JP5775964B2 - センサデバイス - Google Patents

Description

本発明は、外部の物理量を測定するセンサデバイスに関する。より具体的には、複数の要求元から物理量の取得要求を受信するセンサデバイスに関する。

スマートシティや高度道路交通システム（ＩＴＳ）の推進などによって、環境埋め込みセンサの更なる普及が期待される。その中、例えば道路、建物、線路、駅、上下水道管、パイプライン、または空港等において広範囲に分散したセンサからの情報を効率的に収集する方法が提案されている。

例えば、特許文献１には、前記情報収集方法の一例が示されている。特許文献１には、固定網に接続された遠隔ポストから所望位置のセンサの情報の取得要求をクエリで行い、このクエリで指定されるエリアに一致する位置情報を登録した移動体に対してプロキシ装置から転送されるクエリを受信した際に、当該移動体で受信されたセンサ情報を、その受信クエリの送信元の遠隔ポストへ固定網を介して送信する技術が開示されている。このような情報収集方法を用いることで、特定の要求元が特定時間帯の特定エリアのセンサからの情報を収集することが可能であることが示されている。

特許文献２には、特定センサを指定して情報を収集する方法が示されている。具体的には、移動するリーダが、その通信エリア内に位置するＲＦＩＤなどのユビキタスノードの識別情報を収集し、前記識別情報に基づいて、特定のユビキタスノードを指定して情報送信を要求する方法が示されている。この方法を適用することで、発信情報送信時の情報の衝突を防げることと、要求を受けた場合に限り情報を送信するので電力の消費量を低減できると記載されている。

特開２００４−３６２２６７号 特開２００６−３０４１６８号

しかしながら、同一のセンサに対し複数の要求元が情報を取得要求するセンサシステムについては、報告例が見つからない。特に、隣接した場所に複数の要求元が違う目的のためにほぼ同じ情報を出力するセンサを設置する際の課題や、膨大なセンサの使用に伴うセンサの維持管理の課題については、未だに報告例が見つからない。

例えば、道路には上下水道やガス配管などの管理会社の異なる設備が埋設され、道路管理会社は道路の管理のためにセンサを設置し、上下水道管理会社とガス配管の管理会社は上下水道の管理のためにセンサを設置する。これらのセンサは設置目的と要求元は違うものの、夫々温度や湿度、振動等の共通の物理量を測る場合が多い。

また、当該センサを環境に埋め込む場合は、電源や出力信号線などの配線工事が大変な場合が多く、最近では電池駆動で無線通信による測定情報の送受信方式を採用しているものも多い。しかし、電池式センサの場合、いずれ電池の交換が必要となるため、定期的なセンサの維持・補修が必要となる。また、センサの使用頻度や使用期間によっては、センサ性能の劣化による測定情報の信頼性劣化も問題となる。さらに、互いに情報が共有されていない複数の要求元が同じセンサにアクセスする場合は、どれだけセンサが使われているのかを把握することが困難である。その上、センサの取替え工事の場合においても、センサの設置場所や設置時期などの履歴をセンサごとに長期間にわたって管理し、膨大な数のセンサの中でどのセンサを交換するかを細かく指示する必要がある。

このように、複数の要求元が同一のセンサに情報の取得要求をするセンサシステムにおいては、従来は考慮されていなかった課題を考慮する必要がある。本発明の目的は、係るセンサシステムに好適なセンサデバイスを提供することである。

本願発明による課題を解決する手段のうち代表的なものを例示すれば、センサデバイスであって、外部の物理量を測定する物理量検知部と、外部の複数の要求元から物理量の取得要求を受信する入出力部と、入出力部が複数の要求元から取得要求を受信した回数の合計を計数し記憶する第１カウンタと、を有し、入出力部は、取得要求の要求元に対し、物理量および第１カウンタが記憶する値を送信することを特徴とする。

本願発明によれば、複数の要求元が同一のセンサに情報の取得要求をするセンサシステムに対し、より好適なセンサデバイスを提供しうる。

実施例１におけるカウンタ付センサの全体構成模式図である。 実施例１におけるカウンタ付センサのカウンタ部の構成図である。 実施例２におけるカウンタ付センサの運用を説明する相関図である。 実施例２におけるカウンタ付センサの情報の流れ図である。 実施例２におけるカウンタ付センサの情報送信履歴保管部の構成図である。

以下の実施例においては便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらはお互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明等の関係にある。

また、以下の実施例において、要素の数等（個数、数値、量、範囲等を含む）に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でもよい。

さらに、以下の実施例において、その構成要素（要素ステップ等も含む）は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではない。

同様に、以下の実施例において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうではないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数値および範囲についても同様である。

また、実施例を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は可能な限り省略するようにしている。以下、本発明の実施例を図面やフローチャートを用いて詳細に説明する。

本発明の実施例１におけるカウンタ付センサについて図面を参照しながら説明する。図１は本発明に係るセンサデバイスの一例として、カウンタ付センサＳ１の全体構成を示す模式図である。

本実施例のカウンタ付センサＳ１は、温度、圧力、速度、位置、加速度・角速度など道路や、ビル、橋梁、上下水道管、ガス配管などのインフラを維持・補修するために必要な物理量を測定する物理量検知部１と、センサを識別するためのＩＤ保持部２と、外部からの取得要求に連動して値が変化する情報送信履歴保管部３と、外部からの取得要求の受信、と、前記物理量検知部１からの測定値、センサのＩＤ、および情報送信履歴情報の送信とを、有線もしくは無線で行う入出力部４とで構成される。

前記センサＳ１を構成する各要素について説明する。

前記物理量検知部１は、既に公知であるサーミスタや熱電対方式などの原理による温度検知部と、外部の圧力変動をダイアフラムなどの変形量を静電容量の変化もしくは電気的な抵抗値の変化として検出する圧力検知部と、感湿体の水分吸収による誘電率や導電性の変化を利用する湿度検知部と、ドップラ現象を用いる速度検知部と、ＧＰＳによる測位もしくはセンサの内部に予め保管される位置情報と、可動体の変位を静電容量の変化などで検出する加速度及び角速度検知部と、特定ガスと触媒との化学反応によって発生する導電性の変化を測定するガス検知部の全部もしくは一部の組み合わせで構成され、図示しない不揮発メモリによって、これらの検知部が検知した物理量を記憶する。

次に、センサのＩＤ保持部２はセンサを識別する固有な値を記憶する不揮発メモリであり、センサの所有元ではセンサのＩＤ保持部２に記憶されている値を用いることでセンサの設置場所や、設置時期などを管理する。

次に、情報送信履歴保管部３について説明する。本情報送信履歴保管部３には、後述する入出力部４に外部から前記物理量検知部が検知した物理量の取得要求が入力され、それに応じてセンサＳ１から情報を出力するたびに１ずつ数字が上昇するカウンタ３０が装備されている。図２はカウンタ３０の構成を示す模式図である。カウンタ３０は電源が喪失された場合でもカウンタ情報を保管する不揮発性メモリ３１と、臨時メモリ３２、フリップフロップ回路を用いたカウンタ回路３３として構成される。このような構成を持つカウンタ３０に外部から取得要求が入力された場合、前記不揮発性メモリ３１に保管されているカウンタ情報が臨時保管場所であるキャッシュ３２にダンプされる。その後、カウンタ回路３３は前記キャッシュ３２に保管されている数字をひとつ上昇させ、前記キャッシュ３２の値は再び前記不揮発性メモリ３１に保管される。ここでは、カウンタのひとつの例としてフリップフロップ方式のカウンタ回路３３及び、キャッシュ３２及び、フラッシュメモリなどから構成される不揮発性メモリ３１の構成を示したが、本発明の趣旨は外部の取得要求に応じてなんらかの手段でセンサ内部の値が変わりその値が保管されれば良く、図２に示しているカウンタ３０の構成に限定するものではない。

ここで、図２に図示するカウンタ３０は、どの要求元からの取得要求であるかを区別せず、複数の要求元から物理量の取得要求を受信した回数の合計を計数および記憶することを特徴とする。係るカウンタ３０を有するセンサＳ１による効果については後述する。また、実施例２において説明する通り、さらに要求元を区別して、要求元のそれぞれについて取得要求を受信した回数を計数および記憶するカウンタを設けることができる。

次に入出部４について説明する。入出力部４は、外部からの取得要求を有線もしくは無線通信で受け、前記物理検知部１が測定した物理量の情報と、前記ＩＤ保持部２に記憶されている値と、共に前記カウンタ３０の不揮発性メモリ３１に記憶されている値と、を要求元に有線もしくは無線通信で送信するものである。ここで、前記要求元は、特許文献１の情報収集技術に示される移動体に相当する。具体的には走行中の車に装着される情報収集端末（双方向通信機能を備えたカーナビゲーションシステムなど）、もしくは、歩行中の人が携帯する携帯電話などになる。これら情報収集端末によって収集された情報は同じく従来技術で開示されている固定網を介して遠隔ホスト、などに送信される。ここで、前記遠隔ポストはそれぞれ前記センサＳ１からを用いて道路やパイプラインなどを管理する管理会社に相当する。勿論、本願で引用している特許文献１ないし特許文献２に開示される方法によって情報を収集しても良いが、本実施例１のカウンタ付センサＳ１は特許文献１及び特許文献２のような情報収集方式によって限定されるものではない。

これから、本実施例に係るセンサデバイスを用いることで得られる効果について詳細を説明する。

本実施例に係るセンサデバイスは、上述の通り、どの要求元からの取得要求であるかを区別しないカウンタを有する。このカウンタは、当該センサデバイスにとって、いわば絶対カウンタとして機能する。そのため、当該センサデバイスの性能的な寿命を設定する際にも当該カウンタに記憶された情報を用いることができる。例えば、前記センサＳ１は起動の繰り返しや無線送信の繰り返しなどによって、センサＳ１を構成するコンデンサや精密抵抗、トランジスタやＯＰアンプを含む各種電子回路などの電子部品の劣化と、固定部の緩みなどの実装形態の経時的な変化が発生する。これらの変化が一定水準を越えた場合、前記センサＳ１は性能的な寿命を迎えることになるが、その判断基準として前記カウンタ３０の値を活用し、この情報に基づいて前記電池交換時と同様に前記センサＳ１を交換することができる。

さらに、指定したエリアから環境情報を収集する場合、複数の前記センサＳ１からの情報が受信されることも考えられる。この場合、分析したい事象によっては、前記カウンタ３０の値がより若いものもしくはある一定範囲に入っているものを選択して用いることで、より信頼性の高い事象分析にすることも可能である。

また、環境埋め込みセンサはその数が増えるに従って電源工事やデータ入出力線の配線作業が大変なことから、電池駆動と無線送受信を備えたものが必要とされる。従って、前記センサＳ１が電池によって駆動される場合が考えられる。この場合、前記センサＳ１は普段はスリップモードで待機することで電池の消耗を最低限に抑える。この状態で、前記外部からの取得要求がセンサＳ１の入出力部４に入力された場合、センサＳ１は起動モードに変わり、要求元へ情報を送信することとなる。この際、一回の起動及び情報送信に要する電力消耗量は容易に計算もしくは測定することができるため、装備されている電池の容量から何回の情報送信と起動が可能かを計算することもできる。即ち、前記カウンタ３０に記録された情報（カウンタ情報）を用いることで後何回分使用可能なのかを予測することができる。センサＳ１の維持・補修を担う管理会社としては前記カウンタ情報を現場で参照しながら管轄区域内のセンサＳ１もしくはそのセンサＳ１の電池を交換することができる。特に、前記センサＳ１の所有元と維持・補修を担う管理会社が異なる場合、前記センサＳ１の履歴や設置場所など細かい情報を教えなくても、管轄区域内の現場で無線端末から確認できるセンサの位置やカウンタ情報を元に作業を行うことができるため、前記センサＳ１の維持・補修にかかる費用を節減することが可能となる。図２に示すカウンタ３０は、図示しないが、電池を交換してもその記憶する値が保持され、出荷時に０にセットされてから寿命を迎えるまでその記憶する値が増え続ける第１のカウンタ回路と、電池を交換した際などに外からのコマンドによって、その記憶する値が０にセットされる第２のカウンタ回路の組み合わせで構成することができる。この場合、電池交換後、第２のカウンタ回路の値を０にセットすることで、第２のカウンタ回路の値から電池の交換時期を知ることができる。

本実施例に係るカウンタ付センサは、複数のインフラ管理会社が夫々重複する特定区域内に環境埋め込みセンサを設置し、互いのセンサに独立してアクセスすること（センサを共有すること）ができ、さらに、そのセンサの維持・補修を区域ごとに前記インフラ管理会社とは異なるセンサ補修会社が行う場合により発明効果を発揮することができる。詳細な運用形態などに関しては別の実施例で詳述する。

以上で述べたように、環境埋め込みセンサにカウンタ機能を付与することで、高信頼な情報分析ができることと共に、センサの維持・補修にかかる費用を大幅に削減することができる。

実施例２について図３〜図５を用いて説明する。なお、実施例１に記載され、本実施例に未記載の事項は特段の事情がない限り本実施例にも適用することができる。図３は、本実施例に係るカウンタ付センサの共有及び維持・補修など運用にかかる主要な構成を模式的に示す図である。

実施例２では複数のインフラ管理会社１１３、１１４を想定し、夫々の管理会社１１３、１１４が夫々の管理下にあるインフラの環境を測定する目的で本実施例に係るセンサデバイスを環境埋め込みセンサ１２１、１２３、１２５、１２７、１２９および１２２、１２４、１２６、１２８、１３０として、エリア１とエリア２に設置していると仮定する。特に限定するわけではないが、発明の内容をイメージし易くするために、前記管理会社１１３が道路事業会社であり、前記管理会社１１４が上下水道やガス事業会社であると仮定する。一般的に上下水道のパイプやガス配管は道路の下もしくは脇に埋設される場合が多い。前記管理会社１１３と１１４は道路もしくは配管の維持・補修の情報収集を目的に環境埋め込みセンサ１２１〜１３０を設置するが、精度の高い情報を得るためには数多くのセンサを設置する必要がある。しかし、夫々の会社が独立して沢山のセンサを設置し、管理することは膨大な初期設置コスト及び維持・管理コストがかかることになる。

道路の維持・補修に必要な情報としては、温度、湿度、振動を含む環境情報が必要であり、上下水道やガス配管の維持・補修についてもガス漏れ検知と共に温度、湿度、振動と言った前記道路管理に必要な情報と共通する項目が多く含まれている。従って、前記管理会社１１３と１１４が互いのセンサ１２１〜１３０を共有すれば、初期の設置コスト及びセンサの維持・管理（運用）コストを抑制しながらもより精度の高い情報を入手することができる。

また、環境埋め込みセンサの維持・補修についても、夫々のインフラ管理会社１１３、１１４が独自で行うのではなく、エリアを分けそのエリアごと（エリア１、エリア２）に別途の専門補修業者が行うことが効率的である。例えば、県もしくは区、市など自治単位ごとにエリアを分けることが望ましい。ここで、図３に示すエリア１とエリア２は移動体１３１、１３２と前記環境埋め込みセンサ１２１〜１３０間での通信可能距離である約数ｍ〜数十ｍの領域を示す場合と、前記センサの補修業者１４１、１４２の管理範囲である県もしくは区、市などの領域を示す場合とを混用している。

本実施例では複数のインフラ管理会社（１１３、１１４）が夫々事業管轄が重複する特定区域（エリア１、エリア２）内に環境埋め込みセンサ（１２１〜１３０）を設置し、互いにセンサに独立してアクセスすること（センサを共有すること）ができ、さらに、そのセンサの維持・補修を区域（エリア１、エリア２）ごとに前記インフラ管理会社１１３、１１４とは異なるセンサ補修会社１４１、１４２（図示しない）が行う場合におけるカウンタ付きセンサの役割について詳細を説明する。

図４は本実施例におけるカウンタ付センサＳ２と測定情報の流れを説明する相関図である。図３のカウンタ付センサＳ２の運用図、図５の情報送信履歴保管部３の構成図と合わせて詳細を説明する。まず、前記インフラ管理会社１１３、１１４は契約を結んでいるゲートウエイ１３４、１３５に要求元ＩＤ（１１３、１１４）と環境情報を測定したいエリア（エリア１、エリア２）と時間帯を送信する。ここで前記ゲートウエイ１３４、１３５は携帯電話事業社など後述する移動体１３１、１３２の位置を把握しているところに相当する。

前記ゲートウエイ１３４、１３５では前記インフラ管理会社１１３、１１４からの取得要求に基づき、指定されたエリア（エリア１、エリア２）を指定された時間帯に走行もしくは歩行中の前記移動体１３１，１３２に情報収集要求としてゲートウエイ１３４、１３５のＩＤもしくは前記要求元であるインフラ管理会社１１３、１１４のＩＤと該当移動体ＩＤ（１３１、１３２）を送信する。

前記移動体１３１、１３２は、環境埋め込みセンサへの取得要求として前記ゲートウエイ１３４、１３５のＩＤもしくは前記要求元であるインフラ管理会社１１３、１１４のＩＤを送信することでセンサに情報を要求する。

環境埋め込みセンサ１２１〜１３０は、前記移動体１３１、１３２から送信された前記ゲートウエイ１３４、１３５のＩＤもしくは前記要求元である前記インフラ管理会社１１３、１１４のＩＤが図５に示す前記センサ１２１〜１３０の情報送信履歴保管部３に装備され、各要求元のそれぞれのＩＤを記憶する不揮発メモリであるアクセス権判断部１０に登録されているものであれば、前記要求元に該当するカウンタ４０〜Ｎ０とトータルアクセス数を記録するカウンタＴ０の値をひとつ上昇させると共に、前記センサＩＤ保持部２に記憶された値、前記物理量検知部１からの環境測定値、そして前記カウンタ情報を前記移動体１３１、１３２の方に送信する。

前記移動体１３１、１３２は、前記環境埋め込みセンサ１２１〜１３０からの情報と共に必要に応じて移動体１３１、１３２に内蔵されているセンサの情報、時刻情報、そして移動体１３１、１３２のＩＤを前記ゲートウエイ１３４、１３５に返信する。

前記ゲートウエイ１３４、１３５は、前記センサ１２１〜１３０からの情報と、前記移動体１３１、１３２からの情報にゲートウエイ１３４、１３５のＩＤを付加して前記要求元であるインフラ管理会社１１３、１１４に返信する。

このように、本実施例に係るセンサデバイスは、複数の要求元から取得要求を受信した回数の合計を計数および記憶するカウンタＴ０に加え、複数の要求元のそれぞれについて取得要求を受信した回数を計数および記憶する複数のカウンタ４０〜Ｎ０を有することを特徴とする。係る特徴により、カウンタＴ０に記憶する値によってセンサデバイスの寿命を測ることを可能としつつ、その上でカウンタ４０〜Ｎ０によって、各要求元への情報量の課金を可能とするものである。

そして、係るセンサデバイスを用い、上述した情報の流れとやり方とを用いることによって、前記インフラ管理会社１１３、１１４は必要な場所の必要な時間帯における環境情報を互いのセンサを共有しながら取得することができる。

さらに、詳細な仕組みは記載しないが、情報の経路が明らかであるため、必要に応じては各利害関係者間で情報料を支払うことができる。また、各インフラ管理会社１１３、１１４は互いに独立して相手のセンサにアクセスすることができるため、仮に競合の関係もしくは情報の交流がない場合でも情報を漏洩することなく、相手のセンサを使いながら環境データを収集することができる。

図５に示す、前記情報送信履歴保管部３のアクセス権判断部１０は、図示しないが、センサデバイスの外部からの情報に基づいて、後から追加してＩＤとそれに対応するカウンタを登録し、または、不要なＩＤとそれに対応するカウンタを削除することができるものである。したがって、新規のインフラ管理業者などにセンサへのアクセス権を付与する場合には前記アクセス権判断部１０に新しくＩＤを登録すればよい。

次は、所有元が異なる前記環境埋め込みセンサ１２１、１２３、１２５、１２７、１２９とセンサ１２２、１２４、１２６、１２８、１３０をエリア（エリア１、エリア２）ごとに第３、第４のセンサ補修管理会社が管理する場合について説明する。例えば、国道や高速道路などの広範囲にわたって設置される環境埋め込みセンサの場合、複数のインフラ管理業者１１３、１１４はエリア（エリア１、エリア２）ごとにセンサ補修業務を専門センサ補修会社１４１、１４２（図示しない）に委託する場合がある。センサ補修会社１４１、１４２は、夫々の前記インフラ管理会社１１３、１１４からセンサの交換や補修（電池交換）などに必要な情報をもらって実作業を行うことになる。

しかし、前記環境埋め込みセンサ１２１〜１３０が複数の前記インフラ管理会社１１３、１１４によって共有される場合は、前記センサの使用頻度などを把握するためにはセンサのＩＤに対応したアクセス履歴を前記インフラ管理会社１１３、１１４の間で共有する必要があるなど煩雑な手続きが必要となる。ここで、前記カウンタ情報を用いれば、予め前記インフラ管理会社１１３、１１４から指示されている回数以上のものを交換すれば良いため、複雑な業務指示がなくてもセンサの維持・管理を行うことができる。

なお、再び詳細は説明しないが、本実施例のカウンタ付センサＳ２においても、実施例１で説明したカウンタ情報を用いる場合と同様の効果が得られる。

Ｓ１：カウンタ付きセンサ、Ｓ２：カウンタ付センサ、１：物理量検知部、２：ＩＤ保持部、３：情報送信履歴保管部、４：入出力部、１０：アクセス権判断部、３０：カウンタ、３１：不揮発性メモリ、３２：キャッシュ、３３：カウンタ回路、４０：カウンタ、４１：不揮発性メモリ、４２：キャッシュ、４３：カウンタ回路、Ｎ１：不揮発性メモリ、Ｎ２：キャッシュ、Ｎ３：ウンタ回路、Ｔ０：カウンタ、Ｔ１：不揮発性メモリ、Ｔ２：キャッシュ、Ｔ３：カウンタ回路、１１１：固定網、１１３：インフラ管理会社、１１４：インフラ管理会社、１２１〜１３０：環境埋め込みセンサ、１３１：移動体、１３２：移動体、１３４：ゲートウエイ、１３５：ゲートウエイ、１４１：センサ補修会社、１４２：センサ補修会社。

Claims (4)

1. 外部の物理量を測定する物理量検知部と、
   外部の複数の要求元から前記物理量の取得要求を受信する入出力部と、
   前記入出力部が前記複数の要求元から前記取得要求を受信した回数の合計を計数し記憶する第１カウンタと、
   前記複数の要求元のそれぞれについて、前記取得要求を受信した回数を計数し記憶する複数の第２カウンタと、を有し、
   前記入出力部は、前記取得要求の要求元に対し、前記物理量および前記第１カウンタが記憶する値を送信することを特徴とするセンサデバイス。
2. 請求項１において、
   前記複数の要求元のそれぞれのＩＤ情報を記憶する不揮発メモリをさらに有することを特徴とするセンサデバイス。
3. 請求項２において、
   前記センサデバイスは、外部からのコマンド入力に基づいて、前記不揮発メモリにＩＤ情報を追加し、または前記不揮発メモリ記憶されたＩＤ情報を削除することを特徴とするセンサデバイス。
4. 外部の物理量を測定する物理量検知部と、
   外部の複数の要求元から前記物理量の取得要求を受信する入出力部と、
   前記入出力部が前記複数の要求元から前記取得要求を受信した回数の合計を計数し記憶する第１カウンタと、
   前記センサデバイスを駆動するための電池と、を有し、
   前記第１カウンタは、前記複数の要求元から前記取得要求を受信した回数を計数した値のうち、前記電池を交換してもその記憶する値を保持する第１カウンタ回路と、前記電池を交換した際にその記憶する値が０にセットされる第２カウンタ回路とを有し、
   前記入出力部は、前記取得要求の要求元に対し、前記物理量および前記第１カウンタが記憶する値を送信することを特徴とするセンサデバイス。

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