JP4685663B2 - 自立駆動型テレメトリ観測装置 - Google Patents
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第1に、バッテリの蓄電残量とは無関係に一定頻度で観測動作及びデータ収集装置への観測データの転送動作が行われている。このため、蓄電残量が残り少なくなった場合に、観測動作の一時停止等の緊急措置や通信頻度の低減措置、蓄電残量に応じた動的な観測方法の変更を行うことができない。特に、バッテリとして鉛蓄電池等の化学二次電池を使用している場合には、蓄電残量を正確に検知することができないため、蓄電残量に応じて観測モード及び転送モードを変更することが困難である。
第1の観点は、データロガーにより、センサから取得した観測データが予め設定されたしきい値を超えたか否かを判定し、観測データがしきい値を超えたと判定された場合に、これを上記特定の電力使用イベントの発生と判断して給電制御ユニットに対し第1の予備給電指示を与える。これに対し給電制御ユニットでは、上記データロガーから第1の予備給電指示が与えられた場合に、上記電力蓄積ユニットから上記データロガーに上記保持された予備電力を給電するようにしたものである。
したがって、センサから取得される様々な値の観測データのうち、予め設定された範囲に含まれないデータはデータロガーにおいて自動的に破棄される。このため、データ収集装置へは予め設定された範囲に含まれるデータのみが転送されることになり、これによりデータ転送によって消費される電力を節減して装置の動作可能期間を延長することが可能となる。
(第1の実施形態)
図1は、この発明の第1の実施形態に係わる自立駆動型テレメトリ観測装置を含むテレメトリステムの構成を示すブロック図である。このテレメトリシステムは、山間地等の観測地点にテレメトリ観測装置1を設置すると共に、国や自治体の庁舎等にデータ収集装置2を設置し、これらのテレメトリ観測装置1とデータ収集装置2との間を通信ネットワーク3を介して接続したものである。
すなわち、蓄電残量に応じて単位時間当たりの観測回数とデータ転送回数を設定する制御と、電気蓄積ユニット13にリザーブされた予備電力を予め設定したイベントの発生に応じて充放電制御回路114がデータロガー14に供給する制御と、観測レベルに応じて観測時間間隔とデータ転送時間間隔を可変設定する制御と、観測レベルに応じて観測データを破棄する制御を実行する。上記予め設定されたイベントとしては、単位時間当たりの雨量が上限値を超えた場合と、電力蓄積ユニット13の端子電圧の一定時間内における変化量がしきい値を超えた場合と、エネルギ変換部12の出力電流の一定時間内における変化量がしきい値を超えた場合と、充放電制御回路114から供給される電力の一定時間内における変化量がしきい値を超えた場合と、データ収集装置から特別な要求が到来した場合がある。
また、通信ネットワーク3は、例えばインターネットに代表されるIP(Internet Protocol)網と、このIP網にアクセスするための複数のアクセス網とから構成される。アクセス網としては、例えばDSL(Digital Subscriber Line)や光伝送路を使用する有線加入者網、LAN、無線LAN(Local Area Network)、移動通信網、専用線網が用いられる。
(1)蓄電残量に応じた単位時間当たりの観測回数とデータ転送回数の制御
データロガー14の情報記憶部143には、観測・転送制御テーブルが記憶されている。この観測・転送制御テーブルは、図3に示すように、電気二重層キャパシタ13の蓄電残量Xに対するn個(nは正の整数)の設定値αi(ただしi<j=2,…,nに対してαi<αj)に対応付けて、当該αiに対し予め設定された雨量センサ153の単位時間当たりの観測回数Ai(ただしi<j=2,…,nに対してAi<Aj)と、同じく各αiに対して予め設定された雨量観測データの単位時間当たりの転送回数Bi(ただしi<j=2,…,nに対してBi<Bj)をそれぞれ記憶したものである。ここで、Ai及びBiの意味するところは、蓄電残量Xがαi-1≦X<αiの範囲にあるとき、それぞれ一定時間観測を継続できるための雨量センサのデータ観測頻度及びデータ転送頻度の許容上限値である。
すなわち、データロガー14の情報処理部16は、先ずステップ4aにおいて電気二重層キャパシタ13の端子間電圧の検出値を電圧センサ151から取り込み、この取り込んだ端子間電圧の検出値をステップ4bにより蓄電残量Xに変換する。次に、ステップ4cにおいて、上記蓄電残量Xに対応する設定値αiをもとに、当該設定値αiに対応する単位時間当たりの観測回数Ai及び単位時間当たりの転送回数Biを上記観測・転送制御テーブルから読み出す。
データロガー14の情報記憶部143には、単位時間当たりの雨量観測値について、警報等の緊急情報をデータ収集装置2へ転送するためのトリガとするために設定されたしきい値β1が記憶されている。
すなわち、雨量センサ153において雨量観測接点パルス信号が計測されると、この信号が情報処理部16に伝達される。情報処理部16は、ステップ6aにおいて単位時間当たりの接点パルス信号の発生回数をカウントし、このカウント値をステップ6bにより単位時間当たりの雨量値Y1に変換する。そして、上記変換された単位時間当たりの雨量値Y1を、情報記憶部143に予め記憶されたしきい値β1とステップ6cで比較する。この比較の結果、Y1>β1になると、情報処理部16は単位時間当たりの降雨量が上限値を超えたと判断し、ステップ6dによりシリアル通信インタフェース142を介して充放電制御ユニット11に対してトリガ信号S1を通知する。
データロガー14の情報記憶部143には、電流センサ152で検出される一定時間内の電流変化量に対するしきい値β2、電圧センサ151で検出される一定時間内の電圧変化量に対するしきい値β3、及び電力供給部141で検出される一定時間内の電力消費量に対するしきい値β4がそれぞれ記憶されている。
このため、例えば電気二重層キャパシタ13の蓄電残量が減少してデータロガー14の通常観測動作が停止している状態においても、上記警報データを確実にデータ収集装置2へ送信することが可能となる。
データロガー14は、通常の観測動作状態において、図8に示すようにステップ8aでデータ収集装置2からの特殊観測動作の実行要求の到来を監視している。この状態で、データ収集装置2から通信ネットワーク3を介して設定値を上回る頻度での観測データの取得要求、設定値を上回る頻度での観測データの転送要求、もしくは所要電力を上回る電力消費が生じる測定方法の要求が到来したとする。データロガー14の情報処理部16は、これらの実行要求を受信するとステップ8aからステップ8bに移行して、シリアル通信インタフェース142を介して充放電制御ユニット11に対してトリガ信号S3を与える。
データロガー14の情報記憶部143には、雨量観測レベルと雨量観測時間間隔との対応関係を表す観測レベルテーブルが記憶されている。図5はこの観測レベルテーブルの具体例を示すものである。
http://www.city.komaki.aichi.jp/fire/bt_jo/taifuh/gou_u.htmlに掲載された1時間当りの降雨量(以下、「1時間雨量」という)と雨の降り方との関係を参考に、雨量観測レベルを6段階に設定している。そして、各観測レベルに対応付けて、当該観測レベルにおける1時間雨量の範囲、雨の降り方、転倒マス型雨量センサによって観測される1時間当りの雨量計パルス数(以下、「1時間パルス数」という)、降雨持続時間、観測時間間隔△T(単位:分)を設定している。ここで、雨量計パルス数は、例えば観測レベル“1”では1時間当りの降雨量が5ミリ以下であるため、1時間パルス数は10以下となることを意味する。降雨持続時間は、平成16年7月の新潟・福島豪雨における栃尾市での雨量観測データを参考にして、各観測レベルの1時間雨量の持続時間を見積もった。観測時間間隔△Tは、各観測レベルの降雨持続時間内に転送される最大データ数が概ね上記図5に示した観測レベルテーブルに示した各観測レベルの値になるように設定した。また、ここでは仮に各観測レベルにおいてデータ収集装置2への観測データの転送時間間隔を観測時間間隔△Tに等しく設定した。
ここでは、観測レベルテーブル(図5)を土砂災害監視に適用する場合を例にとって説明する。土砂災害発生が想定される観測レベル“4”の1時間雨量が観測された時点で、データロガー13からデータ収集装置2へ土砂災害警報が報知される。またそれと共に、観測レベル“4”未満の1時間雨量の観測データを廃棄するように設定し、この設定情報をデータロガー13の情報記憶部143に記憶しておく。
図11は、この発明の関連技術を説明するための自立駆動型テレメトリ観測装置の構成を示すブロック図である。なお、同図において前記図2と同一部分には同一符号を付して詳しい説明は省略する。
充放電制御ユニット110には、先に述べた情報処理部111、情報記憶部112、シリアル通信インタフェース113及び充放電制御回路114に加え、電流センサ115と、電圧センサ116がさらに設けられている。電流センサ115は、エネルギ変換部としての太陽電池パネル12の発電電流値Isを充放電制御回路114を介して検出する。電圧センサ116は、電力蓄積ユニットとしての電気二重層キャパシタ13の端子間電圧Vcを充放電制御回路114を介して検出する。
データロガー140の情報処理部16は、電気二重層キャパシタ13から電力供給部141に供給される電力の低下が検出された場合に、計測要求を上記充放電制御ユニット110に与える。そして、上記計測要求に対し充放電制御ユニット110から発電電流値Is及び蓄電残量Ecが通知された場合に、これらの値をもとに電源系の異常の有無と異常の原因をそれぞれ判定し、その判定結果の報告データをデータ収集装置2へ送信する制御機能を備える。
太陽電池パネル12に太陽光が照射されると直流電力が生じ、太陽光強度に依存した大きさの電力が充放電制御ユニット110内の充放電制御回路114に供給される。充放電制御回路114に供給された電力は、電気二重層キャパシタ13へ直流電力として出力され、所定の蓄電容量まで充電される。また、電気二重層キャパシタ13に蓄電された電力は、充放電制御回路114を介してデータロガー140に供給され、データロガー140に実装もしくは接続された各機能素子を駆動するために使われる。ここで、充放電制御回路114は、電気二重層キャパシタ13を充電する際に、充電された電力の逆流を防止するなど、電気二重層キャパシタ13の蓄電形態に応じた充電制御機能を有する。
判定2. Is:NG、Ec:Gの場合 → 原因“2”と判断。
このとき、データロガー140の情報処理部16は、紫外線センサ154を駆動し、太陽光の照射量Lを一定時間計測する。そして、晴天時の平均的な太陽光の照射量をL0として、一定時間内LがL0を上回った場合には、太陽電池パネル12の故障と判断する。これに対し、一定時間内LがL0を下回った場合には曇天時と判断する。また、一定時間内にLがL0近傍まで回復した場合には、遮蔽物による一時遮光と判断する。
データロガー140の情報処理部16は紫外線センサ154を駆動し、太陽光の照射量Lを一定時間計測する。このとき、一定時間内にLがL0を下回った場合には、原因“1“と判断する。これに対し、一定時間内にLがL0を上回った場合には、太陽電池パネル12の故障と判断する。
なお、上記紫外線センサ154の代用として、太陽電池パネル12の単一セルに相当する素子によって観測される太陽光強度を用いてもよい。また、データロガー140の情報処理部16で異常個所を特定して原因事象を判定したが、情報処理部16は給電電力の低下を検知した後これをデータ収集装置2へ通知し、データ収集装置2が異常個所を特定し、原因事象を判定するようにしてもよい。
前記実施形態では、太陽発電を利用する場合を例にとって説明したが、風力発電や地熱発電等のその他の自然エネルギを利用して発電し、その電力を電力蓄電ユニットに蓄積して使用する場合にもこの発明を適用可能である。
その他、データロガー及び充放電制御ユニットの構成、電力蓄積ユニットの構成、データロガーによる制御手順制御内容などについても、この発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施できる。
Claims (7)
- センサから観測データを取得し、この取得された観測データを通信ネットワークを介してデータ収集装置へ転送するデータロガーと、
自然エネルギをもとに生成された電力を蓄積する電力蓄積ユニットと、
前記電力蓄積ユニットに蓄積された電力を前記データロガーに給電する給電制御ユニットと
を具備し、
前記給電制御ユニットは、
前記電力蓄積ユニットに蓄積された電力のうち、特定の複数の電力使用イベントに対応する所要電力の和を予備電力として前記電力蓄積ユニットに保持させる手段と、
前記データロガーから前記特定の電力使用イベントの発生に応じて予備給電指示が与えられた場合に、前記電力蓄積ユニットから前記データロガーに前記予備電力を給電する予備電力供給手段と
を備え、
前記データロガーは、前記特定の電力使用イベントが発生していない場合に、前記電力蓄積ユニットに蓄電された電力から前記予備電力を引いた電力が供給される
ことを特徴とする自立駆動型テレメトリ観測装置。 - 前記データロガーは、
前記センサから取得した観測データが予め設定されたしきい値を超えたか否かを判定する手段と、
前記特定の電力使用イベントとして、前記観測データが前記しきい値を超えたと判定された場合に、前記給電制御ユニットに対し第1の予備給電指示を与える手段と
を備え、
前記予備電力供給手段は、
前記データロガーから前記第1の予備給電指示が与えられた場合に、前記電力蓄積ユニットから前記データロガーに前記予備電力を給電する
ことを特徴とする請求項1に記載の自立駆動型テレメトリ観測装置。 - 前記データロガーは、
前記生成された電力の発電効率が許容値を下回った場合、もしくは前記蓄積された電力の自己放電量又は前記データロガーの電力消費量が許容値を上回った場合を異常として検出する手段と、
前記特定の電力使用イベントとして、前記異常が検出された場合に、前記給電制御ユニットに対し第2の予備給電指示を与える手段と
を備え、
前記予備電力供給手段は、
前記データロガーから前記第2の予備給電指示が与えられた場合に、前記電力蓄積ユニットから前記データロガーに前記予備電力を給電する
ことを特徴とする請求項1に記載の自立駆動型テレメトリ観測装置。 - 前記データロガーは、
前記データ収集装置から、特殊観測動作として設定値を上回る頻度での観測データの取得、設定値を上回る頻度での観測データの転送、もしくは所要電力を上回る電力消費が生じる測定のいずれかの実行要求の到来を監視する手段と、
前記特定の電力使用イベントとして、前記特殊観測動作の実行要求の到来が検出された場合に、前記給電制御ユニットに対し第3の予備給電指示を与える手段と
を備え、
前記予備電力供給手段は、
前記データロガーから前記第3の予備給電指示が与えられた場合に、前記電力蓄積ユニットから前記データロガーに前記予備電力を給電する
ことを特徴とする請求項1に記載の自立駆動型テレメトリ観測装置。 - 前記データロガーは、
前記センサによる観測可能範囲を分割することにより設定される複数の小範囲と、当該小範囲ごとに予め設定された観測時間間隔の推奨値とを対応付けて記憶するテーブルと、
前記センサから第1の観測時間間隔で観測データを取得する手段と、
前記取得された観測データが含まれる小範囲を特定し、この特定された小範囲に対し観測時間間隔の推奨値を前記テーブルから検索する手段と、
前記第1の観測時間間隔と前記検索された観測時間間隔の推奨値とが異なる場合に、前記第1の観測時間間隔を前記観測時間間隔の推奨値に変更する手段と
を、更に備えることを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の自立駆動型テレメトリ観測装置。 - 前記データロガーは、
前記センサによる観測可能範囲を分割することにより設定される複数の小範囲と、当該小範囲ごとに予め設定されたデータ転送時間間隔の推奨値とを対応付けて記憶するテーブルと、
前記取得された観測データを第1のデータ転送時間間隔でデータ収集装置へ転送する手段と、
前記取得された観測データが含まれる小範囲を特定し、この特定された小範囲に対しデータ転送時間間隔の推奨値を前記テーブルから検索する手段と、
前記第1のデータ転送時間間隔と前記検索されたデータ転送時間間隔の推奨値とが異なる場合に、前記第1のデータ転送時間間隔を前記データ転送時間間隔の推奨値に変更する手段と
を、更に備えることを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに自立駆動型テレメトリ観測装置。 - 前記データロガーは、
前記取得された観測データが予め設定された範囲内にあるか否かを判定する手段と、
前記取得された観測データが前記予め設定された範囲外と判定された場合に、当該観測データを破棄する手段と
を、更に備えることを特徴とする請求項1乃至6のいずれかに記載の自立駆動型テレメトリ観測装置。
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