WO2019054433A1 - 診断装置、診断方法及びプログラム記憶媒体 - Google Patents

Abstract

センサの状態の把握を容易にするために、診断装置は、類似度算出部と、診断部とを備える。類似度算出部は、振動を計測し監視対象の状態を監視するための第１のセンサと、振動を計測し第１のセンサの状態を診断するための第２のセンサとの各々による計測値の類似度を周波数毎に求める。診断部は、類似度に基づいて、第１のセンサの状態を診断する。

Description

診断装置、診断方法及びプログラム記憶媒体

　本発明は、センサの状態を検知する技術に関する。

　配管や橋梁、建築物等を含むインフラ設備の故障や異常を早期に発見するために、センサによるインフラ設備の監視が行われる場合がある。インフラ設備を監視するセンサは、温度や湿度、埃といった環境条件が厳しい箇所に設置され、長期間使用される場合がある。そのため、これらのセンサ自体の異常を検知する技術が検討されている。

　特許文献１には、判定基準値と新しく計測された類似計測器間の計測値の差を比較して計測器の異常を検出する計測器の異常検出方法等が記載されている。

　また、特許文献２には、関係する計測器と同じ動作をすると思われる計測器の動作を考慮することにより、計測器が正常に動作しているかどうか自動的にチェックできる異常値検出装置が記載されている。

特開平９－３３５３６号公報 特開平１１－３５３０１９号公報

　上述のように、インフラ設備を監視するセンサは、屋外や地中の空間等に設置され、長期間使用される場合がある。また、これらのセンサは、インフラ設備の多くの地点に取り付けられる。そのため、各特許文献に記載の技術に対して、センサの状態や異常の有無を容易に把握できる技術が求められている。

　本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、センサの状態の把握を容易にする診断装置等を提供することを主たる目的とする。

　本発明の一態様における診断装置は、振動を計測し監視対象の状態を監視するための第１のセンサと、振動を計測し第１のセンサの状態を診断するための第２のセンサとの各々による計測値の類似度を周波数毎に求める類似度算出部と、類似度に基づいて第１のセンサの状態を診断する診断部と、を備える。

　また、本発明の一態様における診断方法は、振動を計測し監視対象の状態を監視するための第１のセンサと、振動を計測し第１のセンサの状態を診断するための第２のセンサとの各々による計測値の類似度を周波数毎に求め、類似度に基づいて第１のセンサの状態を診断する。

　また、本発明の一態様におけるプログラム記憶媒体は、振動を計測し監視対象の状態を監視するための第１のセンサと、振動を計測し第１のセンサの状態を診断するための第２のセンサとの各々による計測値の類似度を周波数毎に求める処理と、類似度に基づいて第１のセンサの状態を診断する処理と、をコンピュータに実行させるコンピュータプログラムを記憶する。

　本発明によると、センサの状態や異常の有無の把握を容易にする診断装置等を提供することができる。

本発明の第１の実施形態における診断装置の構成を示す図である。 診断装置を用いてインフラ設備を監視するセンサの状態等の診断が行われる場合の一例を示す図である。 第１の計測部及び第２の計測部の配置の一例を示す図である。 類似度算出部によって類似度としてコヒーレンスが求められる場合の一例を示す図である。 類似度算出部によって類似度としてコヒーレンスが求められる場合の別の例を示す図である。 センサによって計測される環境振動の振動強度の一例を示す図である。 環境振動の振動強度と周波数の関係例を示す図である。 環境振動の振動強度と周波数の別の関係例を示す図である。 診断部によって検知帯域が考慮される場合の振動強度及びコヒーレンスの一例を示す図である。 本発明の第１の実施形態における診断装置の動作を示すフローチャートである。 本発明の第２の実施形態における診断装置の構成を示す図である。 第１のセンサによる計測値と第２のセンサによる計測値との例を示す図である。 図９Ａに表される第１のセンサと第２のセンサの計測値の相互相関関数の例を示す図である。 本発明の第２の実施形態における診断装置の動作を示すフローチャートである。 本発明の各実施形態における診断装置等を実現する情報処理装置の一例を示す図である。

　（第１の実施形態）
　本発明の各実施形態について、添付の図面を参照して説明する。まず、本発明の第１の実施形態について説明する。図１は、本発明の第１の実施形態における診断装置を示す図である。

　図１に示すとおり、本発明の第１の実施形態における診断装置１００は、類似度算出部１１０と、診断部１２０とを備える。類似度算出部１１０は、振動を計測し、監視対象の状態を監視するための第１のセンサと、振動を計測し、第１のセンサの状態を診断するための第２のセンサとの各々による計測値の類似度を周波数毎に求める。診断部１２０は、類似度に基づいて、第１のセンサの状態を診断する。

　図２を参照して、診断装置１００を用いてインフラ設備を監視するセンサの状態等の診断が行われる場合の一例を説明する。以下の各実施形態において、インフラ設備には、一例として、上述した配管、橋梁、建築物が含まれる。ただし、インフラ設備はこれらに限られず、産業や生活の基盤となりうるその他の設備がインフラ設備に含まれてもよい。

　図２は、インフラ設備の一つである水道網５００を監視するセンサの状態等が診断される場合の例である。水道網５００は、一例として、複数の配管５０１が相互に接続されることで構成される。また、配管５０１の接続地点等にアクセスポイント５０２が設置されている。

　アクセスポイント５０２は、消火栓、空気弁、仕切弁等、マンホール内に配置されており、かつ、水道網５００を構成する配管５０１と接続される設備である。すなわち、アクセスポイント５０２の位置は、水道網５００を構成する設備にアクセス可能となる地点である。なお、図２に示す例では、アクセスポイント５０２は配管５０１の交点に設けられているが、アクセスポイント５０２が設けられる位置は特に限定されず、これ以外の位置に設けられてもよい。また、アクセスポイント５０２は、上述した設備に限られず、例えば他の弁栓類であってもよい。

　センサによる水道網５００の監視が行われる場合には、第１の計測部１５０がアクセスポイント５０２等に設けられる。第１の計測部１５０は、例えば配管５０１又は配管５０１の内部を流れる水等の流体の振動の加速度等の指標を計測する。計測された結果は、例えば、有線又は無線の通信ネットワークを介して配管の状態を分析するサーバ等へ送信される。配管の状態を分析するサーバへ計測結果が送信されると、当該計測結果に基づいて、配管からの水等の漏洩の有無等が分析される。第１の計測部１５０の詳細な構成は後述する。

　また、図３は、診断装置１００を用いてインフラ設備を監視するセンサの状態等の診断が行われる場合における、センサの配置の例を示す図である。

　図３に示す例では、アクセスポイント５０２が設けられたマンホール５０３の内部に、第１の計測部１５０及び第２の計測部１６０が設置されている。第１の計測部１５０は、インフラ設備である水道網５００を監視するセンサである。第２の計測部１６０は、第１の計測部１５０の状態を診断するために用いられるセンサである。

　なお、本実施形態又は以下の各実施形態において、第１の計測部１５０は、水道網５００等のインフラ設備に常設されることを想定する。また、第２の計測部１６０は、第１の計測部１５０の状態を診断する際に適宜設置されることを想定する。ただし、第２の計測部１６０は、常設又は一定の期間継続して設置されてもよい。また、第２の計測部１６０の各構成要素は、第１の計測部１５０の各構成要素の状態の診断に際して、予め正常に動作することが確認されていることを想定する。

　図３に示す例では、第１の計測部１５０は、第１のセンサ１５１及び第１の計測器１５２を有する。第１のセンサ１５１は、監視対象であるインフラ設備の状態を監視するためのセンサである。第１のセンサ１５１は、主に、監視対象であるインフラ設備の状態に関する物理量を計測する。以下の各実施形態においては、監視対象は水道網５００である。すなわち、本実施形態では、例えば配管５０１やアクセスポイント５０２の水道網５００を構成する各要素が監視対象となる。そして、図３に示す例では、第１のセンサ１５１は、主に、配管５０１又は配管５０１の内部の流体を伝搬する振動を計測する。この場合に、第１のセンサ１５１は、例えば加速度センサであるが、その他の物理量を計測するセンサであってもよい。

　第１のセンサ１５１は、アクセスポイント５０２である配管５０１の弁栓類に取り付けられる。図３に示すような配管５０１の振動を計測する場合には、第１のセンサ１５１は、地面に対して垂直になる方向に設置されることが好ましい。また、第１のセンサ１５１として、三軸検出用の加速度センサが用いられてもよい。第１のセンサ１５１として三軸検出用の加速度センサが用いられる場合には、設置方向は特に限定されない。

　第１の計測器１５２は、第１のセンサ１５１が計測した計測値に対する処理や、処理した結果等の外部への送信を行う。第１の計測器１５２には、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）、メモリや、データを送受信する機構等が含まれる。また、第１の計測器１５２には、他の計測器との間で計測した振動等の物理量についての計測時刻を同期するための構成を備えてもよい。第１の計測器１５２は、更に、他の要素を含んでもよい。

　また、第１の計測器１５２の各要素を収容する筐体は、野外の雨による水没や、温度や湿度の急激な変化、野外の虫や動物、酸性雨や土壌による腐食に耐えうる構造であることが好ましい。

　図３に示す例では、第２の計測部１６０は、第１の計測部１５０と同様に、第２のセンサ１６１及び第２の計測器１６２を有する。

　第２のセンサ１６１は、第１のセンサ１５１の状態を診断するために用いられるセンサである。第１のセンサ１５１と同じ対象に生じる振動等の物理量を計測する。すなわち、図３に示す例では、第２のセンサ１６１は、主に、配管５０１又は配管５０１の内部の流体を伝搬する振動を計測する。なお、以下において、第１のセンサ１５１及び第２のセンサ１６１の各々が計測する、配管５０１又は配管５０１の内部の流体を伝搬する振動やその他の外部の振動を、環境振動と呼ぶ。

　第２のセンサ１６１は、第１のセンサ１５１が計測する、インフラ設備の状態に関する物理量と、同じ物理量を計測することが好ましい。そのため、第２のセンサ１６１は、第１のセンサ１５１と同仕様のセンサであることが好ましい。ただし、第２のセンサ１６１は、第１のセンサ１５１の状態を診断することが可能であれば、第１のセンサ１５１と異なる仕様のセンサであってもよい。なお、第１のセンサ１５１及び第２のセンサ１６１の自己雑音レベルは、第１の計測器１５２及び第２の計測器１６２の各々に含まれる、計測値に対する処理を行う機構の自己雑音レベルよりもそれぞれ高いことが好ましい。

　また、第２のセンサ１６１は、第１のセンサ１５１と隣接して配置されることが好ましい。第１のセンサ１５１及び第２のセンサ１６１の各々が加速度センサである場合には、第１のセンサ１５１及び第２のセンサ１６１の各々は、同じ方向の加速度が計測される必要がある。第１のセンサ１５１及び第２のセンサ１６１の各々を隣接して配置することが困難な場合には、配管５０１等の振動が同位相となる剛性の高い位置に取り付けられることが好ましい。また、この場合には、第１のセンサ１５１及び第２のセンサ１６１は、監視対象となるインフラ設備の同じ部品に取り付けられることが好ましい。

　第１のセンサ１５１及び第２のセンサ１６１の各々は、任意の手法にてアクセスポイント５０２等の監視対象に取り付けられる。例えば、第１のセンサ１５１及び第２のセンサ１６１の各々は、磁石や、グリス等の接着用材等にてアクセスポイント５０２等に取り付けられる。また、第１のセンサ１５１及び第２のセンサ１６１の各々は、ねじやカシメ部材等を用いて機械的に取り付けられてもよい。

　第２の計測器１６２は、第１の計測器１５２と同様の要素である。図３に示す例では、マンホール５０３の外部に第２の計測器１６２が配置されている。しかしながら、第２の計測器１６２は、第１のセンサ１５１又は第２のセンサ１６１による計測に影響を与えなければ、この他の場所に配置されてもよい。

　図３に示す例では、第１のセンサ１５１及び第１の計測器１５２は、分離した構成となっているが、これらは一つの筐体に収容される構成であってもよい。同様に、第２のセンサ１６１及び第２の計測器１６２は、分離した構成となっているが、これらは一つの筐体に収容される構成であってもよい。

　続いて、本実施形態における診断装置１００の各構成要素について説明する。なお、本実施形態又は以下の実施形態において、診断装置の各構成要素は、機能単位のブロックを示している。診断装置の各構成要素の一部又は全部は、例えば図１１に示すような情報処理装置１０００とプログラムとの任意の組み合わせにより実現される。情報処理装置１０００は、一例として、以下のような構成を含む。

　　・ＣＰＵ１００１
　　・ＲＯＭ（Read Only Memory）１００２
　　・ＲＡＭ（Random Access Memory）１００３
　　・ＲＡＭ１００３にロードされるプログラム１００４
　　・プログラム１００４を格納する記憶装置１００５
　　・記録媒体１００６の読み書きを行うドライブ装置１００７
　　・通信ネットワーク１００９と接続する通信インターフェース１００８
　　・データの入出力を行う入出力インターフェース１０１０
　　・各構成要素を接続するバス１０１１
　各実施形態における各装置の各構成要素は、これらの機能を実現するプログラム１００４をＣＰＵ１００１が取得して実行することで実現される。各装置の各構成要素の機能を実現するプログラム１００４は、例えば、予め記憶装置１００５やＲＡＭ１００３に格納されており、必要に応じてＣＰＵ１００１が読み出す。なお、プログラム１００４は、通信ネットワーク１００９を介してＣＰＵ１００１に供給されてもよいし、予め記録媒体１００６に格納されており、ドライブ装置１００７が当該プログラムを読み出してＣＰＵ１００１に供給してもよい。

　各装置の実現方法には、様々な変形例がある。例えば、各装置は、構成要素毎にそれぞれ別個の情報処理装置１０００とプログラムとの任意の組み合わせにより実現されてもよい。また、各装置が備える複数の構成要素が、一つの情報処理装置１０００とプログラムとの任意の組み合わせにより実現されてもよい。

　また、各装置の各構成要素の一部又は全部は、プロセッサ等を含む汎用または専用の回路（circuitry）や、これらの組み合わせによって実現される。これらは、単一のチップ によって構成されてもよいし、バスを介して接続される複数のチップによって構成されてもよい。各装置の各構成要素の一部又は全部は、上述した回路等とプログラムとの組み合わせによって実現されてもよい。

　各装置の各構成要素の一部又は全部が複数の情報処理装置や回路等により実現される場合には、複数の情報処理装置や回路等は、集中配置されてもよいし、分散配置されてもよい。例えば、情報処理装置や回路等は、クライアントアンドサーバシステム、クラウドコンピューティングシステム等、各々が通信ネットワークを介して接続される形態として実現されてもよい。

　まず、類似度算出部１１０について説明する。類似度算出部１１０は、第１のセンサ１５１と第２のセンサ１６１との各々による計測値の類似度を周波数毎に求める。

　類似度算出部１１０は、類似度として、第１のセンサ１５１と第２のセンサ１６１との各々にて計測された計測値のコヒーレンスを求める。コヒーレンスは、時系列データ間の類似度を０から１までの値で周波数別に示す指標である。コヒーレンスは、公知の手法を適宜用いて求められる。なお、類似度算出部１１０は、第１のセンサ１５１と第２のセンサ１６１との各々にて計測された計測値のコヒーレンスを求める際に、第１の計測器１５２及び第２の計測器１６２によって処理された信号を用いてもよい。また、類似度算出部１１０は、第１のセンサ１５１と第２のセンサ１６１との各々にて計測された計測値の類似の程度を示す他の指標を類似度として求めてもよい。なお、類似度を求める際に、第１のセンサ１５１による計測値と、第２のセンサ１６１による計測値に関して時刻の同期がなされていることを想定する。

　図４Ａ、図４Ｂは、類似度算出部１１０によって求められるコヒーレンスの例を示す図である。図４Ａと図４Ｂの各々において、横軸は周波数を表し、縦軸は振動強度又はコヒーレンスを示す。振動強度は、振動の大きさを示す指標である。第１のセンサ１５１及び第２のセンサ１６１が加速度センサである場合、振動強度は、例えば加速度の大きさである。

　また、図４Ａと図４Ｂの各々において、実線は、第１のセンサ１５１によって計測された計測値がフーリエ変換された周波数スペクトル、点線は、第２のセンサ１６１によって計測された計測値がフーリエ変換された周波数スペクトルを示す。また、これらにおいて、一点鎖線は、第１のセンサ１５１によって計測された計測値と第２のセンサ１６１によって計測された計測値とのコヒーレンスを示す。

　図４Ａに示す例では、第１のセンサ１５１によって計測された振動強度の計測値に対する周波数スペクトルと、第２のセンサ１６１によって計測された振動強度の計測値に対する周波数スペクトルとは、比較的近似している。そのため、コヒーレンスとして、全ての周波数において概ね１に近い値が求められている。一方、図４Ｂに示す例では、第１のセンサ１５１による計測値に対する周波数スペクトルと、第２のセンサ１６１による計測値に対する周波数スペクトルとは、図４Ａに示す例と比較して大きな差異がある。そのため、コヒーレンスとして、図４Ａに示す例と比較して小さな値が求められている。

　なお、第１のセンサ１５１及び第２のセンサ１６１によって計測される環境振動が小さい場合には、類似度算出部１１０による類似度の算出に際して、各々のセンサの自己雑音同士の類似度が求められることになる。この場合には、類似度であるコヒーレンスの値は小さくなる。しかしながら、このようにして求められた類似度は、第１のセンサ１５１の状態を適切に表さない場合がある。すなわち、このようにして求められた類似度には、後述する診断部１２０によって第１のセンサ１５１の状態を診断するためには、適切ではない場合がある。

　図５Ａと図５Ｂと図５Ｃによって、第１のセンサ１５１及び第２のセンサ１６１により計測される外部の環境振動と、類似度算出部１１０によって求められるコヒーレンスとの関係の一例が表される。なお、ここでは、第１のセンサ１５１及び第２のセンサ１６１の各々は、正常に動作することを想定する。

　図５Ａは、第１のセンサ１５１及び第２のセンサ１６１によって計測され得る環境振動の振動強度を示す。図５Ｂは、図５Ａの時間帯１において、第１のセンサ１５１及び第２のセンサ１６１によって計測された振動強度の計測値に対するスペクトル等を示す。図５Ｃは、図５Ａの時間帯２において、第１のセンサ１５１及び第２のセンサ１６１によって計測された振動強度の計測値に対するスペクトル等を示す。なお、図５Ｂ及び図５Ｃの各々において、実線、点線及び一点鎖線のそれぞれが指し示す値は、図４Ａ又は図４Ｂのそれぞれの場合と同様である。

　図５Ａの時間帯１においては、環境振動の振動強度は小さく、ゼロに近い。つまり、第１のセンサ１５１及び第２のセンサ１６１によって計測される計測値には、自己雑音が相対的に多く含まれる。そのため、図５Ｂに示すように、第１のセンサ１５１及び第２のセンサ１６１の各々にて計測された振動強度の計測値に対する周波数スペクトルは、その形状や振動強度は比較的似ているが、求められるコヒーレンスは小さい値となる。

　一方、図５Ａの時間帯２においては、環境振動の振動強度は、時間帯１と比較すると大きい。つまり、第１のセンサ１５１及び第２のセンサ１６１によって計測される計測値に含まれる自己雑音の成分は、環境振動と比較して相対的に小さくなる。そのため、図５Ｂに示すように、第１のセンサ１５１及び第２のセンサ１６１の各々にて計測された振動強度の計測値に対する周波数スペクトルは、その形状や振動強度は比較的似ている。また、類似度算出部１１０によって求められるコヒーレンスは、時間帯１の場合と比較して大きい値となる。

　そこで、類似度算出部１１０によって類似度が求められる場合に、第１のセンサ１５１及び第２のセンサ１６１による計測値には、各々のセンサの自己雑音レベルに対して大きな環境振動が含まれることが好ましい。例えば、類似度算出部１１０は、環境振動が所定の条件を満たす大きさであるかを予め判断してもよい。そして、類似度算出部１１０は、所定の条件を満たす環境振動が計測された場合の計測値に対して類似度を求めてもよい。

　診断部１２０は、類似度算出部１１０にて求められた類似度に基づいて、第１のセンサ１５１の状態を診断する。上述のように、類似度算出部１１０によってコヒーレンスが類似度として求められた場合には、診断部１２０は、コヒーレンスに基づいて、第１のセンサ１５１の状態を診断する。

　診断部１２０は、例えば、第１のセンサ１５１が計測する全ての周波数帯域においてコヒーレンスが所定の条件を満たす場合に、第１のセンサ１５１は正常であると診断する。コヒーレンスの大きさが所定の条件を満たすか否かは、例えば、コヒーレンスの大きさが所定の閾値を超えるか否か等によって判定される。この場合に、閾値は、１に近い値で設定されることが好ましいが、第１のセンサ１５１及び第２のセンサ１６１の種類や、各々のセンサの設置場所等に応じて適宜定められればよい。例えば、第２のセンサ１６１として、第１のセンサ１５１と同じ種類のセンサが用いられる場合には、異なる種類のセンサが用いられる場合と比較して、大きな閾値が設定されてもよい。また、第２のセンサ１６１が、第１のセンサ１５１と離れて設置されている場合は、隣接して設置される場合と比較して、小さな閾値が設定されてもよい。

　第１のセンサ１５１が計測する周波数帯域の一部においてコヒーレンスの大きさが所定の条件を満たさない場合に、診断部１２０は、第１のセンサ１５１が正常ではないと判断する。例えば、診断部１２０は、第１のセンサ１５１が計測する周波数帯域の一部においてコヒーレンスが所定の条件を満たさない場合に、単に、第１のセンサ１５１に異常があると診断してもよい。

　また、診断部１２０は、種々の基準によって、第１のセンサ１５１の状態を判断してもよい。一例として、診断部１２０は、監視対象の状態を監視する際に用いられる周波数帯域における類似度に基づいて、第１のセンサ１５１の状態を診断してもよい。

　例えば、図２及び図３に示すように、インフラ設備が水道網５００であり、第１のセンサ１５１が、インフラ設備の状態として、水道網５００を構成する配管５０１からの水の漏洩を計測する場合を想定する。この場合に、漏洩に起因して生じる振動は、特定の範囲の周波数帯域に含まれる場合がある。そして、このような場合に、第１のセンサ１５１による計測値は、特定の範囲の周波数帯域に関しては正常である場合が考えられる。

　図６は、上述の場合の一例を示す図である。図６に示す例において、縦軸及び横軸は、図４Ａ又は図４Ｂに示す例と同様である。また、図６に示す例において、実線、点線及び一点鎖線の各々は、図４Ａ又は図４Ｂに示す例と同様である。また、図６において、二点鎖線は、第１のセンサ１５１が正常であるか否かを診断するためのコヒーレンスに対する閾値である。検知帯域は、監視対象であるインフラ設備の状態を監視するために用いられる振動の周波数帯域である。上述のように、インフラ設備が水道網５００であり、水道網５００を構成する配管５０１からの水の漏洩の有無が監視される場合には、検知帯域は、配管５０１からの水の漏洩の有無を監視するための計測対象となる周波数帯域である。

　この例では、類似度算出部１１０によって求められるコヒーレンスは、図中の高い周波数帯域において、図示された閾値を下回っている。そのため、第１のセンサ１５１には、何らかの異常が生じている可能性がある。しかしながら、図示された検知帯域においては、コヒーレンスは、閾値を上回っている。すなわち、このようなコヒーレンスが求められた時点では、第１のセンサ１５１の計測値に基づいて、漏洩の有無の判断を正常に行うことが可能である。

　そこで、このような場合に、診断部１２０は、第１のセンサ１５１に異常が生じていると診断することに代えて、異常が生じる可能性があると診断してもよい。このように診断されることで、インフラ設備の監視を行う管理者は、第１のセンサ１５１に対する点検の頻度を高め、第１のセンサ１５１が完全に故障する場合に備えるといった措置を講じることが可能となる。この結果として、第１のセンサ１５１の交換頻度を下げ、インフラ設備の監視を効率化することが可能となる。

　また、上述のように、配管５０１からの漏洩の有無を監視する場合、診断部１２０は、漏洩に起因する振動に関連する周波数帯域についてのコヒーレンスに基づいて、第１のセンサ１５１の状態を診断してもよい。つまり、診断部１２０は、図６に示す検知帯域におけるコヒーレンスに基づいて、第１のセンサ１５１の状態を診断してもよい。この場合には、類似度算出部１１０は、第１のセンサ１５１が計測する計測値の周波数帯域を区切り、当該周波数帯域に対する類似度を求めてもよい。このようにすることで、処理速度の高速化が可能となる。

　また、処理速度と診断の精度との双方を考慮し、診断部１２０は、漏洩に起因する振動に関連する周波数帯域及びその前後の所定の周波数帯域についてのコヒーレンスに基づいて、第１のセンサ１５１の状態を診断してもよい。この場合においても、類似度算出部１１０は、第１のセンサ１５１にて計測される全ての周波数帯域のうち、診断部１２０において第１のセンサ１５１の状態の診断に用いられる周波数帯域における類似度を求めてもよい。

　診断部１２０による診断結果は、任意の出力手段を介して適宜出力される。第１のセンサ１５１による計測結果に基づいてインフラ設備の監視を行う管理者は、診断結果に基づいて必要な措置を講じることが可能となる。例えば、第１のセンサ１５１に異常が生じていると診断された場合には、第１のセンサ１５１や、第１の計測器１５２が適宜交換される。また、上述した検知帯域以外の周波数帯域においてコヒーレンスが所定の条件を満たさない場合等には、第１のセンサ１５１に対する点検の頻度を高める等の措置がとられてもよい。診断部１２０によって、第１のセンサ１５１が正常であると診断される場合には、第１のセンサ１５１は継続してそのまま監視に用いられてもよい。

　また、上述のように、第２のセンサ１６１を含む第２の計測部１６０は、診断に際して予め正常に動作することを確認されていることが想定されている。そのため、また、第１のセンサ１５１に異常があると判断され、第１のセンサ１５１等の交換が必要と診断された場合に、第２のセンサ１６１が、第１のセンサとして用いられるように交換されてもよい。

　続いて、図７に示すフローチャートを参照して、診断装置１００の動作例を説明する。

　最初に、第１のセンサ１５１及び第２のセンサ１６１の各々による計測値が取得される（ステップＳ１０１）。取得された計測値は、通信ネットワーク等を介して診断装置１００へ送信される。

　次に、類似度算出部１１０は、ステップＳ１０１にて取得された計測値に対する類似度を周波数毎に求める（ステップＳ１０２）。上述のように、類似度算出部１１０は、類似度の例として、第１のセンサ１５１と第２のセンサ１６１との各々にて計測された計測値のコヒーレンスを求める。類似度算出部１１０は、診断部１２０による診断内容に応じて、第１のセンサ１５１が計測する周波数帯域の全てに関してコヒーレンスを求めてもよいし、一部の周波数帯域に関してコヒーレンスを求めてもよい。

　次に、診断部１２０は、ステップＳ１０２にて求められた類似度に基づいて、第１のセンサ１５１の状態を診断する（ステップＳ１０３）。診断部１２０は、第１のセンサ１５１が計測する周波数帯域の全てに関して求められたコヒーレンスに基づいて第１のセンサ１５１の状態を診断してもよい。また、診断部１２０は、一部の周波数帯域に関して求められたコヒーレンスに基づいて、第１のセンサ１５１の状態を診断してもよい。また、診断部１２０は、第１のセンサ１５１が正常又は異常であることを診断してもよいし、上述のように、異常が生じる可能性がある旨を診断してもよい。

　以上のとおり、本実施形態における診断装置１００は、周波数毎に求めた、第１のセンサと第２のセンサとの各々による計測値の類似度に基づいて、インフラ設備の状態を監視するために用いられる第１のセンサの状態を診断する。上述したコヒーレンスのように、周波数毎に求めた類似度が診断に用いられることで、第１のセンサの異常の有無に限らず、診断時点における第１のセンサの状態を詳細に把握することが可能となる。したがって、診断装置１００は、センサの状態の把握を容易にする。

　（第２の実施形態）
　続いて、本発明の第２の実施形態について説明する。図８は、本発明の第２の実施形態における診断装置を示す図である。

　図８に示すように、第２の実施形態における診断装置２００は、時間差調整部２３０と、類似度算出部１１０と、診断部１２０とを備える。時間差調整部２３０は、第１のセンサ及び第２のセンサの各々の計測値に対する相互相関に基づいて、第１のセンサ及び第２のセンサの各々の計測値の時間差を調整する。また、類似度算出部１１０及び診断部１２０の各々は、診断装置１００が備える同じ符号が付された要素と同様の要素である。

　なお、診断装置２００は、第１の実施形態における診断装置１００と同様に、インフラ設備を監視するセンサの状態を診断するために用いられる。

　類似度算出部１１０によって求められるコヒーレンス等の類似度は、同じ振動波形に対して求められることが好ましい。すなわち、第１のセンサ及び第２のセンサや、これらの計測値は、計測された時刻の同期がなされていることが好ましい。時刻が同期していない場合には、異なる振動波形に関する類似度が求められる可能性がある。この結果として、第１のセンサの状態が正しく診断されない可能性がある。第１のセンサ１５１及び第２のセンサ１６１、又は第１の計測器１５２及び第２の計測器１６２に内蔵された時計の時刻を同期するためには、複雑な機構や多くの工程が必要となる場合がある。

　そこで、本実施形態における診断装置２００では、時間差調整部２３０が、第１のセンサ及び第２のセンサの各々による計測値について、時間差の調整を行う。このようにすることで、複雑な機構や多くの工程が必要とすることなく、時刻の同期を容易に行うことが可能となる。

　図９Ａと図９Ｂを参照して、時間差調整部２３０による処理の例を説明する。時間差調整部２３０は、まず、第１のセンサ１５１及び第２のセンサ１６１の計測値に対する相互相関関数を求める。この場合に、第１のセンサ１５１及び第２のセンサ１６１の計測値が計測された時間帯が重複するように、相互相関関数の算出に用いられる計測値が取得される。

　図９Ａは、第１のセンサ１５１及び第２のセンサ１６１の各々にて計測された計測値の一例を示す。図９Ａにおいて、横軸は時間を表し、縦軸は信号強度を表す。また、図９Ａの上側のグラフは第１のセンサ１５１の計測値を表し、下側のグラフは第２のセンサ１６１の計測値を表す。そして、図９Ａに示す例では、図中の点線の枠で囲まれた計測値が相互相関関数の算出に用いられる。

　そして、時間差調整部２３０は、切り出された時間波形に対して、相互相関関数を求める。図９Ｂは、求められた相互相関関数の例を示す。図９Ｂにおいて、横軸は、２つのセンサに同じ振動が到達した場合の到達時間差を示し、縦軸は相互相関関数の大きさを示す。図９Ｂに示す例では、相互相関関数は、到達時間差のゼロから負の方向へΔｔ進んだ位置にて最大となっている。

　すなわち、図９Ａに表される第１のセンサ１５１及び第２のセンサ１６１の各々にて計測された計測値には、図９Ｂに表されるようなΔｔの時間差があることが示されている。言い換えると、第１のセンサ１５１又は第１の計測器１５２に内蔵された時計が表す時刻と、第２のセンサ１６１又は及び第２の計測器１６２に内蔵された時計が表す時刻とについて、Δｔの時間差があることが示されている。

　相互相関関数が求められると、時間差調整部２３０は、相互相関関数の値が最も大きい時刻に基づいて、時間差の調整を行う。図９Ｂに示す例では、第１のセンサ１５１及び第２のセンサ１６１による計測値のいずれか一方について、計測値の計測時刻を時間Δｔ変化させることで、時間差が調整される。

　時間差が調整されると、類似度算出部１１０は、調整された計測値に対して類似度を求める。また、診断部１２０は、類似度算出部１１０によって求められた類似度に基づいて、第１のセンサ１５１の状態を診断する。類似度算出部１１０及び診断部１２０の各々は、第１の実施形態における診断装置１００が備える類似度算出部１１０及び診断部１２０と同様に類似度の算出又は状態の診断を行う。時間差が調整された計測値が用いられることで、高い精度で第１のセンサの状態を診断することが可能となる。

　続いて、図１０に示すフローチャートを参照して、本実施形態における診断装置２００の動作例を説明する。

　最初に、第１のセンサ１５１及び第２のセンサ１６１の各々による計測値が取得される（ステップＳ２０１）。ステップＳ２０１の動作は、第１の実施形態における診断装置１００のステップＳ１０１と同様に行われる。

　次に、ステップＳ１０１にて取得された計測値について、時間差調整部２３０は、時間差を調整する（ステップＳ２０２）。より詳しくは、時間差調整部２３０は、第１のセンサ１５１及び第２のセンサ１６１による計測値に対する相互相関関数を求める。そして、時間差調整部２３０は、求めた相互相関関数の大きさに基づいて、各々の計測値の時間差を調整する。

　次に、類似度算出部１１０は、ステップＳ２０２にて時間差の調整が行われた計測値に対して、類似度を周波数毎に求める（ステップＳ２０３）。

　次に、診断部１２０は、ステップＳ２０３にて求められた類似度に基づいて、第１のセンサ１５１の状態を診断する（ステップＳ２０４）。ステップＳ２０３及びＳ２０４の動作は、診断装置１００のステップＳ１０２及びＳ１０３とそれぞれ同様に行われる。

　以上のとおり、本実施形態における診断装置２００は、第１のセンサ１５１及び第２のセンサ１６１による計測値の時間差の調整を行う。そして、時間差が調整された計測値に基づいて、類似度の算出や第１のセンサ１５１のセンサの状態の診断が行われる。そのため、診断装置２００は、診断装置１００と同様の効果を奏する。また、計測値の時間差が調整されることで、精度の高い類似度が求められる。したがって、診断装置２００は、より高い精度で第１のセンサの状態を診断することを可能とする。

　更に、診断装置２００は、第１のセンサ１５１及び第２のセンサ１６１による計測値に対する相互相関関数に基づいて時間差を調整する。したがって、第１のセンサ１５１及び第２のセンサ１６１、又は第１の計測器１５２及び第２の計測器１６２の各々の間において、時刻を同期するための機構が不要となる。したがって、診断装置２００は、簡易な構成で第１のセンサの状態を診断することを可能とする。

　以上、実施形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明の構成や詳細には、本発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。また、各実施形態における構成は、本発明のスコープを逸脱しない限りにおいて、互いに組み合わせることが可能である。
　この出願は、２０１７年９月１４日に出願された日本出願特願２０１７－１７６６８２を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。

　１００、２００　　診断装置
　１１０　　類似度算出部
　１２０　　診断部
　２３０　　時間差調整部
　１５０　　第１の計測部
　１５１　　第１のセンサ
　１５２　　第１の計測器
　１６０　　第２の計測部
　１６１　　第２のセンサ
　１６２　　第２の計測器
　５００　　水道網
　５０１　　配管
　５０２　　アクセスポイント
　５０３　　マンホール

Claims (10)

1. 　振動を計測し監視対象の状態を監視するための第１のセンサと、前記振動を計測し前記第１のセンサの状態を診断するための第２のセンサとの各々による計測値の類似度を周波数毎に求める類似度算出手段と、
   　前記類似度に基づいて前記第１のセンサの状態を診断する診断手段と、
   　を備える診断装置。
2. 　前記診断手段は、前記類似度が所定の条件を満たすか否かに基づいて前記第１のセンサの状態を診断する、請求項１に記載の診断装置。
3. 　前記診断手段は、前記類似度が前記第１のセンサが計測する全ての周波数帯域で所定の閾値を上回る場合に、前記第１のセンサが正常であると診断する、請求項１又は請求項２に記載の診断装置。
4. 　前記診断手段は、前記第１のセンサが前記監視対象の状態を監視する際の計測対象とする周波数帯域における前記類似度が所定の条件を満たすか否かに基づいて、前記第１のセンサの状態を診断する、請求項１又は請求項２に記載の診断装置。
5. 　前記診断手段は、前記第１のセンサが前記監視対象の状態を監視する際の前記計測対象とする前記周波数帯域における前記類似度が前記所定の条件を満たし、かつ、他の周波数帯域における前記類似度が前記所定の条件を満たさない場合に、前記第１のセンサに異常が生じる可能性があると診断する、請求項４に記載の診断装置。
6. 　前記第１のセンサ及び前記第２のセンサの各々の計測値に対する相互相関関数に基づいて、前記第１のセンサ及び前記第２のセンサの各々の計測値の時間差を調整する時間差調整手段をさらに備え、
   　前記類似度算出手段は、前記時間差が調整された前記計測値の類似度を周波数毎に求める、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の診断装置。
7. 　前記時間差調整手段は、前記相互相関関数の大きさが最大となる時間差に基づいて、前記時間差を調整する、請求項６に記載の診断装置。
8. 　前記第１のセンサ及び前記第２のセンサの各々は、振動の加速度を計測する、請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の診断装置。
9. 　振動を計測し監視対象の状態を監視するための第１のセンサと、前記振動を計測し前記第１のセンサの状態を診断するための第２のセンサとの各々による計測値の類似度を周波数毎に求め、
   　前記類似度に基づいて前記第１のセンサの状態を診断する
   　診断方法。
10. 　振動を計測し監視対象の状態を監視するための第１のセンサと、前記振動を計測し前記第１のセンサの状態を診断するための第２のセンサとの各々による計測値の類似度を周波数毎に求める処理と、
    　前記類似度に基づいて前記第１のセンサの状態を診断する処理と、
    をコンピュータに実行させるコンピュータプログラムを記憶するプログラム記憶媒体。

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