JP6036576B2 - 下水道水位監視システム - Google Patents

Description

本発明は、下水道の水位を計測通信端末で計測して伝送する下水道水位監視システムに関する。

近年、集中豪雨などによる浸水被害が都市部で増加し、各自治体ではハザードマップの作成や降雨を一時的に溜める地下調整池の整備などの対策を進めることが少なくない。また、対策時に定めた計画降雨量を超える降雨があると浸水被害が発生するため、併せて浸水被害を予測し被害を最小限にするシステムが求められている。

例えば水道管内に張り巡らされた光ファイバを利用した水位計測およびデータ伝送方式が大都市の一部で実用化されている（特許文献１，２参照）。ところが、光ファイバを利用した場合、光ファイバを破損して伝送障害を生じさせることがある。また、光ファイバの敷設工事には手間と多大な設置コストを要してしまう。

そこで、光ファイバ等のケーブルを用いずに、携帯電話回線（例えばＬＴＥ回線や３Ｇ回線等）や特定小力無線を用いて、計測通信端末装置で計測した水位などの計測データを伝送する技術が提案されている（特許文献３，４参照）。

特開２００３−１３２７７２号公報 特開平０７−６２７１９号公報 特開２００３−６７８０号公報 特開２００７−２１８７４０号公報

しかしながら、配線工事により電力源から計測通信端末装置に電力を供給する場合には、配線工事費が高額なため、導入コストが高騰するおそれがある。

そこで、電池（バッテリー）を動力源に独立で動作する計測通信端末装置を用いることが考えられるが、電池交換を頻繁に行う必要があるため、電池の交換費用によりランニングコストが高くなるおそれがある。

本発明は、上述のような従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、電池を使用する計測通信端末装置の電池交換頻度を大幅に減少させて電池交換費用を削減し、下水道水位監視システムのランニングコスト抑制を図ること解決課題としている。

本発明の下水道水位監視システムの一態様は、計測通信端末装置の電源供給手段として、下水道水位の計測通信を実行する計測通信手段に電源供給するメイン電源系統と、メイン電源系統を起動させる起動回路に電源供給するバックアップ電源系統と、を備えている。この起動回路は、フロートスイッチの状態確認した結果、下水道の水位が基準値との関係で異常上昇していれば、メイン電源系統を投入して計測通信手段に前記水位の計測通信を実行させる一方、該計測通信の完了後にメイン電源系統をシャットダウンする。

したがって、下水道水位の異常上昇時を除きメイン電源系統には電源供給されることはなく、バックアップ電源系統のみに電源供給される省電力モードで運用動作させることができる。これにより計測通信端末装置の電池消費量が大幅に減少され、電池の交換頻度を減少させることができる。このときメイン電源系統の投入後に下水道の水位を計測する水位センサをさらに備え、該水位センサの計測した下水道水位を外部装置に送信する構成としてもよい。

本発明の下水道水位監視システムの他の態様は、計測通信端末装置の電源供給手段として、下水道水位の計測通信を実行する計測通信手段に電源供給するメイン電源系統と、メイン電源系統を起動させる起動回路に電源供給するバックアップ電源系統と、を備えている。この起動回路は、あらかじめ設定された時刻にメイン電源系統を投入して計測通信手段に前記水位の計測通信を実行させる一方、
該計測通信の完了後にメイン電源系統をシャットダウンする。この設定時刻の計測通信が完了すれば省電力モードに移行し、電池消費の減少に貢献することができる。

本発明の下水道水位監視システムのさらに他の態様は、計測通信端末装置の電源供給手段として、下水道水位の計測通信を実行する計測通信手段に電源供給するメイン電源系統と、メイン電源系統を起動させる起動回路に電源供給するバックアップ電源系統と、を備えている。この起動回路は、外部装置からの通信網を通じた命令に応じてメイン電源系統を投入して計測通信手段に前記水位の計測通信を実行させる一方、該計測通信の完了後にメイン電源系統をシャットダウンする。この外部装置の命令に応じた計測通信の完了後も前記省電力モードに移行でき、電池消費の減少に貢献することができる。

本発明によれば、電池を使用する計測通信端末装置の電池交換頻度を大幅に減少させることが可能なため、電池交換費用を削減することができ、この点で下水道水位監視システムのランニングコストの抑制に貢献できる。

本発明の第１実施形態に係る下水道水位監視システムの設置状態の概略図。 同 計測通信端末装置の構成図。 本発明の第２実施形態に係る下水道水位監視システムの計測通信端末装置の構成図。 同 処理フロー図。 本発明の第３実施形態に係る下水道水位監視システムの計測通信端末装置の構成図。 同 処理フロー図。

以下、本発明の実施形態に係る下水道水位監視システムを説明する。この水位監視システムではマンホール蓋の底面に計測通信端末装置が設置されている。

この計測通信端末装置は、通信ネットワークを通じて情報収集サーバに接続され、水位情報の管理を可能とさせる。ここで集められた水位情報は、防災行政無線を用いた放送やインターネット、テレビ、ラジオなどを通じて公開され、分析に用いられる。この分析により浸水の危険が予想される場合には該当地域の住民に警報が行われる。

ただし、前記水位監視システムは、下水道の水位計測の必要時をマンホール内に設置したフロートスイッチにより感知する。この水位計測の必要時以外の期間は、前記端末装置を省電力動作させ、電池を長持ちさせて交換頻度を減少させている。

≪第１実施形態≫
図１および図２に基づき第１実施形態に係る前記水位監視システムを説明する。ここでは前記水位監視システム１は、図１に示すように、下水道に配置されて水位Ｐの上昇を感知する電源不要のフロートスイッチ３と、マンホール蓋７の底面に取り付けられてフロートスイッチ３の状態を確認する計測通信端末装置４と、同じくマンホール蓋７の底面に取り付けられて計測通信端末装置４に駆動用の電源を供給する電池（バッテリー）５と、水位計測可能な水位センサ８と、マンホール蓋７の表側に実装されたアンテナ６とを備え、アンテナ６は無線通信Ｑのネットワーク経由で計測通信端末装置４と外部の情報収集サーバとを通信可能とさせている。

この無線通信ＱにはＬＴＥ回線や３Ｇ回線などの携帯電話回線やＷＩＦＩなどの無線ＬＡＮ回線を用いることができる。なお、このアンテナ６は、マンホール蓋７の表側に形成された図示省略の格納空間に収納され、該格納空間の開口部が
Ｏリングなどのシール部材を介してアンテナカバーで閉塞されている。この点でアンテナ６が通行の障害となることが防止されている。

フロートスイッチ３は、マンホール直下の下水道管２の上部に配置され、下水道管２内の水位Ｐによりフロートが上下して計測伝送機能をスタートさせる役割を果している。すなわち、フロートスイッチ３は、中心にリードスイッチを内蔵した図示省略の軸を備え、該軸に沿って磁石を内蔵したドーナツ型のフロート（浮き）が下水道の水面と同期して上下し、それに応じてリードスイッチがオン／オフして水面レベルを検知する。なお、フロートスイッチ３は、計測通信端末装置４からパイプ状の金属製または樹脂製のステムを降下させ、これに前記フロートを通して使用される。

水位センサ８は、測定が必要な際に電源投入され、水位計測が可能な位置に配置されている。なお、水位情報がフロートスイッチ３からも検出できるので、水位センサ８は必須としなくともよい。

計測通信端装置４および電池５は、マンホール蓋７の裏側に実装されている。例えばマンホール蓋７の裏側に格子状に図示省略の補強材を立設し、該補強材に仕切られた空間に両者４，５を実装する。この場合には両者４，５を収納ＢＯＸ内に収納し、各収納ＢＯＸを補強材にねじ止めなどにより固定する。なお、各収納ＢＯＸ間の配線には十分な防止を施すことが好ましい。

具体的には計測通信端末装置４は、図２に示すように、水位Ｐの計測通信を実行するＣＰＵおよび周辺回路（以下、ＣＰＵ等とする）９並びに通信回路１０と、該両者９，１０に電源供給する主電源回路１１と、メイン電源スイッチ１３のオンにより主電源回路１１を投入するＣＰＵ電源起動回路１２と、バックアップ電源スイッチ１５のオンにより前記起動回路１２に電源供給するバックアップ電源回路１４と、を備え、両回路１２，１４はバックアップ電源動作部Ｂとして機能する。

すなわち、メンテナンス時などを除きバックアップ電源スイッチ１５はＯＮ状態とされ、両回路１２，１４には常時電源が供給され、計測通信端末装置４が省電力動作する。ここでは省電力動作は、バックアップ電源動作部Ｂ（両回路１２，１４）のみに電池５の電源が供給されている省電力モードの状態を意味する。

したがって、省電力動作時にはＣＰＵ等９のみならず、通信回路１０とも電源供給されず、通信回路１０の待機電力を必要としない。なお、通信回路１０に電源供給されないため、通信網経由でＣＰＵ等９の電源、即ち主電源回路１１を起動させることはできない。

前記起動回路１２は、フロートスイッチ６の状態を確認する。確認の結果、水位Ｐが水位基準以下であれば、正常水位と判定して省電力動作で待機する。一方、水位Ｐが水位基準を超過していれば水位の異常上昇と判定し、これをＣＰＵ起動トリガとしてメイン電源スイッチ１３をＯＮにする。この水位基準は地域や過去の降雨量などを勘案して事前に定めておくものとする。

ここでメイン電源スイッチ１３がオン状態となれば主電源回路１１に電源供給されるため、ＣＰＵ等９および通信回路１０が電源供給され、計測通信が可能となる。このときＣＰＵ等９は、前記起動回路１２の状態を確認することにより、ＣＰＵ起動トリガがフロートスイッチ３の水位基準超過で起動されたことを感知し、情報伝送を行う責務を実行する。

これにより無線通信Ｑのネットワーク、即ち上位ネットワーク経由で情報収集サーバとの通信が実行され、水位情報などが送信される。この送信後にＣＰＵ等９は前記起動回路１２にメイン電源オフを指令し、これに応じて前記起動回路１２がメイン電源スイッチ１３をオフする。したがって、計測通信端末装置４は、ＣＰＵ等９および通信回路１０の計測通信が完了すれば、主電源回路１１がシャットダウンし、省電力動作に復帰する。

このように前記水位監視システム１は、下水道の水位Ｐを計測し浸水被害を最小限するために用いられることから、下水道の水位Ｐがすぐに浸水被害となるような水位でない場合には計測は実行されず、省電力動作で駆動される。一方、降雨などにより下水道の水位が異常上昇した場合には水道管２内に設置されたフロートスイッチ３がそれを感知し、前記起動回路１２がＣＰＵ等９を起動させ、通信回路１０およびアンテナ６を介して情報伝送を実行する。

すなわち、下水道水位の異常時にのみＣＰＵ等９の電源が入り計測通信の動作を開始させる一方、該計測通信の完了後には主電源回路１１が電源オフとなるため、計測通信端末装置４は省電力動作に復帰し、電池５の電源消耗を抑制することができる。

そうすると、一般の省電力動作ではＣＰＵのクロック周波数を低くする方法や、ＣＰＵの持つスタンバイモードへ移行する機能を用いて省電力動作させているものの、前記水位監視システム１では、さらに省電力化させるためにバックアップ電源動作部Ｂにのみに電源供給し、その他の電源供給をシャットダウンさせて一層の省電力化を図っている。

したがって、前記水位監視システム１によれば、計測通信端末装置４の電池交換頻度を大幅に減少でき、電池交換費用の削減が可能となり、この点で下水道水位監視システムのランニングコストの抑制に貢献することができる。また、計測通信端末装置４は、電池５で動作するため、設置工事の際に商用電源工事が不要であり、この意味でも設備設置費用のコスト低減に貢献できる。

≪第２実施形態≫
（１）構成例
図３に基づき第２実施形態に係る前記水位監視システムの構成例を説明する。ここでは計測通信端末装置４のバックアップ電源動作部ＢにＲＴＣ回路（Ｒｅａｌ−Ｔｉｍｅ Ｃｌｏｃｋ：以下、ＲＴＣと略記）１６が追加されている。

すなわち、図３に示すように、バックアップ電源回路１４と主電源回路１１とを分離して、バックアップ電源回路１４で低消費電力動作させるＲＴＣ１６と前記起動回路１２との二段階で電源制御を実行し、電池５の電力量をさらに効率的に使用する。

前述のように一般の省電力動作は、ＣＰＵのクロック周波数を低くする方法や、ＣＰＵの持つスタンバイモードへ移行する機能を用いて省電力動作とするが、ここではバックアップ電源回路１４および前記起動回路１２にＲＴＣ１６を加えて省電力化の向上を図っている。

ここではバックアップ電源動作部Ｂは、両回路１２，１４とＲＴＣ１６とにより構成されている。このとき第１実施形態と同様にメンテナンス時などを除きバックアップ電源スイッチ１５はＯＮ状態とされ、両回路１２，１４とＲＴＣ１６とに常時電源が供給され、計測通信端末装置４が省電力動作する。したがって、第２実施形態の省電力動作は、両回路１２，１４とＲＴＣ１６とに電池５の電源が供給されている状態（省電力モード）を意味する。このＲＴＣ１６は、コンピュータ時計の機能を持つ集積回路により構成されている。

前記起動回路１２は、フロートスイッチ３による水位基準超過をＣＰＵ起動トリガとするだけではなく、ＲＴＣ１６による起動時間に起動する機能が付加されている。すなわち、ＲＴＣ１６は現在時刻が設定時刻と一致すれば前記起動回路１２に信号を出力する。この設定時刻は、事前の動作時に次に何時起動すべきかを、あらかじ設定された監視周期設定から求められる。

このとき前記起動回路１２がメイン電源スイッチ１３をオンにするため、主電源回路１１に電源供給される。これによりＣＰＵ等９および通信回路１０が電源供給され、計測通信が可能となる。

また、ＣＰＵ等９は前記起動回路１２の状態を確認することで（Ａ）ＣＰＵ起動命令がフロートスイッチ３の水位基準超過、（Ｂ）ＲＴＣ１６による起動時間で起動されたか否かを感知し、水位センサ８の水位計測値を情報管理サーバに送信させる責務を実行する。

この処理の完了後にＣＰＵ等９は前記起動回路１２にメイン電源オフを指令し、これに応じて前記起動回路１２がメイン電源スイッチ１３をオフする。したがって、二種類の起動条件に応じてＣＰＵ等９の電源がオン状態なり、その処理後にメイン電源スイッチ１３をオフにしてＣＰＵ等９をシャットダウンさせ、電池５の電源消費を抑制している。

（２）動作例
図４に基づき前記水位監視システム１の動作を詳細に説明する。ここでは計測通信端末装置４の電源オフの状態からスタートする。なお、図４は前記水位監視システム１の第２実施形態の動作例を示しているが、Ｓ０４を除けば第１実施形態の動作例も示すこととなる。

Ｓ１，Ｓ０２：計測通信端末装置４の電源オフの状態からバックアップ電源スイッチ１５をＯＮ状態にすると、電池５によりバックアップ電源動作部Ｂに電源供給される（Ｓ０１）。

このときバックアップ電源動作部Ｂは常時電源オンとなり、計測通信端末装置４が省電力モードで立ち上がる（Ｓ０２）。このとき前記起動回路１２は、（ａ）フロートスイッチ３の水位基準超過による割り込、（ｂ）ＲＴＣ１６の設定時間のタイムアップのいずれかが発生すれば、メイン電源回路スイッチ１３をオンにし、計測通信モードに移行させる。

Ｓ０３：前記起動回路１２はフロートスイッチ６の状態を確認する。この確認の結果、水位Ｐが水位基準以下であればＳ０２に戻って省電力モードで待機する一方、水位Ｐが水位基準を超過していればＳ０５に進む。

Ｓ０４：前記起動回路１２はＲＴＣ１６のタイムカウントが設定時刻か否か、即ち現在の時刻が設定時刻と一致するか否かを確認する。確認の結果、設定時刻に一致しなければＳ０２に戻って省電力モードで待機する一方、設定時刻に一致すればＳ０５に進む。

Ｓ０５，Ｓ０６：前記起動回路１２によりメイン電源スイッチ１３がオン処理されるため（Ｓ０５）、主電源回路１１が電源供給される。これによりＣＰＵ等９および水位センサ８に電源が供給され、それぞれが動作可能となり、ＣＰＵ等９が計測通信を実行する計測通信モードに移行する（Ｓ０６）。この計測通信モードでは、水位センサ８による水位計測の完了後、該計測データが通信回路１０およびアンテナ６により上位ネットワーク経由で情報収集サーバに送信され、その後にＳ０７に進む。

Ｓ０７：ＣＰＵ等９は、計測通信モードの処理完了後にメイン電源オフの命令を前記起動回路１２に発行する。この命令を受け取った前記起動回路１２は、メイン電源スイッチ１３をオフにしてＣＰＵ等９への電源供給を停止させる。これにより計測通信端末装置４はＳ０２の省電力モードに復帰し、前記（ａ）（ｂ）の割り込みの待機状態となる。

≪第３実施形態≫
（１）構成例
図５に基づき第３実施形態に係る前記水位監視システムの構成例を説明する。ここでは計測通信端末装置４の通信回路１０は、主電源回路１１ではなく、バックアップ電源回路１４から電源供給されている。

これにより計測通信端末装置４は、省電力モードの待機中に情報管理サーバから上位ネットワーク経由で発呼起動命令を受信し、該命令に応じてメイン電源スイッチ１３をオンにして主電源回路１１を起動することができる。したがって、図５の回路方式によれば、上位ネットワークを通じた任意の上位指令により水位計測をすることが可能となる。

具体的にはＣＰＵ等９は、前記起動回路１２の状態を確認することでＣＰＵ起動トリガが（Ａ）フロートスイッチ３の水位基準値超過、（Ｂ）ＲＴＣ１６によるＲＴＣ１６による起動時間、（Ｃ）上位ネットワーク経由による発呼起動命令のいずれかを感知し、水位センサ８の水位計測値を情報管理サーバに送信させる責務を実行する。

この処理の完了後にＣＰＵ等９は前記起動回路１２にメイン電源オフを指令し、これに応じて前記起動回路１２がメイン電源スイッチ１３をオフする。したがって、三種類の起動条件に応じてＣＰＵ等９の電源がオン状態なり、その処理後にメイン電源スイッチ１３をオフにしてＣＰＵ等９をシャットダウンさせ、電池５の電源消費を抑制している。

（２）動作例
図６に基づき前記水位監視システム１の動作を詳細に説明する。ここでは計測通信端末装置４の電源オフの状態からスタートする。このときＳ１１は図４のＳ０１と同様な処理を実行する。

Ｓ１２：Ｓ０１によりバックアップ電源動作部Ｂは常時電源オンとなり、計測通信端末装置４が省電力モードで立ち上がる。このとき前記起動回路１２は、（ａ）フロートスイッチ３の水位基準超過による割り込、（ｂ）ＲＴＣ１６の設定時間のタイムアップ、（ｃ）上位ネットワーク経由による発呼起動命令のいずれかが発生すれば、メイン電源回路スイッチ１３をオンにし、計測通信モードに移行させる。

Ｓ１３〜Ｓ１５：Ｓ１３，Ｓ１４はＳ０３，Ｓ０４と同様な処理を実行する。Ｓ１５の処理内容としては、前記起動回路１２が上位ネットワーク経由の発呼起動命令を通信回路１０が受信済みか否かを確認する。

確認の結果、前記命令を受信済でなければＳ１２に戻って省電力モードで待機する一方、受信済みであればＳ１６に進む。このＳ１６〜Ｓ１８ではＳ０５〜Ｓ０７と同様な処理が実行される。

１…下水道水位監視システム
２…下水道管
３…フロートスイッチ
４…計測通信端末装置
５…電池（制御電源）
６…アンテナ
７…マンホール蓋
８…水位センサ
９…ＣＰＵおよび周辺回路（計測通信手段）
１０…通信回路（計測通信手段）
１１…主電源回路（メイン電源系統）
１２…ＣＰＵ電源起動回路
１３…メイン電源スイッチ
１４…バックアップ電源回路（バックアップ電源系統）
１５…バックアップ電源スイッチ
１６…ＲＴＣ
Ｐ…水位
Ｂ…バックアップ電源動作部

Claims (5)

1. 下水道の水位上昇を感知するフロートスイッチと、フロートスイッチの状態を確認する計測通信端末装置と、計測通信端末装置に電源供給する制御電源とを備え、計測通信端末装置が外部装置と通信可能な下水道水位監視システムであって、
   計測通信端末装置は、前記水位の計測通信を実行する計測通信手段に電源供給するメイン電源系統と、メイン電源系統を起動させる起動回路に電源供給するバックアップ電源系統と、を備え、
   起動回路は、フロートスイッチの状態確認した結果、下水道の水位が基準値との関係で異常上昇していれば、メイン電源系統を投入して計測通信手段に前記水位の計測通信を実行させる一方、
   該計測通信の完了後にメイン電源系統をシャットダウンすることを特徴とする下水道水位監視システム。
2. 水位センサを通じて下水道の水位を計測し、計測データを外部装置に送信する計測通信端末装置と、計測通信端末装置に電源供給する制御電源と、を備えた下水道水位監視システムであって、
   計測通信端末装置は、前記水位の計測通信を実行する計測通信手段に電源供給するメイン電源系統と、メイン電源系統を起動させる起動回路に電源供給するバックアップ電源系統と、を備え、
   起動回路が、あらかじめ設定された時刻にメイン電源系統を投入して計測通信手段に前記水位の計測通信を実行させる一方、
   該計測通信の完了後にメイン電源系統をシャットダウンすることを特徴とする下水道水位監視システム。
3. 水位センサを通じて下水道の水位を計測し、計測データを外部装置に送信する計測通信端末装置と、計測通信端末装置に電源供給する制御電源と、を備えた下水道水位監視システムであって、
   計測通信端末装置は、前記水位の計測通信を実行する計測通信手段に電源供給するメイン電源系統と、メイン電源系統を起動させる起動回路に電源供給するバックアップ電源系統と、を備え、
   起動回路が、外部装置からの通信網を通じた命令に応じてメイン電源系統を投入して計測通信手段に前記水位の計測通信を実行させる一方、
   該計測通信の完了後にメイン電源系統をシャットダウンすることを特徴とする下水道水位監視システム。
4. メイン電源系統の投入後に下水道の水位を計測する水位センサをさらに備え、
   該水位センサの計測した下水道水位を外部装置に送信することを特徴とする請求項１記載の下水道水位監視システム。
5. メイン電源系統のシャットダウン後は、バックアップ電源系統のみに電源供給される省電力モードに移行する
   ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の下水道水位監視システム。

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