(57)【要約】【課題】対象地域の水位データを細かく監視する。【解決手段】下水管内監視システム１０は、複数のセンサノード装置２０と中継ノード装置３０と制御監視装置４０とを備える。各センサノード装置２０は、計測部２１により計測した水位データを含む計測信号を無線送信する送信部２２と、他のセンサノード装置から計測信号を受信した場合、自己の計測信号を加えて新たな計測信号を生成し、この新たな計測信号を送信するように制御する伝送制御部２４と、水位データに応じて送信部２２の通信特性を変更する通信特性変更部２５とを備える。中継ノード装置３０は、センサノード装置２０から計測信号を受信すると監視制御装置４０に送信する。監視制御装置４０は、中継ノード装置３０から計測信号を受信すると対象地域毎の水位データを表示する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
下水管内に設置された複数のセンサノード装置と、中継ノード装置と監視制御装置とを備えた下水管内監視システムであって、
前記各センサノード装置は、
前記下水管内の水位データを計測時刻とともに計測する計測手段と、
前記計測手段により計測した水位データ及び計測時刻と、自己のセンサノードＩＤとを含む計測信号を無線送信する送信手段と、
他のセンサノード装置から前記計測信号を受信する手段と、
前記他のセンサノード装置から前記計測信号を受信した場合、該他のセンサノード装置から受信した計測信号に自己の計測信号を加えて新たな計測信号を生成し、該新たな計測信号を送信するように制御する手段と、
前記計測手段により計測された水位データに応じて、前記送信手段の通信特性を変更する通信特性変更手段と、
を備え、
前記中継ノード装置は、
前記センサノード装置から前記計測信号を受信した場合、該計測信号を前記監視制御装置に送信する手段
を備え、
前記監視制御装置は、
前記各センサノードＩＤと対象地域情報とを対応付けて記憶する手段と、
前記中継ノード装置から計測信号を受信した場合、該計測信号に含まれるセンサノードＩＤに基づいて対象地域毎の水位データを表示する手段と
を備えたことを特徴とする下水管内監視システム。
【請求項２】
請求項１に記載の下水管内監視システムにおいて、
前記各センサノード装置の通信特性変更手段は、前記送信手段の送信電力を変更する、
ことを特徴とする下水管内監視システム。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の下水管内監視システムにおいて、
前記各センサノード装置の通信特性変更手段は、前記送信手段の送信頻度を変更する、
ことを特徴とする下水管内監視システム。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれか1項に記載の下水管内監視システムにおいて、
前記監視制御装置は、
対象地域の気象予測データを取得する気象予測データ取得手段と、
前記気象予測データに基づいて、前記各センサノード装置の通信特性を変更する手段と、
を備えたことを特徴とする下水管内監視システム。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれか1項に記載の下水管内監視システムにおいて、
前記監視制御装置は、前記下水管内の水位上昇による伝送障害が生じた場合、該伝送障害の原因を推定判別する手段、
を備えたことを特徴とする下水管内監視システム。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の下水管内監視システムにおいて、
前記監視制御装置は、前記各センサノード装置の電池寿命を推定する手段
を備えたことを特徴する下水管内監視システム。
【請求項７】
請求項６に記載の下水管内監視システムにおいて、
前記監視制御装置は、前記電池寿命が所定の閾値より小さくなった場合、前記送信手段の通信特性を消費電力が少なくなるように変更する、
ことを特徴する下水管内監視システム。
【請求項８】
請求項１乃至請求項７のいずれか1項に記載の下水管内監視システムにおいて、
前記中継ノード装置は、無線公衆回線網を介して計測信号を送受信する、
ことを特徴とする下水管内監視システム。
【請求項９】
請求項１乃至請求項８のいずれか1項に記載の下水管内監視システムにおいて、
前記中継ノード装置は、前記センサノード装置から受信した計測信号を有線伝送路を介して前記監視制御装置に送信する、
ことを特徴とする下水管内監視システム。
【請求項１０】
請求項１乃至請求項９のいずれか1項に記載の下水管内監視システムにおいて、
前記各センサノード装置は、前記計測信号とともに下水道施設の監視データを中継する、
ことを特徴とする下水管内監視システム。
【請求項１１】
下水管内に設置された複数のセンサノード装置と、中継ノード装置と監視制御装置とを用いた下水管内監視方法であって、
前記センサノード装置が、前記下水管内の水位データを計測時刻とともに計測する計測ステップと、
前記センサノード装置が、他のセンサノード装置から前記計測信号を受信するステップと、
前記センサノード装置が、前記他のセンサノード装置から前記計測信号を受信した場合、該他のセンサノード装置から受信した計測信号に自己の計測信号を加えて新たな計測信号を生成するステップと、
前記センサノード装置が、前記計測ステップにより計測された水位データに応じて、前記送信手段の通信特性を変更する通信特性変更ステップと、
前記センサノード装置が、前記新たな計測信号を送信するステップと、
前記中継ノード装置が、前記センサノード装置から前記計測信号を受信した場合、該計測信号を前記監視制御装置に送信するステップと、
前記監視制御装置が、前記中継ノード装置から計測信号を受信した場合、該計測信号に含まれるセンサノードＩＤに基づいて対象地域毎の水位データを表示するステップと、
を備えたことを特徴とする下水管内監視方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載の下水管内監視方法において、
前記センサノード装置による通信特性変更ステップは、前記センサノード装置の送信電力を変更する、
ことを特徴とする下水管内監視方法。
【請求項１３】
請求項１１または請求項１２に記載の下水管内監視方法において、
前記センサノード装置による通信特性変更ステップは、前記センサノード装置の送信頻度を変更する、
ことを特徴とする下水管内監視方法。
【請求項１４】
請求項１１乃至請求項１３のいずれか1項に記載の下水管内監視方法において、
前記通信特性変更ステップに代えて、前記監視制御装置が対象地域の気象予測データを取得し、該気象予測データに基づいて前記各センサノード装置の通信特性を変更する、
ことを特徴とする下水管内監視方法。
【請求項１５】
請求項１１乃至請求項１４のいずれか1項に記載の下水管内監視方法において、
前記監視制御装置が、前記下水管内の水位上昇による伝送障害が生じた場合、該伝送障害の原因を推定判別する、
ことを特徴とする下水管内監視方法。
【請求項１６】
請求項１１乃至請求項１５のいずれか１項に記載の下水管内監視方法において、
前記監視制御装置が、前記各センサノード装置の電池寿命を推定する、
ことを特徴する下水管内監視システム。
【請求項１７】
請求項１６に記載の下水管内監視方法において、
前記監視制御装置が、前記電池寿命が所定の閾値より小さくなった場合、前記センサノード装置の通信特性を消費電力が少なくなるように変更する、
ことを特徴する下水管内監視方法。
【請求項１８】
請求項１１乃請求項１７のいずれか1項に記載の下水管内監視方法において、
前記中継ノード装置が、無線公衆回線網を介して計測信号を送受信する、
ことを特徴とする下水管内監視方法。
【請求項１９】
請求項１１乃至請求項１８のいずれか1項に記載の下水管内監視方法において、
前記中継ノード装置が、前記センサノード装置から受信した計測信号を有線伝送路を介して前記監視制御装置に送信する、
ことを特徴とする下水管内監視方法。
【請求項２０】
請求項１１乃至請求項１９のいずれか1項に記載の下水管内監視方法において、
前記各センサノード装置が、前記計測データとともに下水道施設の監視データを中継する、
ことを特徴とする下水管内監視方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、対象地域の水位データを細かく監視し得る下水管内監視システム及び下水管内監視方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、都市下水道の各所には、下水管や排水溝を流下してくる雨水を河川等に排水することを目的としてポンプ場などの排水施設が設置されている。そこで、これらの排水施設の安全かつ効率的な運用のために、下水管内の複数個所に多数のセンサを設置し、水位や流量等を監視する下水管内監視システムが利用されている。
【０００３】
近年では、下水管内に張り巡らされた光ファイバを利用した水位計測およびデータ伝送方式が大都市の一部で実用化されている（例えば特許文献１・２参照）。
【０００４】
ところが、光ファイバを利用した場合、下水管内に流れる流下物が光ファイバを破損して、伝送障害を生じさせることがある。また、光ファイバの敷設工事に手間と多大な設置コストを要する。
【０００５】
そこで、光ファイバ等のケーブルを用いず、携帯電話回線網や特定小力無線を用いて計測データを伝送する技術が検討されている（例えば特許文献３・４参照）。
【特許文献１】特開２００３−１３２７７２号公報
【特許文献２】特開平０７−６２７１９号公報
【特許文献３】特開２００３−６７８０号公報
【特許文献４】特開２００７−２１８７４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述の携帯電話回線網等を用いて計測データを伝送する方法では、無線局の設置場所に制約が生じるという問題がある。例えば、無線局は下水管の外に引き出す必要があるが、下水管は道路の下に敷設されていることが多く、無線局の設置場所の確保が困難なことも少なくない。その結果、下水管内に多数のセンサを設置することができず、対象地域の水位データを細かく監視できないことがある。
【０００７】
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、対象地域の水位データを細かく監視し得る下水管内監視システム及び下水管内監視方法である。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は上記課題を解決するために、下水管内に設置された複数のセンサノード装置と、中継ノード装置と監視制御装置とを備えた下水管内監視システムであって、前記各センサノード装置は、前記下水管内の水位データを計測時刻とともに計測する計測手段と、前記計測手段により計測した水位データ及び計測時刻と、自己のセンサノードＩＤとを含む計測信号を無線送信する送信手段と、他のセンサノード装置から前記計測信号を受信する手段と、前記他のセンサノード装置から前記計測信号を受信した場合、該他のセンサノード装置から受信した計測信号に自己の計測信号を加えて新たな計測信号を生成し、該新たな計測信号を送信するように制御する手段と、前記計測手段により計測された水位データに応じて、前記送信手段の通信特性を変更する通信特性変更手段とを備え、前記中継ノード装置は、前記センサノード装置から前記計測信号を受信した場合、該計測信号を前記監視制御装置に送信する手段を備え、前記監視制御装置は、前記各センサノードＩＤと対象地域情報とを対応付けて記憶する手段と、前記中継ノード装置から計測信号を受信した場合、該計測信号に含まれるセンサノードＩＤに基づいて対象地域毎の水位データを表示する手段とを備えた下水管内監視システムを提供する。
【０００９】
なお、本発明は、各装置の集合体を「システム」として表現したが、これに限らず、装置毎に「装置」又は「プログラム」として表現してもよく、また、システム又は装置毎に「方法」として表現してもよい。すなわち、本発明は、任意のカテゴリーで表現可能となっている。
【００１０】
＜作用＞
下水管内監視システムによれば、各センサノード装置が、計測部により計測した水位データ及び計測時刻と自己のセンサノードＩＤとを含む計測信号を無線送信する送信手段と、他のセンサノード装置から計測信号を受信した場合、他のセンサノード装置から受信した計測信号に自己の計測信号を加えて新たな計測信号を生成し、この新たな計測信号を送信するように制御する手段と、計測手段により計測された水位データに応じて、送信手段の通信特性を変更する通信特性変更手段とを備え、中継ノード装置が、センサノード装置から計測信号を受信した場合、その計測信号を監視制御装置に送信する手段を備え、監視制御装置が、中継ノード装置から計測信号を受信した場合、その計測信号に含まれるセンサノードＩＤに基づいて対象地域毎の水位データを表示する表示手段を備えた構成により、対象地域の水位データを細かく監視することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、対象地域の水位データを細かく監視し得る下水管内監視システムを提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
【００１３】
＜第１の実施形態＞
（下水管内監視システムの構成）
図１は本発明の第１の実施形態に係る下水管内監視システム１０の構成を示す模式図である。
【００１４】
下水管内監視システム１０は、下水管１の中あるいはマンホール２に設置された複数のセンサノード装置２０と、下水管１の中あるいはマンホール２に設置された複数または一つの中継ノード装置３０と、監視制御装置４０とを備えている。なお、本実施形態においては、複数のセンサノード装置２０あるいは中継ノード装置３０が下水管内と地上との両方をその無線伝送路として利用できるように設置されている。
【００１５】
また、各センサノード装置２０および中継ノード装置３０は、一般的なアドホックネットワーク技術もしくはメッシュネットワーク技術に基づき、各々が自律的にデータを送受信したり、他のセンサノード装置からの中継を行ったりする、いわゆるマルチホップ伝送を行う。なお、センサノード装置２０および中継ノード装置３０は電源として電池を用いている。
【００１６】
センサノード装置２０は、計測部２１・送信部２２・受信部２３・伝送制御部２４・通信特性変更部２５を備える。なお、以下の説明において、センサノード装置を総称して説明する場合は単に２０と表記し、個別に説明する場合はアルファベットの添え字を付して２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ・・・のように表記する。
【００１７】
計測部２１は、下水管１内の水位・流量・温度・傾斜・水質などのデータを計測時刻とともに計測するセンサである。
【００１８】
送信部２２は、計測部２１により計測した水位データ及び計測時刻と、自己のセンサノードＩＤとを含む「計測信号」を無線局２９を介して無線送信するものである。ここで、センサノードＩＤは、各センサノード装置に個別に割り当てられる識別情報であり、各センサノード装置のメモリに記憶されている。
【００１９】
受信部２３は、他のセンサノード装置から計測信号を無線局２９を介して受信するものである。なお、受信部２３は、受信した計測信号に自己のセンサノードＩＤが含まれている場合、これまでに自己が送信した計測信号が他のセンサノード装置から送り返されてきたものと判定する。そして、受信部２３は、このように自己が既に送信した計測信号を受信した場合、計測信号がループしないように、その受信した計測信号を破棄する。
【００２０】
伝送制御部２４は、他のセンサノード装置から計測信号を受信した場合、他のセンサノード装置から受信した計測信号に自己の計測信号を加えて“新たな計測信号”を生成し、この新たな計測信号を送信するように送信部２２を制御するものである。
【００２１】
通信特性変更部２５は、計測部２１により計測された水位データに応じて、送信部２２の通信特性を変更するものである。補足すると、下水管１が満管状態となると、各センサノード間の通信が困難になる。一方、満管状態のときには監視の必要性が高まる。そこで、通信特性変更部２５は、計測部２１が計測した下水管内の水位・流量・温度・傾斜・水質等の計測値により無線局２９の制御モードを切り替える状態判定を行い、それに応じて無線局２９にデータ送信命令あるいは送信休止命令を出力したり、送信頻度（送信周期の逆数）や送信電力を変更したりする。
【００２２】
例えば、通信特性変更部２５は、晴天時あるいは小雨時においては、送受信可能なセンサノード装置２０が図２に示される関係となるように通信特性を制御する。図２において、“１”はセンサノード間で通信可能なことを意味している。要するに、図３に示すように水位Ｌが低いので、電波の送受信状態は良好であることから伝送障害の可能性は低い。それゆえ、通信特性変更部２５は、図４に示すように、隣接するセンサノード装置に電波が届く程度に計測信号の送信電力を小さくする。ただし無線局２９そのものの故障の可能性があるので、通信特性変更部２５は、例えば数時間に一度、定期的にマルチキャストで発信を行う。そして、通信特性変更部２５は、隣接のセンサノード装置から応答のあった場合には計測信号の送信出力を下げたままにし、そうでなければ他のセンサノード装置に電波が届く程度に計測信号の送信出力を上げるように調整する。
【００２３】
また晴天時あるいは小雨時においては、水位や流量など下水管内の状態の変化も緩やかであるので、計測信号の送信頻度は少なくてよい。そこで、通信特性変更部２５は、計測信号の送信を例えば数十分から数時間という周期に調整する。その他、通信特性変更部２５は、前回の送信時刻からの計測値の変化量が予め定められた値以上であるならばデータを送信するように調整してもよい。
【００２４】
一方、通信特性変更部２５は、大雨時においては、送信可能なセンサノード装置２０が図５に示される関係となるように通信特性を制御する。要するに、図６に示すように、通信経路の水位Ｌが高くなるので電波の送受信状態は悪化し、伝送障害の可能性が高くなる。そのため、通信特性変更部２５は、図７に示すように、多くのセンサノード装置（２０ｅから２０ｃ）あるいは中継ノード装置に電波が届くようにしたり、下水管１内のセンサノード装置２０が水没した場合には地上での長距離の無線伝送を可能にしたりするために、計測信号の送信電力を大きくする。
【００２５】
また大雨時においては、水位や流量など下水管内の状態の変化が急激となり、かつ監視の必要性も高くなる。そのため、通信特性変更部２５は、計測信号の送信頻度を多くする、すなわち送信周期を短くする調整を行う。
【００２６】
中継ノード装置３０は、センサノード装置２０から送信されてくる計測信号を中継する機能を有しており、センサノード装置２０から計測信号を受信した場合、その計測信号を他の中継ノード装置３０あるいは監視制御装置４０に送信する。この中継ノード装置３０は、無線局３９と、無線局３９を制御する制御部３１とを備えている。なお、センサノード装置２０が中継ノード装置３０の機能を有していてもよい。
【００２７】
監視制御装置４０は、データ受信部４１・エラー処理部４２・データ処理部４３・伝送制御部４４・データ送信部４５・データベース４６・表示部４７を備えている。なお、監視制御装置４０は、下水処理場やポンプ場などの下水道施設を監視制御するシステム、あるいは統合監視センターなどのシステムの中の部分的な機能であってもよい。
【００２８】
データ受信部４１は、水位データを含む計測信号を中継ノード装置３０またはセンサノード装置２０から受信するものである。またデータ受信部４１は計測信号に含まれるデータをエラー処理部４２に送出する。
【００２９】
エラー処理部４２は、データ受信部４１が受信したデータのエラー処理を行うものである。詳しくは、エラー処理部４２では、各センサノード装置間の実際の伝送状態と、図５に示す伝送可能状態とを比較するなどして伝送エラーを検知し、各センサノード装置間に生じた伝送エラー箇所を特定する。例えば図８に示す状態では、センサノード装置２０ｄに伝送エラーが生じていることが検知される。
【００３０】
データ処理部４３は、受信したデータのデータ処理を行うものである。具体的には、データ処理部４３は、下水管１内の水位上昇による伝送障害が生じた場合に，それを推定判別する機能を有している。詳しくは、データ処理部４３は、エラー処理部４２が伝送エラーを検知すると、現況の雨量と、付近のセンサノード装置（２０ｃ，２０ｅ）の水位と、さらに当該センサノード装置（２０ｄ）で直近時刻に計測されていた水位データの履歴と、データベース４６に保持されているセンサノード装置（２０ｄ）の設置高さのデータとに基づいて、センサノード装置（２０ｄ）が水没しているか否かや、無線伝送路である下水管１が満管状態であるか否かを推定する。推定結果は表示部４７により表示される。
【００３１】
また、データ処理部４３は、各センサノード装置２０および中継ノード装置３０の電池寿命を推定する機能を有している。データ処理部４３は、データベース４６に記憶されている過去の消費電力の積算値を用いて、センサノード装置２０および中継ノード装置３０に用いられる電池の寿命の推定値を求める。
【００３２】
伝送制御部４４は、センサノード装置２０および中継ノード装置３０の無線伝送を制御する。具体的には、伝送制御部４４は、対象地域の雨量や予測雨量など広域的に観測・予測された気象予測データを取得する気象予測データ取得機能や、流域に設置された複数のセンサノード装置２０による計測データから下水管１内の現在の状態あるいは将来の状態を推定して制御モードを決定する制御モード機能、センサノード装置２０および中継ノード装置３０の送信電力や送信頻度を変更するためのノード制御機能、送信命令あるいは送信休止命令を出力する送信制御機能を有している。伝送制御部４４は、ノード制御機能により、センサノード装置２０の電池寿命が所定の閾値より小さくなった場合、センサノード装置２０の送信部２２の通信特性を消費電力が少なくなるように制御する。また、伝送制御部４４は、ノード制御機能により、気象予測データに基づいて、各センサノード装置の通信特性を変更する。具体的には、伝送制御部４４では、次の式（１）〜（３）を用いた制御を実行する。
【００３３】
Ｆ:Ｑ→Ｙ  ・・・（１）
Ｐ(Ｓ,t) = g(Ｙ,Ｓ,t)  ・・・（２）
I(Ｓ,t) = h(Ｙ,Ｓ,t)  ・・・（３）
ここで、Ｆは写像、Ｑ=｛雨量，予測雨量，水位，電池の状態，伝送障害のレベル｝、Ｙは制御モード、Ｓはセンサノード装置または中継ノード装置の識別情報、Ｐ(Ｓ,t)は計測データ送信電力、I(Ｓ,t)は計測データ送信周期、tは時刻、ｇ及びｈは所定の関数を示している。
【００３４】
補足すると、伝送制御部４４は、センサノード装置２０や中継ノード装置３０の自律的な送受信制御に介入することが可能となるように、まず雨量の大小、予測雨量の大小、各センサノード装置における水位の高低、電池の状態、伝送障害のレベル、対象とする下水道集水区の状態を表す段階的または二値的な制御モードに写像する。次に各センサノード装置あるいは中継ノード装置３０に伝達する割込み信号として、それぞれの制御モードに応じた計測データ送信電力および計測データ送信周期を決定、あるいは個別ノードに対する計測データ送信命令あるいは送信休止命令を生成する。これらの制御パラメータや制御信号はセンサノード装置や中継ノード装置に伝送され、固有のパラメータを変更したり、計測データの送信などを行わせたりする。
【００３５】
例えば、雨量、予測雨量や水位により、下水管内の水位が低いと判断されると、水位が低いと電波の送受信状態は良好であることから伝送障害の可能性は低いので、隣接するセンサノード装置に電波が届く程度に計測信号の送信電力を小さくする。
【００３６】
また、雨量、予測雨量や水位により、晴天や小雨であると判断されると、水位や流量など下水管内の状態の変化も緩やかであることから計測信号の送信頻度は少なくてよいので、計測信号の送信頻度を低くする。
【００３７】
一方、雨量、予測雨量や水位により、下水管内の水位が高いと判断されると、水位が高いと電波の送受信状態は悪化し伝送障害の可能性が高くなるので、多くのセンサノード装置あるいは中継ノード装置に電波が届くように計測信号の送信電力を大きくする。
【００３８】
また、雨量、予測雨量や水位により、大雨であると判断されると、水位や流量など下水管内の状態の変化が急激となることから監視の必要性も高くなるので、計測信号の送信頻度を多くする。
【００３９】
更に、電池の状態により、電池寿命が所定の閾値より小さくなったと判断されると、計測信号の送信頻度を低くしたり、隣接するセンサノード装置に電波が届く程度に計測信号の送信電力を小さくする。
【００４０】
データ送信部４５は、伝送制御部４４からの制御信号やパラメータをセンサノード装置２０および中継ノード装置３０に送信するものである。
【００４１】
データベース４６は、各センサノード装置２０を一意に識別するセンサノードＩＤと、各センサノード装置２０が設置された対象地域情報とを対応付けて記憶するものである。ここでは、データベース４６は、データベースソフトがメモリに組み込まれることにより構成される。なお、データベース４６には、対象地域の天気情報や、下水管の高さ等の情報も記憶されている。
【００４２】
表示部４７は、中継ノード装置３０から計測信号を受信した場合、その計測信号に含まれるセンサノードＩＤに基づいて対象地域毎の水位データを表示するものである。なお、表示部４７は、設定に応じて、水位データのみならず、流量・温度・管の傾斜・水質等のデータを表示する。
【００４３】
（下水管内監視システムの動作）
次に本実施形態に係る下水管内監視システム１０の動作を図９のフローチャートを用いて説明する。
【００４４】
始めに、あるセンサノード装置２０Ｘが所定の設定時刻になると水位を計測する（Ｓ１）。
【００４５】
続いて、センサノード装置２０Ｘは、計測した水位データに基づいて、通信特性を変更する。ここでは、通信特性変更部２５により、送信出力と送信間隔とが変更される（Ｓ２）。
【００４６】
そして、センサノード装置２０Ｘが計測信号を発信する（Ｓ３）。計測信号の発信に際しては送信先アドレスが指定されずに発信されるが、近隣のセンサノード装置２０Ｙに計測信号が到達するように送信出力が調整されている。
【００４７】
次に、センサノード装置２０Ｙが計測信号を受信する（Ｓ４）。そして、センサノード装置２０Ｙが、受信した計測信号に自己の計測信号を加えて新たな計測信号を生成する（Ｓ５）。それから、センサノード装置２０Ｙが新たな計測信号を発信する（Ｓ６）。
【００４８】
この後、中継ノード装置３０が計測信号を受信するまで上記ステップＳ４〜Ｓ６の動作を、近隣のセンサノード装置間で繰り返す（Ｓ７−Ｎｏ）。
【００４９】
センサノード装置２０Ｚ（２０Ｘ・２０Ｙでも良い）が送信した計測信号を中継ノード装置３０が受信した場合は、中継ノード装置３０が監視制御装置４０に計測信号を送信する（Ｓ７−Ｙｅｓ，Ｓ８）。
【００５０】
監視制御装置４０は中継ノード装置３０から計測信号を受信すると、計測信号に含まれているセンサノードＩＤに基づいて、水位データを対象地域と関連付けて表示部４７に表示する（Ｓ９）。
【００５１】
（下水管内監視システムの効果）
以上説明したように、本実施形態に係る下水管内監視システム１０は、各センサノード装置２０が、計測部２１により計測した水位データ及び計測時刻と自己のセンサノードＩＤとを含む計測信号を無線送信する送信部２２と、他のセンサノード装置から計測信号を受信した場合、他のセンサノード装置から受信した計測信号に自己の計測信号を加えて新たな計測信号を生成し、この新たな計測信号を送信するように送信部２２を制御する伝送制御部２４と、計測部２１により計測された水位データに応じて、送信部２２の通信特性を変更する通信特性変更部２５とを備え、中継ノード装置３０が、センサノード装置２０から計測信号を受信した場合、その計測信号を監視制御装置４０に送信する手段を備え、監視制御装置４０が、中継ノード装置３０から計測信号を受信した場合、その計測信号に含まれるセンサノードＩＤに基づいて対象地域毎の水位データを表示する表示部４７を備えた構成により、対象地域の水位データを細かく監視することができる。
【００５２】
要するに、下水管内監視システム１０によれば、無線通信の基地局に依存せずに、下水管１内の任意の場所に複数のセンサノード装置２０Ａ・２０Ｂ・２０Ｃ・・・を設置できるので、空間的に“密に”下水管１を監視することができる。なお、センサノード装置２０を増やすことにより、各センサノード装置間の距離を短くできるので、1個あたりのセンサノード装置２０の消費電力を減らすことができる。
【００５３】
また本実施形態においては、例えば図７に示すように、センサノード装置２０ｅの通信特性変更部２５が、水位が高いときには送信部２２の送信出力が大きくなるように調整する。このため、急激な大雨などで下水管１内の水位が高くなり、近隣のセンサノード装置２０ｄに計測信号を送信できなくても、複数のセンサノード装置２０ａ，２０ｃへ計測信号を伝送するので、伝送路の信頼性を維持できる。
【００５４】
また本実施形態においては、各センサノード装置２０の通信特性変更部２５が、水位が低いときには送信頻度を少なくする。それゆえ、センサノード装置２０の消費電力を減らすことができる。補足すると、晴天時には下水管１の水位が低いので、監視の必要性が下がる。そのため、送信頻度を少なくしても不具合が生じることがないので、消費電力を減らすことが可能となる。
【００５５】
また、本実施形態においては、監視制御装置４０の伝送制御部４４が、センサノード装置２０が計測した水位により、無線局２９の制御モードを切替え、それに応じて無線局２９にデータ送信命令あるいは送信休止命令を出力したり、送信周期・送信電力を調整したりするので、晴天時などにおいて消費電力を削減できる。前述同様、晴天時には下水管１が満管状態になることはなく、監視の必要性が下がる。一方、送信頻度を少なくすることで電力消費を抑えることができる。それゆえ、送信頻度を少なくすることで消費電力を削減できる。一方、下水管１内の状態変化が急激な大雨時においては、送信頻度を多くして監視を密にし、かつ送信電力を上げて複数のセンサノード装置２０へ計測信号を伝送することで、伝送路の信頼性を維持できる。
【００５６】
また本実施形態においては、監視制御装置４０の伝送制御部４４が、対象地域の気象予測データを取得し、その気象予測データに基づいて、各センサノード装置２０の通信特性を変更する機能を有している。それゆえ、例えば、急激な大雨時には下水管１内の状態の変化を事前に察知できるので、急峻な水位上昇により制御モードの切替えが間に合わないといった事態を回避できる。この効果は個々のセンサノード装置における局所状態に依存した制御モードの切替えの場合と比較するとより顕著である。
【００５７】
また、本実施形態においては、監視制御装置４０のデータ処理部４３が、各センサノード装置２０の電池寿命を推定する機能を有している。そのため、センサノード装置２０が動作不能となる前にメンテナンスすることができ、システムを継続的に稼動させることができる。さらに、電池寿命が所定の閾値より小さくなった場合、伝送制御部４４を介して送信部２２の通信特性を変更し、消費電力が少なくなるように調整することもできる。
【００５８】
なお、下水管内監視システム１０は、水位データのみならず、下水管１内の流量・温度・傾斜・水質などのデータも計測して、敷設された下水管の中の状態を監視するので、下水道施設の安全かつ効率的な運用に資する。
【００５９】
なお、本実施形態において、監視制御装置４０が、下水管１内の水位上昇による伝送障害が生じた場合に、その原因を推定判別する機能を有していてもよい。これにより、水位計測あるいはデータ伝送が不可能となった場合にも、データの欠損として処理するだけの場合と比較して、提供できる警告情報の種類を増やすことができる。
【００６０】
なお、本実施形態においては、複数のセンサノード装置２０あるいは中継ノード装置３０が下水管１内と地上との両方をその無線伝送路として利用できるように設置されている。ここで、通常の下水管１は下部に水が流れ，上部に空間が存在する状態となっているが、雨水が流れ込んだ場合には水位が上昇し、しばしば満管状態となる。また、川底を跨いで他より地下深くに設置された部分では、常に天井まで水のある管もある。下水管１が満管状態となっている場合、下水管１内での無線伝送が不可能となる場合がある。それゆえ、大雨時などで下水管１内の無線伝送が不可能となっても、計測データの伝送路を確保すべく、地上でも無線伝送路を利用できるようにしておくことが望ましい。また、複数のセンサノード装置２０あるいは中継ノード装置３０が下水管１内と地上の両方を無線伝送路として利用できるように設置しておくことで、マルチホップで計測データを無線伝送することができ、個々の無線局あたりの伝送距離を比較的短くすることができる。この結果、消費電力の節約と電池の長寿命化とが可能となる。
【００６１】
＜第２の実施形態＞
図１０は本発明の第２の実施形態に係る下水管内監視システム１０Ｔの構成を示す模式図である。
【００６２】
本実施形態に係る下水管内監視システム１０Ｔは、第１の実施形態に係る下水管内監視システム１０に、下水管１やマンホール２に設置したセンサノード装置２０および中継ノード装置３０による計測信号の無線伝送だけでなく、携帯電話網などの無線公衆回線網５０を介してデータの送受信を可能としている。
【００６３】
上述の構成により、本実施形態に係る下水管内監視システム１０Ｔは、下水管１やマンホール２に設置したセンサノード装置２０および中継ノード装置３０において伝送障害が著しい場合、バックアップの伝送路として無線公衆回線網５０を用いて監視制御装置４０に計測信号を送信することができ、伝送路の信頼性を向上させることができる。
【００６４】
＜第３の実施形態＞
図１１は本発明の第３の実施形態に係る下水管内監視システム１０Ｕの構成を示す模式図である。
【００６５】
本実施形態に係る下水管内監視システム１０Ｕは、第１の実施形態に係る下水管内監視システム１０に、敷設されている光ファイバなどの有線伝送路６１に、下水管１やマンホール２に設置したセンサノード装置２０および中継ノード装置３０による計測信号の無線伝送路を変換器６２を介して接続したものである。換言すると、中継ノード装置３０が、センサノード装置２０から受信した計測信号を有線伝送路６１を介して監視制御装置４０に送信している。
【００６６】
上述の構成により、本実施形態に係る下水管内監視システム１０Ｕは、データの伝送距離を長くすることができ、監視範囲を広げることができる。
【００６７】
＜第４の実施形態＞
図１２は本発明の第４の実施形態に係る下水管内監視システム１０Ｖの構成を示す模式図である。
【００６８】
本実施形態では、各センサノード装置２０が、計測データとともに下水道施設の監視データを中継するものとして利用される。例えば、各センサノード装置２０は、晴天時など伝送量に余裕があり、かつ電池残量に余裕があるときに、計測信号のほかに、遠隔地の下水道施設の監視データを中継する。ここでは、水門７１及びプラント７２の監視データを、各センサノード装置２０を経由して、プラント７３へ送信している。
【００６９】
要するに、本実施形態に係る下水管内監視システム１０Ｖでは、センサノード装置２０がリピータ機能として動作するので、伝送路を有効活用できる。
【００７０】
＜変形例＞
なお、本発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態に構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る下水管内監視システム１０の構成を示す模式図である。
【図２】同実施形態に係る通信特性変更部２５の晴天時等における制御状態を示す図である。
【図３】同実施形態に係る、晴天時等の下水管１の状態を示す模式図である。
【図４】同実施形態に係る、晴天時等の無線伝送路の状態を示す模式図である。
【図５】同実施形態に係る通信特性変更部２５の大雨時等における制御状態を示す図である。
【図６】同実施形態に係る、大雨時等の下水管１の状態を示す模式図である。
【図７】同実施形態に係る、大雨時等の無線伝送路の状態を示す模式図である。
【図８】同実施形態に係るエラー処理部４２のっ機能を説明するための模式図である。
【図９】同実施形態に係る下水管内監視システム１０の動作を説明するためのフローチャートである。
【図１０】本発明の第２の実施形態に係る下水管内監視システム１０Ｔの構成を示す模式図である。
【図１１】本発明の第３の実施形態に係る下水管内監視システム１０Ｕの構成を示す模式図である。
【図１２】本発明の第４の実施形態に係る下水管内監視システム１０Ｖの構成を示す模式図である。
【符号の説明】
【００７２】
１・・・下水管、２・・・マンホール、１０・・・下水管内監視システム、２０・・・センサノード装置、２１・・・計測部、２２・・・送信部、２３・・・受信部、２４・・・伝送制御部、２５・・・通信特性変更部、２９・・・無線局、３０・・・中継ノード装置、３１・・・制御部、３９・・・無線局、４０・・・監視制御装置、４１・・・データ受信部、４２・・・エラー処理部、４３・・・データ処理部、４４・・・伝送制御部、４５・・・データ送信部、４６・・・データベース、４７・・・表示部、５０・・・無線公衆回線網、６１・・・有線伝送路、６２・・・変換器、７１・・・水門、７２・７３・・・プラント。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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