分布図を参照してガスの重心を追跡して発生源を推測する。発生源と推測する発生源推測処理については後記する図７を用いて説明する。
表示制御部１１４は、分布図作成部１１２が作成した分布図や、発生源推測部１１３が推測した発生源を示す地図を入出力部１７０（図３参照）に接続されるディスプレイに出力する。

≪第１の実施形態：分布図作成処理≫
図５は、第１の実施形態に係る分布図作成処理のフローチャートである。図５を参照しながら分布図（等値線図、図４参照）の作成処理を説明する。分布図作成処理は所定のタイミング、例えばセンサ端末２００からガス濃度を受信したタイミングで（周期的に）実行される。

ステップＳ１１において分布図作成部１１２は、監視対象領域に格子を設定する。図６は、第１の実施形態に係る監視対象領域に設定された格子３２０を説明するための図である。点線で示された線が格子３２０を形成する。格子の間隔は、円で示されるセンサ端末２００の間隔より狭くする。

図５に戻ってステップＳ１２において分布図作成部１１２は、それぞれの格子点（格子３２０の交点）でのガス濃度を推測する。分布図作成部１１２は、例えば格子点から所定の距離内にあるセンサ端末２００までの距離の逆数を重みとした、当該センサ端末で測定されたガス濃度の加重平均を当該格子点のガス濃度と算出して推測する。なお格子点にセンサ端末２００があれば、当該センサ端末２００でのガス濃度を当該格子点のガス濃度とする。

ステップＳ１３において分布図作成部１１２は、分布図に含まれる等値線の値となるガス濃度ごとにステップＳ１４～Ｓ１５を繰り返す処理を開始する。
ステップＳ１４において分布図作成部１１２は、当該ガス濃度となる点を探索する。詳しくは、分布図作成部１１２は格子点ないしは隣接する格子点の結ぶ線上の点であって、当該ガス濃度となる点を探す。隣接する格子点の結ぶ線上の点におけるガス濃度は、ステップＳ１２で推測された当該２つの格子点におけるガス濃度の線形補間で算出される値である。

ステップＳ１５において分布図作成部１１２は、ステップＳ１４で見つかった点を結んで等値線を生成する。
ステップＳ１６において表示制御部１１４は、ステップＳ１５で生成された等値線を含む分布図３１０（図４参照）を入出力部１７０に接続されるディスプレイに出力する。

≪第１の実施形態：発生源推測処理≫
図７は、第１の実施形態に係る発生源推測処理のフローチャートである。
ステップＳ２１において発生源推測部１１３は、センサ端末２００から受信した最新のガス濃度を取得する。なお、ガス濃度は計測値データベース１４０に格納されている。
ステップＳ２２において発生源推測部１１３は、センサ端末２００から受信したガス濃度のなかで閾値（第１の所定値）を超過するガス濃度があれば（ステップＳ２２→ＹＥＳ）ステップＳ２４に進み、なければ（ステップＳ２２→ＮＯ）ステップＳ２３に進む。

ステップＳ２３において発生源推測部１１３は、所定時間待機してステップＳ２１に戻る。発生源推測部１１３は、例えば次にセンサ端末２００からガス濃度を受信するまで待機する。
ステップＳ２４において分布図作成部１１２は、ステップＳ２１で取得したガス濃度を基に所定値（第２の所定値）以上のガス濃度の領域を算出する。第２の所定値は第１の所定値より低い値である。分布図作成処理（図５参照）において分布図作成部１１２は、等値線を生成している。ステップＳ２４において分布図作成部１１２は、所定値の等値線を生成することで、当該所定値以上のガス濃度の領域を算出する。

ステップＳ２５において発生源推測部１１３は、ステップＳ２５で算出された領域の重心を算出する。重心は、第２の所定値以上となるガス濃度の領域の重心であってもよいし、ガス濃度で重みを付けた重心であってもよい。ガス濃度で重みを付けた重心を求める場合には、分布図作成部１１２は所定値以上の複数の濃度以上となる領域の等値線を生成する。

ステップＳ２６～Ｓ３０は繰り返し処理となる。
ステップＳ２６において発生源推測部１１３は、前回の繰り返し処理の対象となったガス濃度の１つ前に計測されたガス濃度を取得する。繰り返し処理の初めての回であるならば発生源推測部１１３は、ステップＳ２４で作成された分布図の基になるガス濃度の１つ前に計測されたガス濃度を取得する。

ステップＳ２７において発生源推測部１１３は、ステップＳ２６で取得したガス濃度を基に所定値以上のガス濃度の領域を算出する。
ステップＳ２８において発生源推測部１１３は、ステップＳ２７で算出された領域の重心を算出する。
ステップＳ２９において発生源推測部１１３は、前回算出した重心と今回算出した重心との距離を算出する。繰り返し処理の初めての回であるならば前回算出した重心とは、ステップＳ２５で算出された重心である。

ステップＳ３０において発生源推測部１１３は、ステップＳ２９で算出した距離が所定距離以上ならば（ステップＳ３０→ＹＥＳ）ステップＳ３１に進み、所定距離未満ならば（ステップＳ３０→ＮＯ）ステップＳ２６に戻る。
ステップＳ３１において表示制御部１１４は、今回の重心（ステップＳ２８で最後に算出された重心）をガスの発生源として入出力部１７０に接続されたディスプレイに表示する。

図８は、第１の実施形態に係る発生源推測処理で最初に算出された所定値以上のガス濃度の領域３５１を示す図である。換言すれば領域３５１は、ステップＳ２４で算出された所定値以上のガス濃度の領域である。なお領域３４０は監視対象領域である。図９は、第１の実施形態に係る発生源推測処理における繰り返し処理の途中の回に算出された所定値以上のガス濃度の領域３６１を示す図である。図１０は、第１の実施形態に係る発生源推測処理で最後の１つ前に算出された所定値以上のガス濃度の領域３７１を示す図である。図１１は、第１の実施形態に係る発生源推測処理で最後に算出された所定値以上のガス濃度の領域３８１を示す図である。領域３６１，３７１，３８１はステップＳ２７で算出され、領域３８１は最後に、領域３７１は領域３８１の１回前に、領域３６１は、領域３５１，３７１の間で算出された領域である。

領域３５１，３６１，３７１，３８１は、ガス濃度が所定値（第２の所定値）以上の領域である。領域３５１，３６１，３７１，３８１の境界は、所定値の等値線である。重心３５２，３６２，３７２，３８２は、領域３５１，３６１，３７１，３８１それぞれの重心である。重心３５２，３６２の距離、および重心３６２，３７２の距離は、所定距離（図７のステップＳ３０参照）未満である。重心３７２，３８２の距離は所定距離以上であり、重心３８２が最後の算出された重心であって、ガスの発生源である。

≪第１の実施形態：サーバの特徴≫
サーバ１００は、センサ端末２００が定期的に取得するガス濃度を基に分布図（等値線図、図４参照）を表示する。分布図を参照することで、ガスの分布が把握できるようになる。サーバ１００は分布図を作成する際に、監視対象領域に格子を設定し、格子の交点のガス濃度を予測して等値線を生成している。こうすることによりセンサ端末が格子状に（規則正しく）設置されない場合であっても、より高精度な等値線が算出され分布図を作成することができるようになる。
閾値（第１の所定値）を超えるガス濃度を受信すると、サーバは、ガス濃度が第２の所定値を超える領域の重心の軌跡を辿り、ガスの発生源と推測する。ガス漏れ地点が特定されることで、ガス漏れに対する効率的な対応策を実行することができるようになる。

≪変形例：発生源推測処理≫
発生源推測処理（図７参照）では繰り返し処理における前回の重心と今回の重心との距離が所定距離以上になった場合に繰り返し処理を終え、今回の重心を発生源としている（ステップＳ３０，Ｓ３１参照）。他の条件で繰り返し処理を終え、今回の重心を発生源としてもよい。例えば、ステップＳ２７で算出した所定値以上のガス濃度が分布する領域の大きさが所定値以下となった場合に繰り返し処理を終え、この領域の重心を発生源としてもよい。または、前回のガス濃度のデータがない場合に繰り返し処理を終え、今回の重心を発生源としてもよい。

上記した実施形態では、発生源を推測する際に所定値以上のガス濃度が分布する領域の重心を求めている。重心を求める替わりに拡散を示す物理モデルを用いて発生源を推測するようにしてもよい。拡散方程式によればガスの濃度は、無風の場合にはガス発生源からの距離をｒ、ガス発生時からの時間をｔとして比例定数を無視すれば、ｔ^－３／２ｅｘｐ（－ｒ^２／ｔ）で示され、さらに時間経過を無視すればｅｘｐ（－ｒ^２）と示される。サーバはセンサ端末の位置におけるガス濃度に合致するようなガス発生源の位置や比例定数を求めて、分布図（等値線図）を作成したり発生源を推測したりするようにしてもよい。ガスの拡散を含む種々の物理モデルを示す数式（方程式）が示す環境値に合致するような数式のパラメータを求めて、分布図を作成したり発生源を推測したりするようにしてもよい。

また他の発生源の推測手法として、過去の分布図において環境値が所定の値より大きい領域を発生源と推測してもよいし、周辺（外側の領域）より環境値が高く面積が所定の値より小さい領域を発生源と推測してもよい。

≪第２の実施形態：概要≫
第１の実施形態ではセンサ端末２００の位置は、センサ端末データベース１５０に格納されている。センサ端末２００は常設されるとは限らず、必要に応じて配置、撤去を行う利用形態が想定される。また、分布図や発線源推測の精度を上がるためには、多くのセンサ端末２００を配置することが求められる。センサ端末２００の位置を人手で取得してサーバ１００のセンサ端末データベース１５０に格納することは可能であるが、なるべく手間なく取得することが望ましい。第２の実施形態における環境監視システムは、超音波を用いてセンサ端末２００Ａ（後記する図１２参照）間の距離を測定して相対位置とともに、監視対象領域における風速・風向を取得する。

≪第２の実施形態：センサ端末の構成≫
図１２は、第２の実施形態に係るセンサ端末２００Ａの機能ブロック図である。第１の実施形態におけるセンサ端末２００（図２参照）と比較して、発信器２７４、受信器２７５が加わり、制御部２１０は発信指示部２１２、受信通知部２１３をさらに備える。
発信器２７４は、発信指示部２１２の指示を受けて超音波を発信する。
受信器２７５は、他のセンサ端末２００が発信した超音波を受信すると受信通知部２１３に通知する。

発信指示部２１２は、後記するサーバ１００Ａ（図１３参照）から超音波の発信指示を受け、発信器２７４に超音波の発信を指示する。
受信通知部２１３は、受信器２７５からの超音波受信の通知を受けて、時刻とともに受信をサーバ１００Ａに通知する。またサーバ１００Ａから超音波の発信指示を受けた場合には、発信器２７４が発信すると、時刻とともに発信をサーバ１００Ａに発信を通知する。

≪第２の実施形態：サーバの構成≫
図１３は、第２の実施形態に係るサーバ１００Ａの機能ブロック図である。第１の実施形態におけるサーバ１００（図３参照）と比較して、記憶部１３０に受発信情報データベース１６０（図１３では受発信情報ＤＢと記載）が記憶され、制御部１１０は距離計測部１１５、位置算出部１１６、領域分割部１１７、および風速算出部１１８をさらに備える。センサ端末２００Ａが設置された時点では、センサ端末データベース１５０にはセンサ端末２００Ａの位置は記憶されていない。後記するセンサ端末位置取得処理（図１５参照）時に、センサ端末２００Ａの相対位置がセンサ端末データベース１５０に格納される。
受発信情報データベース１６０には、センサ端末２００Ａが超音波を発信した時刻、および当該超音波を他のセンサ端末２００Ａが受信した時刻が格納される。

距離計測部１１５は、センサ端末２００Ａに超音波の発信を指示する。また距離計測部１１５は、当該センサ端末２００Ａから発信時刻および当該センサ端末２００Ａ以外のセンサ端末２００Ａから受信時刻を受信して受発信情報データベース１６０に格納する。また、距離計測部１１５は、発信時刻と受信時刻との差からセンサ端末２００Ａ間の距離を算出する。距離算出の詳細は後記する。

位置算出部１１６は、センサ端末２００Ａ間の距離からセンサ端末２００Ａの相対位置を算出して、センサ端末データベース１５０に格納する。
領域分割部１１７は、センサ端末２００Ａが設置される監視対象領域をセンサ端末２００Ａが頂点となる領域に分割する。
風速算出部１１８は、分割された領域それぞれの風速・風向を算出する。

≪第２の実施形態：センサ端末間の距離算出手法≫
図１４は、第２の実施形態に係るセンサ端末２００Ａ間の距離の算出手法と、センサ端末２００Ａ付近の風速および風向の算出手法とを説明するための図である。以下では、センサ端末５０１が超音波を発信した時刻をｔ_１１とし、センサ端末５０２が当該超音波を受信した時刻をｔ_１２とする。また、センサ端末５０２が超音波を発信した時刻をｔ_２１とし、センサ端末５０１が当該超音波を受信した時刻をｔ_２２とする。音波（超音波）の速度をＶ_Ｓとし、センサ端末５０１，５０２付近の風速をＶ_ＷとしてＶ_Ｗのセンサ端末５０１，５０２方向の成分（風速）をＶ_１２とする。センサ端末５０１，５０２間の距離をｄ_１２とすると、センサ端末５０１からセンサ端末５０２への伝送時間Ｔ_１２（伝信時間）およびセンサ端末５０２からセンサ端末５０１への伝送時間Ｔ_２１（伝信時間）について、式（１）および式（２）が成り立つ。

Ｔ_１２＝ｔ_１２－ｔ_１１＝ｄ_１２／（Ｖ_Ｓ＋Ｖ_１２） （１）
Ｔ_２１＝ｔ_２１－ｔ_２２＝ｄ_１２／（Ｖ_Ｓ－Ｖ_１２） （２）
するとｄ_１２およびＶ_１２は、それぞれ以下の式（３）および式（４）で求められる。
ｄ_１２＝２Ｔ_１２Ｔ_２１Ｖ_Ｓ／（Ｔ_１２＋Ｔ_２１） （３）
Ｖ_１２＝（Ｔ_２１－Ｔ_１２）Ｖ_Ｓ／（Ｔ_１２＋Ｔ_２１） （４）
同様にしてセンサ端末５０１，５０３間の距離ｄ_１３およびセンサ端末５０２，５０３間の距離ｄ_２３が算出できる。このようにして距離計測部１１５は、センサ端末２００Ａ間の距離を算出する。

≪第２の実施形態：風速・風向の算出手法≫
引き続き図１４を参照しながら、センサ端末２００Ａ周辺での風速および風向の算出手法を説明する。センサ端末５０１，５０２，５０３が成す三角形の辺の長さから内角α，β，γが算出できる。なお内角α，β，γは、センサ端末５０１，５０２，５０３が成す三角形におけるセンサ端末５０１，５０３，５０２の角における内角である。センサ端末５０１，５０２を結ぶ線とＶ_Ｗとが成す角をθとする。Ｖ_Ｗのセンサ端末５０１，５０３方向の風速をＶ_１３とし、センサ端末５０２，５０３方向の風速をＶ_２３とすると、以下の式（５）～（７）が成り立つ。

Ｖ_１２＝Ｖ_ｗｃｏｓθ （５）
Ｖ_１３＝Ｖ_ｗｃｏｓ（α－θ） （６）
Ｖ_２３＝Ｖ_ｗｃｏｓ（γ＋θ） （７）
式（５）～（７）のなかの何れか２つの式からＶ_ｗおよびθを求めることができ、センサ端末５０１，５０２，５０３付近の風速と風向を求めることができる。式（５）と式（６）、式（５）と式（７）、および式（６）と式（７）のそれぞれからＶ_ｗとθとを求め、その平均をセンサ端末５０１，５０２，５０３付近の風速と風向としてもよい。

≪第２の実施形態：センサ位置取得処理≫
図１５は、第２の実施形態に係るセンサ位置取得処理のフローチャートである。図１５を参照しながら、センサ端末２００Ａの相対位置を取得する処理、および監視対象領域における風速・風向を取得する処理を説明する。
ステップＳ４１において距離計測部１１５は、センサ端末２００ＡごとにステップＳ４２，Ｓ４３を実行する繰り返し処理を開始する。以下この繰り返し処理の対象となるセンサ端末２００Ａを処理対象のセンサ端末２００Ａと記す。

ステップＳ４２において距離計測部１１５は、処理対象のセンサ端末２００Ａに超音波の発信を指示する。指示を受けると処理対象のセンサ端末２００Ａは、超音波を発信するとともに発信時刻をサーバ１００Ａに送信する。処理対象のセンサ端末２００Ａ以外のセンサ端末２００Ａは、超音波を受信すると受信時刻をサーバ１００Ａに送信する。

ステップＳ４３において距離計測部１１５は、発信時刻および受信時刻を受発信情報データベース１６０に格納する。ステップＳ４２，Ｓ４３の繰り返し処理を終えた時点で受発信情報データベース１６０には、それぞれのセンサ端末２００Ａが超音波を発信した時刻、および当該センサ端末２００Ａ以外のセンサ端末２００Ａが当該超音波を受信した時刻が格納されている。
ステップＳ４４において距離計測部１１５は、２つのセンサ端末２００Ａ間の距離を算出する。

ステップＳ４５において領域分割部１１７は、監視対象領域をセンサ端末２００Ａが頂点となる三角形の領域に分割する。領域分割部１１７は例えば以下の手順で三角形（３つのセンサ端末２００Ａ）を求め、この三角形で監視対象領域を分割する。（１）３辺の長さの和が最も小さくなる三角形を求める。（２）（１）の三角形と一辺を共有する三角形のなかで、３辺の長さの和が最も小さい三角形を求める。（３）すでに見出した三角形の辺のうち、２つの三角形に共有されていない辺を有する三角形のなかで、３辺の長さの和が最も小さい三角形を求める。（４）全てのセンサ端末２００Ａが何れかの三角形の頂点になるまで（３）を繰り返す。

ステップＳ４６において位置算出部１１６は、センサ端末２００Ａの相対位置を算出してセンサ端末データベース１５０に格納する。例えば位置算出部１１６は、ステップＳ４５において求まる三角形の順に、その頂点となるセンサ端末２００Ａの相対位置を算出することで、全てのセンサ端末２００Ａの相対位置を算出する。
ステップＳ４７において風速算出部１１８は、ステップＳ４５で分割された分割領域ごとにステップＳ４８を実行する。
ステップＳ４８において風速算出部１１８は、分割領域ごとに当該領域における風向・風速を算出する。

ステップＳ４９において表示制御部１１４は、分割領域ごとの風向・風速を示した風速度図を入出力部１７０に接続されたディスプレイに表示する。図１６は、第２の実施形態に係る風速度図５１０を示す図である。風速度図５１０に示される円はセンサ端末２００Ａであり、黒い矢印は３つのセンサ端末２００Ａを頂点とする分割領域における風向と風速を示す。例えば、矢印５１８はセンサ端末５１１，５１２，５１３を頂点とする分割領域５１７における風向と風速を示す。

≪第２の実施形態：サーバの特徴≫
第２の実施形態ではセンサ端末２００Ａの間における超音波の伝送時間からサーバ１００Ａは、センサ端末２００Ａ間の距離とセンサ端末２００Ａ付近の風速・風向とを算出する。このようなサーバ１００Ａによれば、センサ端末２００Ａの位置を測定が不要となりセンサ端末２００Ａの設置や移動のコストを削減することができるようになる。なお、センサ端末２００Ａのなかで２つの絶対位置が決まれば、他のセンサ端末２００Ａの絶対位置を算出することが可能である。

≪変形例：風速・風向≫
上記した第２の実施形態では分割領域における風速・風向を算出して表示している。センサ端末２００Ａにおける風速・風向を算出して表示するようにしてもよい。図１７は、第２の実施形態の変形例に係る風速度図５２０を示す図である。図１６記載の風速度図５１０が分割領域の風速・風向を示し、風速・風向を示す矢印の始点が分割領域の中心（重心）であるのに対して、風速度図５２０の風速・風向を示す矢印の始点はセンサ端末２００Ａである。

センサ端末５２３における風速・風向は、センサ端末５２３を頂点として含む分割領域において算出されるセンサ端末５２３における風速・風向の平均である。センサ端末５２３を頂点として含む分割領域は、センサ端末５２３，５２１，５２２を頂点とする分割領域、センサ端末５２３，５２２，５２４を頂点とする分割領域、およびセンサ端末５２３，５２４，５２５を頂点とする分割領域の３つである。

センサ端末５２３，５２１，５２２を頂点とする分割領域において算出されるセンサ端末５２３の風速・風向とは、センサ端末５２３，５２１間の伝送時間、およびセンサ端末５２３，５２２間の伝送時間から算出される風速・風向である。図１４においてセンサ端末５０１，５０２間の伝送時間Ｔ_１２、およびセンサ端末５０１，５０３間の伝送時間Ｔ_１３から算出される風速・風向とは、式（５）および式（６）から算出される風速・風向である。
３つの分割領域全てではなく、何れかの分割領域において算出されるセンサ端末５２３の風速・風向を基にセンサ端末５２３における風速・風向を算出してもよい。

≪変形例：センサ端末の位置推定≫
上記した第２の実施形態においてサーバ１００Ａは、センサ端末２００Ａ間の距離に基づいて監視対象領域を分割して、センサ端末２００Ａの相対位置を算出する（図１５記載のステップＳ４４～Ｓ４６参照）。相対位置はセンサ端末２００Ａ間の距離から算出されており、実際の位置の鏡像となる相対位置を算出される可能性がある。このような問題を解消する手法として以下がある。

（１）鏡像を含む２つの相対位置を管理者（例えばセンサ端末２００Ａの設置者）に提示して、選択された相対位置を採用する。
（２）センサ端末２００Ａの設置領域（監視対象領域）の地図を参照して、全てのセンサ端末２００Ａが設置領域に収まる相対位置を採用する。
（３）３つのセンサ端末２００Ａの絶対位置を取得して、一方の相対位置を採用する。

≪変形例：センサ端末の３次元位置推定≫
上記した第２の実施形態においてサーバ１００Ａは、センサ端末２００Ａ間の距離に基づいて２次元空間としての監視対象領域を分割して、センサ端末２００Ａの相対位置を算出する（図１５記載のステップＳ４４～Ｓ４６参照）。サーバ１００Ａは、センサ端末２００Ａの３次元空間としての相対位置を算出するようにしてもよい。以下では監視対象領域を３次元空間と見なしたときのセンサ位置取得処理（図１５参照）を説明する。

ステップＳ４１～Ｓ４４は、２次元空間の場合と同様である。
ステップＳ４５において領域分割部１１７は、監視対象領域をセンサ端末２００Ａが頂点となる三角錐の（３次元）領域に分割する。領域分割部１１７は例えば以下の手順で三角錐（４つのセンサ端末２００Ａ）を求め、この三角錐で３次元空間としての監視対象領域を分割する。（１）６辺の長さの和が最も小さくなる三角錐を求める。（２）（１）の三角錐と一面を共有する三角錐のなかで、６辺の長さの和が最も小さい三角錐を求める。（３）すでに見出した三角錐の辺のうち、２つの三角錐に共有されていない面を有する三角錐のなかで、６辺の長さの和が最も小さい三角錐を求める。（４）全てのセンサ端末２００Ａが何れかの三角錐の頂点になるまで（３）を繰り返す。

ステップＳ４６において位置算出部１１６は、センサ端末２００Ａの相対位置を算出してセンサ端末データベース１５０に格納する。例えば位置算出部１１６は、ステップＳ４５において求まる三角錐の順に、その頂点となるセンサ端末２００Ａの相対位置を算出することで、全てのセンサ端末２００Ａの相対位置を算出する。
ステップＳ４７において風速算出部１１８は、ステップＳ４５で分割された３次元空間の分割領域ごとにステップＳ４８を実行する。

ステップＳ４８において風速算出部１１８は、分割領域ごとに当該領域における風向・風速を算出する。
図１８は、第２の実施形態の変形例に係るセンサ端末２００Ａ付近の３次元空間における風速および風向の算出手法を説明するための図である。図１８はセンサ端末５０１，５０２，５０３（図１４参照）を含む平面πを横から見た図であり、直線π^＊は平面π（の断面）を示す。センサ端末５０４は平面πの上側にある。センサ端末５０１，５０４を結ぶ線と平面πとが成す角をδとする。

センサ端末５０１～５０４付近（分割領域）の風速をＶ_Ｘとする。またＶ_Ｘの平面πの成分（射影）をＶ_Ｗ、センサ端末５０１，５０４方向の成分をＶ_１４、Ｖ_Ｘと平面πとが成す角をζとする。Ｖ_Ｗはセンサ端末５０１，５０２方向の成分であるＶ_１２とセンサ端末５０１，５０３方向の成分であるＶ_１３とから算出可能である（図１４参照）。すると、Ｖ_Ｘは以下の式（８）および式（９）から算出可能である。

Ｖ_Ｗ＝Ｖ_Ｘｃｏｓζ （８）
Ｖ_１４＝Ｖ_Ｘｃｏｓ（δ－ζ） （９）
ステップＳ４９において表示制御部１１４は、分割領域ごとの風向・風速を示した風速度図を入出力部１７０に接続されたディスプレイに表示する。表示制御部１１４はディスプレイに立体的に風速度図を表示してもよいし、ＶＲ（Virtual Reality）ゴーグルの位置や向きの変化に合わせてＶＲゴーグルの表示装置に風速・風向を表示するようにしてもよい。

≪変形例：光による距離算出≫
上記した第２の実施形態では超音波の伝送時間を計測して、センサ端末２００Ａ間の距離が算出されている。超音波の替わりに音波や光を用いてもよい。光を用いる場合には伝送時間は風の影響を受けず、伝送時間と光速の積が距離となる。また、第２の実施形態では２つのセンサ端末の双方向で伝送時間を計測しているが一方向であってもよいし、双方向の伝送時間を計測して平均を伝送時間としてもよい。

≪その他の変形例≫
以上、本発明のいくつかの実施形態について説明したが、これらの実施形態は、例示に過ぎず、本発明の技術的範囲を限定するものではない。例えば第２の実施形態において分割領域は三角形であったが、四角形などの多角形であってもよい。
上記した実施形態ではサーバとセンサ端末とは別の装置であるが、サーバがセンサ端末として機能してもよい。例えば第１の実施形態においてサーバ１００がガスセンサ２７３を備え、センサ端末２００として機能してもよい。

第２の実施形態におけるセンサ端末２００Ａは、ガス濃度および風向・風速を計測するセンサ端末として機能している。センサ端末２００Ａはガスセンサ２７３を備えず風向・風速センサとして機能し、サーバ１００Ａはガスの分布図や発線源を推測せず風向・風速を表示するようにしてもよい。

本発明はその他の様々な実施形態を取ることが可能であり、さらに、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、省略や置換等種々の変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、本明細書等に記載された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。

１０ 環境監視システム
１００，１００Ａ サーバ
１１１ 計測値格納部（サーバ通信部）
１１２ 分布図作成部
１１３ 発生源推測部
１１４ 表示制御部
１１５ 距離計測部
１１６ 位置算出部
１１７ 領域分割部
１１８ 風速算出部
１８０ 通信部（サーバ通信部）
２００，２００Ａ センサ端末
２１１ 計測値送信部（センサ端末通信部）
２１２ 発信指示部
２１３ 受信通知部（センサ端末通信部）
２７１ 通信部（センサ端末通信部）
２７３ ガスセンサ（センサ）
２７４ 発信器
２７５ 受信器
３１０ 分布図
３１１，３１２，３１３ 等値線
３２０ 格子
３４０ 領域（監視対象領域）

Claims (14)

1. 領域に設置された複数のセンサ端末、および、前記センサ端末とネットワークで接続されたサーバを備え、
   前記センサ端末は、
   物理量である環境値を取得するセンサと、
   前記環境値を前記サーバに送信するセンサ端末通信部とを備え、
   前記サーバは、
   前記環境値を受信するサーバ通信部と、
   前記領域における環境値の分布図を作成する分布図作成部とを備える
   ことを特徴とする環境監視システム。
2. 前記分布図作成部は、
   前記領域と重なる格子の交点における環境値を前記センサ端末が取得した環境値を補間して算出し、
   前記交点の環境値、および当該環境値を補間して得られる格子線上の環境値のなかで所定の環境値である点を通る等値線を含む前記分布図を作成する
   ことを特徴とする請求項１に記載の環境監視システム。
3. 前記環境値は、所定の物質の濃度、または温度であり、
   前記センサは、繰り返し前記環境値を取得し、
   前記サーバは、
   前記環境値の何れかが所定の閾値を超えた場合に、前記物質の発生源、または熱の発生源を特定する発生源推測部を備える
   ことを特徴とする請求項１に記載の環境監視システム。
4. 前記センサは、繰り返し前記環境値を取得し、
   前記サーバは、
   前記環境値の何れかが所定の閾値を超えた場合に、過去の時点での環境値の分布図における環境値が所定の条件を満たす領域を算出する発生源推測部を備え、
   前記所定の条件は、
   当該領域の環境値が所定の環境値以上、または、
   当該領域の環境値が当該領域の外側より高く、面積が所定の面積以下である
   ことを特徴とする請求項１に記載の環境監視システム。
5. 前記発生源推測部は、
   過去の時点に繰り返し戻りながら、
   前記環境値が所定値以上の領域の重心を算出し、
   当該過去の時点における重心と、１つ前の過去の時点における重心の距離が所定距離を超えたときに当該過去の時点における重心の位置を出力する
   ことを特徴とする請求項４に記載の環境監視システム。
6. 複数の前記センサ端末は、それぞれ、他のセンサ端末との間で信号を送受信する発信器と受信器とを備え、
   前記サーバは、
   前記センサ端末間で信号を送受信した際の時刻に基づいて前記センサ端末間の距離を算出する距離算出部と、
   前記距離算出部が算出した前記センサ端末間の距離に基づいて前記センサ端末の相対位置を算出する位置算出部とを備える
   ことを特徴とする請求項１に記載の環境監視システム。
7. 前記相対位置は、３次元空間内の相対位置である
   ことを特徴とする請求項６に記載の環境監視システム。
8. 複数の前記センサ端末は、それぞれ、他のセンサ端末との間で信号を送受信する発信器と受信器とを備え、
   前記信号は音であり、
   複数の前記センサ端末のうちの１つを第１のセンサ端末とし、別の１つを第２のセンサ端末とし、さらに別の１つを第３のセンサ端末としたとき、
   前記サーバは、
   前記第１のセンサ端末が前記信号を発信した時刻と前記第２のセンサ端末が当該信号を受信した時刻との差である第１の伝信時間、および、前記第２のセンサ端末が前記信号を発信した時刻と前記第１のセンサ端末が当該信号を受信した時刻との差である第２の伝信時間から、前記第１のセンサ端末および前記第２のセンサ端末の間の第１の風速を算出し、
   さらに、前記第１のセンサ端末が前記信号を発信した時刻と前記第３のセンサ端末が当該信号を受信した時刻との差である第３の伝信時間、および、前記第３のセンサ端末が前記信号を発信した時刻と前記第１のセンサ端末が当該信号を受信した時刻との差である第４の伝信時間から、前記第１のセンサ端末および前記第３のセンサ端末の間の第２の風速を算出し、
   前記第１の風速、および前記第２の風速から、前記第１のセンサ端末における風の向きと速度とを算出する風速算出部を備える
   ことを特徴とする請求項１に記載の環境監視システム。
9. 複数の前記センサ端末のうちで、前記第１のセンサ端末、前記第２のセンサ端末、および前記第３のセンサ端末の何れとも別の１つを第４のセンサ端末としたとき、
   前記風速算出部は、
   前記第１のセンサ端末が前記信号を発信した時刻と前記第４のセンサ端末が当該信号を受信した時刻との差である第５の伝信時間、および、前記第４のセンサ端末が前記信号を発信した時刻と前記第１のセンサ端末が当該信号を受信した時刻との差である第６の伝信時間から、前記第１のセンサ端末および前記第４のセンサ端末の間の第３の風速を算出し、
   前記第１の風速、第２の風速、および前記第３の風速から、前記第１のセンサ端末における風の向きと速度とを算出する
   ことを特徴とする請求項８に記載の環境監視システム。
10. 前記サーバは、
    前記風速算出部によって算出した前記第１のセンサ端末における風の向きと風速とを、当該第１のセンサ端末に関連付けて表示する表示制御部を備える
    ことを特徴とする請求項８または９に記載の環境監視システム。
11. 複数の前記センサ端末は、それぞれ、他のセンサ端末との間で信号を送受信する発信器と受信器とを備え、
    前記信号は音であり、
    前記サーバは、
    前記領域を、前記センサ端末を頂点とする多角形の分割領域に分割する領域分割部と、
    前記分割領域の２つの頂点から構成されるセンサ端末ペアにおける一方のセンサ端末が前記信号を送信した時刻と他方のセンサ端末が当該信号を受信した時刻との差である第１の伝信時間、および、前記他方のセンサ端末が前記信号を送信した時刻と前記一方のセンサ端末が当該信号を受信した時刻との差である第２の伝信時間から、当該センサ端末ペアに含まれる２つのセンサ端末の間の風速であるセンサ端末ペア間風速を算出し、
    当該分割領域の複数のセンサ端末ペアにおけるセンサ端末ペア間風速から当該分割領域における風の向きと風速とを算出する風速算出部とを備える
    ことを特徴とする請求項１に記載の環境監視システム。
12. 前記サーバは、
    前記風速算出部を算出した前記分割領域における風の向きと風速とを、当該分割領域に関連付けて表示する表示制御部を備える
    ことを特徴とする請求項１１に記載の環境監視システム。
13. 領域に設置された複数のセンサ端末が取得した環境値を受信するサーバ通信部と、
    前記領域における環境値の分布図を作成する分布図作成部とを備える
    ことを特徴とするサーバ。
14. 信号を送受信する発信器と受信器とを備えたセンサ端末間で前記信号を送受信した際の時刻に基づいて前記センサ端末間の距離を算出する距離算出部と、
    前記距離算出部が算出した前記センサ端末間の距離に基づいて前記センサ端末の相対位置を算出する位置算出部とを備える
    ことを特徴とするサーバ。

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