JP6884479B2 - 監視装置の電源設計方法、及び、監視システム - Google Patents

Description

本発明は、監視装置の電源設計方法および監視システムに関する。さらに詳述すると、本発明は、例えば配電柱や送電鉄塔に設置される監視装置の電源に纏わる仕様を設計・設定するための技術、及び、そのような技術によって設計・設定された仕様の監視装置の電源を含む監視システムに関する。

電力会社では、屋外設備の巡視効率化によるコスト低減及び労務負担軽減が求められている。巡視業務には、送配電線周辺の工事現場での電線と重機との離隔距離の確認や、樹木やつる植物などと電線との離隔距離の確認、さらに、カラス等の営巣の確認などがある。このような巡視業務の中には、静止画像を用いた長期間の定点監視で支援・代行できる業務が数多く含まれている。そこで、安価な監視装置を広域に配置して、映像解析によって自動的に異常を検出し、異常時にのみ担当者に通知できるようになれば、巡視効率化に寄与できる可能性がある。

従来の設備監視システムとして、例えば、設備の状態について表示する一又は複数の表示器を監視装置が監視して遠隔地の監視センタへ設備の状態を通知する設備監視システムであり、表示器は、設備の異常を検知して検知信号を出力する異常検知手段と、異常検知手段からの検知信号により開閉される接点と、接点に接続される電源と、接点が異常検知により閉じられた場合に電源と接続されて発光する発光手段とを備え、監視装置は、表示器を撮像する撮像手段と、撮像手段から出力される画像信号を用いて発光の有無を検出し、設備の状態を通知する通知データを生成し、遠隔地の監視センタへこの通知データを伝送する画像処理装置とを備えるものがある（特許文献１）。

特開２００３−２３３８８２号公報

しかしながら、撮像手段や画像処理装置などを含む既存の監視装置の多くは消費電力が大きく、屋外では得にくい外部電源が必要になるという問題がある。また、外部電源が不要の場合でも、観測装置の消費電力が大きいため、長期間の撮影を行うためには太陽光パネルや蓄電池などの電源が大型化して設置の自由度が低くなるという問題がある。一方で、観測装置を小型化するために電源容量を小さくすると、連続監視期間が短くなるという問題が生じる。このように、外部電源を利用しない場合、装置の小型化と連続監視期間の確保（言い換えると、安定した長期動作の実現）との適切なバランスの下での両立が重要になる。

そこで、本発明は、観測装置／監視装置の小型化と非外部電源による安定した長期自立動作とを適切なバランスの下で両立させることができる太陽光パネルと蓄電池との組み合わせによる監視装置の電源の設計方法を提供することを目的とする。また、本発明は、小型でありながらも自立し且つ安定して長期（例えば、一年間若しくは一年以上）動作することができる監視システムを提供することを目的とする。

かかる目的を達成するため、本発明の監視装置の電源設計方法は、撮像手段を備える監視装置の電源としての蓄電池と太陽光パネルとについて、蓄電池に関する設計裕度Ｆ_S1，監視装置の一日あたりの消費電力量Ｑ，及び最低全天日射量Ｉを超えない最大連続日数Ｎを用いて以下の数式１
（数式１） Ｃ_Ｂ ＝ Ｆ_S1×Ｑ×Ｎ
によって蓄電池の容量Ｃ_Ｂを算出し、また、太陽光パネルに関する設計裕度Ｆ_S2，監視装置の充放電に関する効率Ｅ_Ｓ，一日あたりの日照時間の年間平均Ｔ，最低全天日射量Ｉ，太陽光パネル設置角度の受光効率Ｅ_θ，監視装置の一日あたりの消費電力量Ｑ，及び標準日射強度の逆数Ａを用いて以下の数式２
（数式２） Ｃ_Ｓ ＝ Ｆ_S2×Ｑ／(Ｅ_Ｓ×Ｅ_θ×Ｉ×Ａ×Ｔ)
によって太陽光パネルの容量Ｃ_Ｓを算出するようにしている。

したがって、この監視装置の電源設計方法によると、監視装置に要求される条件に的確に適合した太陽光パネルの容量Ｃ_Ｓ及び蓄電池の容量Ｃ_Ｂが算出されるので、外部電源を用いることなく長期間にわたって監視装置を自立的に稼働させ且つ監視装置の電源として無駄の無い太陽光パネルの容量Ｃ_Ｓ及び蓄電池の容量Ｃ_Ｂが設定される。

本発明の監視装置の電源設計方法は、撮像手段が一日に一回，二回，または三回の静止画像の撮影を行うようにしても良い。この場合には、特に静止画像による定点観測を行う監視装置の電源設計において上述の作用が奏される。

本発明の監視装置の電源設計方法は、監視装置及び太陽光パネルが配電柱若しくは送電鉄塔に設置され、撮像手段がつる植物と配電線若しくは送電線との離隔距離の状況を撮影するようにしても良い。この場合には、特に配電線等に纏わる離隔距離の監視を行う監視装置の電源設計において上述の作用が奏される。

また、本発明の監視システムは、撮像手段を備える監視装置と当該監視装置の電源としての蓄電池及び太陽光パネルとを有し、蓄電池の容量Ｃ_Ｂが、蓄電池に関する設計裕度Ｆ_S1，監視装置の一日あたりの消費電力量Ｑ，及び最低全天日射量Ｉを超えない最大連続日数Ｎを用いて以下の数式３
（数式３） Ｃ_Ｂ ＝ Ｆ_S1×Ｑ×Ｎ
によって算出されたものであり、また、太陽光パネルの容量Ｃ_Ｓが、太陽光パネルに関する設計裕度Ｆ_S2，監視装置の充放電に関する効率Ｅ_Ｓ，一日あたりの日照時間の年間平均Ｔ，最低全天日射量Ｉ，太陽光パネル設置角度の受光効率Ｅ_θ，監視装置の一日あたりの消費電力量Ｑ，及び標準日射強度の逆数Ａを用いて以下の数式４
（数式４） Ｃ_Ｓ ＝ Ｆ_S2×Ｑ／(Ｅ_Ｓ×Ｅ_θ×Ｉ×Ａ×Ｔ)
によって算出されたものであるようにしている。

したがって、この監視システムによると、監視装置に要求される条件に的確に適合した容量Ｃ_Ｓ，Ｃ_Ｂに設定された太陽光パネル及び蓄電池を有するので、外部電源を用いることなく長期間にわたって監視装置が自立的に稼働し且つ無駄無く設定された監視装置の電源を有するものとしてシステムが構成される。

本発明の監視システムは、撮像手段が一日に一回，二回，または三回の静止画像の撮影を行うようにしても良い。この場合には、特に静止画像による定点観測を行う監視システムにおいて上述の作用が奏される。

本発明の監視システムは、監視装置及び太陽光パネルが配電柱若しくは送電鉄塔に設置され、撮像手段がつる植物と配電線若しくは送電線との離隔距離の状況を撮影するようにしても良い。この場合には、特に配電線等に纏わる離隔距離の監視を行う監視システムにおいて上述の作用が奏される。

本発明の監視装置の電源設計方法によれば、外部電源を用いることなく長期間にわたって監視装置を自立的に稼働させ且つ監視装置の電源として無駄の無い太陽光パネルの容量Ｃ_Ｓ及び蓄電池の容量Ｃ_Ｂを設定することができるので、監視装置の小型化と非外部電源による安定した長期自立動作とを適切なバランスの下で両立させることが可能になる。

本発明の監視装置の電源設計方法は、撮像手段が一日に一回乃至三回の静止画像の撮影を行うようにした場合には、特に静止画像による定点観測を行う監視装置の電源設計において上述の作用効果を奏することが可能になる。

本発明の監視装置の電源設計方法は、撮像手段がつる植物と配電線や送電線との離隔距離の状況を撮影するようにした場合には、特に配電線等に纏わる離隔距離の監視を行う監視装置の電源設計において上述の作用効果を奏することが可能になる。

また、本発明の監視システムによれば、外部電源を用いることなく長期間にわたって監視装置が自立的に稼働し且つ無駄無く設定された監視装置の電源を有するものとしてシステムを構成することができるので、小型でありながらも自立し且つ安定して長期動作することが可能になる。

本発明の監視システムは、撮像手段が一日に一回乃至三回の静止画像の撮影を行うようにした場合には、特に静止画像による定点観測を行う監視システムにおいて上述の作用効果を奏することが可能になる。

本発明の監視システムは、撮像手段がつる植物と配電線や送電線との離隔距離の状況を撮影するようにした場合には、特に配電線等に纏わる離隔距離の監視を行う監視システムにおいて上述の作用効果を奏することが可能になる。

本発明に係る監視システムの実施形態の一例の概略構成を示すブロック図である。 本発明に係る監視装置の電源設計方法の実施形態の一例を説明するフローチャートである。

以下、本発明の構成を図面に示す実施の形態の一例に基づいて詳細に説明する。

図１及び図２に、本発明に係る監視装置の電源設計方法および監視システムの実施形態の一例を示す。

本実施形態では、監視対象物として配電線や送電線或いは配電柱や送電鉄塔に設けられる送配電設備などを監視するための監視装置１１が配電柱や送電鉄塔に設置され、当該監視装置１１へと電力を供給する電源となる太陽光パネル１４が配電柱の側周面や送電鉄塔の骨組材に沿って設置される場合を例に挙げて説明する。なお、例えばつる植物と配電線との離隔距離の監視に用いられる監視装置１１が配電柱に設置される場合は、太陽光パネル１４は、強風対策として、配電柱の側周面に沿って設置され、配電柱の幅から大きく食み出ないように調整されることが好ましい。

〈監視システム〉
本実施形態の監視システム１０は、撮像手段１２を備える監視装置１１と当該監視装置１１の電源としての蓄電池１５及び太陽光パネル１４とを有し、蓄電池１５の容量Ｃ_Ｂが、蓄電池に関する設計裕度Ｆ_S1，監視装置の一日あたりの消費電力量Ｑ，及び最低全天日射量Ｉを超えない最大連続日数Ｎを用いて以下の数式５
（数式５） Ｃ_Ｂ ＝ Ｆ_S1×Ｑ×Ｎ
によって算出されたものであり、また、太陽光パネル１４の容量Ｃ_Ｓが、太陽光パネルに関する設計裕度Ｆ_S2，監視装置の充放電に関する効率Ｅ_Ｓ，一日あたりの日照時間の年間平均Ｔ，最低全天日射量Ｉ，太陽光パネル設置角度の受光効率Ｅ_θ，監視装置の一日あたりの消費電力量Ｑ，及び標準日射強度の逆数Ａを用いて以下の数式６
（数式６） Ｃ_Ｓ ＝ Ｆ_S2×Ｑ／(Ｅ_Ｓ×Ｅ_θ×Ｉ×Ａ×Ｔ)
によって算出されたものであるようにしている。

監視システム１０は、撮像手段１２及び制御手段１３を備える監視装置１１，当該監視装置１１の電源としての太陽光パネル１４及び蓄電池１５，並びに電源コントローラ１６を有する。

撮像手段１２は、監視対象物としての配電線・送電線を撮影したり配電柱や送電鉄塔に設けられている監視対象物としての送配電設備などを撮影したりして静止画像のデータを取得するためのものである。

撮像手段１２としては、例えば、撮像素子を備えるデジタルカメラが用いられる。撮像手段１２による撮影によって取得される静止画像（言い換えると、撮像手段１２によって取得される画像データ）は、カラー画像（言い換えると、ＲＧＢ(レッド，グリーン，ブルー)画像）でも良く、或いは、モノクロ画像（若しくは、グレースケール画像）でも良い。

撮像手段１２による撮影によって取得される静止画像の解像度は、特定の画素数に限定されるものではなく、監視対象物の監視目的（言い換えると、監視内容）も考慮されるなどした上で、監視対象物に関係する状況を判断したり画像データが用いられて画像分析／画像処理等によって監視対象物に纏わる寸法や距離を算定したりすることができる程度の画素数が適宜選択される。

撮像手段１２は、例えば赤外線カメラのように特定の波長の光線／電磁波のみを対象として撮像して画像データを作成するものであっても良い。

撮像手段１２と制御手段１３とは接続されており、撮像手段１２は、制御手段１３の制御部１３ａからの命令に従って撮影を行い、撮影によって取得した画像データを制御手段１３に対して出力する。撮像手段１２によって取得されて出力された画像データは、制御手段１３へと入力される。

制御手段１３は、撮像手段１２の動作（例えば、撮影など）を制御すると共に撮像手段１２から出力される画像データの取得や送信に纏わる処理を行う。

制御手段１３は、制御部１３ａ，記録部１３ｂ，及び通信部１３ｃを備え、これらが相互にバス等の信号回線によって接続されている。

制御手段１３は、コンピュータが用いられて構成され得る。制御手段１３がコンピュータによって構成される場合、制御手段１３は、所定のプログラムが実行されることにより、撮像手段１２の動作の制御、及び、画像データの取得や送信に纏わる処理を行う。

監視システム１０が例えば配電柱や送電鉄塔へと設置される場合において特に、制御手段１３として小型コンピュータが用いられることが好ましい。

制御手段１３としてコンピュータ／小型コンピュータが用いられる場合において特に、撮像手段１２として、ＵＶＣ（ＵＳＢ Ｖideo Ｃlass の略）に対応したカメラ（「ＵＳＢカメラ」などとも呼ばれる）などのように、制御手段１３に接続可能なカメラが用いられるようにしても良い。

撮像手段１２として、また、例えばＵＶＣに対応したカメラ（ＵＳＢカメラ）などのように、撮像手段１２が接続されている制御手段１３から電力の供給を受けるものが用いられるようにしても良い。

ここで、例えばつる植物と電線との離隔距離の監視、言い換えると、電線周辺のつる植物の生長監視を定点観測する場合には、観測対象であるつる植物の生長のはやさも勘案し、つる植物が生長した際の電線や配電設備などへの到達予想位置の周囲数 ｍ の範囲を撮影領域とし、一日のうち昼間に一回程度の撮影が行われると共に撮影によって取得された静止画像のデータの送信が行われることが想定される。

したがって、撮影頻度に鑑みると、監視装置１１においては殆どの時間が待機時間であり、制御手段１３の待機電力が監視装置１１全体の消費電力の支配要因になると考えられるため、制御手段１３（具体的には例えば、小型コンピュータ）として待機時の消費電力（即ち、待機電力）が少ないものが用いられることが好ましい。

制御手段１３の制御部１３ａは、所定のプログラムに従って制御手段１３全体の制御並びに撮像手段１２の動作の制御及び監視対象物に関する画像データの取得や送信に係る演算を行うものであり、例えばＣＰＵ（中央演算処理装置）を含むものとして構成される。

制御部１３ａは、例えば毎日の定時に撮像手段１２に対して撮影を行う命令を内容とする信号を出力し、撮像手段１２から出力された画像データの取得、及び、当該画像データの送信に係る処理を制御する。

制御手段１３の記録部１３ｂは、撮像手段１２から出力されて制御手段１３へと入力された画像データを保存するためのものであり、具体的には例えばＲＡＭ（Ｒandom Ａccess Ｍemory の略）によって構成される。

制御手段１３の通信部１３ｃは、通信網・通信線へと接続するための通信インターフェースであり、無線通信を行う無線モジュールまたは有線通信を行う有線モジュールを備え、ネットワークへと接続して監視担当者が利用する端末機器（例えば、携帯情報端末，パソコン）との間でデータ通信を行う。

通信部１３ｃが利用するネットワークは、制御手段１３と監視担当者の端末機器との間における信号の送受信に使用される通信網や通信線のことであり（例えば、インターネット，ＷＡＮ，ＬＡＮなど）、有線通信，無線通信，及び有線通信と無線通信とが組み合わされた通信などあらゆる態様のものを含み、信号伝送の方式等は特定の仕組みに限定されるものではなく、また、信号伝送に用いられる機器等も特定の機序に限定されるものではない。

観測のために設置された監視装置１１の設置箇所と監視担当者の端末機器との間の通信方式としては、具体的には例えば、Ｗｉ−Ｆｉと中継サーバーとを使ったデータ通信やＺｉｇＢｅｅを利用したメッシュネットワークによる通信などが用いられ得る。

画像データは、記録部１３ｂから読み出され、通信部１３ｃ及びネットワークを介して監視担当者の端末機器へと電子メールによって送信されるようにしても良い。静止画像を受け取った監視担当者は、例えば、監視対象物とつる植物との離隔距離の確認などの監視対象物の健全性の確認を行う。

なお、撮像手段１２から出力されて制御手段１３へと入力された画像データが、記録部１３ｂへと保存されることなく、そのまま通信部１３ｃによって監視担当者の端末機器へと転送されるようにしても良い。その場合には、制御手段１３が記録部１３ｂを有しないものとして構成されるようにしても良い。

外部電源を利用することなく監視装置１１が自立した状態での長期観測（例えば、一年間の若しくは一年以上の観測）を可能とするための当該監視装置１１の電源として、太陽光パネル１４と蓄電池１５との組み合わせが用いられる。

蓄電池１５としては、具体的には例えば、鉛蓄電池が用いられ得る。

電源コントローラ１６は、太陽光パネル１４及び蓄電池１５が接続すると共に制御手段１３に接続し、太陽光パネル１４が発電して出力する電気，蓄電池１５の充電／放電に係る電気，及び制御手段１３へと供給される電気の流れを制御するものである。

太陽光パネル１４が発電して出力する電気は、電源コントローラ１６へと入力されて当該電源コントローラ１６を経由して、蓄電池１５へと入力されて当該蓄電池１５の充電に使われたり、制御手段１３への給電に使われたりする。

蓄電池１５が出力する（別言すると、放電する）電気が、電源コントローラ１６へと入力されて当該電源コントローラ１６を経由して、制御手段１３への給電に使われる。

また、監視装置１１の構成によっては、必要に応じ（具体的には例えば、撮像手段１２が制御手段１３から電力の供給を受けていない場合）、電源コントローラ１６から撮像手段１２へと直接給電される。

電源コントローラ１６としては、太陽光パネル１４が接続可能であると共に蓄電池１５が接続可能であり、且つ、制御手段１３（また、必要に応じて撮像手段１２）の入力電圧に対応可能であるものが選定される。

〈電源設計装置〉
電源設計装置２１は、監視システム１０の太陽光パネル１４の容量及び蓄電池１５の容量を設計・設定するためのものである。

電源設計装置２１は、演算部２２、及び、プログラムやデータを格納する記憶部２３を有する。電源設計装置２１が備えている演算部２２と記憶部２３とは相互にバス等の信号回線によって接続されている。

電源設計装置２１は、例えばコンピュータが用いられて構成され、所定のプログラムが実行されることによって各種データに基づいて監視装置の電源設計に纏わる計算を行う。

電源設計装置２１の記憶部２３は、少なくともデータやプログラムを記憶可能な装置であり、具体的には例えば、ハードディスク、或いは、ＲＯＭ（Ｒead Ｏnly Ｍemory の略）若しくはＲＡＭ（Ｒandom Ａccess Ｍemory の略）などによって構成される。

電源設計装置２１の演算部２２は、記憶部２３に記憶されている電源設計プログラム２４に従って電源設計装置２１全体の制御並びに監視装置の電源設計に係る演算・計算を行うものであり、例えばＣＰＵ（中央演算処理装置）を含むものとして構成される。

演算部２２は、本発明に係る監視装置の電源設計方法によって監視装置の電源設計に係る計算を行う。

〈監視装置の電源設計方法〉
本実施形態の監視装置の電源設計方法は、撮像手段１２を備える監視装置１１の電源としての蓄電池１５と太陽光パネル１４とについて、蓄電池に関する設計裕度Ｆ_S1，監視装置の一日あたりの消費電力量Ｑ，及び最低全天日射量Ｉを超えない最大連続日数Ｎを用いて以下の数式７
（数式７） Ｃ_Ｂ ＝ Ｆ_S1×Ｑ×Ｎ
によって蓄電池１５の容量Ｃ_Ｂを算出し、また、太陽光パネルに関する設計裕度Ｆ_S2，監視装置の充放電に関する効率Ｅ_Ｓ，一日あたりの日照時間の年間平均Ｔ，最低全天日射量Ｉ，太陽光パネル設置角度の受光効率Ｅ_θ，監視装置の一日あたりの消費電力量Ｑ，及び標準日射強度の逆数Ａを用いて以下の数式８
（数式８） Ｃ_Ｓ ＝ Ｆ_S2×Ｑ／(Ｅ_Ｓ×Ｅ_θ×Ｉ×Ａ×Ｔ)
によって太陽光パネル１４の容量Ｃ_Ｓを算出するようにしている。

定点観測を行う監視装置１１の長期動作には電源の構築／確保が重要である。本発明では、小型でありながらも長期間（例えば、一年間若しくは一年以上）にわたって安定して自立動作する監視装置１１を設計するため、監視装置１１の消費電力と電源となる太陽光パネル１４及び蓄電池１５の容量の組み合わせとのバランスが適切になるように調整される。

さらに、太陽光パネル１４と蓄電池１５とによる監視装置１１の長期間にわたる安定した自立動作を可能にするため、太陽光パネル１４の容量及び蓄電池１５の容量が設置場所の日照条件に適応し得るように調整される。

これらのため、制御手段１３（例えば、小型コンピュータ）及び撮像手段１２（例えば、ＵＳＢカメラ）の消費電力、並びに、太陽光パネル１４及び蓄電池１５の設置条件や設置場所の天候制約などが用いられて、監視装置１１の太陽光パネル１４の容量及び蓄電池１５の容量が設計される。設計方法の具体的な内容を以下に説明する（図２参照）。

本発明に係る監視装置の電源設計方法では、充放電に関する特性ならびに設置場所で日照不足となる最大連続日数などの数値から、太陽光パネル１４の容量及び蓄電池１５の容量が算出される。また、二つの設計裕度を導入し、監視対象の重要度にあわせた、太陽光パネル１４及び蓄電池１５の選定が可能である。

〈ステップ１〉各種パラメータの設定・算出
蓄電池１５の容量及び太陽光パネル１４の容量の算出に用いられるパラメータが設定され、パラメータ毎に、必要に応じ、監視装置１１の構成や設置条件或いは設置場所の天候制約などに応じて具体的な数値が定義（言い換えると、設定）されたり、各パラメータに関連するデータなどが用いられて具体的な数値が算出されたりなどする。

蓄電池１５の容量及び太陽光パネル１４の容量の算出に用いられるパラメータは以下の通りである。なお、（ ）内に、ここでの説明において用いられる変数（符号）を示す。
１）蓄電池に関する設計裕度（Ｆ_S1）
２）太陽光パネルに関する設計裕度（Ｆ_S2）
３）監視装置の充放電に関する効率（Ｅ_Ｓ）
４）一日あたりの日照時間の年間平均（Ｔ）
５）一か月の平均全天日射量の最小値（Ｉ'）
６）最低全天日射量（Ｉ）
７）太陽光パネル設置角度の受光効率（Ｅ_θ）
８）監視装置の一日あたりの消費電力量（Ｑ）
９）最低全天日射量Ｉを超えない最大連続日数（Ｎ）
10）標準日射強度の逆数（Ａ）

上記１）の蓄電池に関する設計裕度Ｆ_S1や上記２）の太陽光パネルに関する設計裕度Ｆ_S2は、特定の値に限定されるものではなく、当該の監視装置１１の監視対象の重要性が考慮されるなどした上で適当な値に適宜設定される。蓄電池に関する設計裕度Ｆ_S1や太陽光パネルに関する設計裕度Ｆ_S2は、具体的には例えば、１．５〜２．５程度の範囲で適当な値に設定され得る。

上記３）の監視装置の充放電に関する効率Ｅ_Ｓは、充放電に関する損失として太陽光パネル１４の温度上昇に伴う発電能力の低下による損失や充放電時の損失などが考慮されるなどした上で、これらの装置の充放電に関係する損失をまとめて一つの変数として扱うものとして設定される。監視装置の充放電に関する効率Ｅ_Ｓは、特定の値に限定されるものではないものの、具体的には例えば、０．７〜０．９程度の範囲で適当な値に設定され得る。

上記４）の一日あたりの日照時間の年間平均Ｔ〔時間〕や上記５）の一か月の平均全天日射量の最小値Ｉ'〔ｋＷｈ／ｍ²〕は、気象データ（具体的には例えば、気象庁が保有している、例えば過去一年間分の、監視装置１１が設置されている地域に関する毎日の日照時間や全天日射量のデータ）が利用されて算出される。全天日射量は、本実施形態では、正午前１時間の全天日射量が使用される。

なお、平均全天日射量の最小値Ｉ'は、一か月の平均値に限定されるものではなく、一週間の平均値でも良く、或いは、その他の期間の平均値でも良い。

上記４）の一日あたりの日照時間の年間平均Ｔに関連し、監視装置１１が設置されている場所によっては周辺の樹木や建物などの影によって太陽光パネル１４が遮られる時間帯があることが考えられる。この場合には、当該の監視装置１１が設置されている場所に関する局所的な要因として、一日あたりの日影時間（例えば、日毎，一週間平均，又は一か月平均など）が考慮されるようにしても良い。具体的には例えば、太陽光パネル１４が日影になる時間がＴ_Ｓ〔時間〕であると見積もられる場合には、気象データから算出された一日あたりの日照時間の年間平均の値からＴ_Ｓを引いた値が、一日あたりの日照時間の年間平均Ｔの値として用いられることが考えられる。

上記６）の最低全天日射量Ｉ〔ｋＷｈ／ｍ²〕は、例えば過去一年間分の毎日の正午前１時間の全天日射量の一か月の平均の最小値Ｉ'を超えない全天日射量の値に設定される。このように設定された最低全天日射量Ｉは、少なくとも一日分の電源（別言すると、監視装置の消費電力量）を確保することを可能にする最低の日射量として位置づけられる。

上記７）の太陽光パネル設置角度の受光効率Ｅ_θは、太陽光パネル１４の設置のされ方に起因するパラメータであり、太陽光パネルの設置角度（即ち、水平面に対する太陽光パネル面の傾斜角度であり、水平面と太陽光パネル面とがなす角度のことである）をθとすると以下の数式９によって算出される。
（数式９） Ｅ_θ ＝ ｃｏｓ｜３０−θ｜

数式９に関係する太陽光パネル設置角度θ〔°〕は、具体的には例えば、監視装置１１が配電柱に設置されて太陽光パネル１４が配電柱の側周面に沿うように設置される場合では、θ＝９０°に設定され得る。

上記８）の監視装置の一日あたりの消費電力量Ｑ〔Ｗｈ／日〕は、監視装置１１として用いられる機器（即ち、撮像手段１２，制御手段１３（通信部１３ｃとして必要とされる通信モジュールを含む））並びに電源コントローラ１６が実際に稼働している状態で計測される実測値に基づいて設定される。

具体的には、待機時間分（例えば、略２４時間）の待機電力，撮影回数分（例えば、一回分）の撮影関連動作時の消費電力，及び送信回数分（例えば、一回分）の画像データ送信関連動作時の消費電力が実測される。

上記９）の最低全天日射量Ｉを超えない最大連続日数Ｎ〔日〕は、上記によって設定された最低全天日射量Ｉと気象データ（具体的には例えば、気象庁が保有している、例えば過去一年間分の、監視装置１１が設置されている地域に関する毎日の全天日射量のデータのうちの正午前１時間の全天日射量のデータ）が用いられて、最低全天日射量Ｉを越えない最大連続日数が求められて設定される。

上記10）の標準日射強度の逆数Ａは、定数であり、具体的には例えば、標準日射強度が１〔ｋＷｈ／ｍ²〕であるとして１〔ｍ²／ｋＷｈ〕に設定され得る。

上記１）乃至10）の各パラメータは、一定期間毎に見直される（即ち、あらためて算出されたり定義されたりする）ようにしても良い。

〈ステップ２〉蓄電池容量の算出
ステップ１で求めた、監視装置の一日あたりの消費電力量Ｑと最低全天日射量Ｉを超えない最大連続日数Ｎとから、蓄電池の容量がＱ×Ｎだけあれば、太陽光による発電がない場合でもＮ日の動作が可能である。

このとき、日射量が最低全天日射量Ｉ以上であれば、一日分以上の電力を発電できることが前提になる。

しかしながら、最低全天日射量Ｉを超えない最大連続日数Ｎに相当する期間の最初の日が必ずしも蓄電池１５の満充電日になるとは限らない。このため、蓄電池に関する設計裕度Ｆ_S1も考慮した以下の数式１０によって蓄電池１５の容量Ｃ_Ｂが算出される。
（数式１０） Ｃ_Ｂ ＝ Ｆ_S1×Ｑ×Ｎ

〈ステップ３〉太陽光パネル容量の算出
上述のステップ２で使用された前提である、最低全天日射量Ｉ以上の日において一日分以上の電力を発電する条件を満たすように太陽光パネル１４の容量が定義（別言すると、設定）される。

つまり、最低全天日射量Ｉ以上の日において一日あたりの日照時間の年間平均Ｔの日照があるとき、監視装置の一日あたりの消費電力量Ｑを賄えるような太陽光パネル１４の容量が計算される。

発電出力Ｘの太陽光パネル１４で発電を行う場合、最低全天日射量Ｉ且つ平均日射時間Ｔの日射下では、「Ｘ×Ｅ_Ｓ×Ｅ_θ×Ｉ×Ａ×Ｔ」の電力が発電される。よって、監視装置の一日あたりの消費電力量Ｑを賄えるような太陽光パネル１４の容量は「Ｑ／(Ｅ_Ｓ×Ｅ_θ×Ｉ×Ａ×Ｔ)」となる。

そして、太陽光パネルに関する設計裕度Ｆ_S2も考慮した以下の数式１１によって太陽光パネル１４の容量Ｃ_Ｓが算出される。
（数式１１） Ｃ_Ｓ ＝ Ｆ_S2×Ｑ／(Ｅ_Ｓ×Ｅ_θ×Ｉ×Ａ×Ｔ)

図１に示す構成の場合には、上述の１）乃至10）の各パラメータを算出したり定義したりするために必要な種々のデータ等が、例えば、データ等の種別毎のデータファイルとして電源設計装置２１の記憶部２３に記録・保存される（図１において符号２５Ａ，２５Ｂ，…(必要に応じて適宜)）。

そして、演算部２２により、算出するパラメータのそれぞれに応じて算出に必要とされる所定のデータファイル２５Ａ，２５Ｂ，…（のうちのいずれか）が記憶部２３から適宜読み込まれ、各種データに基づいて各パラメータが算出される。

算出されたパラメータは、記憶部２３に記憶／保存される。

また、監視担当者によって特定されたり定義されたりする必要があるパラメータは、電源設計プログラム２４内に予め規定されたり、電源の設計の処理における適当な段階で監視担当者によって入力されたり（その上で更に、入力された値が記憶部２３に記憶／保存されたり）するようにしても良い。

その上で、演算部２２により、算出する項目である蓄電池１５の容量Ｃ_Ｂと太陽光パネル１４の容量Ｃ_Ｓとのそれぞれに応じて算出に必要とされる所定のパラメータが記憶部２３から適宜読み込まれ、数式１０によって蓄電池１５の容量Ｃ_Ｂが算出され、また、数式１１によって太陽光パネル１４の容量Ｃ_Ｓが算出される。

そして、電源設計装置２１によって算出された容量Ｃ_Ｂの蓄電池１５及び容量Ｃ_Ｓの太陽光パネル１４を有するものとして監視システム１０が設計され構成される。

以上のように構成された監視装置の電源設計方法によれば、監視装置１１に要求される条件に的確に適合した太陽光パネル１４の容量Ｃ_Ｓ及び蓄電池１５の容量Ｃ_Ｂが算出されるので、外部電源を用いることなく長期間にわたって監視装置１１を自立的に稼働させ且つ監視装置１１の電源として無駄の無い太陽光パネル１４の容量Ｃ_Ｓ及び蓄電池１５の容量Ｃ_Ｂを設定することができる。このため、監視装置１１の小型化と非外部電源による安定した長期自立動作とを適切なバランスの下で両立させることが可能になる。

また、以上のように構成された監視システム１０によれば、監視装置１１に要求される条件に的確に適合した容量Ｃ_Ｓ，Ｃ_Ｂに設定された太陽光パネル１４及び蓄電池１５を有するので、外部電源を用いることなく長期間にわたって監視装置１１が自立的に稼働し且つ無駄無く設定された監視装置１１を有するものとしてシステムを構成することができる。このため、小型でありながらも自立し且つ安定して長期動作することが可能になる。

なお、上述の実施形態は本発明を実施する際の好適な形態の一例ではあるものの本発明の実施の形態が上述のものに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において本発明は種々変形実施可能である。

例えば、上述の実施形態ではつる植物と電線との離隔距離の監視、言い換えると、電線周辺のつる植物の生長監視を定点観測する場合を例として挙げたが、本発明の適用対象はつる植物の生長の監視に限定されるものではなく、他の植物の生長の監視に用いられるようにしても良く、また、動物の生態の観測に用いられるようにしても良い。したがって、上述の実施形態では監視装置１１や太陽光パネル１４が配電柱や送電鉄塔に設置される場合を例として挙げたが、監視装置１１や太陽光パネル１４の設置場所は配電柱や送電鉄塔には限定されない。

また、上述の実施形態ではつる植物と電線との離隔距離の監視、言い換えると、電線周辺のつる植物の生長監視を定点観測する場合として監視対象物が電線である場合を例として挙げたが、本発明における監視対象物は電線に限定されるものではなく、配電線や送電線或いは配電柱や送電鉄塔に設けられる種々の送配電設備などが本発明の監視対象物になり得る。さらに言えば、本発明は、送配電設備に限らず種々の設備や建造物などの状態の監視に用いられるようにしても良い。この点からも、上述の通り、監視装置１１や太陽光パネル１４の設置場所は配電柱や送電鉄塔には限定されない。

また、上述の実施形態ではつる植物と電線との離隔距離の監視、言い換えると、電線周辺のつる植物の生長監視を定点観測する場合として一日のうち昼間に一回程度の撮影が行われる場合を例として挙げたが、例えば静止画像による定点観測を行う場合には、一日における撮影回数としては上述の実施形態のような一回の他にも二回程度や三回程度も想定され得る。さらに言えば、本発明における撮影回数は特定の回数に限定されるものではなく、四回以上であっても構わない。

また、上述の実施形態では監視システム１０の制御手段１３が通信部１３ｃを有するものとして構成されるようにしているが、制御手段１３が通信部１３ｃを有しないものとして構成されるようにしても良い。この場合には例えば撮像手段１２から出力されて制御手段１３へと入力された画像データは記録部１３ｂに保存され、当該記録部１３ｂに保存された画像データが一定期間毎に監視担当者によって回収・収集されるようにしても良い。

また、監視システム１０が、撮像手段１２によって取得される画像データを用いて例えば監視対象物に関係する状況を分析したり監視対象物に纏わる寸法や距離を算定したりする画像処理装置を更に備えるようにしても良い。

また、上述の実施形態では監視装置１１が観測機器として撮像手段１２を備えるようにしているが、監視装置が備える観測機器は撮像手段に限定されるものではなく、監視装置が他の観測機器（尚、種々のセンサを含む）を備える構成であっても本発明は適用され得る。本発明における監視装置が備え得る観測機器としては、具体的には例えば、電圧計，照度計，加速度計，振動計，或いは温度／湿度／気圧計などが挙げられる。なお、監視装置が観測機器として撮像手段以外の機器／センサを備える場合には、上述の実施形態の説明における「撮影回数」は、観測機器やセンサの種類に応じた「計測回数」，「検出回数」，或いは「観測回数」などになる。

例えば、監視装置が観測機器として電圧計や照度計を備えるようにした場合には、そのような監視装置が太陽光発電設備に付属するものとして設置されることにより、太陽光発電設備の発電量／発電効率や発電量予測に関係する状況の把握を行う監視装置として利用され得る。

監視装置が観測機器として加速度計を備えるようにした場合には、そのような監視装置が鉄塔や電柱へと設置されることにより、鉄塔や電柱の寿命推定の基礎データとしての鉄塔や電柱の傾きの変化の検知や災害時の被害状況の把握を行う監視装置として利用され得る。

また、上述の実施形態では監視装置１１の電源の一部を構成する発電機器として太陽光パネル１４を有するようにしているが、本発明において電源の一部を構成する機序としての発電機器は太陽光パネルに限定されるものではなく、他の発電機器を備える構成であっても本発明は適用され得る。本発明における発電機器としては、具体的には例えば、風力発電を行う風車などが挙げられる。

また、上述の実施形態では蓄電池１５の容量Ｃ_Ｂが数式１０によって算出され、また、太陽光パネル１４の容量Ｃ_Ｓが数式１１によって算出されるようにしているが、蓄電池１５の容量Ｃ_Ｂや太陽光パネル１４の容量Ｃ_Ｓ（更に言えば、本発明において電源の一部を構成する機序としての発電機器が発電する電力）の計算方法は数式１０や数式１１には限定されない。すなわち、本発明の要点は、監視装置の一日あたりの消費電力量と少なくとも一日分の前記消費電力量を確保することを可能にする条件及び当該条件が達成されない状況とのバランスを的確に調整することにあり、具体的には、監視装置の一日あたりの消費電力量及び少なくとも一日分の前記消費電力量を確保することを可能にする条件を考慮して発電機器が発電する電力を算出し、また、監視装置の一日あたりの消費電力量及び前記条件が達成されない最大連続日数を考慮して蓄電池の容量を算出することにより、監視装置に要求される条件に的確に適合した発電機器が発電する電力及び蓄電池の容量を算出することにある。

なお、例えば、電源の一部を構成する発電機器として風車を有するようにした場合には、監視装置の少なくとも一日分の消費電力量を確保することを可能にする条件は、特に風況に関係する気象データが利用されて設定されたり算出されたりする。

１０ 監視システム
１１ 監視装置
１２ 撮像手段
１３ 制御手段
１３ａ 制御部
１３ｂ 記録部
１３ｃ 通信部
１４ 太陽光パネル
１５ 蓄電池
１６ 電源コントローラ
２１ 電源設計装置
２２ 演算部
２３ 記憶部
２４ 電源設計プログラム
Ｃ_Ｂ 蓄電池の容量
Ｃ_Ｓ 太陽光パネルの容量

Claims (6)

1. 撮像手段を備える監視装置の電源としての蓄電池と太陽光パネルとについて、前記蓄電池に関する設計裕度Ｆ_S1，前記監視装置の一日あたりの消費電力量Ｑ，及び最低全天日射量Ｉを超えない最大連続日数Ｎを用いて以下の数式１
   （数式１） Ｃ_Ｂ ＝ Ｆ_S1×Ｑ×Ｎ
   によって前記蓄電池の容量Ｃ_Ｂを算出し、また、前記太陽光パネルに関する設計裕度Ｆ_S2，前記監視装置の充放電に関する効率Ｅ_Ｓ，一日あたりの日照時間の年間平均Ｔ，最低全天日射量Ｉ，前記太陽光パネル設置角度の受光効率Ｅ_θ，前記監視装置の一日あたりの消費電力量Ｑ，及び標準日射強度の逆数Ａを用いて以下の数式２
   （数式２） Ｃ_Ｓ ＝ Ｆ_S2×Ｑ／(Ｅ_Ｓ×Ｅ_θ×Ｉ×Ａ×Ｔ)
   によって前記太陽光パネルの容量Ｃ_Ｓを算出することを特徴とする監視装置の電源設計方法。
2. 前記撮像手段が一日に一回，二回，または三回の静止画像の撮影を行うことを特徴とする請求項１記載の監視装置の電源設計方法。
3. 前記監視装置及び前記太陽光パネルが配電柱若しくは送電鉄塔に設置され、前記撮像手段がつる植物と配電線若しくは送電線との離隔距離の状況を撮影することを特徴とする請求項１記載の監視装置の電源設計方法。
4. 撮像手段を備える監視装置と当該監視装置の電源としての蓄電池及び太陽光パネルとを有し、前記蓄電池の容量Ｃ_Ｂが、前記蓄電池に関する設計裕度Ｆ_S1，前記監視装置の一日あたりの消費電力量Ｑ，及び最低全天日射量Ｉを超えない最大連続日数Ｎを用いて以下の数式３
   （数式３） Ｃ_Ｂ ＝ Ｆ_S1×Ｑ×Ｎ
   によって算出されたものであり、また、前記太陽光パネルの容量Ｃ_Ｓが、前記太陽光パネルに関する設計裕度Ｆ_S2，前記監視装置の充放電に関する効率Ｅ_Ｓ，一日あたりの日照時間の年間平均Ｔ，最低全天日射量Ｉ，前記太陽光パネル設置角度の受光効率Ｅ_θ，前記監視装置の一日あたりの消費電力量Ｑ，及び標準日射強度の逆数Ａを用いて以下の数式４
   （数式４） Ｃ_Ｓ ＝ Ｆ_S2×Ｑ／(Ｅ_Ｓ×Ｅ_θ×Ｉ×Ａ×Ｔ)
   によって算出されたものであることを特徴とする監視システム。
5. 前記撮像手段が一日に一回，二回，または三回の静止画像の撮影を行うことを特徴とする請求項４記載の監視システム。
6. 前記監視装置及び前記太陽光パネルが配電柱若しくは送電鉄塔に設置され、前記撮像手段がつる植物と配電線若しくは送電線との離隔距離の状況を撮影することを特徴とする請求項４記載の監視システム。

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