WO2016024352A1 - センサモジュールおよびマンホール情報収集処理システム - Google Patents

センサモジュールおよびマンホール情報収集処理システム Download PDF

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WO2016024352A1
WO2016024352A1 PCT/JP2014/071411 JP2014071411W WO2016024352A1 WO 2016024352 A1 WO2016024352 A1 WO 2016024352A1 JP 2014071411 W JP2014071411 W JP 2014071411W WO 2016024352 A1 WO2016024352 A1 WO 2016024352A1
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WO
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manhole
sensor
sensor module
unit
manhole cover
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PCT/JP2014/071411
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English (en)
French (fr)
Inventor
栗原　和明
悟覚 ▲高▼馬
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富士通株式会社
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Publication date
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    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D11/00—Component parts of measuring arrangements not specially adapted for a specific variable
    • G01D11/30—Supports specially adapted for an instrument; Supports specially adapted for a set of instruments
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F23/00—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm
    • G01F23/80—Arrangements for signal processing
    • G01F23/802—Particular electronic circuits for digital processing equipment
    • G01F23/804—Particular electronic circuits for digital processing equipment containing circuits handling parameters other than liquid level
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    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
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    • H04Q9/00—Arrangements in telecontrol or telemetry systems for selectively calling a substation from a main station, in which substation desired apparatus is selected for applying a control signal thereto or for obtaining measured values therefrom
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • H10N10/00—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects
    • H10N10/10—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects operating with only the Peltier or Seebeck effects
    • H10N10/13—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects operating with only the Peltier or Seebeck effects characterised by the heat-exchanging means at the junction
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    • H10N10/10—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects operating with only the Peltier or Seebeck effects
    • H10N10/17—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects operating with only the Peltier or Seebeck effects characterised by the structure or configuration of the cell or thermocouple forming the device
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    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04Q—SELECTING
    • H04Q2209/00—Arrangements in telecontrol or telemetry systems
    • H04Q2209/40—Arrangements in telecontrol or telemetry systems using a wireless architecture
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    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04Q—SELECTING
    • H04Q2209/00—Arrangements in telecontrol or telemetry systems
    • H04Q2209/80—Arrangements in the sub-station, i.e. sensing device
    • H04Q2209/88—Providing power supply at the sub-station

Definitions

  • the present invention relates to a sensor module installed on a manhole cover, a fixing method thereof, a manhole information collection processing system, and a manhole information processing method.
  • a combined or rainwater sewer network plays a role in preventing rainwater flowing from the road at the time of raining to the treatment plant and preventing flooding of the road. If there is, damage such as flooding and flooding of the road will occur. In recent years, heavy guerrilla rain has occurred, and countermeasures against this have become more important. In such a case, first, a large amount of rainwater flows into the pipe from the manhole, the water level of the pipe and the manhole rises, and finally the water overflows from the manhole cover. In the past, warnings and warnings were issued to the region by predicting the possibility of flooding and the degree of flooding based on rainfall. However, in order to accurately grasp the situation, it is desirable to grasp the actual situation in the manhole. However, in such a situation, a large amount of water is flowing in the manhole, and it is difficult for workers to open the manhole and check the inside situation from the viewpoint of personnel and safety, and grasp the situation inside the manhole That was not done.
  • a measurement device having a wireless communication device including an antenna on a manhole cover and collect detection data of the sensor module by wireless communication.
  • Patent Document 1 discloses a sensor module having a wireless communication device that can be installed in this hole or can be installed only by performing simple processing around the hole of the manhole cover. In order for the sensor module to perform the detection operation and transmit the detection data by wireless communication, a power source is required. However, Patent Document 1 does not disclose any power source for the sensor module.
  • Patent Document 2 discloses a sensor module that is installed in a manhole cover and performs wireless communication using a space in a sewer pipe.
  • Patent Document 2 discloses a power source for a sensor module including a set of a battery and a wind power generator or a solar power generator.
  • Patent Document 2 does not disclose an installation structure of the sensor module on the manhole cover and an attachment structure of the wireless communication device arranged at the position of the sewer pipe to the manhole cover.
  • Patent Document 2 The sensor module disclosed in Patent Document 2 is equipped with a battery, but its replacement is a big problem because it has a lifetime. Normally, manholes do not open for several years, and battery replacement is a heavy burden. Therefore, Patent Document 2 describes using solar power generation or wind power generation. However, because manholes are non-slip, the surface is uneven, and it is difficult to install solar cells, and because they become dirty immediately, solar power generation is not effective in practice. In addition, there is generally a considerable distance from the manhole cover to the position above the sewer pipe. Therefore, in practice, it is necessary to place the wireless communication device and the wind power generator on the upper part of the sewer pipe, place the remaining part on the manhole cover, and connect them.
  • Patent Document 1 does not disclose the connection structure of this part and the structure for attaching the sensor module to the manhole cover. Actually, when such a connection structure is realized, it is considered that the sensor module is increased in size. For this reason, it is considered difficult to install the sensor module of Patent Document 2 using the existing holes of the manhole cover as described in Patent Document 1.
  • wind power generators require a mechanical mechanism with a rotating system, but manholes such as sewers are in a poor environment with a high concentration of corrosive gases such as hydrogen sulfide, and mechanical devices with a rotating system operate for a long time. It is difficult to keep it in a state.
  • the sensor module In order to grasp the situation in the manhole and take effective measures, it is necessary to arrange a large number of sensor modules in the manhole and collect data. For this reason, the sensor module is required to be easily installed and to have a low maintenance cost.
  • the sensor module requires power supply, but for the reasons described above, it is difficult to provide wiring to supply power to the sensor module, and a battery will be placed in the sensor module. It is desirable that it can be used for a long time.
  • a sensor system that can be installed on an existing manhole cover with a simple operation on the spot and can be used semi-permanently and maintenance-free without battery replacement.
  • the sensor module includes a measurement unit, a power supply unit, and a communication unit, and is installed on a manhole cover.
  • the power supply unit includes a thermoelectric power generation module that generates power with a temperature difference between a first heat transfer unit thermally connected to the manhole cover and a second heat transfer unit thermally connected to the heat dissipating unit in the manhole.
  • the sensor module drives the measurement unit and the communication unit with the power generated by the thermoelectric power generation module, and transmits measurement data of the measurement unit to the outside via the communication unit.
  • the manhole information collection processing system includes a plurality of sensor modules installed on a plurality of manhole covers, a server that collects and processes data of the plurality of sensor modules, and a wireless communication network.
  • Each sensor module includes a thermoelectric power generation module that generates power with a temperature difference between a first heat transfer unit that is thermally connected to a manhole cover and a second heat transfer unit that is thermally connected to a heat dissipation unit in the manhole, and wireless communication Part.
  • the wireless communication network connects a plurality of sensor modules and wireless communication units of the plurality of sensor modules to a server so as to communicate with each other.
  • a sensor module that can be installed on an existing manhole cover with a simple operation on the spot and can be used semi-permanently without maintenance without battery replacement is realized.
  • a manhole data collection processing system can be constructed with simple operations, and the constructed manhole data collection processing system can be used semi-permanently and maintenance-free without replacing the battery of the sensor module. it can.
  • FIGS. 1A and 1B are views showing a state in which the sensor module of the first embodiment is attached to a manhole cover, where FIG. 1A shows a cross-sectional view and FIG. 1B shows a view seen from below.
  • FIGS. 2A and 2B are diagrams showing two states of the heat radiating portion.
  • FIG. 2A shows a state where the heat radiating fins of the heat radiating portion are wound around the heat radiating portion shaft
  • FIG. 3 is a block diagram illustrating a functional configuration of a sensor module including an electronic circuit.
  • FIG. 4 is a schematic configuration diagram of a system that collects manhole information using the sensor module of the first embodiment.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating an example of a communication form between the sensor module and the server.
  • FIGS. 8A and 8B are views showing a state where the sensor module of the third embodiment is attached to a manhole cover, where FIG. 8A shows a cross-sectional view and FIG. 8B shows a view seen from below.
  • FIG. 8A shows a state where the sensor module of the third embodiment is attached to a manhole cover, where FIG. 8A shows a cross-sectional view and FIG. 8B shows a view seen from below.
  • FIG. 8A and 8B are views showing a state where the sensor module of the third embodiment is attached to a manhole cover, where FIG. 8A shows a cross-sectional view and FIG. 8B shows a view seen from below.
  • FIG. 8A shows a cross-sectional view
  • FIG. 8B shows a view seen from below.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating an arrangement example of the water level sensor in the manhole in the third embodiment.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating a modified example of the sensor module, and is a cross-sectional view of a state in which the modified sensor module is attached to a manhole cover.
  • FIG. 11 is a diagram showing a system in which a sensor module detects opening / closing of a manhole cover using a magnetic switch (AMR sensor), where (A) shows a state where the manhole is closed, and (B) shows (C) shows the system configuration when the manhole is opened.
  • FIG. 12 is a flowchart showing an operation method of a system that enables detection of opening / closing of a manhole cover.
  • FIG. 13 is a diagram illustrating a configuration example in which an acceleration sensor is mounted on a sensor module.
  • FIG. 1 is a view showing a state in which the sensor module of the first embodiment is attached to a manhole cover, where (A) shows a cross-sectional view and (B) shows a view from below.
  • the sensor module 101 forms a screw hole in an existing hole of the manhole cover 102, and the sensor module 101 is screwed and fixed from above the manhole cover 102.
  • the manhole cover 102 for merging type and rainwater has a plurality of holes as a path for water to spout from the manhole onto the road in order to prevent the manhole cover 102 from being lifted by water pressure when rainwater overflows in the manhole. Is provided.
  • the surface of the manhole cover 102 is uneven, and there are holes provided in the recesses.
  • the hole for attaching the sensor module 101 is preferably a hole provided in the recess 12, but there may be no problem even if the recess 12 is not provided.
  • the diameter of the hole provided in the manhole cover 102 is generally about 15 mm in diameter, for example. Therefore, a screw hole is formed in one of the plurality of holes. In the case of the manhole cover 102 already having a screw hole, it may be used. Further, when the manhole cover 102 does not have a hole provided in the recess 12, the cylindrical recess may be additionally processed. Further, when the manhole cover 102 does not have a hole suitable for mounting the sensor module 101, the screw hole and the concave portion on the upper surface may be processed together. Screw processing is a relatively simple task and can be easily performed at the place where the manhole cover is installed. (Comment: Because the formation of recesses may impair the reliability of the iron cover. Was deleted). That is, the sensor module of the embodiment can be easily attached to an existing manhole. Of course, such processing can also be performed at the manhole cover factory. Here, the description will be made assuming that the screw hole is a 20M screw.
  • the sensor module 101 includes a heat transfer body base portion 21, a bolt portion 22 formed on a side surface of the heat transfer body base portion 21, a through hole 23 formed in the heat transfer body base portion 21, and a heat transfer body base portion. 21, and a collar 24 formed on the upper part of 21.
  • the upper part of the collar 24 is a counterbore hole.
  • the bolt part 22 is an M20 male screw.
  • An antenna 25 is provided in the counterbore hole of the collar 24, and an antenna wire 26 is provided in the through hole 23 formed in the heat transfer body base portion 21.
  • antennas having various shapes can be used depending on the radio system. However, since the antenna 25 is installed on the manhole cover 102, the antenna 25 is preferably small, and a dielectric antenna is desirable.
  • the sensor module 101 further includes a first heat transfer body 32, a thermoelectric element 33, second heat transfer bodies 34 and 35, a heat radiating portion shaft 36, and a heat radiating portion 37 below the heat transfer body base portion 21. And an electronic circuit 41, a temperature / humidity sensor 42, and a water level sensor 43.
  • the first heat transfer body 32 is in thermal contact with the heat transfer body base portion 21 and is further thermally connected to the manhole cover 102 via the bolt portion 22 on the side surface of the heat transfer body base portion 21. (Has high thermal conductivity).
  • the heat transfer body base portion 21 and the first heat transfer body 32 are collectively referred to as a first heat transfer portion.
  • the temperature of the first heat transfer section that is, the first heat transfer body 32 becomes a temperature approximate to the temperature of the manhole cover 102.
  • the heat transfer base 21 and the first heat transfer 32 are preferably made of, for example, the same ductile cast iron as the manhole cover 102. However, any material having high thermal conductivity and mechanical strength such as beryllium copper may be used. It is not limited to.
  • the second heat transfer bodies 34 and 35, the heat radiating portion shaft 36, and the heat radiating portion 37 are thermally connected and have similar temperatures.
  • the second heat transfer members 34 and 35 are collectively referred to as a second heat transfer unit.
  • the second heat transfer bodies 34 and 35 and the heat radiation part shaft 36 are made of, for example, ductile cast iron or beryllium copper.
  • the heat radiating part 37 has a heat radiating fin functioning as a heat sink.
  • the sensor module 101 has a length of 100 mm and a heat radiation fin has a length of 50 mm.
  • the heat radiating fin has two portions projecting on both sides of the heat radiating portion shaft 36, and each portion has a vertical length of 50 mm and a horizontal length of 50 mm.
  • the heat radiating fin has a size of 50 mm ⁇ 100 mm.
  • One part is a shape in which a 50 ⁇ m thick graphite sheet is bonded to both surfaces of a 50 ⁇ m thick beryllium copper sheet surface, and a 10 mm wide and 50 ⁇ m thick graphite sheet is bonded to both surfaces at 10 mm intervals.
  • the heat radiating portion 37 is made of a beryllium copper sheet having elasticity, and can be wound around the heat radiating portion shaft 36. When the heat radiating portion 37 is in a free state, the heat radiating portion 37 is stretched as shown in FIG.
  • the temperature of the heat radiating part 37 is closer to the temperature in the manhole than the first heat transfer part.
  • the temperature of the heat radiating part is not the same as the temperature in the manhole. Actually, it is near the middle of the lid temperature and the internal temperature. For this reason, some expressions have been relaxed.
  • the second heat transfer body The temperature of 34 is also close to the air temperature in the manhole as compared with the first heat transfer section.
  • the heat radiating part 37 may be realized by combining a laminated material in which a plurality of materials are laminated, and even if it is realized by using a shape memory alloy, a plate spring or a spring spring is attached to the heat radiating fin and is extended by itself. You may make it do.
  • the thermoelectric element 33 generates electric power according to the temperature difference between the first heat transfer body 32 and the second heat transfer body 34, that is, the temperature difference between the manhole cover 102 and the air temperature in the manhole. The larger the temperature difference, the more power is generated.
  • the electric power generated by the thermoelectric element 33 is stored in a booster circuit and a storage element provided in the electronic circuit 41 and used to drive the electronic circuit 41, the temperature / humidity sensor 42, and the water level sensor 43.
  • thermoelectric element 33 it is desirable to use a normal thermoelectric power generation element called ⁇ type in which n-type material and p-type material using a BiTe-based material having high power generation efficiency near room temperature are alternately arranged. It is a corner BiTe element.
  • ⁇ type n-type material and p-type material using a BiTe-based material having high power generation efficiency near room temperature are alternately arranged. It is a corner BiTe element.
  • any thermoelectric power generation element may be used, and the present invention is not limited to this.
  • the thermoelectric power generation element is a solid element having no mechanical elements, is not affected by dirt, and continues to generate power without deterioration of characteristics for a long time.
  • the temperature difference between the manhole cover 102 and the air temperature in the manhole is higher and lower depending on the day and night, weather, sewage conditions, etc., and sometimes reverses, but the thermoelectric element 33 is in the direction of the temperature difference.
  • the sensor module 101 can operate semipermanently.
  • the electronic circuit 41 has a secondary battery serving as a buffer for temporarily storing electric power, reads the detection data of the temperature / humidity sensor 42 and the water level sensor 43, and stores the detection data in the memory.
  • the antenna 25 is connected to the radio circuit of the electronic circuit 41 via the antenna line 26.
  • the electronic circuit 41 transmits the stored detection data to the outside through radio communication via the antenna line 26 and the antenna 25 as needed. The configuration of the electronic circuit 41 will be described later.
  • the temperature / humidity sensor 42 is a general semiconductor sensor, and detects the temperature and humidity in the manhole.
  • the water level sensor 43 is an optical water level sensor, and includes a light emitting unit that emits a light (infrared) beam toward the water surface in the manhole, a light detection unit that detects a light beam reflected back from the water surface, and a light beam. And a calculation unit for calculating a distance from the round-trip time to the water surface.
  • the mounted sensor is not limited to this, and a gas (hydrogen sulfide, ammonia, carbon monoxide, carbon dioxide, etc.) concentration sensor.
  • Various sensors such as a flow rate sensor and a vibration sensor may be mounted. Some or all of these sensors may be mounted.
  • the portion 31 including the first heat transfer body 32, the thermoelectric element 33, the second heat transfer bodies 34 and 35, the electronic circuit 41, the temperature / humidity sensor 42, and the water level sensor 43 on the lower side of the heat transfer body base 21 is sealed resin. It is sealed with.
  • the outer diameter of the portion 31 is smaller than the outer diameter of the base of the bolt portion 22 of the heat transfer body base 21 and passes through the screw hole of the manhole cover.
  • the counterbore hole of the collar 24 provided with the antenna 25 and the through hole 23 provided with the antenna wire 26 are also sealed with a sealing resin.
  • the sealing resin is preferably a resin excellent in corrosion resistance, airtightness, and moldability, and a semiconductor molding resin is suitable.
  • the thermal conductivity is preferably low, and a resin that does not contain a filler of ceramic particles is preferable.
  • a filler having a low thermal conductivity such as hollow silica particles may be used.
  • the through hole 23, the antenna 25, the antenna wire 26, the first heat transfer body 32, the thermoelectric element 33, the second heat transfer bodies 34 and 35, the electronic circuit 41, the temperature of the epoxy resin are insert-molded.
  • the humidity sensor 42 and the water level sensor 43 were sealed with resin.
  • An M20 screw hole is formed in a hole having a diameter of about 15 mm formed in the recess 12 of the manhole cover 102. As described above, if there is an M20 screw hole, it may be used. If there is no recess 12 or if there is no height suitable for forming the M20 screw hole, the recess 12 and the hole are additionally formed. After that, a screw hole of M20 is formed. These operations can be performed without opening the manhole cover 102.
  • the heat dissipating fins of the heat dissipating portion 37 are made of a beryllium copper sheet having elasticity, and can be wound around the heat dissipating portion shaft 36.
  • 2A and 2B are diagrams showing two states of the heat radiating portion 37.
  • FIG. 2A shows a state where the heat radiating fins of the heat radiating portion 37 are wound around the heat radiating portion shaft 36, and
  • the heat radiating fins of the heat radiating portion 37 are wound around the heat radiating portion shaft 36 as shown in FIG. At this time, the heat radiating fins are positioned inside the outer diameter of the bolt portion 22 of the heat transfer body base 21.
  • the heat radiating part 37 is inserted into the screw hole from the upper side of the manhole cover 102, it can be inserted as it is.
  • the heat radiating fins of the heat radiating part 37 are Since it has elasticity, it expands as shown in FIG. In this way, the heat dissipating fins automatically extend when passing through the screw holes.
  • the bolt portion 22 is screwed into the screw hole and firmly fixed.
  • the heat radiating portion 37 has a wide heat radiating area and exhibits a high heat radiating effect.
  • FIG. 3 is a block diagram illustrating a functional configuration of the sensor module 101 including the electronic circuit 41.
  • the electronic circuit 41 includes a booster circuit 45, a power supply control unit 46, a power storage element 47, a signal processing unit 48, and a radio unit 49.
  • the booster circuit 45 is connected to the thermoelectric element 34 and supplied with generated power.
  • a plurality of sensors 50A, 50B, 50C... Are connected to the signal processing unit 48.
  • the temperature / humidity sensor 42 and the water level sensor 43 are connected as the sensors 50A and 50B, but the number of sensors connected is not limited.
  • the antenna 25 is connected to the wireless unit 49 via the antenna line 26.
  • the booster circuit 45 boosts the generated power of the thermoelectric element 34 to several volts and supplies the boosted power to the power supply control unit 46.
  • the power supply control unit 46 supplies the power supplied from the thermoelectric element 34 to the sensors 50A-50C, the signal processing unit 48, and the radio unit 49.
  • the power storage element 47 also has a function of storing power.
  • the power control unit 46 also includes a stabilized power circuit for supplying stable power to the sensors 50A-50C, the signal processing unit 48, and the radio unit 49.
  • the power storage element 47 is preferably safe, small, has little leakage current, and has a long life.
  • an all-solid-state Li thin film secondary battery is suitable.
  • sensors 50A, 50B, 50C can be used as the sensors 50A, 50B, 50C... Specifically, temperature, humidity, gas concentration (hydrogen sulfide, ammonia, carbon monoxide, carbon dioxide, etc.), water level, flow rate, It is a sensor that detects vibration and the like. Further, the sensors 50A, 50B, 50C,... May be sensors that sense pressure, light, sound, electromagnetic waves, acceleration, fine particles in the atmosphere, distance to the object, weight of the object, and the like.
  • the signal processing unit 48 performs A / D (Analog-to-Digital) conversion on detection signals from the sensors 50A, 50B, 50C, and temporarily stores them in the memory as detection data.
  • the signal processing unit 48 also has system-wide control functions such as sensing and wireless transmission / reception timing control, and transmits detection data stored in the memory from the antenna 25 to the outside by wireless communication. Further, the signal processing unit 48 may perform predetermined calculations using various information sensed by 50A, 50B, 50C,... And transmit the calculated secondary information to the outside.
  • the wireless unit 49 may have a function of wirelessly transmitting detection data and receiving an external signal as necessary.
  • a wireless system a specific low power radio, ZigBee, Bluetooth (registered trademark), Wi-Fi, 3G, LTE, or the like can be used as necessary. Further, a plurality of wireless systems may be supported. In the first embodiment, the transmission frequency is 2.4 GHz and the transmission output is 20 mW.
  • a communication terminal for wired communication can be provided instead of the wireless unit 49.
  • the antenna 25 can be used in various ways depending on the radio system, but since it is installed on the manhole cover 102, it is preferable that the antenna 25 be small, and a dielectric antenna is suitable. In the first embodiment, the dielectric antenna is compatible with 2.4 GHz.
  • the sensor module 101 of the first embodiment is installed on a plurality of manhole covers, and the server collects detection data of the plurality of sensor modules 101 installed on the plurality of manhole covers via a wireless line.
  • the system will be described.
  • FIG. 4 is a schematic configuration diagram of a system that collects manhole information using the sensor module 101 of the first embodiment.
  • This system includes a plurality of sensor modules 101A to 101D installed on a plurality of manhole covers 102A to 102D, a network 103, and a server 104.
  • a server 104 a server 104.
  • FIG. 4 an example having four sensor modules 101A to 101D in the illustrated relationship is shown, but in actuality, it has a very large number of sensor modules.
  • the sensor modules 101A to 101D are installed on the manhole covers 102A to 102D as shown in FIG. In FIG. 4, the sensor modules 101A to 101D and the network 103 are connected by a solid line, but actually, each of the sensor modules 101A to 101D receives detection data from a receiver (base station) connected to the network 103. Wirelessly transmit to The server 104 collects detection data transmitted via the network 103. The detection data from each of the sensor modules 101A to 101D may be transmitted periodically or in response to a request from the server 104. When the detection data is periodically transmitted, the signal processing unit 48 of the sensor modules 101A to 101D has a timer and transmits the detection data when it detects that a certain time has passed. When transmitting detection data in response to a request from the server 104, the wireless unit 49 of the sensor modules 101A to 101D needs to have a reception function.
  • the sensor modules 101A to 101D are set to measure the temperature and humidity and the water level every hour or every day and wirelessly transmit them, and the detection data is received by a receiver installed about 10m away from the manhole. Receive.
  • the receiver transmits the received detection data to the server 104 in the remote monitoring room via the existing network 103 with a 3G line. As a result, the detection data can be monitored in the monitoring room.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating an example of a communication form between the sensor module 101 and the server 104.
  • FIG. 5A shows a mode in which direct communication is performed between the sensor module installed on the manhole cover 102 and the base station 105 of the existing network by a communication method such as 3G or LTE.
  • FIG. 5B shows a sensor module installed on the manhole cover 102 in a Bluetooth (registered trademark) system using a dedicated device 106 by going to the place of the manhole cover 102 where an operator wants to collect detection data.
  • Request detection data The sensor module transmits detection data in response to a request, and the dedicated device 106 receives and stores the detection data.
  • the worker transmits the detection data stored as appropriate to the base station 105 by a communication method such as 3G or LTE.
  • a measurement vehicle running on a road may be used as a method of collecting the detection data stored in the sensor module.
  • the sensor module is requested for detection data.
  • the sensor module transmits detection data in response to a request, and the in-vehicle dedicated device 106 collects the detection data.
  • the dedicated device 106 stores the detection data in association with the position information of the vehicle by GPS.
  • the detection data collected by the dedicated device 106 is transmitted to the server.
  • the server can display the data collected on the map by combining the position information of the vehicle by GPS and the collected detection data.
  • the measurement vehicle is not a special vehicle, but a garbage truck operated by the local government, for example, can be used.
  • FIG. 5C shows a form in which a relay receiver 108 is provided between the sensor module installed in the manhole cover 102 and the base station 105 of the existing network.
  • the receiver 108 is installed on a utility pole 107 installed in the vicinity of the manhole cover 102.
  • Communication between the sensor module and the receiver 108 is performed by a method such as ZigBee, and communication between the receiver 108 and the base station 105 is performed by a communication method such as 3G or LTE.
  • the worker goes to the manhole cover 102 where the worker wants to collect the detection data, connects the dedicated device 109 having USB or the like to the communication terminal of the sensor module installed on the manhole cover 102, and detects Read and store data. Therefore, the sensor module does not need to have an antenna, and has a wired communication unit instead of the wireless unit.
  • the worker connects the dedicated device 109 to the communication terminal of the computer system forming the server 104, and the server 104 reads the detection data stored in the dedicated device 109.
  • various types of communication are conceivable and are not limited to the example shown in FIG.
  • the sensor module according to the first embodiment and the manhole information collecting system using the sensor module have been described. However, various modifications may be made to the structure of the sensor module, the configuration of the system, and the like.
  • FIGS. 6A and 6B are diagrams showing a state in the middle of attaching the sensor module of the second embodiment to the manhole cover, where FIG. 6A shows a cross-sectional view and FIG. 6B shows a view seen from below.
  • 7A and 7B are views showing a state where the sensor module of the second embodiment is attached to a manhole cover, where FIG. 7A shows a cross-sectional view and FIG. 7B shows a view seen from below.
  • the sensor module 101 of the second embodiment is the same as the first embodiment except that a cylindrical protective member 38 made of a hard material is provided at the tip of the heat radiating fin of the heat radiating portion 37. is there.
  • the heat radiation fin When the sensor module 101 of the first embodiment is inserted into the screw hole of the manhole cover 102, the heat radiation fin is inserted in a state of being wound around the heat radiation portion shaft 36. Since the radiating fin has elasticity, an extension force is applied, and the radiating fin is pressed against the screw thread of the screw hole. In this state, when the sensor module 101 is pushed into the screw hole, the radiation fin is a thin sheet, the surface is easily damaged, and in the worst case, it is considered that a part is torn.
  • the protection member 38 is provided at the tip of the heat radiation fin of the heat radiation portion 37. As shown in FIG. 6A, in the state in which the radiating fin is inserted into the screw hole, the protection member 38 is pressed against the screw thread of the screw hole, and the radiating fin does not contact the screw thread. The fins will not be damaged.
  • the protection member 38 is made of a hard material, and will not be damaged even if it is pushed in a state where it is pressed against the screw thread.
  • FIGS. 8A and 8B are views showing a state where the sensor module of the third embodiment is attached to a manhole cover, where FIG. 8A shows a cross-sectional view and FIG. 8B shows a view seen from below.
  • the sensor module 101 of the third embodiment is different in the shape and arrangement of the thermoelectric element 33 and the first and second heat transfer bodies, the shape of the heat dissipating fins of the heat dissipating part 37 and the form of the water level sensor, and the other parts are the first embodiment
  • the structure is almost the same as that of the sensor module.
  • the second heat transfer body is an aluminum center shaft 34P
  • the heat radiating portion shaft is a support column 36Q made of beryllium copper and having a diameter of 5 mm, and is attached to the center shaft 34P via the attachment portion 36P.
  • the radiating fin has a structure in which eight laminated sheets 37P of a beryllium copper sheet and a graphite sheet having a thickness of 50 ⁇ m are attached to the support column 36Q, and is inserted into the screw hole of the manhole cover while being closed with respect to the central axis 34P. It is structured to open with the elasticity of the sheet after insertion.
  • the water level sensor 43P is a water pressure detection type sensor, and is connected to the electronic circuit 41 by a cable 44. Therefore, in the installed state, the water level sensor 43P is arranged at a lower position in the vertical direction by the length of the cable 44 from the electronic circuit 41. By setting the length of the cable 44, the water level sensor 43P can be arranged at a desired position in the manhole.
  • the sensor module 101 of the third embodiment includes a MEMS type acceleration sensor in addition to the water level sensor, and vibrates the sensor module 101, that is, the vibration of the manhole cover 102 attached integrally. To detect.
  • the wireless unit in the sensor module 101 of the third embodiment transmits to a relay station connected to an existing network by a 300 MHz band specific low power wireless.
  • the distance from the communicable sensor module 101 to the relay station is about 10 m.
  • each sensor module 101 measures the water level every 3 hours and wirelessly transmits it.
  • the command from the repeater is received at the timing of transmission, so that it is possible to transmit more detailed data by shortening the measurement and transmission interval to about every 10 minutes in response to the command from the repeater during heavy rain. It has become.
  • the acceleration sensor detects abnormal acceleration (vibration) such as a manhole cover being opened or broken, the acceleration sensor immediately wirelessly transmits the detected acceleration data. A system for detecting opening and closing of the manhole cover will be described later.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating an arrangement example of the water level sensor 43P in the manhole in the third embodiment.
  • the manhole is formed of a vertical wall 61, a bottom 63, a receiving portion 72 provided on the vertical wall 61, and a manhole cover 102 fitted to the receiving portion 72.
  • a sewage ditch 63 is formed in the bottom 63, and sewage flows only to the sewage ditch 63 at normal times, and rain water on the ground flows into the manhole during heavy rain, and the water level rises.
  • This type of manhole is called a confluence and is currently used in many municipalities. Since the structure of the manhole in which the sensor module is disposed is known in advance, information on the manhole structure, for example, the height from the sewer 63 to the manhole cover 102 can be obtained.
  • FIG. 9 shows the case where the water level sensor 43P is disposed in the manhole sewage groove 64 through which sewage normally flows.
  • the length of the cable 44 is set so that the water level sensor 43P is positioned in the sewer groove 64.
  • the sensor module 101 periodically acquires the water level data in the sewer channel 64 such as once a day, and transmits it to the server via the network.
  • the server can collect water level data from a large number of sensor modules 101 and grasp the flow of sewage in the sewer network.
  • FIG. 9 shows a case where the water level sensor 43P is arranged at a position corresponding to the dangerous water level of the manhole.
  • the water level sensor 43P is arranged at a position corresponding to the dangerous water level of the manhole.
  • the dangerous water level of the manhole is set, and the receptacle 65 of the water level sensor 43P is fixed at the dangerous water level.
  • the manhole cover 102 is opened, and after placing the water level sensor 43P on the receiving device 65, the manhole cover 102 is closed.
  • the cable 44 has a margin so that the water level sensor 43P can be placed on the receiver 65 even when the manhole cover 102 is opened. It should be noted that the length of the cable 44 can be maintained at a height corresponding to the dangerous water level without providing the receiver 65, but in this case, the water level sensor 43P is held in the air. Therefore, there is a problem that it is unstable.
  • the water level sensor 43P changes the detection signal to ON when it is flooded.
  • the sensor module 101 detects that the detection signal of the water level sensor 43P is turned on, the sensor module 101 transmits the inundation information of the water level sensor 43P to the server via the network. Thereby, in the monitoring room with a server, it can be grasped whether each manhole exceeded the dangerous water level, and the judgment of water discharge can be performed more appropriately.
  • the water level and flow rate of sewers are currently measured only at a dozen or so pump stations in Tokyo.
  • a large number of manhole covers 102 are currently installed, and by installing a water level sensor / flow rate sensor in the sensor module 101 installed in the manhole cover 102, a system that can obtain more detailed information on sewer flow can be easily obtained.
  • the water level and the flow rate measured by the sensor module 101 are measured once a day or once an hour, and the data is collected on a data center server through a 3G line or a PHS line. .
  • the water level and flow rate data may be transmitted at the same time as the measurement, or may be transmitted after accumulating data for one day or one week in order to reduce power consumption.
  • the power storage element 47 of the sensor module 101 for measuring the water level is sufficiently charged in advance.
  • the signal processing unit 48 sequentially transmits data to the server 104 through the wireless unit 49, the 3G line, or the PHS line.
  • the server 104 can alert the received information to smartphones and tablets of workers and residents near the flood. In this case, a mode in which the measurement vehicle is parked on a specific manhole cover and data is collected in a server provided in the vehicle by short-range wireless communication is also conceivable.
  • the system for detecting the water level of the sewer using the sensor module 101 of the third embodiment described above can also be realized by using the sensor module 101 of the first and second embodiments.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating a modified example of the sensor module, and is a cross-sectional view of a state in which the modified sensor module is attached to a manhole cover.
  • the heat radiating portion 37 does not have a heat radiating fin, and has a structure in which a heat radiating bar 39 extends from the second heat transfer body 35 to a space in the manhole.
  • the heat dissipating fins of the heat dissipating part 37 have elasticity, and the heat dissipating fins can be wound around the heat dissipating part shaft, and the heat dissipating fins are in an extended state in a free state.
  • the surface area of the thermal radiation part 37 increases and the function as a heat sink improves.
  • the heat radiating part 37 is a bar 39 as shown in FIG. 10
  • the thermoelectric element 33 there is no particular problem, and it is not necessary to have a complicated structure having heat-radiating fins that expand and contract.
  • FIG. 11 is a diagram showing a system in which a sensor module detects opening / closing of a manhole cover using a magnetic switch (AMR sensor), where (A) shows a state where the manhole is closed, and (B) shows (C) shows the system configuration when the manhole is opened.
  • AMR sensor magnetic switch
  • the magnet 81 is fixed to the manhole frame 72
  • the magnetic switch (AMR sensor) 82 is fixed to the manhole cover 102
  • the sensor module receives the detection signal of the magnetic switch 82. read.
  • the magnet 81 and the magnetic switch 82 are disposed so as to oppose each other in a state where the manhole cover 102 is closed, and to be separated in a state where the manhole cover 102 is opened, so that a detection signal of the magnetic switch 82 closes the manhole cover 102. It changes so that it is open and open. Thereby, opening / closing of the manhole cover 102 can be detected.
  • Connection between the sensor module and the magnetic switch 82 is performed by arranging a signal line on the manhole cover 102, for example.
  • the magnet 81, the magnetic switch 82, and the signal line need to be arranged with the manhole cover 102 opened.
  • the detection data can be used for (1) prevention of terrorism and crime, and (2) proof of implementation of inspection work.
  • the network 103 includes a police, a security company, and an inspection work in addition to a work terminal carried by an operator who performs the inspection work.
  • An external company terminal is connected. The worker accesses the server using the work terminal and obtains information for specifying the manhole to be inspected.
  • FIG. 12 is a flowchart showing a method of operating a system that can detect opening and closing of a manhole cover.
  • step S11 the sensor module 101 detects from the detection signal of the magnetic switch 82 that the manhole cover 102 has been opened.
  • step S12 the sensor module 101 transmits information that the manhole cover 102 has been opened together with an ID number for specifying the manhole to the server via the network.
  • step S13 the server determines whether or not the corresponding manhole cover corresponds to the manhole to be inspected. If it corresponds, the process proceeds to step S14, and if not, the process proceeds to step S15.
  • step S14 the execution of the work is notified to the relevant department of the local government and the construction contractor who ordered the inspection work. Thereby, it can be estimated that the inspection work was performed. If the manhole cover cannot be opened within a predetermined period, it can be estimated that no inspection work has been performed. It is desirable to monitor whether the manhole cover is closed when the manhole cover is opened. For example, when it is detected that the manhole cover is open for several times the estimated time required for inspection, it is estimated that the operator has forgotten to close the manhole cover. Such a situation is dangerous on road traffic, and it is desirable to request a status check from the work terminal via the network.
  • step S15 the police or security company is notified that the manhole cover that is not scheduled for inspection work has been opened.
  • the magnetic switch (AMR sensor) is used to detect the opening / closing of the manhole cover, but the opening / closing of the manhole cover can be detected using other sensors.
  • FIG. 13 is a diagram illustrating a configuration example in which the acceleration sensor 84 is mounted on the sensor module 101.
  • the manhole cover 102 vibrates, and the acceleration sensor 84 detects the vibration of the manhole cover 102.
  • this vibration is a vibration with a small amplitude, and does not show movement over a predetermined distance.
  • the detection signal of the acceleration sensor 84 indicates a movement of a predetermined distance or more, and by detecting this, the opening / closing of the manhole can be detected.
  • the sensor module 101 equipped with an acceleration sensor or vibration sensor
  • an acceleration sensor or vibration sensor
  • traffic jam information can be obtained even on narrow roads and alleys that are not measured by the N system or VICS (Vehicle Information and Communication System).
  • a data set in which the sensor detection data and the vehicle type (light, normal, truck, etc.) are associated with each other is stored in advance in a memory, and the vehicle type information determined from the sensor detection data and the data set is stored in advance. Is transmitted to the server 104. Analyzing the difference in the flow of cars in the city depending on the type of car leads to urban road control and evaluation, such as planning to guide a specific vehicle to a specific road.
  • an acoustic sensor such as a microphone or a magnetic sensor arranged on the upper part of the sensor module can be used.
  • the sensor module has a sensor for detecting temperature, humidity, and vibration (acceleration)
  • the degree of deterioration of the concrete portion of each manhole and the manhole cover can be estimated from the detected data.
  • the temperature and humidity are high, the change is large, and the vibration is large (maximum value, frequency), the concrete part of the manhole and the manhole cover are likely to deteriorate. From now on, if a repair plan for a concrete part of a manhole or a replacement plan for a manhole cover is created, a plan with higher accuracy can be made.
  • the server is a dedicated device
  • the present invention is not limited thereto, and these may be general-purpose computers, and a program for executing the operation performed by the server 104 may be installed in the computer so that the same operation is performed.
  • the program may be supplied on a recording medium such as a CD or DVD, or may be downloaded from a network.

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Abstract

　既存のマンホール蓋にその場で簡単な作業で設置できるとともに、バッテリー交換なしで、半永久的にメンテナンスフリーで使用できるマンホールデータ収集処理システムを構成するセンサモジュールが開示され、センサモジュールは、計測部と、電源部と、通信部と、を有し、マンホール蓋に設置され、電源部は、マンホール蓋に熱的に接続される第１伝熱部とマンホール内の放熱部に熱的に接続される第２伝熱部との温度差で発電する熱電発電モジュールを含み、熱電発電モジュールで発電した電力で計測部および通信部を駆動し、計測部の測定データを、通信部を介して外部に送信する。

Description

センサモジュールおよびマンホール情報収集処理システム
　本発明は、マンホール蓋に設置するセンサモジュール、その固定方法、マンホール情報収集処理システムおよびマンホール情報処理方法に関する。
　都市部などには上下水道、ガス、電力、通信のネットワークが張り巡らされており、そのメンテナンス等のためにマンホールが設けられる。地上からマンホール内の状況を把握することは難しく、マンホール内の状況を把握するには作業員がマンホール蓋を開けて内部の状況を知る必要があった。そのため、マンホール内の状況を把握する作業は、多大の費用を有する作業であり、常時行うことは難しかった。
　例えば、合流式もしくは雨水の下水道ネットワークは、降雨時に道路から流れ込む雨水を速やかに処理場に導き、道路の冠水等を防止する役割を担うが、短時間に処理可能な量以上の大量の降雨があった場合には、道路の冠水や出水などの被害が発生する。近年、ゲリラ豪雨が多発しており、これに対する対策が益々重要になってきている。このような場合、まず大量の雨水が雨水ますやマンホールから管路に流れ込み、管路及びマンホールの水位が上昇し、最終的にはマンホール蓋から水が溢れることになる。これまで、降雨量などから出水の可能性や出水の程度を予測して地域に注意報や警報を出していた。しかし、状況を正確に把握するには、実際のマンホール内の状況も把握することが望ましい。しかし、このような状況ではマンホールには大量の水が流れており、作業員がマンホールを開けて内部の状況を確認することは、人員や安全面の関係から難しく、マンホール内の状況を把握することは行われていなかった。
　そこで、マンホール内に各種センサを配置して、その情報を収集することが提案されている。しかし、マンホール内の状況を把握するには、多数のセンサを配置し、それらの検出データを収集する必要がある。多数のセンサを配置するのに多額の費用を要する上、配置した多数のセンサからそれらから検出データを収集するセンサシステムの構築および維持にも多額の費用を要する。
　そこで、マンホール蓋にアンテナを含む無線通信装置を有する計測装置（センサモジュール）を設け、無線通信によりセンサモジュールの検出データを収集することが提案されている。
　一般に、合流式もしくは雨水用のマンホール蓋には、マンホール内に水が溢れた時に、溢れた水を道路上に逃がすための穴を有する。特許文献１は、この穴に設置可能なまたはマンホール蓋の穴の周囲に簡単な加工を施すのみで設置可能な無線通信装置を有するセンサモジュールを開示している。センサモジュールが検出動作を行い、検出データを無線通信で送信するには、電源が必要であるが、特許文献１は、センサモジュールの電源については何ら開示していない。
　特許文献２は、マンホール蓋に設置し、下水管内の空間を利用して無線通信を行うセンサモジュールを開示している。特許文献２は、バッテリーと風力発電装置または太陽光発電装置との組からなるセンサモジュールの電源を開示している。しかし、特許文献２は、センサモジュールのマンホール蓋への設置構造、下水管の位置に配置される無線通信装置のマンホール蓋までの取り付け構造については開示していない。
　特許文献２に開示されたセンサモジュールは、バッテリーを搭載するが、寿命があるため、その交換が大きな問題である。通常、マンホールは数年間も開けることは無く、バッテリー交換は大きな負担となる。そこで、特許文献２では、太陽光発電や風力発電を利用することを記載している。しかし、マンホールは滑り止めのため表面はデコボコ形状であり、太陽電池の設置が難しい上、すぐ汚れるので太陽光発電は、実際上は有効といえない。さらに、一般に、マンホール蓋から下水管上部の位置までかなりの距離がある。そのため、実際には、無線通信装置および風力発電装置を下水管上部に配置し、マンホール蓋に残りの部分を配置し、それらの間を接続する必要がある。しかし、特許文献１は、この部分の接続構造およびセンサモジュールのマンホール蓋への取り付け構造を開示していない。実際に、このような接続構造を実現する場合、センサモジュールが大型化すると考えられる。そのため、特許文献２のセンサモジュールを、特許文献１に記載されたようなマンホール蓋の既存の穴を利用して設置するのは難しいと考えられる。
　さらに、風力発電装置は、回転系を有する機械的機構を要するが、下水道のようなマンホール内は硫化水素などの腐食性ガス濃度が高い劣悪環境であり、回転系を有する機械装置を長時間動作状態に維持するのは難しい。
　以上の通り、マンホール内の状況を把握して有効な対策を施すには、マンホールに多数のセンサモジュールを配置してデータを収集する必要がある。そのため、センサモジュールは、設置が容易で、メンテナンスコストが低いことが求められる。センサモジュールには電源供給が必要であるが、上記のような理由で、センサモジュールに電源を供給する配線を設けるのは難しく、センサモジュールにバッテリーを配置することになるが、バッテリー交換などのメンテナンスが不要で長時間使用できることが望ましい。
　上記のように、取り付けが容易で、バッテリー交換などのメンテナンスが長時間不要であるセンサシステムは、実現されていない。
特開２００８－１０９５５６号公報 特開２０１１－１２８７９１号公報
　実施形態によれば、既存のマンホール蓋にその場で簡単な作業で設置できるとともに、バッテリー交換なしで、半永久的にメンテナンスフリーで使用できるセンサシステムが提供される。
　第１の態様のセンサモジュールは、計測部と、電源部と、通信部と、を有し、マンホール蓋に設置される。電源部は、マンホール蓋に熱的に接続される第１伝熱部とマンホール内の放熱部に熱的に接続される第２伝熱部との温度差で発電する熱電発電モジュールを含む。センサモジュールは、熱電発電モジュールで発電した電力で計測部および通信部を駆動し、計測部の測定データを、通信部を介して外部に送信する。
　第２の態様のマンホール情報収集処理システムは、複数のマンホール蓋に設置される複数のセンサモジュールと、複数のセンサモジュールのデータを収集して処理するサーバと、無線通信ネットワークと、を有する。各センサモジュールは、マンホール蓋に熱的に接続される第１伝熱部とマンホール内の放熱部に熱的に接続される第２伝熱部との温度差で発電する熱電発電モジュールおよび無線通信部を有する。無線通信ネットワークは、複数のセンサモジュールと複数のセンサモジュールの無線通信部を、サーバに通信可能に接続する。
　実施形態によれば、既存のマンホール蓋にその場で簡単な作業で設置できるとともに、バッテリー交換なしで、半永久的にメンテナンスフリーで使用できるセンサモジュールが実現される。
　さらに、このセンサモジュールを利用すれば、簡単な作業でマンホールデータ収集処理システムを構築することができ、構築したマンホールデータ収集処理システムは、センサモジュールのバッテリー交換なしで、半永久的にメンテナンスフリーで使用できる。
図１は、第１実施形態のセンサモジュールをマンホール蓋に取り付けた状態を示す図であり、（Ａ）が断面図を、（Ｂ）が下側から見た図を示す。 図２は、放熱部の２つの状態を示す図であり、（Ａ）が放熱部の放熱フィンを放熱部軸に巻きつけた状態を、（Ｂ）は自由状態の伸張した状態を示す。 図３は、電子回路を含むセンサモジュールの機能構成を示すブロック図である。 図４は、第１実施形態のセンサモジュールを使用したマンホール情報を収集するシステムの概略構成図である。 図５は、センサモジュールとサーバの間の通信形態の例を示す図である。 図６は、第２実施形態のセンサモジュールをマンホール蓋に取り付ける途中の状態を示す図であり、（Ａ）が断面図を、（Ｂ）が下側から見た図を示す。 図７は、第２実施形態のセンサモジュールをマンホール蓋に取り付けた状態を示す図であり、（Ａ）が断面図を、（Ｂ）が下側から見た図を示す。 図８は、第３実施形態のセンサモジュールをマンホール蓋に取り付けた状態を示す図であり、（Ａ）が断面図を、（Ｂ）が下側から見た図を示す。 図９は、第３実施形態における水位センサのマンホール内の配置例を示す図である。 図１０は、センサモジュールの変形例を示す図であり、変形例のセンサモジュールをマンホール蓋に取り付けた状態の断面図である。 図１１は、磁気スイッチ（ＡＭＲセンサ）を利用して、センサモジュールがマンホール蓋の開閉を検出するようにしたシステムを示す図であり、（Ａ）がマンホールを閉じた状態を、（Ｂ）がマンホールを開いた状態を、（Ｃ）がシステム構成を示す。 図１２は、マンホール蓋の開閉を検出可能にしたシステムの運用方法を示すフローチャートである。 図１３は、センサモジュールに加速度センサを搭載した構成例を示す図である。
　図１は、第１実施形態のセンサモジュールをマンホール蓋に取り付けた状態を示す図であり、（Ａ）が断面図を、（Ｂ）が下側から見た図を示す。
　センサモジュール１０１は、マンホール蓋１０２の既存の孔にネジ孔を形成し、マンホール蓋１０２の上からセンサモジュール１０１をネジ込んで固定する。一般に、合流式及び雨水用のマンホール蓋１０２は、マンホール内に雨水が溢れた時に、マンホール蓋１０２が水圧で持ち上がるのを防ぐために、マンホール内から道路上に水が噴き出る経路として複数の孔が設けられている。また、マンホール蓋１０２の表面は凹凸があり、凹部に設けられている孔も存在する。実施形態でセンサモジュール１０１を取り付ける孔は、凹部１２に設けられている孔であることが望ましいが、凹部１２が無くても特に問題がない場合もある。
　マンホール蓋１０２に設けられる孔の直径は、例えば、直径１５ｍｍ程度のものが一般的である。そこで、複数の孔のうちの１つにネジ孔を形成する。なお、すでにネジ孔を有するマンホール蓋１０２の場合には、それを利用すればよい。また、マンホール蓋１０２が、凹部１２に設けられた孔を有さない場合には、円筒状の凹部を追加加工するようにしてもよい。さらに、マンホール蓋１０２が、センサモジュール１０１を取り付けるのに適した孔を有さない場合には、ネジ孔および上面の凹部を合わせて加工してもよい。ネジ加工は、比較的簡単な作業であり、マンホール蓋の設置場所でも容易に行うことができる（コメント：凹部形成は鉄蓋の信頼性を損なう可能性があるため、「現場での加工」との記載は削除しました）。すなわち、実施形態のセンサモジュールは、既存のマンホールにも容易に取り付け可能である。なお、このような加工を、マンホール蓋の製造所で行うことももちろん可能である。ここでは、ネジ孔は２０Ｍのネジであるとして説明する。
　センサモジュール１０１は、伝熱体ベース部２１と、伝熱体ベース部２１の側面に形成されたボルト部２２と、伝熱体ベース部２１に形成された貫通孔２３と、伝熱体ベース部２１の上部に形成されたつば２４と、を有する。つば２４の上部はザグリ穴になっている。ボルト部２２は、Ｍ２０の雄ネジである。センサモジュール１０１をマンホール蓋１０２のネジ孔にネジ込むと、つば２４がマンホール蓋１０２の表面に接触した位置でネジ止めされる。図１に示すように、つば２４の高さは、マンホール蓋１０２の凹部１２の高さより低く、ネジ止めされた状態では、つば２４の上面は、マンホール蓋１０２の周囲より低いことが望ましい。
　つば２４のザグリ穴には、アンテナ２５が設けられ、伝熱体ベース部２１に形成された貫通孔２３には、アンテナ線２６が設けられる。アンテナ２５は、無線方式に応じて各種の形状を有するものが利用できるが、マンホール蓋１０２に設置することから小型であることが好ましく、誘電体アンテナが望ましい。
　センサモジュール１０１は、伝熱体ベース部２１の下側に、さらに、第１伝熱体３２と、熱電素子３３と、第２伝熱体３４および３５と、放熱部軸３６と、放熱部３７と、電子回路４１と、温湿度センサ４２と、水位センサ４３と、を有する。第１伝熱体３２は、伝熱体ベース部２１に熱的に接触しており、さらに伝熱体ベース部２１の側面のボルト部２２を介してマンホール蓋１０２に熱的に接続している（高い熱伝導性を有する）。ここでは、伝熱体ベース部２１と第１伝熱体３２を合わせて第１伝熱部と称する。第１伝熱部、すなわち第１伝熱体３２の温度は、マンホール蓋１０２の温度に近似した温度になる。伝熱体ベース部２１および第１伝熱体３２は、例えば、マンホール蓋１０２と同じダクタイル鋳鉄製であることが望ましいが、ベリリウム銅などの高い熱伝導性と機械強度を有する材料であればこれに限定されるものではない。
　第２伝熱体３４および３５、放熱部軸３６および放熱部３７は、熱的に接続しており、類似の温度になる。ここでは、第２伝熱体３４および３５を合わせて第２伝熱部と称する。第２伝熱体３４および３５、および放熱部軸３６は、例えば、ダクタイル鋳鉄製またはベリリウム銅製である。放熱部３７は、ヒートシンクとして機能する放熱フィンを有する。例えば、センサモジュール１０１は、長さが１００ｍｍで、放熱フィンの長さが５０ｍｍである。放熱フィンは、放熱部軸３６の両側に張り出す２つの部分を有し、各部分は縦方向の長さが５０ｍｍで、横方向の長さが５０ｍｍである。従って、両側を合わせると、放熱フィンは、５０ｍｍ×１００ｍｍの大きさである。１つの部分は、厚さ５０μｍのベリリウム銅製シートの表面に厚さ５０μｍのグラファイトシートを両面に接着した弾性シートに、さらに幅１０ｍｍ、厚さ５０μｍのグラファイトシートを両面に１０ｍｍ間隔で接着した形状を有する。放熱部３７は、弾性を有するベリリウム銅製シートを基材としており、放熱部軸３６に巻きつけた状態にすることができ、自由状態にすると図１に示すような伸張した状態になる。放熱部３７は、マンホール内に保持され、広い表面積を有するため、放熱部３７の温度は、第一伝熱部と比較してマンホール内の温度に近い温度になる。（コメント：放熱部の温度はマンホール内温度と同じではなく、現実的には蓋温度と内部気温の中間付近になります。このため一部表現を緩和しました。）したがって、第２伝熱体３４の温度も、第一伝熱部と比較してマンホール内の空気温度に近い温度になる。
　また、放熱部３７は、複数の材料を積層した積層材を組み合わせて実現してもよく、さらに形状記憶合金を用いて実現しても、放熱フィンに板バネやスプリングバネを取り付けて自力で伸張するようにしてもよい。
　熱電素子３３は、第１伝熱体３２と第２伝熱体３４の温度差、すなわちマンホール蓋１０２とマンホール内の空気温度との温度差に応じて発電を行う。温度差が大きいほど多くの電力を発電する。熱電素子３３で発電された電力は、電子回路４１に設けられた昇圧回路および蓄電素子に蓄えられて、電子回路４１、温湿度センサ４２、水位センサ４３を駆動するのに使用される。
　熱電素子３３は、常温付近での発電効率が高いＢｉＴｅ系の材料を用いるｎ型材料とｐ型材料を交互に配置したπ型と呼ばれる通常の熱電発電素子を使用することが望ましく、例えば、１０ｍｍ角のＢｉＴｅ系素子である。しかし、熱電発電素子であればよく、これに限定されるものではない。熱電発電素子は、機械的要素の無い固体素子であり、汚れの影響も受けず、長時間に渡り特性劣化無しに発電し続ける。マンホール蓋１０２とマンホール内の空気温度との温度差は、昼と夜、天候、下水の状況等により、一方が高く他方が低くなり、時に逆転するが、熱電素子３３は、温度差の方向にかかわらず、温度差があれば発電する。発電量は温度差に応じて変化するため、電力を一時的に蓄積するバッファとなる二次電池は必要だが、１週間程度の時間でみれば出力は安定しており、１週間分程度の二次電池があれば、センサモジュール１０１は半永久的に動作できる。
　電子回路４１は、電力を一時的に蓄積するバッファとなる二次電池を有し、温湿度センサ４２および水位センサ４３の検出データを読み取り、メモリに検出データを記憶する。アンテナ２５は、アンテナ線２６を介して、電子回路４１の無線回路に接続されている。電子回路４１は、記憶した検出データを随時アンテナ線２６およびアンテナ２５を介して、無線通信にて外部に送信する。電子回路４１の構成については、後述する。
　温湿度センサ４２は、一般的な半導体式のセンサであり、マンホール内の温度および湿度を検出する。水位センサ４３は、光学式水位センサであり、マンホール内の水面に向けて光（赤外線）ビームを放射する光射出部と、水面で反射して戻る光ビームを検出する光検出部と、光ビームの往復時間から水面までの距離を算出する算出部と、を有する。
　第１実施形態では、温湿度センサ４２および水位センサ４３を搭載した例を示したが、搭載するセンサはこれに限定されず、ガス（硫化水素、アンモニア、一酸化炭素、二酸化炭素など）濃度センサ、流量センサ、振動センサなど種々のセンサを搭載してもよい。また、これらのセンサの一部または全部を搭載してもよい。
　伝熱体ベース２１の下側の第１伝熱体３２、熱電素子３３、第２伝熱体３４および３５、電子回路４１、温湿度センサ４２および水位センサ４３を含む部分３１は、封止樹脂で封止されている。この部分３１の外径は、伝熱体ベース２１のボルト部２２の基底の外径より小さく、マンホール蓋のネジ孔穴を通る。
　また、アンテナ２５が設けられるつば２４のザグリ穴およびアンテナ線２６が設けられる貫通孔２３も、封止樹脂で封止されている。
　封止樹脂は、耐食性、気密性、成形性に優れた樹脂が好ましく、半導体用のモールド樹脂が適している。但し、熱伝導率は低いことが好ましく、セラミック粒子のフィラーなど含まない樹脂が好ましい。しかしながら、中空シリカ粒子など、低熱伝導率のフィラーを用いるのは構わない。第１実施形態では、エポキシ系樹脂でインサートモールドにより、貫通孔２３、アンテナ２５、アンテナ線２６、第１伝熱体３２、熱電素子３３、第２伝熱体３４、３５、電子回路４１、温湿度センサ４２および水位センサ４３を樹脂封止した。
　次に、第１実施形態のセンサモジュール１０１を、マンホール蓋１０２に設置する手順について説明する。
　マンホール蓋１０２の凹部１２に形成された直径１５ｍｍ程度の孔に、Ｍ２０のネジ孔を形成する。前述のように、Ｍ２０のネジ孔があればそれを利用してもよく、凹部１２が無い場合やＭ２０のネジ孔を形成するのに適した高が無ければ、凹部１２および孔を追加形成した後、Ｍ２０のネジ孔を形成する。これらの作業は、マンホール蓋１０２を開けること無しに行える。
　前述のように、放熱部３７の放熱フィンは、弾性を有するベリリウム銅製シートを基材としており、放熱部軸３６に巻きつけた状態にすることができ、自由状態にすると伸張した状態になる。
　図２は、放熱部３７の２つの状態を示す図であり、（Ａ）が放熱部３７の放熱フィンを放熱部軸３６に巻きつけた状態を、（Ｂ）は自由状態の伸張した状態を示す。
　センサモジュール１０１を、マンホール蓋１０２に設置する時には、放熱部３７の放熱フィンを、図２の（Ａ）に示すような放熱部軸３６に巻きつけた状態にする。この時、放熱フィンは、伝熱体ベース２１のボルト部２２の外径より内側に位置する。この状態で、マンホール蓋１０２の上側から、放熱部３７をネジ孔に挿入すると、そのまま挿入可能であり、放熱部３７の上部がネジ孔の下側に出ると、放熱部３７の放熱フィンは、弾性を有するので、図２の（Ｂ）に示すように伸張する。このように、放熱フィンは、ネジ孔を通過すると自動的に伸張した状態になる。さらに、センサモジュール１０１を回転すると、ボルト部２２がネジ孔にネジ止めされ、強固に固定される。このようにして、センサモジュール１０１のマンホール蓋１０２への設置が完了し、放熱部３７は広い放熱面積を有し、高い放熱効果を示す。
　以上の一連の設置作業は、マンホール蓋１０２を開けること無しに行える。従って、作業は簡単で、短時間に終了可能である。
　次に、電子回路４１について説明する。
　図３は、電子回路４１を含むセンサモジュール１０１の機能構成を示すブロック図である。
　電子回路４１は、昇圧回路４５と、電源制御部４６と、蓄電素子４７と、信号処理部４８と、無線部４９と、を有する。昇圧回路４５には熱電素子３４が接続され、発電電力が供給される。信号処理部４８には、複数のセンサ５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃ…が接続される。図１の示した第１実施形態では、センサ５０Ａおよび５０Ｂとして、温湿度センサ４２および水位センサ４３が接続されているが、接続されるセンサの個数に限定はない。無線部４９には、アンテナ線２６を介してアンテナ２５が接続される。
　熱電素子３４での発電電力は、発生電圧が数ｍＶ程度と低いため、昇圧回路４５は、熱電素子３４の発電電力を数Ｖにまで昇圧し、昇圧した電力を電源制御部４６に供給する。電源制御部４６は、熱電素子３４から供給された電力を、センサ５０Ａ－５０Ｃ、信号処理部４８および無線部４９に供給するが、熱電素子３４からの供給電力は安定しないため、必要に応じて蓄電素子４７に電力を蓄電する機能も有する。また、電源制御部４６は、図示していないが、センサ５０Ａ－５０Ｃ、信号処理部４８および無線部４９に安定した電力を供給するための安定化電源回路も有する。
　蓄電素子４７は、安全で、小型でリーク電流が少なく長寿命であるものであることが望ましく、例えば、全固体Ｌｉ薄膜二次電池が適している。また二次電池とキャパシタとを組み合わせて実現してもよい。
　前述のように、センサ５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃ…は、種々のセンサが利用でき、具体的には温度、湿度、ガス濃度（硫化水素、アンモニア、一酸化炭素、二酸化炭素等）、水位、流量、振動などを検出するセンサである。さらに、センサ５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃ…は、圧力、光、音、電磁波、加速度、雰囲気中の微粒子、対象物との距離、対象物の重量等を感知するセンサであってもよい。
　信号処理部４８は、センサ５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃ…からの検出信号をＡ／Ｄ(Analog-to-Digital)変換し、検出データとして一時的にメモリに記憶する。信号処理部４８は、センシングや無線送受信のタイミング制御など、システム全体の制御機能も有し、メモリに記憶した検出データを、無線通信によりアンテナ２５から外部に送信する。また、信号処理部４８は、例えば、５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃ…が感知した各種情報を用いて所定の演算を行い、算出された二次情報を外部へ送信してもよい。
　無線部４９は、検出データを無線送信するとともに、必要に応じて外部からの信号を受信する機能を有してもよい。無線の方式としては、特定小電力無線、ＺｉｇＢｅｅ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、Ｗｉ－Ｆｉ、３Ｇ、ＬＴＥ等を、必要に応じて用いることができる。また、複数の無線方式に対応させてもよい。第１実施形態では、送信周波数が２．４ＧＨｚで、送信出力は２０ｍＷである。さらに、無線部４９の代わりに、有線通信のための通信端子を設けることも可能である。
　アンテナ２５は、無線方式に応じて各種利用できるが、マンホール蓋１０２に設置することから小型であることが好ましく、誘電体アンテナが適している。第１実施形態では、２．４ＧＨｚ対応の誘電体アンテナである。
　次に、第１実施形態のセンサモジュール１０１を複数個のマンホール蓋に設置し、無線回線を介して複数個のマンホール蓋に設置された複数個のセンサモジュール１０１の検出データを、サーバが収集するシステムについて説明する。
　図４は、第１実施形態のセンサモジュール１０１を使用したマンホール情報を収集するシステムの概略構成図である。
　このシステムは、複数個のマンホール蓋１０２Ａ～１０２Ｄに設置された複数個のセンサモジュール１０１Ａ～１０１Ｄと、ネットワーク１０３と、サーバ１０４と、を有する。ここでは、図示の関係で４個のセンサモジュール１０１Ａ～１０１Ｄを有する例を示すが、実際には非常に多数のセンサモジュールを有する。
　各センサモジュール１０１Ａ～１０１Ｄは、図１のようにマンホール蓋１０２Ａ～１０２Ｄに設置される。図４では、センサモジュール１０１Ａ～１０１Ｄとネットワーク１０３は、実線で接続されているが、実際には、各センサモジュール１０１Ａ～１０１Ｄは、検出データを、ネットワーク１０３に接続された受信機（基地局）に無線送信する。サーバ１０４は、ネットワーク１０３を介して送信された検出データを収集する。各センサモジュール１０１Ａ～１０１Ｄからの検出データの送信は、定期的に行っても、サーバ１０４からの要求に応じて行ってもよい。検出データの送信を定期的に行う場合には、センサモジュール１０１Ａ～１０１Ｄの信号処理部４８は、タイマを有し、一定時間が経過したことを検出すると、検出データを送信する。サーバ１０４からの要求に応じて検出データの送信を行う場合には、センサモジュール１０１Ａ～１０１Ｄの無線部４９は、受信機能を有することが必要である。
　例えば、センサモジュール１０１Ａ～１０１Ｄが、１時間毎や１日毎に温湿度と水位を測定して無線送信するように設定されており、マンホールから約１０ｍ離れた場所に設置された受信機で検出データを受信する。受信機は、受信した検出データを、３Ｇ回線の既存のネットワーク１０３を介して、離れた監視室のサーバ１０４に送信する。これにより、監視室で、検出データをモニタリングできるようになっている。
　センサモジュール１０１とサーバ１０４の間の通信形態は、各種考えられ、将来的にも通信インフラの整備や機器の進歩に応じていろいろな形態が可能になると考えられる。現時点が考えられる携帯のうちのいくつかの例を説明する。
　図５は、センサモジュール１０１とサーバ１０４の間の通信形態の例を示す図である。
　図５の（Ａ）は、マンホール蓋１０２に設置されたセンサモジュールと、既存のネットワークの基地局１０５との間で、３Ｇ、ＬＴＥ等の通信方式で直接通信を行う形態を示す。
　図５の（Ｂ）は、作業員が検出データを収集したいマンホール蓋１０２の場所に赴き、専用機器１０６を利用して、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）方式で、マンホール蓋１０２に設置されたセンサモジュールに検出データを要求する。センサモジュールは、要求に応じて検出データを送信し、専用機器１０６が検出データを受信し記憶する。作業員は、専用機器１０６による検出データの受信が完了すると、適宜記憶した検出データを、３Ｇ、ＬＴＥなどの通信方式で基地局１０５に送信する。
　なお、図５の（Ｂ）の形態で、センサモジュールに記憶した検出データを収集する方法として、道路上を走る測定車両を利用してもよい。この場合、車体底部に専用機器１０６を搭載した測定車両がマンホール蓋１０２を通過する際に、センサモジュールに検出データを要求する。センサモジュールは、要求に応じて検出データを送信し、車載の専用機器１０６が検出データを収集する。この際に、専用機器１０６は、ＧＰＳによる車両の位置情報と対応づけて検出データを記憶することが望ましい。専用機器１０６が収集した検出データは、サーバに送信される。サーバは、ＧＰＳによる車両の位置情報と収集された検出データとを組み合わせて、地図上に回収されたデータを表示させることができる。センサモジュールがマンホール蓋１０２に対応したＩＤ番号を有する場合には、ＧＰＳによる車両の位置情報は、無くてもよい。
　測定車両は、特別な車両でなくても、例えば自治体が運用するごみ収集車を利用することができる。
　図５の（Ｃ）は、マンホール蓋１０２に設置されたセンサモジュールと、既存のネットワークの基地局１０５との間に、中継用の受信機１０８を設けた形態を示す。受信機１０８は、マンホール蓋１０２の近辺に設置されている電柱１０７等に設置される。センサモジュールと受信機１０８の間の通信はＺｉｇＢｅｅ等の方式で行い、受信機１０８と基地局１０５との間の通信は３Ｇ、ＬＴＥ等の通信方式で行う。
　図５の（Ｄ）は、作業員が検出データを収集したいマンホール蓋１０２の場所に赴き、ＵＳＢ等を有する専用機器１０９を、マンホール蓋１０２に設置されたセンサモジュールの通信端子に接続し、検出データを読み取り記憶する。したがって、センサモジュールは、アンテナを有する必要はなく、無線部の代わりに有線通信部を有する。作業員は、専用機器１０９を、サーバ１０４を形成するコンピュータシステムの通信端子に接続し、サーバ１０４は、専用機器１０９に記憶された検出データを読み取る。
　上記のように、通信形態は各種考えられ、図５に示した例に限定されるものではない。
　以上、第１実施形態のセンサモジュールおよびそれを利用したマンホール情報の収集システムを説明したが、センサモジュールの構造や、システムの構成などについて各種の変形例があり得る。
　図６は、第２実施形態のセンサモジュールをマンホール蓋に取り付ける途中の状態を示す図であり、（Ａ）が断面図を、（Ｂ）が下側から見た図を示す。
　図７は、第２実施形態のセンサモジュールをマンホール蓋に取り付けた状態を示す図であり、（Ａ）が断面図を、（Ｂ）が下側から見た図を示す。
　第２実施形態のセンサモジュール１０１は、放熱部３７の放熱フィンの先端に、硬い材料で形成された円筒状の保護部材３８が設けられていることが第１実施形態と異なり、他は同じである。
　第１実施形態のセンサモジュール１０１を、マンホール蓋１０２のネジ孔に挿入する時、放熱フィンを放熱部軸３６に巻きつけた状態で挿入する。放熱フィンは弾性を有するために伸張する力が働いており、放熱フィンがネジ孔のネジ山に押し当てられる。この状態で、センサモジュール１０１をネジ孔に押し込むと、放熱フィンは薄いシートであり、表面が傷つきやすく、最悪の場合一部が破れることが考えられる。
　そこで、第２実施形態のセンサモジュール１０１は、保護部材３８を放熱部３７の放熱フィンの先端に設けた。図６の（Ａ）に示すように、放熱フィンをネジ孔に挿入した状態では、ネジ孔のネジ山に押し当てられるのは保護部材３８であり、放熱フィンはネジ山に接触しないため、放熱フィンが損傷することはない。保護部材３８は、硬い材料で形成されており、ネジ山に押し付けられた状態で押し込まれても損傷することはなく、たとえ傷がついても特に問題は生じない。
　図８は、第３実施形態のセンサモジュールをマンホール蓋に取り付けた状態を示す図であり、（Ａ）が断面図を、（Ｂ）が下側から見た図を示す。
　第３実施形態のセンサモジュール１０１は、熱電素子３３と第１および第２伝熱体の形状と配置、放熱部３７の放熱フィンの形状および水位センサの形式が異なり、他の部分は第１実施形態のセンサモジュールとほぼ同じ構造である。
　第３実施形態では、第２伝熱体はアルミ製中心軸３４Ｐであり、放熱部軸はベリリウム銅製の直径５ｍｍの支柱３６Ｑであり、取り付け部３６Ｐを介して中心軸３４Ｐに取り付けられている。放熱フィンは、厚さ５０μｍのベリリウム銅シートとグラファイトシートの８枚の積層シート３７Ｐを、支柱３６Ｑに取り付けた構造で、中心軸３４Ｐに対して閉じた状態でマンホール蓋のネジ穴に挿入し、挿入後シートの弾性で開く構造となっている。
　水位センサ４３Ｐは、水圧検知型センサで、ケーブル４４で電子回路４１と接続されている。したがって、水位センサ４３Ｐは、設置した状態では、鉛直方向に、電子回路４１からケーブル４４の長さ分、下側の位置に配置される。ケーブル４４の長さを設定することにより、水位センサ４３Ｐをマンホール内の所望の位置に配置できる。
　図８には図示していないが、第３実施形態のセンサモジュール１０１は、水位センサの他にＭＥＭＳ型加速度センサを有し、センサモジュール１０１の振動、すなわち一体に取り付けられるマンホール蓋１０２の振動を検出する。
　第３実施形態のセンサモジュール１０１における無線部は、３００ＭＨｚ帯の特定小電力無線で、既存のネットワークに繋がる中継局にまで送信する。通信可能なセンサモジュール１０１から中継局までの距離は、約１０ｍである。
　第３実施形態のセンサモジュール１０１を利用した図４に示すようなシステムでは、各センサモジュール１０１は、３時間毎に水位を測定し無線送信する。また送信のタイミングで中継器からの命令を受信するようになっており、豪雨時など、中継器からの命令で測定、送信間隔を１０分毎程度にまで短くし、より詳しいデータを送信できるようになっている。さらに、加速度センサは、例えばマンホール蓋が開けられたとか、破損したなどの異常な加速度（振動）を検出した際は、検出した加速度データをすぐに無線送信する。このマンホール蓋の開閉を検出するシステムについては後述する。
　図９は、第３実施形態における水位センサ４３Ｐのマンホール内の配置例を示す図である。図９に示すように、マンホールは、縦壁６１と、底部６３と、縦壁６１に設けられた受け部７２と、受け部７２に嵌めあわされるマンホール蓋１０２と、から形成される。底部６３には下水溝６３が形成され、通常時には下水溝６３にのみ下水が流れ、大雨の時には、地上の雨水がマンホール内に流れ込み、水位が上昇する。このような形式のマンホールは、合流式と称し、現在多くの自治体で用いられている。センサモジュールを配置するマンホールの構造はあらかじめ判明しているので、マンホールの構造、例えば、下水溝６３からマンホール蓋１０２までの高さに関する情報を得ることができる。
　図９の（Ａ）は、水位センサ４３Ｐを、通常時に下水が流れるマンホールの下水溝６４内に配置する場合を示す。ケーブル４４の長さを、水位センサ４３Ｐが下水溝６４内に位置するように設定する。これにより、通常時の下水の流れを検出することができる。例えば、センサモジュール１０１は、１日に１回などのように定期的に下水溝６４内の水位データを取得し、ネットワークを介してサーバに送信する。サーバは、多数のセンサモジュール１０１からの水位データを収集して、下水道ネットワークの下水の流れを把握することができる。
　図９の（Ｂ）は、水位センサ４３Ｐを、マンホールの危険水位に対応する位置に配置する場合を示す。上記のように、合流式のマンホールでは、大雨の時には、地上の雨水がマンホール内に流れ込み、水位が上昇する。下水道を管理する自治体では、降雨の状況などから、出水の恐れがあるか判断し、必要に応じて注意報や警報、さらには避難命令を出す。この場合、降雨の状況に加えて、マンホール内の水位が所定水位を超えたか否かを知ることができれば、状況をより一層正確に判断できる。
　そこで、図９の（Ｂ）に示すように、マンホールの危険水位を設定し、危険水位の位置に、水位センサ４３Ｐの受け具６５を固定する。そして、マンホール蓋１０２にセンサモジュール１０１を設置した後、マンホール蓋１０２を開けて、水位センサ４３Ｐを受け具６５に載置した後、マンホール蓋１０２を閉める。この場合、ケーブル４４は、マンホール蓋１０２を開けた状態でも水位センサ４３Ｐを受け具６５に載置できるように、ケーブル４４に余裕を持たせる。なお、受け具６５設けず、ケーブル４４の長さを、水位センサ４３Ｐが危険水位に相当する高さに保持されるようにすることもできるが、その場合、水位センサ４３Ｐは空中に保持されることになるので不安定であるという問題がある。
　水位センサ４３Ｐは、それ自体が浸水すると検出信号をオンに変化させる。センサモジュール１０１は、水位センサ４３Ｐの検出信号がオンしたことを検出すると、水位センサ４３Ｐの浸水情報をネットワークを介してサーバに送信する。これにより、サーバのある監視室で、各マンホールが危険水位を超えたか否かを把握でき、出水の判断をより適切に行えるようになる。
　例えば、下水道の水位や流量は、東京都内において十数か所のポンプ所でしか計測されていないのが現状である。現在多数のマンホール蓋１０２が設置されており、マンホール蓋１０２に設置するセンサモジュール１０１に水位センサ・流量センサを搭載することで、より一層きめ細かい下水道の流れを把握できる情報が得られるシステムが容易に構築できる。上記のように、センサモジュール１０１によって計測された水位と流量は、１日に１回、あるいは１時間に１回計測され、そのデータは３Ｇ回線、もしくはＰＨＳ回線を通じてデータセンターのサーバに収集される。水位と流量のデータは計測と同時に送信してもよいし、消費電力を削減するため１日、あるいは１週間のデータを蓄積しておいてから送信してもよい。
　前述のように、多くの自治体では雨水が下水道に流れ込む（合流式）タイプとなっており、下水道の流量予測は降雨データと強く連動している。そのため、センサモジュール１０１で計測された検出データを収集し、気象庁のデータを組み合わせて解析を行うことで、例えば、下水が流れ込む河川の氾濫予測、注意報・警報情報の提供に用いることができる。解析結果から気象現象と下水道流量の関係モデルを確立すれば、それ以降は気象庁のデータから各地の下水道の流量を予測して、予測データを提供、配信することに課金してもよい。住宅建築や居住状況、土地開発状況に応じて下水道の流量は年々変わるので、継続的なデータの更新が可能な本情報処理システムは有用である。
　都市のゲリラ豪雨の際には、下水道作業者の安全確保や下水道の氾濫を防ぐため、分単位で水位の測定および情報発信が必要になる。この場合には、相対的に標高の低い少数のマンホール蓋１０２に設けたセンサモジュール１０１に限定して情報を収集する。水位を測定するセンサモジュール１０１の蓄電素子４７には前もって十分な蓄電を行っておくことが好ましい。信号処理部４８は、無線部４９、３Ｇ回線、もしくはＰＨＳ回線を通じて逐次データをサーバ１０４へ送信する。サーバ１０４は、受信した情報を作業者や氾濫近傍の居住者のスマホ・タブレットに警報を発させることができる。この場合、特定のマンホール蓋上に測定車両が駐車して、近距離無線通信によって車両に設けたサーバーにデータを回収する形態も考えられる。
　以上説明した第３実施形態のセンサモジュール１０１を利用し、下水道の水位を検出するシステムは、第１および第２実施形態のセンサモジュール１０１を利用しても実現できる。
　図１０は、センサモジュールの変形例を示す図であり、変形例のセンサモジュールをマンホール蓋に取り付けた状態の断面図である。
　この変形例では、放熱部３７は放熱フィンを有さず、放熱用の棒材３９が第２伝熱体３５からマンホール内の空間に伸びる構造を有する。
　第１から第３実施形態では、放熱部３７の放熱フィンが、弾性を有し、放熱フィンを放熱部軸に巻きつけることができ、自由状態では放熱フィンが伸張した状態になった。これにより、放熱部３７の表面積が増加し、ヒートシンクとしての機能が向上する。しかし、放熱部３７が図１０のような棒材３９であっても、第１伝熱体と第２伝熱体の温度差が、熱電素子３３が発電するのに十分な温度差であれば特に問題はなく、伸縮する放熱フィンを有する複雑な構造である必要はない。
　実施形態のセンサモジュールに搭載するセンサの種類を選択してシステムを構築することにより、各種のアプリケーションが可能である。以下、そのようなアプリケーションの例を説明する。
　図１１は、磁気スイッチ（ＡＭＲセンサ）を利用して、センサモジュールがマンホール蓋の開閉を検出するようにしたシステムを示す図であり、（Ａ）がマンホールを閉じた状態を、（Ｂ）がマンホールを開いた状態を、（Ｃ）がシステム構成を示す。
　図１１の（Ａ）および（Ｂ）に示すように、マンホール枠７２に磁石８１を固定し、マンホール蓋１０２に磁気スイッチ（ＡＭＲセンサ）８２を固定し、センサモジュールが磁気スイッチ８２の検出信号を読み取る。磁石８１と磁気スイッチ８２は、マンホール蓋１０２を閉じた状態では近接して対向し、マンホール蓋１０２を開いた状態では離れるように配置することにより、磁気スイッチ８２の検出信号がマンホール蓋１０２を閉じた状態と開いた状態で変化するようにする。これにより、マンホール蓋１０２の開閉が検出できる。センサモジュールと磁気スイッチ８２の間の接続は、例えばマンホール蓋１０２に信号線を配置することにより行う。この場合、磁石８１、磁気スイッチ８２および信号線の配置は、マンホール蓋１０２を開けた状態で行う必要がある。
　マンホール蓋の開閉を検出可能にすることで、検出データを、（１）テロや犯罪の防止、（２）点検作業実施の証明等に利用できる。
　図１１の（Ｃ）に示すように、ネットワーク１０３には、複数のセンサモジュールおよびサーバ１０４に加えて、点検作業を行う作業者が携帯する作業用端末に加えて、警察、警備会社および点検工事会社の外部端末が接続される。作業者は、作業用端末を使用してサーバにアクセスし、点検するマンホールを特定する情報を得る。
　図１２は、マンホール蓋の開閉を検出可能にしたシステムの運用方法を示すフローチャートである。
　ステップＳ１１では、センサモジュール１０１が、磁気スイッチ８２の検出信号から、マンホール蓋１０２が開けられたことを示したことを検出する。
　ステップＳ１２では、センサモジュール１０１が、マンホール蓋１０２が開けられたとの情報を、マンホールを特定するＩＤ番号と共に、ネットワークを経由してサーバに送信する。
　ステップＳ１３では、サーバが、該当するマンホール蓋が点検予定のマンホールに対応するか判定し、対応すればステップＳ１４に進み、対応しなければステップＳ１５に進む。
　ステップＳ１４では、点検作業を発注した自治体の関連部署および工事業者に作業実施を連絡する。これにより、点検作業が行われたと推定できる。もし、所定期間内にマンホール蓋が開けられない場合には、点検作業が行われていないと推定できる。なお、マンホール蓋が開けられた場合に、マンホール蓋が閉じられたかを監視することが望ましい。例えば、点検に要すると推定される時間の数倍以上の時間マンホール蓋が開いた状態であることが検出された場合、作業者がマンホール蓋を閉じるのを失念したこと等が推定される。このような状態は道路通行の上で危険であり、ネットワークを介して作業用端末に状況確認を要求することが望ましい。
　ステップＳ１５では、点検作業の予定にないマンホール蓋が開けられたことを警察や警備会社に通報する。
　図１１および図１２に示したアプリケーションの例では、マンホール蓋の開閉を検出するため磁気スイッチ（ＡＭＲセンサ）を利用したが、他のセンサを使用してもマンホール蓋の開閉を検出できる。
　図１３は、センサモジュール１０１に加速度センサ８４を搭載した構成例を示す図である。
　車両がマンホール蓋１０２の上を走行すると、マンホール蓋１０２が振動し、加速度センサ８４はマンホール蓋１０２の振動を検出する。しかし、この振動は振幅の小さな振動であり、所定以上の距離の移動を示すことはない。これに対して、マンホールを開閉する場合には、加速度センサ８４の検出信号は、所定以上の距離の移動を示すので、これを検出することにより、マンホールの開閉を検出できる。
　加速度センサ（または振動センサ）を搭載したセンサモジュール１０１を利用することにより、マンホール蓋１０２上を通過する車両の数と車両の種類を検出することも可能である。これにより、例えば、ＮシステムやＶＩＣＳ（Ｖｅｈｉｃｌｅ　Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ａｎｄ　Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　Ｓｙｓｔｅｍ；道路交通情報通信システム）では計測していないような細い道路や路地などでも渋滞情報を得ることができる。
　また、センサの検出データと車両の種類（軽、普通、トラック等）とを関連付けたデータセットを予めメモリに記憶させておき、センサの検出データと上記データセットとから判定した車の種類の情報を、サーバ１０４へ送信する。車種による都市の車の流れの違いを解析することで、特定の車両を特定の道路に誘導する計画立案など、都市道路のコントロールや都市評価につながる。
　なお、この場合のセンサとしては、センサモジュールの上部に配置したマイクロフォンなどの音響センサや磁気センサを利用することもできる。
　センサモジュールが、温度、湿度、振動（加速度）を検出するセンサを有する場合には、それらの検出データから各マンホールのコンクリート部分およびマンホール蓋の劣化の度合いが推定できる。温度および湿度が高く、その変化が大きく、振動が大きい（最大値、頻度）場合には、マンホールのコンクリート部分およびマンホール蓋は劣化しやすい。これからマンホールのコンクリート部分の修繕計画や、マンホール蓋の交換計画を作成すると、より一層精度の高い計画が作れる。
　また、下水道で発生する硫化水素がマンホールを急激に劣化させることが知られている。硫化水素の発生は、近隣住民の苦情要因でもある。センサモジュールに硫化水素ガスセンサを搭載することで、マンホールの劣化予測精度向上とともに、住民の苦情に迅速に対応できるようになる。
　以上説明した実施形態およびアップケーションの例では、サーバを専用の装置とした場合について説明した。しかし、これに限らず、これらを汎用のコンピュータとし、これにサーバ１０４が行った動作を実行させるプログラムをインストールして同様の動作を行わせてもよい。この場合、プログラムは、ＣＤやＤＶＤ等の記録媒体で供給してもよいし、ネットワークからダウンロードできるようにしてもよい。
　以上、実施形態を説明したが、ここに記載したすべての例や条件は、発明および技術に適用する発明の概念の理解を助ける目的で記載されたものである。特に、記載された例や条件は発明の範囲を制限することを意図するものではなく、明細書のそのような例の構成は発明の利点および欠点を示すものではない。発明の実施形態を詳細に記載したが、各種の変更、置き換え、変形が発明の精神および範囲を逸脱することなく行えることが理解されるべきである。
　１１　　マンホール蓋
　２１　　伝熱体ベース部
　２２　　ボルト部
　２５　　アンテナ
　３２　　第１伝熱体
　３３　　熱電伝素子
　２４、３５　　第２伝熱体
　３６　　放熱部軸
　３７　　放熱部
　４１　　電子回路
　４２　　温湿度センサ
　４３　　水位センサ
　４５　　昇圧回路
　４６　　電源制御部
　４７　　蓄電素子
　４８　　信号処理部
　４９　　無線部
　１０１　　センサモジュール
　１０２　　マンホール蓋
　１０３　　ネットワーク
　１０４　　サーバ

Claims (16)

  1. 　計測部と、電源部と、通信部と、を備え、
    　マンホール蓋に設置され、
    　前記電源部は、前記マンホール蓋に熱的に接続される第１伝熱部とマンホール内の放熱部に熱的に接続される第２伝熱部との温度差で発電する熱電発電モジュールを含み、
    　前記熱電発電モジュールで発電した電力で前記計測部および前記通信部を駆動し、前記計測部の測定データを、前記通信部を介して外部に送信することを特徴とするセンサモジュール。
  2. 　前記第１伝熱部に形成され、当該センサモジュールを前記マンホール蓋のネジ孔にネジ止めするためのボルト部を備える請求項１に記載のセンサモジュール。
  3. 　前記本体部の前記第２伝熱部を含む少なくとも一部は、前記ネジ孔を通して、マンホール外からマンホール内に挿入可能な形状を有する請求項２に記載のセンサモジュール。
  4. 　前記第２伝熱部は、前記ネジ孔を通過させる形状に変形され、前記ネジ孔を通過後に伸張した状態になるフィンを含む請求項３に記載のセンサモジュール。
  5. 　前記計測部は、少なくとも、温度、湿度、ガス濃度、水位、下水流量、振動の何れかを検出する請求項１から４のいずれか１項に記載のセンサモジュール。
  6. 　前記計測部は、少なくとも、温度センサ、湿度センサ、ガス濃度センサ、水位センサ、下水流量センサ、振動センサの何れかを、前記ネジ孔を通して、マンホール外からマンホール内に挿入可能な形で備える請求項１から４のいずれか１項に記載のセンサモジュール。
  7. 　前記計測部は、少なくとも、前記マンホール内に配置された温度センサ、湿度センサ、ガス濃度センサ、水位センサ、下水流量センサ、振動センサの何れかから、検出信号を受ける請求項１から４のいずれか１項に記載のセンサモジュール。
  8. 　前記計測部の検出信号を処理し、前記検出信号のデータを前記通信部から送信する処理を行う電子回路をさらに備える請求項１から７のいずれか１項に記載のセンサモジュール。
  9. 　前記通信部は、前記ネジ孔の上部に位置するアンテナと、前記アンテナと前記電子回路間に設けられた信号線と、を有する請求項８に記載のセンサモジュール。
  10. 　前記通信部は、前記ネジ孔の上部に位置する外部端子と、前記外部端子と前記電子回路間に設けられた信号線と、を有する請求項８に記載のセンサモジュール。
  11. 　マンホール蓋の貫通孔に、前記マンホール蓋の表面からネジ切り加工してネジ孔を形成し、
    　温度差で発電する熱電発電モジュールおよび通信部を有するセンサモジュールのネジ部を、前記ネジ孔にネジ止めして固定することを特徴とするセンサモジュールの固定方法。
  12. 　複数のマンホール蓋に設置され、前記マンホール蓋に熱的に接続される第１伝熱部とマンホール内の放熱部に熱的に接続される第２伝熱部との温度差で発電する熱電発電モジュールおよび無線通信部を有する複数のセンサモジュールと、
    　前記複数のセンサモジュールのデータを収集して処理するサーバと、
    　前記複数のセンサモジュールの前記無線通信部を、前記サーバに通信可能に接続する無線通信ネットワークと、を備えることを特徴とするマンホール情報収集処理システム。
  13. 　各センサモジュールは、前記第１伝熱部に形成され、前記センサモジュールを前記マンホール蓋のネジ孔にネジ止めするためのボルト部を備える請求項１２記載のマンホールデータ収集処理システム。
  14. 　複数のマンホール蓋に設置され、前記マンホール蓋に熱的に接続される第１伝熱部とマンホール内の放熱部に熱的に接続される第２伝熱部との温度差で発電する熱電発電モジュールおよび通信部を有する複数のセンサモジュールの計測データを収集するマンホール情報収集方法であって、
    　通信機能を有する携帯型端末を、前記複数のセンサモジュールの前記通信部に接続し、
    　前記携帯型端末で、前記複数のセンサモジュールの計測データを読み取って記憶し、
    　前記携帯型端末に記憶した前記複数のセンサモジュールの計測データを、サーバに送信することを特徴とするマンホール情報収集処理方法。
  15. 　前記センサモジュールの前記通信部は、無線通信部であり、
    　前記携帯型端末は、前記センサモジュールの前記通信部から無線通信により計測データを収集する請求項１４に記載のマンホール情報収集処理方法。
  16. 　前記センサモジュールの前記通信部は、外部通信端子を有し、
    　前記携帯型端末の通信端子を、前記センサモジュールの前記通信部の前記外部通信端子に接続して計測データを収集する請求項１４に記載のマンホール情報収集処理方法。
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