(57)【要約】【課題】  センサノードによって振動をサンプリングする振動測定システムにおいて、精確なタイミング及び周波数でサンプリングを行う。【解決手段】  振動測定システム１は、建築構造物２の所定位置に設けられるセンサノード１０と、当該センサノード１０との間で無線通信を行う管理ノード２０とを含んで構成される。センサノード１０は、自ノード１０が設けられた位置の加速度の大きさを検出するセンサ側検出部１１と、管理ノード２０との間で無線通信を行うセンサ側通信部１３と、センサ側検出部１１に対して、加速度の大きさの検出を所定の周期で実行するように制御すると共に、センサ側通信部１３に対して、加速度の大きさの検出の実行されるタイミングには無線通信を禁止する制御を行うセンサ側制御部１４と、を備える。【選択図】  図１
2010014604.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象物の所定位置に設けられるセンサノードと、当該センサノードとの間で無線通信を行う管理ノードとを含んで構成される、当該測定対象物の振動を測定する振動測定システムであって、
前記センサノードは、
前記測定対象物の所定位置の振動の度合を検出するセンサ側検出手段と、
前記管理ノードとの間で、前記無線通信を行うセンサ側通信手段と、
前記センサ側検出手段に対して、前記振動の度合の検出を所定の周期で実行するように制御すると共に、前記センサ側通信手段に対して、前記振動の度合の検出の実行されるタイミングには前記無線通信を禁止する制御を行うセンサ側制御手段と、
を備えることを特徴とする振動測定システム。
【請求項２】
前記管理ノードは、
前記測定対象物に設けられ、
自ノードが設けられる位置の振動の度合を、所定の周期で検出する管理側検出手段と、
前記管理側検出手段によって、所定の第１の時間範囲において検出された振動の度合に基づいて、前記センサノードにデータ収集要求を送信する収集要求手段と、
を備え、
前記振動センサノードのセンサ側通信手段は、前記管理ノードから前記データ収集要求を受信して、前記センサ側検出手段により検出された前記振動の度合を示す情報を、前記管理ノードに、前記無線通信によって送信することを特徴とする請求項１に記載の振動測定システム。
【請求項３】
前記管理ノードの前記収集要求手段は、前記管理側検出手段によって前記第１の時間範囲より前の所定の第２の時間範囲において検出された振動の度合の平均値を算出して、当該平均値に対する当該第１の時間範囲において検出された振動の度合のばらつきを算出して、当該ばらつきに応じて前記データ収集要求を送信することを特徴とする請求項２に記載の振動測定システム。
【請求項４】
振動が測定される測定対象物の所定位置に設けられ、管理ノードとの間で無線通信を行うセンサノードであって、
前記測定対象物の所定位置の振動の度合を検出するセンサ側検出手段と、
前記管理ノードとの間で、前記無線通信を行うセンサ側通信手段と、
前記センサ側検出手段に対して、前記振動の度合の検出を所定の周期で実行するように制御すると共に、前記センサ側通信手段に対して、前記振動の度合の検出の実行されるタイミングには前記無線通信を禁止する制御を行うセンサ側制御手段と、
を備えるセンサノード。
【請求項５】
測定対象物の所定位置に設けられるセンサノードと、当該測定対象物に設けられると共に当該センサノードとの間で無線通信を行う管理ノードとを含んで構成される、当該測定対象物の振動を測定する振動測定システムにおける管理ノードであって、
自ノードが設けられる位置の振動の度合を、所定の周期で検出する管理側検出手段と、
前記管理側検出手段によって、所定の第１の時間範囲において検出された振動の度合に基づいて、前記センサノードにデータ収集要求を送信する収集要求手段と、
を備え、
前記収集要求手段は、前記管理側検出手段によって前記第１の時間範囲より前の所定の第２の時間範囲において検出された振動の度合の平均値を算出して、当該平均値に対する当該第１の時間範囲において検出された振動の度合のばらつきを算出して、当該ばらつきに応じて前記データ収集要求を送信することを特徴とする管理ノード。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、建築物等の測定対象物の振動を測定する振動測定システム、センサノード及び管理ノードに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、加速度センサ等の振動を検出するセンサノードを建造物等の測定対象物に設置して、センサからの情報に基づいて地震による測定対象物の振動を解析する地震観測や構造ヘルスモニタリングが行われている。非特許文献１及び２に示されているように、このようなシステムにおいて、センサノードからのデータの収集は無線通信によって行われている。
【非特許文献１】市川智基，三田彰，「ワイヤレスセンサの構造ヘルスモニタリングへの適用性に関する研究」，日本建築学会大会学術講演梗概集（関東），B-2，867-868，２００６年
【非特許文献２】Sukun Kim, Shamim Pakzad, David Culler, James Demmel, GregoryFenves, Steven Glaser, and Martin Turon, “Health Monitoring of Civil Infrastructures Using Wireless SensorNetworks”, In the Proceedings of the 6th International Conference onInformation Processing in Sensor Networks (IPSN '07), Cambridge, MA, April2007, ACM Press, pp. 254-263.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
複数のセンサノードが設置される分散システムでは、精確な地震観測や構造ヘルスモニタリングを行うためには、各センサノードでの精確なサンプリング（検出）の履歴データが必要になる。そのために、各センサノードにおいて、（サンプリングを行う）タイミングの同期を行いながら精確な周波数でのサンプリングを行わなければならない。
【０００４】
精確な周波数でのサンプリングが実現されない場合、取得したサンプル（センサデータ）から、センサに入力された加速度の波形を復元することができない。また、サンプリングを行うタイミングの同期が取られていなければ、地震の波動の解析や地震動と構造物との振動の解析を精確に行うことができない。
【０００５】
上記のようにセンサノードでは、主に、無線通信を行うためのタスクと、サンプリングを行うためのタスクとを実行することとなる。サンプリングを行うタスクは、上述したようにセンサノード間で同期を取られた上で精確な周波数で実行される必要がある。しかしながら、タスクの実行を行うＣＰＵ（Central Processing Unit）の性能によっては、サンプリングを行うタスクは、無線通信を行うためのタスク等に影響を受けて精確な周波数で実行されない場合がある。具体的には例えば、無線通信を行うタスクは割り込みによりタスクが中断されると処理が非効率となるため一般的に優先度が高く設定されているので、サンプリングを行うべきタイミングで無線通信を行うタスクが実行されていた場合、そのタイミングではサンプリングを行うタスクが実行されないこととなる。これにより、サンプリングを行うべきタイミングと実際にサンプリングを行ったタイミングとの間にジッタが生じ、精確なタイミング及び精確な周波数でのサンプリングが行えないという問題が発生する。
【０００６】
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、センサノードによって振動をサンプリングする振動測定システムにおいて、精確なタイミング及び周波数でサンプリングを行うことを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明に係る振動測定システムは、測定対象物の所定位置に設けられるセンサノードと、当該センサノードとの間で無線通信を行う管理ノードとを含んで構成される、当該測定対象物の振動を測定する振動測定システムであって、センサノードは、測定対象物の所定位置の振動の度合を検出するセンサ側検出手段と、管理ノードとの間で、無線通信を行うセンサ側通信手段と、センサ側検出手段に対して、振動の度合の検出を所定の周期で実行するように制御すると共に、センサ側通信手段に対して、振動の度合の検出の実行されるタイミングには無線通信を禁止する制御を行うセンサ側制御手段と、を備えることを特徴とすることを特徴とする。
【０００８】
本発明に係る振動測定システムでは、センサノードにおいて、所定の周期で振動の度合が検出されるタイミングには無線通信が禁止される。従って、サンプリングが無線通信により影響を受けて適切なタイミングで実行されないことを防止し、ジッタの発生を防止することができる。即ち、本発明に係る振動測定システムによれば、精確なタイミング及び周波数でサンプリングを行うことができる。
【０００９】
管理ノードは、測定対象物に設けられ、自ノードが設けられる位置の振動の度合を、所定の周期で検出する管理側検出手段と、管理側検出手段によって、所定の第１の時間範囲において検出された振動の度合に基づいて、センサノードにデータ収集要求を送信する収集要求手段と、を備え、振動センサノードのセンサ側通信手段は、管理ノードからデータ収集要求を受信して、センサ側検出手段により検出された振動の度合を示す情報を、管理ノードに、無線通信によって送信することが望ましい。本構成では、測定対象物に振動が発生したとき等にのみ、センサノードにおいて検出された振動の度合を示す情報がセンサノードから管理ノードに送信されることができる。即ち、本構成によれば、振動測定システムにおいて効率的に情報の取得を行うことができる。
【００１０】
管理ノードの収集要求手段は、管理側検出手段によって第１の時間範囲より前の所定の第２の時間範囲において検出された振動の度合の平均値を算出して、当該平均値に対する当該第１の時間範囲において検出された振動の度合のばらつきを算出して、当該ばらつきに応じてデータ収集要求を送信することが望ましい。本構成によれば、検出手段による振動の検出の温度依存性等を考慮して、適切に情報の取得を行うことができる。
【００１１】
また、本発明に係る振動測定システムの各構成要素についてもそれぞれ自体が特に新規な構成を有する。即ち、本発明に係るセンサノードは、振動が測定される測定対象物の所定位置に設けられ、管理ノードとの間で無線通信を行うセンサノードであって、測定対象物の所定位置の振動の度合を検出するセンサ側検出手段と、管理ノードとの間で、無線通信を行うセンサ側通信手段と、センサ側検出手段に対して、振動の度合の検出を所定の周期で実行するように制御すると共に、センサ側通信手段に対して、振動の度合の検出の実行されるタイミングには無線通信を禁止する制御を行うセンサ側制御手段と、を備えることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明に係る管理ノードは、測定対象物の所定位置に設けられるセンサノードと、当該測定対象物に設けられると共に当該センサノードとの間で無線通信を行う管理ノードとを含んで構成される、当該測定対象物の振動を測定する振動測定システムにおける管理ノードであって、自ノードが設けられる位置の振動の度合を、所定の周期で検出する管理側検出手段と、管理側検出手段によって、所定の第１の時間範囲において検出された振動の度合に基づいて、センサノードにデータ収集要求を送信する収集要求手段と、
を備え、収集要求手段は、管理側検出手段によって第１の時間範囲より前の所定の第２の時間範囲において検出された振動の度合の平均値を算出して、当該平均値に対する当該第１の時間範囲において検出された振動の度合のばらつきを算出して、当該ばらつきに応じてデータ収集要求を送信することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、サンプリングが無線通信により影響を受けて適切なタイミングで実行されないことを防止し、ジッタの発生を防止することができるため、精確なタイミング及び周波数でサンプリングを行うことができる。即ち、本発明によれば、正確なサンプリングと時刻同期とが行われる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図面とともに本発明に係る振動測定システム、並びに当該振動測定システムに含まれるセンサノード及び管理ノードの好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１５】
図１に本実施形態に係る振動測定システム１を示す。振動測定システム１は、測定対象物である建築構造物２の振動を測定するシステムである。図１に示すように振動測定システム１は、複数のセンサノード１０と、１つの管理ノード２０とを含んで構成されている。センサノード１０及び管理ノード２０は、それぞれ、建築構造物２の所定位置に設置されている。具体的には、建築構造物２の各フロアや、フロアの四隅、各部屋等のそれぞれに設置される。管理ノード２０は、各センサノード１０と無線通信を行うので、無線通信が行いやすい場所、例えば、各センサノード１０が配置される位置とほぼ均等の距離にある位置に設置されることが好ましい。
【００１６】
センサノード１０及び管理ノード２０は、建築構造物２において、それぞれが設置された位置の振動の度合を検出する。振動測定システム１は、各センサノード１０及び管理ノード２０において検出された建築構造物２における各位置の振動の度合を示す情報を取得して格納するシステムである。情報の取得は、管理ノード２０によって行われる。
【００１７】
引き続いて、振動測定システム１を構成するセンサノード１０及び管理ノード２０の構成について詳細に説明する。図１に示すようにセンサノード１０は、センサ側検出部１１と、メモリ１２と、センサ側通信部１３と、センサ側制御部１４とを備えて構成される。
【００１８】
センサ側検出部１１は、建築構造物２において、自身が設置された位置の振動の度合を検出するセンサ側検出手段である。検出する振動の度合とは、例えば、その位置にかかる加速度であり、ｃｍ／ｓ２（Ｇａｌ）等の単位のデータとして取得される。センサ側検出部１１による加速度の検出（サンプリング）は、後述するようにセンサ側制御部１４に制御によって、１０ｍｓの周期で（周波数１００Ｈｚにて）行われる。検出する加速度の方向は、センサノード１０を設置する方向等によって予め定められている。当該方向は、１方向でもよいし、３次元的な振動の方向を検出できるように３方向でもよい（その場合、方向毎にｘ方向、ｙ方向、ｚ方向が定められる）。
【００１９】
センサ側検出部１１は、検出した加速度を示す情報を、検出したタイミングを示す情報に対応付けてメモリ１２に格納する。検出したタイミングを示す情報は、例えば、管理ノード２０から通知されるスロット番号である。スロット番号は、時刻に応じて連続的になっている番号であり、各センサ側検出部１１において同じタイミングで検出された加速度を示す情報には、同じスロット番号が対応付けられる。センサ側検出部１１は、具体的には、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）が用いられた既存の加速度センサ等によって実現される。
【００２０】
メモリ１２は、センサ側検出部１１により検出された振動の度合のデータを格納する手段である。具体的には、上述したスロット番号と加速度の大きさを示すデータとを対応付けて、データ毎に格納する。
【００２１】
センサ側通信部１３は、管理ノード２０との間で無線通信を行うセンサ側通信手段である。当該無線通信を介して、センサ側通信部１３と管理ノード２０との間で情報の送受信が行われる。管理ノード２０からセンサ側通信部１３に送信される情報としては、時刻同期を行うためのパケット、センサ側検出部１１によってサンプリングを行うタイミングの同期（サンプリング同期）を行うためのパケット等がある。サンプリング同期をおこなうためのパケットには、サンプリングされたデータに対応付けられるスロット番号が含まれている。センサ側通信部１３は、受信したサンプリング同期を行うためのパケットを、センサ側制御部１４に出力する。
【００２２】
センサ側通信部１３は、メモリ１２に格納されている加速度を示す情報を取得して、管理ノード２０に無線通信によって送信する。センサ側通信部１３は、管理ノード２０から無線通信によってデータ収集要求を受信して、当該受信をトリガとして、加速度を示す情報を送信する。データ収集要求は、管理ノード２０から各センサノード１０に対して、加速度を示す情報を要求する（トリガとなる）情報である。データ収集要求は、上述した同期を行うためのパケットの中に含められる。具体的には、当該パケットの中に所定のデータ領域にデータ収集要求を示す情報が含められる。
【００２３】
センサ側通信部１３は、データ収集要求を受信した後、管理ノード２０から、要求する加速度を示す情報の範囲を特定する情報を受け取り、その情報を基にメモリ１２から加速度を示す情報を取得する。要求する加速度を示す情報の範囲は、例えば、スロット番号で特定される。なお、センサ側通信部１３は、加速度を示す情報を送信する際に自ノード１０を特定する情報も対応付けて併せて送信して、加速度を示す情報がどのセンサノード１０でサンプリングされたものかを判別できるようにする。
【００２４】
センサ側通信部１３と管理ノード２０との間で行われる無線通信は、センサノード１０が備える無線通信モジュールによって実現され、建築構造物２において通信が可能なものであればよい。即ち、通信エリアが建築構造物２を含む、数ｍ〜数十ｍ程度の無線通信が用いられればよい。具体的には、例えば、既存の無線ＬＡＮ（Local Area Network）やＺｉｇＢｅｅ等によって実現される。
【００２５】
センサ側制御部１４は、センサ側検出部１１及びセンサ側通信部１３の動作や当該動作に係る演算等の情報処理を行う手段である。特に、センサ側制御部１４は、センサ側検出部１１に対して、サンプリングを所定の周期で実行するように制御すると共に、センサ側通信部１３に対して、上記のサンプリングのタイミングには無線通信を禁止する制御を行うセンサ側制御手段である。
【００２６】
センサ側制御部１４は、サンプリングを所定の周期で実行するように以下の処理を行う。センサ側制御部１４は、タイマを保持しており、管理ノード２０から送信されてセンサ側通信部１３によって受信された時刻同期を行うパケットに基づいて、タイマの時刻同期を行う。センサ側制御部１４は、管理ノード２０から送信されてセンサ側通信部１３によって受信されたタイミング同期を行うパケットに基づいて、所定のタイミングでサンプリングを行うようにセンサ側検出部１１を制御する。例えば、図２のセンサノード１０におけるタスクの実行のタイミングを示す図に示すように１０ｍｓ周期（周波数１００Ｈｚ）でサンプリングを実行させる。なお、図２において横軸は時間軸を示している。また、時刻同期とタイミング同期とが、１つの制御パケットによって行われてもよい。
【００２７】
センサ側制御部１４は、センサノード１０が備えるＣＰＵによって実現され、センサ側検出部１１に対する制御はＣＰＵにより実行されるタスクとして実現される。サンプリングを行うタスクは、精確な周期で実行されるように高い優先度が設定される。
【００２８】
センサ側制御部１４は、サンプリングのタイミングには無線通信を禁止するよう、即ち、サンプリングのタイミングの合間に無線通信が行われるよう以下の処理を行う。図２に示すように、センサ側制御部１４は、サンプリングを実行したタイミングから０．２ｍｓ後に、センサ側通信部１３に対して無線通信による受信ができる状態（Ｒｘ）に移行させる（ＲＦ（Radio Frequency）  ＯＮ）。センサ側制御部１４は、センサ側通信部１３に対して無線通信による受信ができる状態（Ｒｘ）にした後、９ｍｓ後にセンサ側通信部１３に対して無線通信による受信が（送信も）禁止された状態に移行させる（ＲＦ  ＯＦＦ）。上記の制御により、センサノード１０では、センサ側検出部１１によりサンプリングされたタイミングの合間の９ｍｓのみ無線通信により時刻及びタイミングの同期を行うパケットが受信される（状態とされる）。上記の制御は、具体的にはＭＡＣ層（Media Access Control Layer）の制御により実現することができる。
【００２９】
これにより、センサノード１０では、無線通信のタスクと、サンプリングのタスクとが競合することはない。なお、後述するように、管理ノード２０は、センサノード１０において無線通信による受信ができる状態の間に、上記のパケットを送信する。なお、上記のように制御を行うタイミングを示す情報は、ユーザ等に入力される等して予めセンサ側制御部１４に記憶されている。
【００３０】
センサノード１０は、上述したように、ＣＰＵ、メモリ、加速度センサ、無線通信モジュール等のハードウェアによって構成されており、これらが動作することによって上記の機能が発揮される。また、センサノード１０は、上記の機能に係るハードウェアの他に上記の構成要素を動作させるためのバッテリや上記の構成要素を格納するケーシング等を備えている。以上が、センサノード１０の構成である。
【００３１】
図１に示すように管理ノード２０は、管理側検出部２１と、メモリ２２と、管理側通信部２３と、管理側制御部２４と、収集要求部２５とを備えて構成される。
【００３２】
管理側検出部２１は、建築構造物２において、自身が設置された位置の振動の度合を検出する管理側検出手段である。振動の度合の検出（サンプリング）は、センサノード１０のセンサ側検出部１１と同様の構成により行われる。管理側検出部２１は、検出した加速度を示す情報を、検出したタイミングを示す情報に対応付けてメモリ２２に格納する。
【００３３】
メモリ２２は、センサノード１０のメモリ１２と同様に、管理側検出部２１により検出された振動の度合のデータを格納する手段である。また、メモリ２２は、下記のように、管理側通信部２３により受信された各センサノード１０により検出された振動の度合のデータを格納する。
【００３４】
管理側通信部２３は、センサノード１０との間で無線通信を行う管理側通信手段である。当該無線通信を介して、管理側通信部２３とセンサノード１０との間で情報の送受信が行われる。上述したように、管理側通信部２３からセンサノード１０に送信される情報としては、時刻同期を行うためのパケット、センサ側検出部１１によってサンプリングを行うタイミングの同期（サンプリング同期）を行うためのパケット等がある。サンプリング同期をおこなうためのパケットには、サンプリングされたデータに対応付けられるスロット番号が含まれている。上記のパケットは、管理側制御部２４から入力されて送信の制御がなされる。
【００３５】
また、管理側通信部２３は、上述するデータ収集要求を各センサノード１０に送信して、それに応じてセンサノード１０から送信される加速度を示す情報を受信して、メモリ２２に格納する。データ収集要求の送信は、収集要求部２５からの指示により行われる。管理側通信部２３による無線通信自体は、センサノード１０のセンサ側通信部１３と同様に行われる。
【００３６】
管理側制御部２４は、管理側検出部２１及び管理側通信部２３の動作や当該動作に係る演算等の情報処理を行う手段である。管理側制御部２４は、管理側検出部２１に対して、サンプリングを所定の周期で実行するように制御すると共に、管理側通信部２３に対して、上記のサンプリングのタイミングには無線通信を禁止する制御を行う管理側制御手段である。図２の管理ノード２０におけるタスクの実行のタイミングを示す図に示すように、管理側制御部２４は、所定のタイミングでサンプリングを行うように管理側検出部２１を制御する。例えば、図２に示すように１０ｍｓ周期（周波数１００Ｈｚ）でサンプリングを実行させる。
【００３７】
管理側制御部２４は、管理ノード２０が備えるＣＰＵによって実現され、センサ側検出部１１に対する制御はＣＰＵにより実行されるタスクとして実現される。サンプリングを行うタスクは、精確な周期で実行されるように高い優先度が設定される。
【００３８】
また、管理側制御部２４は、自ノード２０及び各センサノード１０間で、サンプリングを所定の周期で実行するように以下の処理を行う。管理側制御部２４は、タイマを保持しており、そのタイマに基づき時刻同期を行うパケット及びタイミング同期を行うパケットを生成して、各センサノード１０に送信する。上述したように、図２に示すように１０ｍｓ周期（周波数１００Ｈｚ）でサンプリングを実行させるパケットを生成する。なお、自ノード及び各センサノードにおいて、サンプリングをどの程度の周期で行うかを示す情報は、予めユーザに入力される等して、管理側制御部２４に記憶されている。
【００３９】
また、管理側制御部２４は、自ノード２０におけるサンプリングのタイミングには無線通信を禁止するよう、即ち、サンプリングのタイミングの合間に無線通信が行われるよう以下の処理を行う。図２に示すように、管理側制御部２４は、サンプリングを実行したタイミングから１．２ｍｓ後に、管理側通信部２３に対して無線通信による送信ができる状態（Ｔｘ）に移行させる（ＲＦ  ＯＮ）。また、管理側制御部２４は、管理側通信部２３に対して無線通信による送信ができる状態（Ｔｘ）にした後、４ｍｓ後に管理側通信部２３に対して無線通信による送信が（受信も）禁止された状態に移行させる（ＲＦ  ＯＦＦ）。上記の制御により、管理ノード２０では、管理側検出部２１により、サンプリングされたタイミングの合間の４ｍｓのみ無線通信により時刻及びタイミングの同期を行うパケットが送信できる状態となる。その状態の間に、時刻及びタイミングの同期を行うパケットが送信されるように、管理側制御部２４は、上記のパケットを生成して、管理側通信部２３に対して、当該パケットを出力して各センサノード１０への送信の制御を行う。なお、図２に示すように、上記の送信が行える状態の４ｍｓ間のタイミングは、各センサノード１０において、パケットを受信される９ｍｓ間のタイミングに含まれている。上記により、管理ノード２０では、無線通信のタスクと、サンプリングのタスクとが競合することはない。なお、上記のように制御を行うタイミングを示す情報は、ユーザ等に入力される等して予め管理側制御部２４に記憶されている。
【００４０】
収集要求部２５は、管理側検出部２１によって、所定の時間範囲（第１の時間範囲）において検出された加速度の大きさに基づいて、各センサノード１０にデータ収集要求を送信する収集要求手段である。これは、管理ノード２０が、センサノード１０で検出された全ての加速度の大きさのデータを取得するのではなく、管理ノード２０において所定の大きさの振動が検出された場合のみに各センサノード１０で検出された加速度の大きさのデータを取得するためのものである。即ち、建築構造物２に振動が発生した時のみ管理ノード２０で加速度の大きさのデータを収集するようにして、効率的に加速度の大きさのデータを収集するものである。収集要求部２５は、管理側通信部２３を介して無線通信によって、データ収集要求を送信する。
【００４１】
また、収集要求部２５は、管理側検出部２１によって第１の時間範囲より前の所定の時間範囲（第２の時間範囲）において検出された加速度の大きさの平均値を算出して、当該平均値に対する当該第１の時間範囲において検出された加速度の大きさのばらつきを算出して、当該ばらつきに応じてデータ収集要求を送信することが望ましい。
【００４２】
具体的には、収集要求部２５は、管理側検出部２１によってサンプリングされたデータ（サンプル）がメモリ２２に格納される度に、メモリ２２に格納されたサンプルを参照して、以下のようにセンサノード１０に対してデータ収集要求を送信するか否かを判断する。図３に管理側検出部２１によってサンプリングされた加速度の大きさを示すグラフの例を示す。図３において横軸は時間軸を示し、縦軸は加速度の大きさを示す。
【００４３】
図３において、第１の時間範囲を最新の検出結果のサンプルから過去２５６サンプル目までに対応する範囲Ｒ１とする。最新の検出結果が検出された時刻Ｔを用いると、第１の時間範囲Ｒ１は、「Ｔ−２．５６［ｓｅｃ］＜ｔ≦Ｔ［ｓｅｃ］」と表される。また、第２の時間範囲を、（最新のサンプルから遡ること）過去１２８１サンプル目から過去２３０４サンプル目まえに対応する範囲Ｒ２とする。第２の時間範囲Ｒ２は、「Ｔ−２３．０４［ｓｅｃ］＜ｔ≦Ｔ−１２．０８［ｓｅｃ］」と表される。ここで、第１の時間範囲Ｒ１は、上記のようにできるだけ最新の検出結果を含む、あるいは最新の検出結果に近いサンプルを用いることが好ましい。また、第２の時間範囲Ｒ２は、第１の時間範囲よりも数秒〜数分程度前の時間範囲であることが好ましい。なお、第１の時間範囲Ｒ１と第２の時間範囲Ｒ２とは隣り合っている必要はない。なお、最新の検出結果のサンプルに対して、何れのサンプルが第１又は第２の時間範囲Ｒ１，Ｒ２にあたるかを判断する情報を、予め収集要求部２５は記憶している。
【００４４】
まず、収集要求部２５は、第２の時間範囲Ｒ２のサンプルをメモリ２２から取得し、それら値（加速度の大きさを示す値、以下同様）の平均値を算出する。続いて、収集要求部２５は、第１の時間範囲Ｒ１のサンプルをメモリ２２から取得し、上記のばらつきを示す値として、各サンプルの値から上記の平均値を引いた値の二乗値の平均値（ＲＭＳ値：Root Mean Square）を算出する。第２の時間範囲Ｒ２のサンプルの平均値をａ、第１の時間範囲Ｒ１のサンプルの各値をｒｉ（ｉは、各サンプルを示す添え字である）とすると、Σ（ｒｉ−ａ）２／ｎを算出する。
【００４５】
収集要求部２５は、上記のばらつきを示す値が閾値以上であると判断した場合には、建築構造物２に一定の大きさ以上の振動（例えば、地震）が発生したものとして、データ収集要求を各センサノード１０に送信すると判断する。上記の閾値は、建築構造物２における振動の発生を検出することができる値であるとし、ユーザ等に入力される等して予め収集要求部２５に記憶されている。また、収集要求部２５は、データ収集要求を送信すると判断した後も更に上記のばらつきを示す値を算出し続け、閾値を下回ったと判断した場合には、建築構造物２に発生した振動が収まったと判断する。ここで、上記の閾値は、建築構造物２における振動が収まったことを検出することができる値であるとし、ユーザ等に入力される等して予め収集要求部２５に記憶されている。また、この閾値は、地震の発生を判断する閾値と同じものでもあってもよいし、異なるものであってもよい。
【００４６】
収集要求部２５は、振動の発生及び終息を検出すると、それらのタイミングから各センサノード１０から取得するサンプルの範囲を特定する。具体的には、地震の発生のタイミングから終息のタイミングまでを上記の範囲としてもよいし、少し余裕をとり地震の発生のタイミングの少し前から終息のタイミングの少し後までを上記の範囲としてもよい。この範囲の特定は、例えば、スロット番号で行われる。
【００４７】
管理側検出部２１によって複数の方向の加速度の大きさが検出される場合は、上記の処理は、加速度が検出される方向毎に行われる。即ち、何れか一方向において、ＲＭＳ値が閾値以上であると判断されると、データ収集要求を各センサノード１０に送信すると判断する。
【００４８】
収集要求部２５は、各センサノード１０から取得するサンプルの範囲を特定すると、データ収集要求を、同期をとるためにセンサノード１０に送信されるパケットに含める。その後、収集要求部２５は、管理側通信部２３を介した無線通信によって、各センサノード１０に収集するサンプルの範囲を通知する。
【００４９】
上記のように、第２の時間範囲Ｒ２のサンプルの値の平均値を基準値（ゼロ点）として、第１の時間範囲Ｒ１のサンプルの値から建築構造物２における振動を判断することとするのは、管理側検出部２１（加速度センサ）の温度依存性を考慮したものである。加速度センサは、温度によって性能が変化し、検出される加速度の大きさが温度に応じたものとなる。従って、予め、キャリブレーションを行っていたとしても、キャリブレーションを行ったときと温度が変化すれば精確な振動の検出を行えないおそれがある。上記のように、振動が発生していない（と仮定する）第２の時間範囲Ｒ２のサンプルを基準値とすれば、上記のような温度依存性を考慮して適切に、建築構造物２に振動が発生したことを判断することができる。
【００５０】
収集要求部２５は、管理ノード２０が備えるＣＰＵによって実現される。収集要求部２５が実現されるＣＰＵと、管理側制御部２４が実現されるＣＰＵとは同じＣＰＵでもよいが、処理効率の点等から別々のＣＰＵであることが望ましい。
【００５１】
管理ノード２０は、センサノード１０と同様に、上述したように、ＣＰＵ、メモリ、加速度センサ、無線通信モジュール等のハードウェアによって構成されており、これらが動作することによって上記の機能が発揮される。また、管理ノード２０は、上記の機能に係るハードウェアの他に上記の構成要素を動作させるためのバッテリや上記の構成要素を格納するケーシング等を備えている。以上が、管理ノード２０の構成である。
【００５２】
引き続いて、図４のフローチャートを用いて本実施形態に係る振動測定システム１により実行される処理について説明する。
【００５３】
各センサノード１０では、（センサ側制御部１４の制御に応じて）センサ側検出部１１によって、加速度の大きさの検出（サンプリング）が行われる（Ｓ１１）。当該サンプリングは、全てのセンサノード１０において、同じタイミングで即ちタイミング同期が取られて行われる。サンプリングされた加速度のデータは、メモリ１２に格納される。サンプリングが行われている間は、センサ側制御部１４によって、センサ側通信部１３による無線通信は禁止されている。サンプリングが行われた０．２ｍｓ後にセンサ側制御部１４の制御によって、センサ側通信部１３が、無線通信による受信ができる状態に移行される。
【００５４】
一方で、管理ノード２０でも、（管理側制御部２４の制御に応じて）管理側検出部２１によって、加速度の大きさの検出（サンプリング）が行われる（Ｓ２１）。当該サンプリングは、センサノード１０と同じタイミングで行われる。サンプリングされた加速度のデータは、メモリ２２に格納される。サンプリングが行われている間は、管理側制御部２４によって、管理側通信部２３による無線通信は禁止されている。サンプリングが行われた１．２ｍｓ後に管理側制御部２４の制御によって、管理側通信部２３が、無線通信による送信ができる状態に移行される。続いて、管理ノード２０の管理側制御部から、管理側通信部２３を介した無線通信により、時刻同期及び（サンプリングの）タイミング同期を行うパケットが各センサノード１０に送信される（Ｓ２２）。続いて、無線通信の送信が許可されたタイミングの４ｍｓ後に管理側制御部２４の制御によって、管理側通信部２３が、無線通信が禁止された状態に移行される。
【００５５】
各センサノード１０では、センサ側通信部１３によって、上記のパケットが受信される（Ｓ１２）。受信されたパケットは、センサ側通信部１３からセンサ側制御部１４に入力される。続いて、無線通信の受信が許可されたタイミングの９ｍｓ後にセンサ側制御部１４の制御によって、センサ側通信部１３が、無線通信が禁止された状態に移行される。また、受信されたパケットに基づいて、センサ側制御部１４によって、同期処理が行われる。
【００５６】
各センサノード１０では、同期処理が行われたタイミングにて、即ち前のサンプリングから１０ｍｓ後に、センサ側検出部１１によって加速度の大きさの検出が行われる（Ｓ１１）。管理ノード２０では、同期処理が行われたタイミングにて、即ち前のサンプリングから１０ｍｓ後に、管理側検出部２１によって加速度の大きさの検出が行われる（Ｓ２１）。上記のように、サンプリング、同期パケットの送受信及び同期処理（Ｓ１１，Ｓ１２，Ｓ２１，Ｓ２２）が繰り返し行われる。これにより、サンプリングが所定の周波数でサンプリングが行われることとなる。
【００５７】
管理ノード２０では、サンプリングが行われるたびに、収集要求部２５によって、上述したＲＭＳ値が算出されて、ＲＭＳ値に基づいて、建築構造物２における一定の大きさ以上の振動の発生が検出されたか否かが判断される（Ｓ２３）。振動の発生が検出されない場合は、サンプリングと同期パケットの送信（Ｓ２１，Ｓ２２）とが繰り返される。
【００５８】
振動の発生が検出された場合は、続いて、収集要求部２５によって、上述したＲＭＳ値が算出されて、ＲＭＳ値に基づいて、建築構造物２における振動が終息したかが判断される。なお、振動の終息の判断については、図４には図示しないが、振動の検出後もサンプリングと同期パケットの送信（Ｓ２１，Ｓ２２）が繰り返された上で行われる。
【００５９】
振動の終息が検出されると、収集要求部２５から、管理側通信部２３を介した無線通信により、データ収集要求が各センサノード１０に送信される（Ｓ２４）。また、データ収集要求が送信された後、収集要求部２５から、データ収集要求に係るサンプルの範囲を特定する情報が送信される。なお、サンプルの範囲を特定する情報は、センサノード１０からデータ収集要求に対する応答（Ａｃｋ）（生存応答）が受信されてから送信されてもよい。
【００６０】
各センサノード１０では、センサ側通信部１３によって、データ収集要求と、送信するサンプルの範囲を特定する情報とが受信される（Ｓ１３）。続いて、センサ側通信部１３によって、受信された上記の情報に基づいて、メモリ１２から加速度を示す情報が取得されて管理ノード２０に送信される（Ｓ１４）。管理ノード２０では、管理側通信部２３によって、各センサノード１０から送信された加速度を示す情報が受信されて、メモリ２２に格納される。
【００６１】
加速度を示す情報が送受信された後、各センサノード１０及び管理ノード２０は、上述したサンプリング、同期パケットの送受信及び同期処理（Ｓ１１，Ｓ１２，Ｓ２１，Ｓ２２）が繰り返し行われる。なお、各センサノード１０では、センサ側通信部１３によって時刻同期のためのパケットを受信したことをトリガとして、上述したサンプリング、同期パケットの送受信及び同期処理（Ｓ１１，Ｓ１２）が繰り返し行われるようにしてもよい。
【００６２】
以上が、本実施形態に係る振動測定システム１により実行される処理である。上記の処理により、管理ノード２０のメモリ２２には、各センサノード１０及び管理ノード２０で検出された建築構造物２で発生した振動のデータが記憶される。
【００６３】
上述したように本実施形態に係る振動測定システム１では、各センサノード１０及び管理ノード２０において、所定の周期で振動の度合が検出されるタイミングには無線通信が禁止される。従って、サンプリングが無線通信により影響を受けて適切なタイミングで実行されないことを防止し、ジッタの発生を防止することができる。即ち、本実施形態に係る振動測定システム１によれば、精確なタイミング及び周波数でサンプリングを行うことができる。即ち、本実施形態によれば、正確なサンプリングと時刻同期とが行われる。
【００６４】
なお、例えば、サンプリングを行うタスクに無線通信よりも高い優先度を設定するのみでは上記の効果を得ることはできない。無線通信を行うタスクは、サンプリングを行うタスクにより中断されると大きなオーバヘッドが生じるため、１０ｍｓ間隔程度でサンプリングを行う場合は適切な無線通信を行えないという問題が生じるためである。
【００６５】
なお、数１００ＭＨｚ程度の十分高速なＣＰＵによれば、本発明の機能を用いなくても実質的にサンプリングジッタを相対的に無視できる範囲に収めることができると考えられる。しかしながら、本発明の機能を用いることをすれば、１０ＭＨｚ程度の比較的高性能でないＣＰＵを用いたとしても、精確なタイミング及び周波数でサンプリングを行うことが可能になる。通常、精確に振動の測定を行おうとする場合、より多くのセンサノード１０を設けるのが好ましいため、比較的高性能でないＣＰＵを用いたとしても精確なタイミング及び周波数でサンプリングを行うことは極めて有用である。
【００６６】
また、本実施形態のように、管理ノード２０においても振動の度合を検出して当該振動の度合に基づいて、データ収集要求が各センサノード１０に送信されて、データが収集されることが好ましい。この構成によれば、建築構造物２に地震による振動が発生したとき等にのみ、センサノード１０において検出された振動の度合を示す情報がセンサノード１０から管理ノード２０に送信されることができる。即ち、本構成によれば、振動測定システム１において、例えば、解析が必要なデータのみが管理ノード２０に蓄積されることができ、効率的に情報の取得を行うことができる。但し、上記のような構成を必ずしもとる必要はなく、予め定められた所定のタイミング（例えば、１日１回）等で、センサノード１０から管理ノード２０に振動の度合の情報が送信されてもよい。
【００６７】
また、本実施形態のように、第２の時間範囲Ｒ２の平均値を用いて、データ収集要求を送信するか否かの判断を行うことが望ましい。この構成によれば、管理側検出部２１による振動の検出の温度依存性等を考慮して、適切に情報の取得を行うことができる。但し、上記のような構成を必ずしもとる必要はなく、第１の時間範囲Ｒ１のみの値（例えば、それらの値の分散）を用いて、データ収集要求を送信するか否かの判断をすることとしてもよい。
【００６８】
なお、本実施形態では、振動測定システム１による振動の測定対象物は、建築構造物２であることとしたが、必ずしも建築構造物２である必要はなく、振動の測定が必要となるものであればよい。
【００６９】
また、本実施形態では、各センサノード１０及び管理ノード２０で検出される振動の度合として、加速度の大きさを用いることとしたが、測定対象物の各ノード１０，２０が設置された位置の変位や歪みを検出することとしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本発明の実施形態における振動測定システム、並びに当該振動測定システムに含まれるセンサノード及び管理ノードを示す図である。
【図２】センサノード及び管理ノードにおいて、サンプリング、及び無線通信による情報の送受信が行われるタイミングを示す図である。
【図３】管理ノードにおいて検出される加速度の大きさの時系列データを示すグラフである。
【図４】本発明の実施形態における振動測定システムで実行される処理を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００７１】
１…振動測定システム、２…建築構造物、１０…センサノード、１１…センサ側検出部、１２…メモリ、１３…センサ側通信部、１４…センサ側制御部、２０…管理ノード、２１…管理側検出部、２２…メモリ、２３…管理側通信部、２４…管理側制御部、２５…収集要求部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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