JP6554762B2 - 計測通信システム - Google Patents

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Description

本発明は、管渠の維持管理に必要な情報を計測して通信する計測通信システムに関する。
周知のようにマンホールは、地下の下水道の暗渠や埋設された電気・通信ケーブルなどの管理をするために作業員が地上から出入りできるように地上と通じる開口部であり、通常はマンホール蓋により閉塞されており、下水道管渠の点検などの作業の際にマンホール蓋を開放して作業員が降下している。
この下水道管渠の監視/制御システムでは、下水道管理のために計測装置を用いて下水道管渠内の水位や流量などの計測を行っている。例えばポンプ場などの排水処理施設では、家庭や工場などからの排水と大雨による水害を防ぐため、計測データを監視するとともに、排水ポンプの運転制御を行っている。
従来の前記監視/制御システムでは、下水道管渠内に一定間隔でセンサを設置し、これらのセンサによる計測データを、下水道管渠内に敷設した光ファイバー回線又は無線通信回線を介して通信することが行われている。
図7に基づき特許文献1の水位計測用マンホールユニットを説明すれば、マンホール蓋1を上下の二重蓋構造で構成し、下蓋3に形成された段差縮径状の貫通孔4に水位計測ユニット5を着脱自在に取り付け、その後に上蓋6で水位計測ユニットを閉塞状態としている。この水位計測ユニット5には、非接触式方式の水位センサ9のほかに無線通信装置7や電源バッテリ8が収納されている。
特開2011−42943
しかしながら、特許文献1の水位計測用マンホールユニットは、下水道管渠の計測にマンホールを活用しているものの、以下の問題が生じるおそれがあった。
(1)すなわち、マンホール蓋1が二重蓋構造なため、上蓋6を開けた後に水位計測ユニット5を取り外さなければならない。したがって、マンホール蓋としての取り扱いの制約が大きく、マンホール内の点検作業,機器メンテナンスの作業,マンホール蓋の交換作業などの作業性を悪化させるおそれがあった。
(2)また、下水道管渠の計測項目が多項目の場合には、複数のセンサを水位計測ユニット5内に収容しなければならない。ところが、水位計測ユニット5は下蓋3の限られた範囲内に実装されるため、収容する機器の個数や大きさ,重量に制約があり、所望の計測が困難なおそれがある。
本発明は、このような問題を解決するためになされ、マンホール蓋としての取り扱いや実装機器に制約を与えることなく、管渠内の設備維持情報の計測システムを構築することを解決課題としている。
本発明の計測通信システムは、管渠に連通するマンホールの地上側の開口部を閉塞するマンホール蓋と、前記マンホール内において前記マンホール蓋とは別に設置される管渠内計測部と、を備え、前記マンホール蓋は、前記マンホールの外部と通信可能な通信制御部を備える一方、前記管渠内計測部は、前記管渠内の計測情報を取得する計測部と、該計測部の計測情報を前記通信制御部に送信する通信インタフェースと、を備える。
前記管渠内計測部の一態様として、前記通信制御部からの指令に応じて電源が投入され、前記計測情報の送信が可能となる設定でもよい。また、前記管渠内計測部と前記通信制御部とは、有線通信/無線通信により接続されている構成とする。
前記管渠内計測部の他の態様として、前記計測部および前記通信インタフェースを収納する筒状の容器を備えていてもよい。このとき前記筒状容器は、電源を共通とする複数の前記計測部を収納可能にしてもよく、また前記計測部は非接触式/接触式の計測機器でよく、前記筒状容器の処理口に計測センサが着脱自在に接続された構成でもよい。
前記通信制御部の一態様として、複数の前記管渠内計測部が並列に接続されていてもよい。また、前記通信制御部は、前記各管渠内計測部の動作(計測/保守)を選択する計測選択部をさらに備えていてもよい。この場合、前記動作として計測が選択された前記管渠内計測部には、あらかじめ設定された計測時刻になれば電源投入を指令する一方、前記動作として保守が選択された前記管渠内計測部には、前記計測時刻になっても前記電源投入を指令しないことが好ましい。
本発明によれば、マンホール蓋としての取り扱いや実装機器に制約を与えることなく、管渠内の設備維持情報の計測システムを構築することができる。
本発明の実施形態に係る計測通信システムの全体構成を示すマンホールの縦断面図。 同 計測通信システムの実施例1に係るシステム構成図。 (a)は管渠内計測部の斜視図、(b)は管渠内計測部の計測器類の斜視図。 無線通信制御部と管渠内計測部との動作タイミングを示すチャート図。 同 計測通信システムの実施例2に係るシステム構成図。 管渠内計測部の他例を示す内視図。 特許文献1の水位計測用マンホールユニットの部分拡大図。
以下、本発明の実施形態に係る計測通信システムを説明する。ここでは一例として下水道管渠の監視/制御システムへの適用例を説明する。この計測通信システム10は、図1に示すように、下水道管渠Pに連通するマンホールMの地上側の開口部11を閉塞する多機能型のマンホール蓋12と、該マンホール蓋12とは別にマンホールM内に設置された管渠内計測部13とを主体に構成されている。
前記マンホール蓋12は、前記開口部11に設置された図示省略の受枠に開閉自在に連結された蓋本体14と、管渠内計測部13の計測データを無線通信により管理センタの情報収集サーバ(図示省略)に送信する無線通信制御部15と、無線通信制御部15の無線通信用のアンテナ16と、無線通信制御部15に電源供給する電源部17とを備えている。
この無線通信制御部15と電源部17とは図示省略のBOX筺体に収納され、それぞれ蓋本体14の裏側に格子状に立設された図示省略の補強リブに仕切られた空間に実装されている。なお、前記マンホール蓋12は、特許文献1のような二重蓋構造ではないため、蓋本体14を取り外せばよく、マンホール自体の通常の点検作業に支障を与えず、またマンホール蓋としての取り扱いに制約を加えることなくメンテナンス作業ができる。
管渠内計測部13は、上下一対の固定具18によりマンホールMの内壁M1に固定されている。この管渠内計測部13は、下水道管渠P内の維持管理に必要なデータを取得する計測部20と、計測部20に電源供給する電源部21とを備えている。この計測部20には接続ケーブル20aを介して、下水道管渠P内の維持管理に必要なデータを計測する計測センサ19が接続されている。なお、図1中は、計測センサ19を水没させて使用する接触式が示されているが、非接触式でもよいものとする。
この管渠内計測部13は、前記マンホール蓋12ではなく、マンホールMの内壁M1に固定されるため、特許文献1のようにマンホール蓋の限られた範囲内に実装する必要はなく、個数や大きさ、重量などの制約が少ない。例えば複数の管渠内計測部13を内壁M1に固定し、下水道管渠Pの複数の計測項目を計測することができる。
≪実施例1≫
図2に基づき計測通信システム10の実施例1を説明する。図2中の13−1〜13−nは、無線通信制御部15に有線通信により接続された管渠内計測部13を示し、下水道管渠Pの計測項目数に応じた個数(n個)の管渠内計測部13が無線通信制御部15にケーブル15aで並列に接続されている。なお、両部15,13−1〜13−n間の通信インタフェース29,33との間には、予め定められた通信規約(プロトコル)による伝送路が構築されているものとする
具体的には無線通信制御部15は、管渠内計測部13−1〜13−nの動作モード(計測モード,保守モード)を選択する計測選択部30と、計測モードが選択された管渠内計測部13−1〜13−nに下水道管渠P内の計測情報の取得を命令するCPU27と、CPU27の命令に応じて前記情報収集サーバとの無線通信を実行する通信回路28と、管渠内計測部13−1〜13−nの通信インタフェース33とデータ送受信する通信インタフェース29と、を備えている。
ここで計測選択部30は、図示省略の選択スイッチを備え、各管渠内計測部13−1〜13−n毎に計測モードを選択可能なものとする。例えば計測選択部30は、防水処理がされたスイッチで構成し、管渠内計測部13−1〜13−nのn個の設定スイッチで構成してもよい。または、CPU27が管理する計測選択部(論理情報)であってもよい。この論理情報は、無線通信により管理センタの情報収集サーバと通信により、更新・設定可能な論理情報とし、該サーバ経由で、管渠内計測部13−1〜13−nの動作モード(計測モード,保守モード)を選択する設定(論理情報)で構成するものである。なお、電源部17は、無線通信制御部15に電源供給する一次電池25およびDC/DCコンバータ26を備えている。
一方、各管渠内計測部13−1〜13−nは、防水機能を持つ密閉型に構成され、電源部21として一次電池34,スイッチ35,DC/DCコンバータ42を備え、計測部20としてインタフェース39を備えている。このインタフェース39は、トランスデューサ(ディストリビュータ,アイソレータ)や変換器などであればよい。
図2中の19−1〜19−nは、管渠内計測部13−1〜13−nのインタフェース39に接続ケーブル20aで接続された計測センサ19を示し、管渠内計測部13−1〜13−nのそれぞれの計測項目に応じた計測センサ19が接続されている。例えば計測項目が水位であれば水位センサが接続され、計測項目が濁度であれば濁度センサが接続され、計測項目がpHであればpHセンサを接続される。
そして、各管渠内計測部13−1〜13−nは、計測選択部30の動作モードが計測モードであれば、CPU27からの命令に応じてインタフェース39に電源が供給され、計測センサ19の計測情報が取得される。
(1)管渠内計測部13の構成例
図3に基づき各管渠内計測部13の構成例を説明する。ここでは各管渠内計測部13は、防水性を確保するため、計測機器類40を塩化ビニル製の筒状容器41に収納して構成されている。
この筒状容器41は、図3(a)に示すように、円筒状の容器本体41aと、容器本体41aの上端開口部を閉塞する蓋41bと、容器本体41aの下端開口部を閉塞する蓋41cと、容器本体41aの外周に締め付けられた上下一対のバンド41dと、両バンド41dの各端部にボルトとナットを用いて固定された横断面L字状のブラケット41eとを備え、蓋41b,41cにはケーブル口41f,41gが設けられている。
このケーブル口41gには計測センサ19と接続する接続ケーブル20aの防水コネクタ(防水ケーブルグランド)が着脱自在に取り付けられている。一方、ケーブル口41fには無線通信制御部15と接続するケーブル15aの防水コネクタ(防水ケーブルグランド)が着脱自在に取り付けられ、この点で管渠内計測部13の無線通信制御部15からの取り外しが容易となっている。
この防水ケーブル(防水ケーブルグランド)は、ケーブルだけを防水処理できる構造のものである場合、41f,41gはケーブルを防水処理だけとし、無線通信制御部15と接続するケーブル15aや計測センサ19と接続する接続ケーブル20aのケーブル中間で、分離できるようにしたジョイントケーブル方式であってもよい。いずれの場合も、容易に着脱することで分離できるため、取り回しの制約事項を解消することができる。
また、ブラケット41eの側面には、左右一対の貫通孔41hが2セットずつ複数個所に形成されている。したがって、固定具18の位置に応じた左右の貫通孔41hに図示省略のボルト軸部を挿通し、該軸部を各固定具18の図示省略のねじ孔に締結することにより容器本体41aをマンホールMの内壁M1に固定できる。
計測機器類40は、図3(b)に示すように、DINレール40a上に一次電池34,サーキットブレーカ43,リレー(キープリレー)44,DC/DCコンバータ42,AI端子台(リモートIO AI端子)45,ディストリビュータ・アイソレータ46などを実装されて構成されている。なお、図2のスイッチ35は、安全上短絡電流で電源をオフできるようにサーキットブレーカで構成されている。このスイッチ35はリレー44の接点であり、使用時には常時閉じられており、電源開閉は無線通信制御部15からの指令に応じたリレー44のキープリレー接点開閉によって行われている。
また、AI端子台(リモートIO AI端子)45は、DI/DO(ON/OFF信号)端子,AI(アナログ入力)端子などのI/Oだけを搭載したユニットを示し、通信インタフェース33としてシリアル通信に用いられる。ここでは固定フォーマットのサイクリック伝送がなされ、図2中の矢印C1,C2に示す「無線通信制御部15→管渠内計測部13」では電源オン信号/電源オフ信号がサイクリック伝送され、矢印Dに示す「管渠内計測部13→無線通信制御部15」では計測情報がサイクリック伝送される。
さらにDC/DCコンバータ42は、負荷であるディストリビュータ・アイソレータ46の電源電圧に昇圧する電源であり、例えば一次電池34に12V電池を使用した場合に計測の電源が24Vであれば、12V/24V電源を使用することとなる。
このように管渠内計測部13は、筒状容器41内に計測機器類40を収納して構成されているため、狭いマンホール内に出入りする作業員の障害となることが少ない。ここでは管渠内計測部13はマンホールM内に配置されるため、容器本体41aの形状をマンホールMの横断面積に対して最も横断面積が小さく形状、即ち円筒状にして省スペース化を図っている。
このとき容器本体41aを長手方向が長いタイプに交換すれば、計測機器類40の実装率を上げることができる。例えば一次電池34の容量を増やしたいときには、容器本体41aを前記タイプに交換すれば、一次電池34の個数を増加させることができる。なお、計測機器類40は容器本体41aに収納され、内壁M1に固定されるため、特許文献1のようなマンホール蓋に実装するタイプと比べて無線通信制御部15や電源部17の収納スペースが大きくとれ、それらの機能の拡張や多様化が可能である。
(2)動作例
図4に基づき「計測モード」が選択された管渠内計測部13の動作例を説明する。ここでは無線通信制御部15のCPU27と連動した管渠内計測部13の動作例を示す。
まず、無線通信制御部15は、図示省略の内臓タイマーが予め設定された計測時刻となれば、一次電池25およびDC/DCコンバータからCPU27および通信回路28に電源が供給される。これによりCPU27が起動し、初期化処理を数秒(t1=13秒)実施する(S01)。
つぎにCPU27は、前記矢印C1に示すように、通信インタフェース29を通じて管渠内計測部13の通信インタフェース33に電源オン指令を所定時間(0.5秒)送信する(S02)。このとき通信インタフェース33が受信した電源オン信号は、リレー44に出力され、リレー44がリレー接点を閉じる。これによりインタフェース39に一次電池34およびDC/DCコンバータ42から計測用の電源が供給され、インタフェース39が起動する。
一方、無線通信制御部15のCPU27は、S02の電源オン指令から管渠内計測部13の計測が安定化するまでの待機時間(t2=30秒)内において計測データの要求待ちをする(S03)。この待機時間経過後にCPU27は、矢印C2に示すように、インタフェース39が計測センサ19を通じて取得した計測データの送信を要求する。これにより待機時間経過後の所定時間(t3=10秒)内は、前記矢印Dに示すように、前記計測データが管渠内計測部13の通信インタフェース33から無線通信制御部15の通信インタフェース29に送信される(S04)。
ここで通信インタフェース29が受信した前記計測データは、CPU27に出力され通信回路28およびアンテナ16を通じて、前記情報収集サーバに一括送信される。その後の応答時間(t4=40秒)内において、CPU27は通信処理待ち状態となる(S05)。
この応答時間内に前記情報収集サーバから応答があれば、応答時間の経過後に通信インタフェース29を通じて通信インタフェース33に電源オフ指令を所定時間(0.5秒)送信させる(S06)。
このとき通信インタフェース33が受信した電源オフ指令は、リレー44に出力され、リレー44はリレー接点を開き、インタフェース39の計測用の電源がオフとなる。したがって、図4の動作例によれば、S02の電源オン指令〜S06のオフ指令送信までの間(t2+t3+t4=80秒)は、計測用の電源はオン状態を維持するものの、その後は次の計測時間までオフ状態となり、インタフェース39がシャットダウンする。
また、無線通信制御部15のCPU27および通信回路28への電源供給は、S06の電源オフ指令の送信後に停止される(S07)。すなわち、計測時刻〜S06のオフ指令送信までの間(t1+t2+t3+t4=93秒)は、CPU27等に電源供給されるものの、その後は電源供給されず、シャットダウンする。
その結果、計測不要時の待機電力が制限され、一次電池25,34の消耗を抑制することができる。なお、S05の応答時間内に前記情報収集サーバから応答がなければ、再度一括送信を実行するものとする。また、図4中の処理時間(t1〜t4)は一例であり、計測データの種類や仕様などに応じて適宜変更される。
ただし、前記動作モードに「保守モード」が選択された管渠内計測部13は、S02の電源オン指令は送信されず、インタフェース39に計測用の電源が供給されることはない。そうすると、前記動作モードに「保守モード」を選択すれば、その他の管渠内計測部13の計測を停止することなく、「保守モード」が選択された管渠内計測部13のメンテナンス作業や交換作業などができ、この点で次の問題が解消される。
すなわち、通常、複数の計測装置(管渠内計測部13に相当する。)を備えた計測通信システムは、メンテナンスの際にはすべての計測装置の計測を停止した後に計測装置の調整作業や校正作業が行われている。
そのため、特定の計測装置のみに不具合がある場合も、すべての計測装置を停止しなければならない。これでは特定の計測装置の正常動作が可能となるまでシステムが長期停止することとなってしまう。
また、マンホールは公道に設置される場合が殆どなため、道路交通上の観点や作業の効率化などから一時的に不具合のある計測装置を取り外して、別の場所で修理することも少なくない。
このような問題について計測通信システム10は、特定の管渠内計測部13については「保守モード」を選択させ、その他の管渠内計測部13については「計測モード」を選択させることで対処している。
この動作モードの選択により、特定の管渠内計測部13の計測を停止させる一方、その他の管渠内計測部13の計測を続行させることができる。これにより特定管渠内計測部13を電気的・物理的に計測項目から取り外すことが可能となる。
したがって、すべての管渠内計測部13を停止させることなく、不具合のある管渠内計測部13を修理・交換することができ、この意味でシステムの長期間停止などの減少に貢献する。
≪実施例2≫
図5に基づき計測通信システム10の実施例2を説明する。ここでは無線通信制御部15と管渠内計測部13−1〜13−nとは無線通信により接続されている。
具体的には無線通信制御部15は、通信インタフェース29ではなく、無線通信部50を備えている。また、管渠内計測部13−1〜13−nは、通信インタフェース33ではなく、超低電圧CPU51および無線通信部52を備えている。この両者51,52は、一次電池34から電源供給され、S02の電源オン指令前は受信待機状態(スタンバイ状態)で動作している。
ここでは無線通信部50,52間では、S02の電源オン指令,S04の計測データ,S06の電源オフ指令が無線通信により送受信される。この無線通信はCPU処理なため、実施例1のようにサイクリック化の必要はない。
無線通信の種類は、下水道管渠P内の無線であるので、それほど無線出力のパワーを必要としないものがよく、短距離無線通信でよい。例えば「Bluetooth(登録商標)」や特定小電力無線を用いることができる。
「Bluetooth」の場合は、例えばUARTシリアルインタフェースで接続される「Bluetooth」通信モジュールを無線通信部50,52に用いればよい。この無線通信モジュールは、一般的にプロファイル/プロトコルスタックが実装済みなため、簡単なコマンドを使用してUART経由で通信可能である。
また、特定小電力無線の場合は、SPIシリアルインタフェースやUARTシリアルインタフェースで接続される通信モジュールを用いればよい。これらも簡単なコマンドを使用してUART経由で通信可能である。
したがって、実施例2の計測通信システム10によれば、無線通信制御部15の前記タイマーが計測時刻となれば、CPU27と通信回路28と無線通信部50とに電源供給され、S01の初期化処理が実施される。
このとき無線で分離された管渠内計測部13−nが起動するためには、次の二つの手法のどちらであってもよい。すなわち、(A)無線通信制御部15が電源バックアップされた受信待機状態(スタンバイ状態)で、CPU27が無線通信部50経由で発呼したとき、そのRF信号を受信してCPU51を起動させ、該CPU51がスイッチ35をメイクして電源のDC/DCコンバータ42を起動させる。
(B)または、CPU27とCPU51とが同時に通信した最後の条件で、次の起動タイミングを双方で認知して、CPU27とCPU51内で管理したタイマー、またはRTC(時計ICやリアルタイムカウンタ)などに同一時間・カウンタをセットして、同時に起動する構成としてもよい。
そして、有線通信の場合のS01,S02が前記(A)(B)の方法で実現され、42のDC/DCコンバータが電源オン状態となれば、その後はS03以降の処理が実行される。このときS04の計測データおよびS07の電源オフ指令は、無線通信部50,52間の無線通信で送受信される。
このとき無線通信制御部15と管渠内計測部13−1〜13−nとの間には無線通信により接続されるため、ケーブル15aは不要となる。その結果、実施例1ではケーブル15aの端点、即ち防水コネクタ付近の機械的ストレスのおそれがあったが、実施例2では考慮する必要がなくなる。また、前記マンホール蓋12の開閉時に実施例1ではケーブル15aの取り回しに注意を払う必要があったが、実施例2ではその必要はなく、作業員の負担を軽減することもできる。
なお、本発明は上記実施器形態に限定されるものではなく、各請求項に記載された範囲内で変形して実施することができる。例えば管渠内計測部13を、図6に示すように、一つの容器本体41a内に二セットの計測機器類40−1,40−2を収納してもよい。この場合にはメンテナンス周期を考慮して、両計測機器類40−1,40−2は電源を共通とする構成にしてもよい。
10…計測通信システム
12…多機能型のマンホール蓋
13…管渠内計測部
15…無線通信制御部(通信制御部)
19…計測センサ
20…計測部
30…計測選択部
33…通信インタフェース(通信部)
34…一次電池(電源)
35…DC/DCコンバータ(電源)
41…筒状容器
41g…処理口
52…無線通信部(通信部)
M…マンホール
M1…内壁
P…下水道管渠(管渠)

Claims (7)

  1. 管渠に連通するマンホールの地上側の開口部を閉塞するマンホール蓋と、
    前記マンホール内において前記マンホール蓋とは別に設置される複数の管渠内計測部と、を備え、
    前記マンホール蓋は、前記マンホールの外部と通信可能な通信制御部を備える一方、
    前記管渠内計測部は、前記管渠内の計測情報を取得する計測部と、該計測部の計測情報を前記通信制御部に送信する通信インタフェースと、を備え、
    前記通信制御部は、前記管渠内計測部毎に計測モードまたは保守モードの動作を選択可能な計測選択部を備える
    ことを特徴とする計測通信システム。
  2. 前記管渠内計測部は、前記通信制御部からの指令に応じて電源が投入され、前記計測情報の送信が可能となる
    ことを特徴とする請求項1記載の計測通信システム。
  3. 前記動作として計測モードが選択された前記管渠内計測部には、あらかじめ設定された計測時刻になれば電源投入を指令する一方、
    前記動作として保守モードが選択された前記管渠内計測部には、前記計測時刻になっても前記電源投入を指令しない
    ことを特徴とする請求項1または2記載の計測通信システム。
  4. 前記管渠内計測部と前記通信制御部とは、有線通信または無線通信により接続されていることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の計測通信システム。
  5. 前記管渠内計測部は、前記計測部および前記通信インタフェースを収納する筒状の容器を備える
    ことを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の計測通信システム。
  6. 前記容器は、電源を共通とする複数の前記計測部を収納可能なことを特徴とする請求項5記載の計測通信システム。
  7. 前記計測部は非接触式または接触式の計測機器であって、
    前記容器の処理口に計測センサが着脱自在に接続されることを特徴とする請求項5または6記載の計測通信システム。
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