JP7015173B2

JP7015173B2 - センサシステム

Info

Publication number: JP7015173B2
Application number: JP2018001238A
Authority: JP
Inventors: 秋平高村; 泰二小関; 正文水沼; 顕夫岩上; 順一丹羽
Original assignee: Nippon Signal Co Ltd
Current assignee: Nippon Signal Co Ltd
Priority date: 2018-01-09
Filing date: 2018-01-09
Publication date: 2022-02-15
Anticipated expiration: 2038-01-09
Also published as: JP2019121223A

Description

本発明は、センサで検知した情報を無線送信する技術に関する。

インフラ設備の保守作業の多くは、目視等のために作業員が現場へ出向く必要がある。例えば、電気鉄道の架線に電力を供給するための電力線であるき電線の接続部（き電線圧縮接続部）は、劣化が進むにつれて腐食や接触不良により抵抗値が増大し、電力供給時の温度が上昇する。その性質を利用して、き電線圧縮接続部に貼り付けられたサーモラベルの色の変化を作業員が目視することが行われている。このように、インフラ設備の保守のために作業員が現場へ出向く必要があると、保守作業の効率化が難しい。

インフラ設備の保守に関する技術を開示する特許文献として、例えば特許文献１がある。特許文献１には、センサで計測したき電線の接続部の状態を示すデータを無線タグから、鉄道車両に搭載されたリーダに送信する技術が記載されている。

特開２０１７－４９８９４号公報

インフラ設備の状態を検知するセンサが、電力供給の困難な場所に設置される場合がある。その場合、センサで検知したインフラ設備の状態を示す情報（以下、本願において「インフラ設備情報」という）は電池による電力により無線送信される。電池交換の手間を低減するためには、インフラ設備情報の送信に要する電力を節減することが必要である。

上記の背景に鑑み、本発明は、インフラ設備情報の無線通信に要する電力を節減する手段を提供することを目的とする。

上述した課題を解決するために、本発明は、温度センサにより検知したインフラ設備情
報を移動体に無線送信するセンサシステムであって、前記温度センサにより電車に電力を供給するき電線の温度を計測することにより移動体の接近を検出し、移動体の接近の検出に応じて前記インフラ設備情報を無線送信するセンサシステムを第１の態様として提供する。

第１の態様のセンサシステムによれば、移動体が接近するまではインフラ設備情報の無駄な無線通信が行われず、電力消費が節減される。

第１の態様のセンサシステムにおいて、前記温度センサによる移動体の接近の検出に応じて、前記インフラ情報を無線送信する通信モジュールへの電力供給を開始する、という構成が第２の態様として採用されてもよい。

第２の態様のセンサシステムによれば、移動体が接近するまでは通信モジュールが無駄に電力を消費せず、電力消費が節減される。

第２の態様のセンサシステムにおいて、前記温度センサにより移動体の通過を検出し、移動体の通過の検出に応じて前記通信モジュールへの電力供給を終了する、という構成が第３の態様として採用されてもよい。

第３の態様のセンサシステムによれば、移動体が通過した後は通信モジュールが無駄に電力を消費せず、電力消費が節減される。

本発明は、検知センサにより検知したインフラ設備情報を移動体に無線送信するセンサシステムであって、電車に電力を供給するき電線の温度を計測する温度センサである接近センサにより移動体の接近を検出し、移動体の接近の検出に応じて前記インフラ設備情報を無線送信するセンサシステムを第４の態様として提供する。

第４の態様のセンサシステムによれば、温度センサにより移動体の接近が検知される。

第４の態様のセンサシステムにおいて、前記温度センサは前記き電線の接続部の温度を計測し、前記検知センサは前記温度センサである、という構成が第５の態様として採用されてもよい。

第５の態様のセンサシステムは、温度センサが接近センサと検知センサを兼ねるため、検知センサと異なる接近センサを用いる場合と比較し単純な構成で実現される。

一実施形態に係るセンサシステムを採用した無線通信システムの全体構成を示した図。一実施形態に係るセンサシステムのハードウェア構成を模式的に示した図。一実施形態に係るセンサシステムがき電線圧縮接続部に取り付けられた状態を示した図。一実施形態に係るセンサシステムの機能的構成を示したブロック図。一実施形態に係るセンサシステムが行う処理のフローを示した図。変形例に係るセンサシステムの機能的構成を示したブロック図。

［実施形態］
以下に本発明の一実施形態に係るセンサシステム１１を説明する。図１は、センサシステム１１を採用した無線通信システム１の全体構成を模式的に示した図である。無線通信システム１は、１又は複数のセンサシステム１１と、車上ユニット１２とを備える。センサシステム１１は、複数のき電線２を相互に接続するき電線圧縮接続部３の各々に取り付けられており、き電線圧縮接続部３の温度を検知する。車上ユニット１２は、線路４の上を走行する列車５（移動体の一例）に搭載されている。

センサシステム１１により検知された温度を示すデータ（インフラ設備情報の一例、以下、「検知データ」という）を鉄道管理会社の作業員が利用するためには、作業員の利用する端末装置からアクセス可能なサーバ装置等に検知データを送信する必要がある。しかしながら、センサシステム１１が設置されている地域において、必ずしも移動体通信ネットワーク等の広域ネットワークへの接続が可能とは限らない。

そのため、無線通信システム１においては、列車５がセンサシステム１１に接近した際に、センサシステム１１が車上ユニット１２に検知データを無線送信する。センサシステム１１と車上ユニット１２との無線通信に適した通信規格としては、例えばＬｏＲａＷＡＮ等のＬＰＷＡ（ＬｏｗＰｏｗｅｒＷｉｄｅＡｒｅａ）ネットワーク規格があるが、これに限られない。

き電線２は、線路４に沿って設けられた支柱の間に張られており、変電所から供給される電力をトロリ線に給電するための電線である。列車５は電動であり、パンタグラフを介してトロリ線から給電を受ける。

図２は、センサシステム１１のハードウェア構成を模式的に示した図である。センサシステム１１は、プロセッサ１１１、メモリ１１２、温度センサ１１３、通信モジュール１１４、アンテナ１１５、電池１１６、レギュレータ１１７を備える。

プロセッサ１１１は、メモリ１１２に記憶されたプログラムに従うデータ処理を行うことによって、センサシステム１１の各部の動作を制御する。メモリ１１２はプロセッサ１１１により実行されるプログラム、プロセッサ１１１により生成されるデータ、温度センサ１１３により検知された温度を示す検知データ等を記憶する。

温度センサ１１３はき電線圧縮接続部３の温度を検知し、検知した温度を示す検知データを出力する。通信モジュール１１４はアンテナ１１５を介して車上ユニット１２と無線通信を行う。

レギュレータ１１７は、電池１１６から供給される電力の電圧及び電流を安定化する。レギュレータ１１７により電圧及び電流が安定した電力はプロセッサ１１１、メモリ１１２、温度センサ１１３、通信モジュール１１４に供給される。

センサシステム１１の構成部のうち電力消費量が最も多いのは通信モジュール１１４である。従って、電池１１６の寿命を長くするために、プロセッサ１１１の制御下で、レギュレータ１１７は検知データを車上ユニット１２に送信可能な期間を除き、通信モジュール１１４に電力供給を行わない。

図３は、き電線圧縮接続部３にセンサシステム１１が取り付けられた状態を示した図である。き電線圧縮接続部３は図３において左方向に伸びるき電線２と、右方向に伸びるき電線２を互いに接続している。

図３に例示のセンサシステム１１は、センサシステム１１の温度センサ１１３以外の構成部をユニット化した制御ユニット１０１と、制御ユニット１０１の外側に配置され制御ユニット１０１とケーブル１０２により接続された２個の温度センサ１１３で構成される。ケーブル１０２は温度センサ１１３に対し電力を供給する電力線と、温度センサ１１３から検知データを制御ユニット１０１に送信する通信線の役割を果たす。

制御ユニット１０１と２個の温度センサ１１３は、固定金具１０３によってき電線圧縮接続部３に固定されている。

図４は、センサシステム１１の機能的構成を示したブロック図である。ただし、図４において、アンテナ１１５、電池１１６は図示を省略している。プロセッサ１１１は、プログラムを実行することにより、取得部１１１１、検出部１１１３、制御部１１１４として機能する。また、メモリ１１２は、プロセッサ１１１の制御下で、記憶部１１１２として機能する。

取得部１１１１は、温度センサ１１３から検知データを取得する。検知データはインフラ設備の状態に関する情報であるインフラ設備情報の一例である。本実施形態において、検知データはき電線圧縮接続部３の温度によってき電線圧縮接続部３の劣化の程度を示す。記憶部１１１２は、取得部１１１１により継続的に取得される検知データを順次、記憶する。

検出部１１１３は、記憶部１１１２に記憶されている時系列で並んだ検知データが示すき電線圧縮接続部３の温度の変化量に基づいて、列車５の接近と通過を検出する。

列車５がセンサシステム１１に接近すると、列車５に対する電力の供給が行われ、電力の供給に伴いき電線圧縮接続部３の温度が上昇する。従って、検出部１１１３は、所定時間当たりのき電線圧縮接続部３の温度の上昇量が所定の閾値以上となった場合、列車５が接近していると判定する。

また、列車５がセンサシステム１１を通過すると、列車５に対する電力の供給が行われなくなり、電力の供給に伴い上昇していたき電線圧縮接続部３の温度が下降する。従って、検出部１１１３は、所定時間当たりのき電線圧縮接続部３の温度の下降量が所定の閾値以下となった場合、列車５が通過したと判定する。検出部１１１３は、列車５の接近又は通過を検出すると、その旨を制御部１１１４に通知する。

このように、本実施形態における温度センサ１１３は、インフラ設備情報であるき電線圧縮接続部３の劣化の程度を示す検知データを生成する検知センサとしての役割と、列車５の接近及び通過を示すデータを生成する接近センサとしての役割を果たす。

制御部１１１４は、検出部１１１３から列車５の接近を検出した旨の通知を受けた場合、レギュレータ１１７に対し通信モジュール１１４への電力供給を指示した後、通信モジュール１１４にメモリ１１２に記憶されている未送信の検知データの送信を指示する。通信モジュール１１４は、レギュレータ１１７からの電力供給により動作を開始し、制御部１１１４の指示に従いメモリ１１２から検知データを読み出して、読み出した検知データを無線送信する。

また、制御部１１１４は、検出部１１１３から列車５の通過を検出した旨の通知を受けた場合、レギュレータ１１７に対し通信モジュール１１４への電力供給の終了を指示する。レギュレータ１１７からの電力供給が終了された通信モジュール１１４は、次の列車５の接近まで何も行わない。

図５は、センサシステム１１が行う処理のフローを示した図である。図５のフローに従う処理は、例えば所定時間の経過毎に行われる。

まず、検出部１１１３は、メモリ１１２から直近の所定時間長の期間内の検知データを読み出す（ステップＳ１０１）。続いて、検出部１１１３は、接近検出フラグが列車５の接近を検出している状態を示す「１」であるか否かを判定する（ステップＳ１０２）。なお、センサシステム１１が起動した直後は、接近検出フラグには列車５の接近を検出していない状態を示す「０」が設定される。

ステップＳ１０２において、接近検出フラグが「０」である場合（ステップＳ１０２；Ｎｏ）、検出部１１１３はステップＳ１０１において読み出した検知データが示すき電線圧縮接続部３の温度の単位時間当たりの上昇量が、温度上昇に関する所定の閾値以上であるか否かを判定する（ステップＳ２０１）。

ステップＳ２０１において、き電線圧縮接続部３の温度の単位時間当たりの上昇量が、温度上昇に関する所定の閾値未満である場合（ステップＳ２０１；Ｎｏ）、センサシステム１１は図５のフローに従う処理を終了する。

ステップＳ２０１において、き電線圧縮接続部３の温度の単位時間当たりの上昇量が、温度上昇に関する所定の閾値以上である場合（ステップＳ２０１；Ｙｅｓ）、制御部１１１４は列車５が接近していると判定し、接近検出フラグに「１」を設定する（ステップＳ２０２）。その後、制御部１１１４は通信モジュール１１４への電力供給の開始をレギュレータ１１７に指示する。レギュレータ１１７は、制御部１１１４の指示に従い、通信モジュール１１４への電力供給を開始する（ステップＳ２０３）。

ステップＳ２０３に続いて、制御部１１１４は通信モジュール１１４に対し、メモリ１１２に記憶されている全ての検知データの送信を指示する。通信モジュール１１４は制御部１１１４の指示に従い、メモリ１１２に記憶されている全ての検知データを読み出し、それらの検知データを車上ユニット１２に送信する（ステップＳ２０４）。通信モジュール１１４は検知データの送信を完了した場合、その旨を制御部１１１４に通知する。

続いて、制御部１１１４はステップＳ２０４における検知データの送信が成功したか否かを判定する（ステップＳ２０５）。検知データの送信が失敗した場合（ステップＳ２０５；Ｎｏ）、センサシステム１１は図５のフローに従う処理を終了する。

検知データの送信が成功した場合（ステップＳ２０５；Ｙｅｓ）、制御部１１１４は、送信済みの検知データをメモリ１１２から削除する（ステップＳ２０６）。その後、センサシステム１１は図５のフローに従う処理を終了する。

ステップＳ１０２において、接近検出フラグが「１」である場合（ステップＳ１０２；Ｙｅｓ）、検出部１１１３はステップＳ１０１において読み出した検知データが示すき電線圧縮接続部３の温度の単位時間当たりの下降量が、温度下降に関する所定の閾値以上であるか否かを判定する（ステップＳ３０１）。

ステップＳ３０１において、き電線圧縮接続部３の温度の単位時間当たりの下降量が、温度下降に関する所定の閾値未満である場合（ステップＳ３０１；Ｎｏ）、センサシステム１１は図５のフローに従う処理を終了する。

ステップＳ３０１において、き電線圧縮接続部３の温度の単位時間当たりの下降量が、温度下降に関する所定の閾値以上である場合（ステップＳ３０１；Ｙｅｓ）、制御部１１１４は列車５が通過したと判定し、接近検出フラグに「０」を設定する（ステップＳ３０２）。その後、制御部１１１４は通信モジュール１１４への電力供給の終了をレギュレータ１１７に指示する。レギュレータ１１７は、制御部１１１４の指示に従い、通信モジュール１１４への電力供給を終了する（ステップＳ３０３）。その後、センサシステム１１は図５のフローに従う処理を終了する。

センサシステム１１は、図５のフローに従う処理を例えば所定時間の経過毎に繰り返すことによって、列車５の接近を検出した後、列車５の通過を検出するまでの期間にのみ通信モジュール１１４への電力供給を行い、その他の期間には通信モジュール１１４への電力供給を行わない。その結果、通信モジュール１１４が車上ユニット１２と通信不可能な期間において、通信モジュール１１４による無駄な電力消費が防止される。

なお、センサシステム１１から送信された検知データを受信した車上ユニット１２は、列車５により搬送され、例えば駅において作業員により回収される。その後、作業員により検知データに基づくき電線圧縮接続部３の劣化の程度の判断が行われる。例えば、列車５が近傍を走行中のき電線圧縮接続部３の温度の最高値が所定の閾値以上であれば、作業員はそのき電線圧縮接続部３の劣化の程度が交換を要する程度であると判断する。
［変形例］

上述した無線通信システム１は本発明の一実施形態であり、本発明の技術的思想の範囲内で様々に変形することができる。以下にそれらの変形の例を示す。なお、上述した実施形態及び以下に示す変形例の２以上が適宜組み合わされてもよい。

（１）上述したセンサシステム１１において、列車５の接近及び通過の検出は、温度センサ１１３により検知されたき電線圧縮接続部３の温度を示す検知データに基づき行われる。これに代えて、又は加えて、き電線圧縮接続部３の温度以外の物理量を示す検知データに基づき、列車５の接近及び通過の検出が行われてもよい。

図６は、この変形例の一例に係るセンサシステム２１の機能的構成を示したブロック図である。図６において、センサシステム１１が備える構成部と共通の構成部には、図４で用いた符号を付している。センサシステム２１は、列車５の接近及び通過の検出を行うための接近センサとして、センサシステム１１が備える温度センサ１１３に代えて、磁気センサ２１１を備える。磁気センサ２１１はき電線圧縮接続部３又はき電線２に取り付けられる。

なお、センサシステム２１は温度センサ１１３を備えるが、この温度センサ１１３は列車５の接近及び通過の検出を行うための接近センサとしての役割は果たさず、インフラ設備（この場合、き電線圧縮接続部３）の状態を示すインフラ設備情報を検知するための検知センサとしての役割のみを果たす。

磁気センサ２１１は、ホール素子を有し、ホール素子により磁束密度に応じた振幅の信号を出力する。列車５が接近して、き電線２から列車５に給電が行われると、き電線２に流れる電流が増大し、磁束密度も増大する。また、列車５が通過して、き電線２から列車５に対する給電が終了すると、き電線２に流れる電流が減少し、磁束密度も減少する。

磁気センサ２１１により継続的に検知される磁束密度を示すデータ（以下、「磁束密度データ」という）は、取得部１１１１により順次取得され、記憶部１１１２に記憶される。制御部１１１４は、記憶部１１１２に記憶されている磁束密度データが示す磁束密度の単位時間当たりの上昇量に基づき列車５の接近を検出する。また、制御部１１１４は、記憶部１１１２に記憶されている磁束密度データが示す磁束密度の単位時間当たりの下降量に基づき列車５の通過を検出する。

センサシステム２１においては、上述のように接近センサとして磁気センサ２１１が用いられる。接近センサとしては、センサシステム１１において採用されている温度センサ、センサシステム２１において採用されている磁気センサの他に、列車５の接近に伴い増大する音を検知する音響マイク、列車５の接近に伴い増大する線路４の振動を検知する振動センサ、所定の位置を列車５が通過する際に列車５により光が遮られたことを検知する光センサ等が採用されてもよい。

（２）上述のセンサシステム１１における観察対象のインフラ設備はき電線圧縮接続部３であるものとしたが、他の様々なインフラ設備が観察対象として選択されてよい。また、インフラ設備情報は温度を示す情報に限られず、観察対象のインフラ設備の状態を示す情報であれば、湿度、音、振動、歪み量等の様々な情報がインフラ設備情報として選択されてよい。

（３）上述のセンサシステム１１においては、車上ユニット１２を搬送する移動体は列車５であるものとしたが、自動車や飛行体（例えば、ドローン）、船舶等の列車以外の種類の移動体により車上ユニット１２が搬送されてもよい。ただし、移動体の種類に応じて、接近センサの種類は適宜選択される必要がある。

（４）上述のセンサシステム１１は、き電線圧縮接続部３の温度の変化量を閾値と比較することにより、列車５の接近と通過の検出を行う。計測した物理量の変化量に代えて、計測した物理量の絶対値に基づき、列車の接近と通過の検出が行われてもよい。

１…無線通信システム、２…き電線、３…き電線圧縮接続部、４…線路、５…列車、１１…センサシステム、１２…車上ユニット、２１…センサシステム、１０１…制御ユニット、１０２…ケーブル、１０３…固定金具、１１１…プロセッサ、１１２…メモリ、１１３…温度センサ、１１４…通信モジュール、１１５…アンテナ、１１６…電池、１１７…レギュレータ、２１１…磁気センサ、１１１１…取得部、１１１２…記憶部、１１１３…検出部、１１１４…制御部

Claims

温度センサにより検知したインフラ設備情報を移動体に無線送信するセンサシステムであって、前記温度センサにより電車に電力を供給するき電線の温度を計測することにより移動体の接近を検出し、移動体の接近の検出に応じて前記インフラ設備情報を無線送信するセンサシステム。
前記温度センサによる移動体の接近の検出に応じて、前記インフラ設備情報を無線送信する通信モジュールへの電力供給を開始する
請求項１に記載のセンサシステム。
前記温度センサにより移動体の通過を検出し、移動体の通過の検出に応じて前記通信モジュールへの電力供給を終了する
請求項２に記載のセンサシステム。
検知センサにより検知したインフラ設備情報を移動体に無線送信するセンサシステムであって、電車に電力を供給するき電線の温度を計測する温度センサである接近センサにより移動体の接近を検出し、移動体の接近の検出に応じて前記インフラ設備情報を無線送信するセンサシステム。
前記温度センサは前記き電線の接続部の温度を計測し、前記検知センサは前記温度センサである
請求項４に記載のセンサシステム。