(57)【要約】      （修正有）【課題】低速回線であっても遅延に影響されることなく、各センサー間のローカル時刻を相対的に同期することができる時刻同期方法を提供する。【解決手段】時刻同期方法は、ＣＰＵと記憶手段と第１のセンサーと第１の時計とを備える第１の計測装置と、ＣＰＵと記憶手段と第２のセンサーと第２の時計とを備える第２の計測装置と、第１及び第２の計測装置がネットワークを介して接続された計測システムにおける時刻同期方法であって、第１のセンサーの計測値と第２のセンサーの計測値から各センサーにおける物理量の時間的推移を示す波形をそれぞれ同定するステップＳ１と、同定された各波形の特徴部分を比較して第１の時計のローカル時刻に対する第２の時計のローカル時刻ずれを算出するステップＳ２と、算出されたローカル時刻ずれを第２の時計のローカル時刻から差し引いて第２の時計のローカル時刻を第１の時計のローカル時刻と同期するステップＳ３とを含む。【選択図】図２
2014092521.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＣＰＵとプログラム及びデータを記憶する記憶手段と設置された地点における物理量を測定する第１のセンサーと第１の時計とを具備する第１の計測装置と、
ＣＰＵとプログラム及びデータを記憶する記憶手段と設置された地点における物理量を測定する第２のセンサーと第２の時計とを具備する第２の計測装置と、
前記第１及び第２の計測装置がネットワークを介して接続された計測システムにおける時刻同期方法であって、
前記第１のセンサーの計測値及び前記第２のセンサーの計測値から各センサーにおける物理量の時間的推移を示す波形をそれぞれ同定するステップＳ１と、
同定された各波形の特徴部分を比較して前記第１の時計のローカル時刻に対する前記第２の時計のローカル時刻ずれを算出するステップＳ２と、
算出されたローカル時刻ずれを前記第２の時計のローカル時刻から差し引いて前記第２の時計のローカル時刻を前記第１の時計のローカル時刻と同期するステップＳ３とを含む
ことを特徴とする時刻同期方法。
【請求項２】
前記時刻同期手段は、前記ステップＳ１〜Ｓ３を周期的に繰り返すステップＳ４を含む
ことを特徴とする請求項１に記載の時刻同期方法。
【請求項３】
前記時刻同期手段は、１分〜１０分毎に１回の周期で繰り返すステップＳａ４を含む
ことを特徴とする請求項２に記載の時刻同期方法。
【請求項４】
前記ステップＳ１は、前記第１のセンサーの計測値から前記第２のセンサーの計測値に変換する変換式を最小二乗平均法のアルゴリズムにより同定するステップＳａ１を含み、
前記ステップＳ２は、前記第１のセンサーの計測値において最初の上に凸となったピーク点に対応する第１の時刻と、同定された変換式において最初の上に凸となったピーク点に対応する第２の時刻とをそれぞれ算出し、
前記ピーク点に対応する第１の時刻と前記ピーク点に対応する第２の時刻の差を前記ローカル時刻ずれとするステップＳａ２を含む
ことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の時刻同期方法。
【請求項５】
パルス入力のある振動環境の場合、
前記ステップＳ２は、
前記第１のセンサーの計測値から短時間平均ＳＴＡ１と長時間平均ＬＴＡ１との比ＳＴＡ１／ＬＴＡ１を算出し、
前記第２のセンサーの計測値から短時間平均ＳＴＡ２と長時間平均ＬＴＡ２との比ＳＴＡ２／ＬＴＡ２を算出し、
比ＳＴＡ１／ＬＴＡ１と比ＳＴＡ２／ＬＴＡ２との比較から時刻ずれを算出するステップＳａ３を含む
ことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の時刻同期方法。
【請求項６】
内部に第１の時計を備えた第１の計測装置、内部に第２の時計を備えた第２の計測装置及びサーバがいずれもネットワークを介して接続された計測システムであって、
前記サーバは、ＣＰＵと、プログラム及びデータを記憶する記憶手段と、前記ＣＰＵにより実行される時刻同期手段とを備え、
前記第１の計測装置は、ＣＰＵと、プログラム及びデータを記憶する記憶手段と、前記第１の測定装置が設置された地点における物理量を測定する第１のセンサーとを備え、
前記第２の計測装置は、ＣＰＵと、プログラム及びデータを記憶する記憶手段と、前記第２の測定装置が設置された地点における物理量を測定する第２のセンサーとを備え、
前記時刻同期手段は、
前記第１のセンサーの計測値及び前記第２のセンサーの計測値から各センサーにおける波形をそれぞれ同定し、
同定された各波形の特徴部分を比較して前記第１の時計のローカル時刻に対する前記第２の時計のローカル時刻ずれを算出し、
算出されたローカル時刻ずれを前記第２の時計のローカル時刻から差し引いて前記第２の時計のローカル時刻を修正する時刻同期機能を備える
ことを特徴とする計測システム。
【請求項７】
内部に第１の時計を備えた第１の計測装置及び内部に第２の時計を備えた第２の計測装置がネットワークを介して接続された計測システムであって、
前記第１の計測装置は、ＣＰＵと、プログラム及びデータを記憶する記憶手段と、前記第１の測定装置が設置された地点における物理量を測定する第１のセンサーと、前記ＣＰＵにより実行される時刻同期手段とを備え、
前記第２の計測装置は、ＣＰＵと、プログラム及びデータを記憶する記憶手段と、前記第２の測定装置が設置された地点における物理量を測定する第２のセンサーとを備え、
前記時刻同期手段は、
前記第１のセンサーの計測値及び前記第２のセンサーの計測値から各センサーにおける波形をそれぞれ同定し、
同定された各波形の特徴部分を比較して前記第１の時計のローカル時刻に対する前記第２の時計のローカル時刻ずれを算出し、
算出されたローカル時刻ずれを前記第２の時計のローカル時刻から差し引いて前記第２の時計のローカル時刻を修正する時刻同期機能を備える
ことを特徴とする計測システム。
【請求項８】
前記第２の計測装置が複数である
ことを特徴とする請求項６又は請求項７に記載の計測システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の地点に設置されネットワークに接続された計測装置からなる計測システムにおいて、それぞれの計測装置の時刻を同期させるための時刻同期方法等に関する。
【背景技術】
【０００２】
橋梁等の土木構造物や建築構造物（以下、土木構造物と建築構造物を合わせて「建物等」という。）に加速度等を計測することができる計測装置を複数設置しておき、地震が発生した際に建物等の各部位の揺れを計測し、残余耐震性能を評価する方法が知られている（特許文献１）。このような複数の計測装置で一つの物理現象を計測するシステムにおいては全ての計測装置の時刻が適切に同期されていることが必要である。
【０００３】
公知の時刻同期方法として、ＮＴＰ（Network Time Protocol）サーバが示す絶対時刻とクライアント端末のローカル時刻とを同期させる方法、或いはＧＰＳ（Global Positioning System）を用いて衛星の時刻と同期させる方法等が知られている。さらに、特許文献２では、無線ネットワークで接続された複数の計測装置で物理量を計測するにあたり、各計測装置で物理量を計測する時刻を精度良く同期させることができる複数点計測方法を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−９５２３７号公報
【特許文献２】特開２００７−２０６８４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の時刻同期方法では、計測装置が低速のネットワークに接続されている場合には、ネットワークの遅延による絶対時刻とのずれを解消することができなかった。
【０００６】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、低速回線であっても遅延に影響されることなく、各センサー間のローカル時刻を相対的に同期することができる時刻同期方法を提供することを主な技術的課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
一つの計測システムを構成する複数の計測装置の時刻が、解析に必要な精度で互いに同期されている必要があるとしても、全ての計測装置の時刻が絶対時刻と同じであることは必要でない。換言すれば、ＮＴＰサーバ等が示す絶対時刻と、複数の計測装置のローカル時刻とがずれていても、複数の計測装置間同士で時刻が正確に同期されていれば、解析に問題がない。
【０００８】
本発明に係る時刻同期方法は、ＣＰＵとプログラム及びデータを記憶する記憶手段と設置された地点における物理量を測定する第１のセンサーと第１の時計とを具備する第１の計測装置と、ＣＰＵとプログラム及びデータを記憶する記憶手段と設置された地点における物理量を測定する第２のセンサーと第２の時計とを具備する第２の計測装置と、前記第１及び第２の計測装置がネットワークを介して接続された計測システムにおける時刻同期方法であって、前記第１のセンサーの計測値及び前記第２のセンサーの計測値から各センサーにおける物理量の時間的推移を示す波形をそれぞれ同定するステップＳ１と、同定された各波形の特徴部分を比較して前記第１の時計のローカル時刻に対する前記第２の時計のローカル時刻ずれを算出するステップＳ２と、算出されたローカル時刻ずれを前記第２の時計のローカル時刻から差し引いて前記第２の時計のローカル時刻を前記第１の時計のローカル時刻と同期するステップＳ３とを含むことを特徴とする。
【０００９】
この構成により、各センサーにおける物理量の時間的推移を示す波形がネットワークの遅延による時刻ずれを含み、その波形の特徴部分をそれぞれ比較して各時計間の相対的な時刻ずれを算出するため、各センサー間のネットワークの遅延による時刻ずれへの影響を抑えて第２の時計のローカル時刻を第１の時計のローカル時刻と同期することができる。そのため、ネットワークが低速回線であっても遅延に影響されることなく、各センサー間のローカル時刻を相対的に同期することができる。
【００１０】
本発明に係る計測システムは、内部に第１の時計を備えた第１の計測装置、内部に第２の時計を備えた第２の計測装置及びサーバがいずれもネットワークを介して接続された計測システムであって、前記サーバは、ＣＰＵと、プログラム及びデータを記憶する記憶手段と、前記ＣＰＵにより実行される時刻同期手段とを備え、前記第１の計測装置は、ＣＰＵと、プログラム及びデータを記憶する記憶手段と、前記第１の測定装置が設置された地点における物理量を測定する第１のセンサーとを備え、前記第２の計測装置は、ＣＰＵと、プログラム及びデータを記憶する記憶手段と、前記第２の測定装置が設置された地点における物理量を測定する第２のセンサーとを備え、前記時刻同期手段は、前記第１のセンサーの計測値及び前記第２のセンサーの計測値から各センサーにおける波形をそれぞれ同定し、同定された各波形の特徴部分を比較して前記第１の時計のローカル時刻に対する前記第２の時計のローカル時刻ずれを算出し、算出されたローカル時刻ずれを前記第２の時計のローカル時刻から差し引いて前記第２の時計のローカル時刻を修正する時刻同期機能を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係る時刻同期方法によると、計測装置が低速回線に接続されていても各計測機器が捉えた物理量の特徴部分における時刻を利用して１つの測定機器のローカル時刻と他の計測装置のローカル時刻とを同期させるため、ネットワークの遅延を含んだ補正が各計測機器になされるため、ネットワークの遅延に影響されることなく、極めて高い精度で各センサー間のローカル時刻を相対的に同期することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第１の実施形態の計測システムを示す図
【図２】第１の実施形態の計測システムに係る時刻同期方法のフローチャートを示す図
【図３】実施例のデータを示す図であり、（ａ）は時刻同期した直後の伝達特性を示す図、（ｂ）は時刻同期して２０分経過後の伝達特性を示す図
【図４】第２の実施形態の計測システムを示す図
【図５】第３の実施形態の計測システムを示す図
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照して本発明の各実施形態について説明する。同一又は同類の部材には同一の符号を用いるか又は添字のみ異ならせて表示するものとし、重複した説明を省略しているが、各実施形態の記載は本発明の技術的思想を理解するために合目的的に解釈され、実施形態の記載に限定解釈されるべきものではない。
【００１４】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態の計測システムを示す図である。計測システム１００は、第１の計測装置１０と第２の計測装置２０と管理サーバ４０とを備え、それらがネットワーク３０を介して接続されている。計測システム１００は、計測対象である建物１に主に構築されている。建物１は橋梁等の土木構造物やその他全ての建築構造物であってもよい。ネットワーク３０は、光回線、衛星回線、ＡＤＳＬ（Asymmetric Digital Subscriber Line）、３Ｇ（3rd Generation）回線、ＬＡＮ（Local Area Network）等の様々な通信速度や転送レートの伝送路やそれらが混在した伝送路を用いてもよい。
【００１５】
第１の計測装置１０は、筐体内に装置全体を制御するＣＰＵ（Central Processing Unit、中央演算処理装置）１１と、フラッシュメモリー或いはハードディスクなどの記憶手段１２と、Ａ／Ｄ変換器１３と、３次元の加速度の時間的変化を検出する第１の加速度センサー１４と、ＲＡＭ等の一時記憶手段１５と、第１の時計１６と、無線アンテナ１７などを備えている。第１の計測装置１０は建物１内の１階（地上階）の床面に設置されている。第１の計測装置１０は建物１の基礎部に設置されていてもよい。無線アンテナ１７は無線でネットワーク３０に接続される。無線アンテナ１７の代わりにネットワークインターフェースを用いてインターネットケーブルを介してネットワーク３０に接続するようにしてもよい。
【００１６】
第２の計測装置２０は、筐体内に装置全体を制御するＣＰＵ２１と、フラッシュメモリー或いはハードディスクなどの記憶手段２２と、Ａ／Ｄ変換器２３と、３次元の加速度の時間的変化を検出する第２の加速度センサー２４と、ＲＡＭ等の一時記憶手段２５と、第２の時計２６と、無線アンテナ２７などを備えている。第２の計測装置２０は建物１内の２階の床面に設置されている。無線アンテナ２７は無線でネットワーク３０に接続される。無線アンテナ２７の代わりにネットワークインターフェースを用いてインターネットケーブルを介してネットワーク３０に接続するようにしてもよい。
【００１７】
ＣＰＵ１１（２１）は、装置全体の動作を制御する制御装置である。記憶手段１２（２２）は、プログラムを記憶すると共にＣＰＵによる演算結果をデータとして保存する。加速度センサー１４（２４）はＡ／Ｄ変換器１３（２３）を介してＣＰＵに接続され、加速度の計測値をサンプリングしながら入力データとしてＣＰＵに伝達する。
【００１８】
管理サーバ４０は、時刻同期手段４１と、図示しないＣＰＵ、記憶手段及びネットワークインターフェースなどを備えている。管理サーバ４０は、建物１外に設置されているが、建物１内に設置してもよい。管理サーバ４０は、主に第１の計測装置１０及び第２の計測装置２０を管理する役割を果たす。管理サーバ４０は、インターネットケーブルを介してネットワーク３０に接続される。時刻同期手段４１は、記憶手段に保存されたプログラムであり、主に管理サーバ４０のＣＰＵにより実行される。時刻同期手段４１は、第１の計測装置１０の第１の時計１６の時刻と第２の計測装置２０の第２の時計２６の時刻を以下のステップＳ１〜Ｓ４を実行して同期させる。
【００１９】
図２は、第１の実施形態の計測システムに係る時刻同期方法のフローチャートを示す図である。この時刻同期方法を実施する前に、予め時刻同期の頻度である粒度を決めておく。第１の計測装置１０の第１の時計１６及び第２の計測装置２０の第２の時計２６は、振動子である水晶（クリスタル）の加工等によって時刻の精度にバラツキ（個体差）を有する。さらに、これらの時計では主に温度変化によっても時刻ずれが生じる。そのため、定期的に時刻同期を実施することが好ましい。この粒度は、計測システム１００の規模や構成等によって異なるが、例えば、ミリ秒［ｍｓｅｃ］単位の精度で時刻同期する場合、各計測装置の時計１６、２６の時刻が１分間でそれぞれ１０［ｍｓｅｃ］程ずれる計測システムでは１分毎に１回とすることが好ましく、概ね１分〜１０分毎に１回としている。このようにすると、計測システム１００では、第１の時計１６の時刻と第２の時計２６の時刻とを精度良く同期した計測値のデータを常時得ることができる。この粒度は、サーバ４０の内部時計の時刻やタイマー等を用いて時刻同期した際に新たに時間をカウントし直すように管理してもよい。
【００２０】
また、最初に時刻同期する際（時刻同期の開始時）には、第１の時計１６の時刻と第２の時計２６の時刻を同期させて時刻ずれのない状態にした後、インパルス応答等の信号が第１の計測装置１０から第２の計測装置２０に到達するまでに遅延する時間Ｔ０を算出しておく。後述する第１の時刻と第２の時刻の時刻ずれと同様にして算出してもよい。
【００２１】
１．まず、第１の計測装置１０（第１の加速度センサー１４系）と第２の計測装置２０（第２の加速度センサー２４系）の間で同時にインパルス応答の信号を相互に送受信させて第１の加速度センサー１４及び第２の加速度センサー２４によりその信号をそれぞれ計測する。なお、建物１に下方から振動を与えて波形を入力し、第１の加速度センサー１４と第２の加速度センサー２４でその信号をそれぞれ計測するようにしてもよい。この信号を送受信する時間は、各加速度センサー１４、２４で時刻同期するために十分な計測値のデータ量を取得できる時間であればよく、計測値のデータが１サンプル当たり１０［ｍｓｅｃ］とすると数秒程度でよい。そして、第１の加速度センサー１４の計測値及び第２の加速度センサー２４の計測値から各加速度センサーにおける時間的推移を示す波形をそれぞれ同定する（ステップＳ１）。ここで、本実施形態において時間的推移を示す波形を同定するとは、加速度センサーの計測値からその計測値に近似する波形を数式等で表すことをいう。また、各加速度センサー１４、２４の計測値を時系列にそれぞれ並べて順に各計測値間を線で補間して表してもよく、単にそれらを時系列にそれぞれ並べたデータ列であってもよい。
【００２２】
時間的推移を示す波形は、第１の加速度センサー１４と第２の加速度センサー２４の間の伝達特性を示すものであることが好ましい。この伝達特性を示す波形を用いることにより、測定対象の建物１が線形変形している限り第１の時計１６の時刻と第２の時計２６の時刻を同期することができる。また、この波形は第１の加速度センサー１４と第２の加速度センサー２４の間における様々な遅延や転送レートの条件を含んでいるため、第１の加速度センサー１４と第２の加速度センサー２４の間のネットワークに設置場所を選ばない３Ｇ回線の低転送レートの回線を用いることができる。
【００２３】
上記波形を同定する方法の一つとして、下記式（１）に示すように有限インパルス応答（Finite Impulse Response、FIR）を用いて上記波形を表し、ＬＭＳ（Least Mean Square、最小二乗平均法）のアルゴリズムにより係数ｈｍ（ｎ）を決定して波形を同定する方法が挙げられる。
Ｙ（ｎ）＝Σｈｍ（ｎ）・Ｘ（ｎ−ｍ）  ・・・  （１）
ただし、Ｘ（ｎ）は入力信号であり、Ｙ（ｎ）は出力信号であり、ｈｍ（ｎ）はＸ（ｎ）の重み係数であり、ｍ＝０，１，・・・，Ｎ−１の整数である。
なお、波形を同定するにあたり、ＬＭＳのアルゴリズムの他にＦＬＭＳ（Fast Least Mean Square）、ＲＬＳ（Recursive Least Square）や最急降下法等のアルゴリズムを用いてもよい。
【００２４】
具体的には、以下の処理（ａ）〜（ｃ）を実施する。
（ａ）まず、第１の加速度センサー１４の計測値の平均値を算出し、各第１の加速度センサー１４の計測値からその平均値を差し引いてオフセットを除去する。同様に各第２の加速度センサー２４の計測値からも第２の加速度センサー２４の計測値の平均値を差し引いてオフセットを除去する。
（ｂ）次に、上記処理（ａ）でオフセットを除去された各加速度センサー１４、２４の計測値を±１の範囲にそれぞれ正規化する。
（ｃ）次に、上記処理（ｂ）で正規化された各加速度センサー１４、２４の計測値を上記式（１）に代入して下記式（２）を満たすようにＬＭＳにより係数ｈｍ（ｎ）をそれぞれ決定する。
Ｙ’（ｎ）＝Σｈｍ（ｎ）・Ｘ’（ｎ−ｍ）  ・・・  （２）
ただし、Ｘ’（ｎ）は上記（ｂ）で正規化された加速度センサー１４の計測値であり、Ｙ’（ｎ）は上記（ｂ）で正規化された加速度センサー２４の計測値であり、係数ｈｍ（ｎ）の数(タップ数)Ｎは３０〜１００程としている。
【００２５】
上記処理（ａ）〜（ｃ）を実施することにより、第１の計測装置１０（第１の加速度センサー１４系）から第２の計測装置２０（第２の加速度センサー２４系）への伝達特性を示す波形を上記式（１）で表す。また、上記処理（ｃ）においてＸ’（ｎ）とＹ’（ｎ）の測定値を入れかえてＬＭＳにより係数ｈｍ（ｎ）をそれぞれ決定することで、第２の計測装置２０から第１の計測装置１０への伝達特性を示す波形を上記式（１）で表す。
【００２６】
２．次に、同定された波形の特徴部分を抽出して比較し、第１の時計１６の時刻に対する第２の時計２６の時刻ずれを算出する（ステップＳ２）。例えば、特徴部分を時系列で最初に上に凸となったピーク点として、第１の加速度センサー１４の計測値において特徴部分に対応する第１の時刻と、ステップＳ１で同定された第１の計測装置１０から第２の計測装置２０への伝達特性を示す波形（上記式（１））において特徴部分に対応する第２の時刻とをそれぞれ算出し、各ピーク点に対応する第１の時刻と第２の時刻の差を算出して、その差を時刻ずれとする。
【００２７】
また、ステップＳ１で第１の計測装置１０から第２の計測装置２０への伝達特性を示す波形と第２の計測装置２０から第１の計測装置１０への伝達特性を示す波形をそれぞれ同定し、第１の時計１６の時刻に対する第２の時計２６の時刻ずれを算出してもよい。上記のようにＦＩＲを用いてＬＭＳにより伝達特性を示す波形を同定した場合、その波形は時間の経過とともに収束する。そのため、各時計の時刻の進み又は遅れは、上記のようにＦＩＲを用いてＬＭＳにより波形を同定した場合は各波形が収束しているか否か、或いは各波形の振幅が減衰している度合い等で判断する。例えば、上記のようにＬＭＳにより各波形を同定した場合には、各波形を比較して収束した波形を抽出し、この収束した波形において時系列で最初に上に凸となったピーク点に対応する時刻を第１の時計１６の時刻と第２の時計２６の時刻ずれとする。
【００２８】
また、パルス入力のある振動環境では、各加速度センサーの計測値を同定せずにそのままそれらの計測値を用いて第１の時計１６の時刻に対する第２の時計２６の時刻ずれを算出してもよい。このパルス入力のある振動環境とは、機械振動や電車の通る鉄橋等定刻に振動が発生する環境をいう。
【００２９】
具体的には、第１の加速度センサー１４の計測値から短時間平均ＳＴＡ１と長時間平均ＬＴＡ１との比ＳＴＡ１／ＬＴＡ１を算出し、同様にして第２の加速度センサー２４の計測値から短時間平均ＳＴＡ２と長時間平均ＬＴＡ２との比ＳＴＡ２／ＬＴＡ２を算出する。そして、比ＳＴＡ１／ＬＴＡ１と比ＳＴＡ２／ＬＴＡ２との比較から時刻ずれを算出する。この短時間平均と長時間平均の比は波形の自己相似性を示すものであり、パルスの波形が入力されることによりその自己相似性を失った瞬間の時刻を容易に抽出して比較することができる。なお、この短時間平均と長時間平均の比を用いる場合長時間平均を算出する必要があるため、上記波形を同定する場合よりも長い時間で測定値を取得する。
【００３０】
３．次に、算出された時刻ずれを第２の時計２６の時刻から差し引いて第２の時計２６の時刻を第１の時計１６の時刻と同期する（ステップＳ３）。このとき、上記同期開始時の時間Ｔ０を基準にして第２の時計２６の時刻を第１の時計１６の時刻と同期する。なお、この時刻同期は、その都度実施してもよいが、時刻ずれを記録しておいて後から実施してもよい。
【００３１】
４．次に、各加速度センサーの計測が終了するまで予め設定された粒度で上記Ｓ１〜Ｓ３を繰り返す（ステップＳ４）。以上の処理Ｓ１〜Ｓ４により、第１の時計１６の時刻と第２の時計２６の時刻とを精度良く同期させることができる。また、１０［ｍｓｅｃ］以上の時刻ずれが生じる前に時刻同期するように粒度を設定しておくと、ミリ秒［ｍｓｅｃ］単位の精度で同期させ続けることができる。
【００３２】
（実施例）
試験体として上下２段に分かれた高さ１．２［ｍ］のＰＣ用テーブルを用いて時刻同期の実験を実施した。このテーブルは床に配置し、下段には第１の計測装置（ＩＴ強震計）と熱源として電源をＯＮにしたプロジェクターを設置し、下段には第２の計測装置（ＩＴ強震計）を設置した。なお、第１の計測装置及び第２の計測装置はいずれもネットワークインターフェースを備え、それらのインターフェースを用いてＬＡＮケーブルを介して１つのＬＡＮにそれぞれ接続した。また、管理サーバはテーブルとは異なった場所に設置し、ＬＡＮケーブルを介して上記第１及び第２の計測装置と同じＬＡＮに接続した。また、第２の計測装置とＬＡＮとの間は、一部無線ＬＡＮを用いた。
【００３３】
時刻同期の実験は、まず、第１の計測装置の時計の時刻と第２の計測装置の時刻を同期して時刻ずれのない状態にし、入力波形として床からの自由振動をＰＣ用テーブルに与えて各加速度センサーによりそれぞれ計測した。さらに、その２０分後同様にして床からの自由振動をＰＣ用テーブルに与えて各加速度センサーによりそれぞれ計測した。
【００３４】
図３は、実施例を示す図である。図３（ａ）は、時刻同期した直後の伝達特性を示す図であり、図３（ｂ）は、時刻同期して２０分経過後の伝達特性を示す図である。図３中の波形Ｄ１は、第１の計測装置から第２の計測装置への伝達特性を示す。また、波形Ｄ２は、第２の計測装置から第１の計測装置への伝達特性を示す。各伝達特性を示す波形Ｄ１、Ｄ２は、いずれも上記ステップＳ１を実施してＬＭＳにより同定した。
【００３５】
図３（ａ）に示すように、時刻同期した直後では、波形Ｄ１は１０１サンプル（１０１０［ｍｓｅｃ］）で収束しており、波形Ｄ２は１０１サンプルで収束していないことがわかった。このことから、波形Ｄ１は波形Ｄ２よりも遅延することがわかった。また、図３（ｂ）に示すように、時刻同期して２０分経過後では、波形Ｄ１は１０１サンプルで収束しておらず、波形Ｄ２は１０１サンプルで収束していることがわかった。このことから、波形Ｄ２は波形Ｄ１よりも遅延することがわかった。
【００３６】
時刻同期した直後では波形Ｄ１のピーク点ｄ１が５サンプル目であるため、入力波形は第１の計測装置から第２の計測装置に到達するまでに５サンプル（５０［ｍｓｅｃ］）遅延して応答をすることがわかった。また、時刻同期して２０分経過後では波形Ｄ２のピーク点ｄ２が１５サンプル目であるため、入力波形は第２の計測装置から第１の計測装置に到達するまでに１５サンプル（１５０［ｍｓｅｃ］）遅延して応答をすることがわかり、逆に第１の計測装置の時刻は第２の計測装置の時計の時刻に対して１５サンプル（１５０［ｍｓｅｃ］）進んでいることがわかった。したがって、管理サーバの時刻同期手段は、時刻同期してから２０分経過後では第２の計測装置の時計の時刻から２００［ｍｓｅｃ］（＝５０［ｍｓｅｃ］−（−１５０［ｍｓｅｃ］））を差し引くことで第２の計測装置の時計の時刻を第１の計測装置の時計の時刻と相対的に同期することがわかった。
【００３７】
第１の実施形態の計測システム１００では、第１の計測装置１０や第２の計測装置２０が低速回線に接続されていても、各加速度センサー１４、２４が計測した計測値から伝達特性を有する波形を同定して、その同定された特徴部分における時刻を利用して第１の計測装置１０の時計１６の時刻と第２の計測装置２０の時計２６の時刻とを同期させるため、ネットワークの遅延を含んだ補正が各加速度センサー１４、２４が計測した計測値になされ、ネットワークの遅延に影響されることなく、高い精度で第１の計測装置１０と第２の計測装置２０間の時刻を相対的に同期することができる。
【００３８】
（第２の実施形態）
図４は、第２の実施形態の計測システムを示す図である。第２の実施形態の計測システムと第１の計測システムとの主な相違点は、第１の計測装置に時刻同期手段を備え、時刻同期するにあたり管理サーバを不要にした点である。計測システム２００は、第１の計測装置１０ａと第２の計測装置２０とを備え、それらがネットワーク３０を介して接続されている。計測システム２００は、計測対象である建物１に主に構築されている。
【００３９】
第１の計測装置１０ａは、筐体内に装置全体を制御するＣＰＵ１１と、フラッシュメモリー或いはハードディスクなどの記憶手段１２と、Ａ／Ｄ変換器１３と、３次元の加速度の時間的変化を検出する第１の加速度センサー１４と、ＲＡＭ等の一時記憶手段１５と、第１の時計１６と、無線アンテナ１７と、時刻同期手段１８などを備えている。第１の計測装置１０は建物１内の１階（地上階）の床面に設置されている。第１の計測装置１０は建物１の基礎部に設置されていてもよい。無線アンテナ１７は無線でネットワーク３０に接続される。無線アンテナ１７の代わりにネットワークインターフェースを用いてインターネットケーブルを介してネットワーク３０に接続するようにしてもよい。時刻同期手段１８は、上記管理サーバ４０の時刻同期手段４１と同様の処理を実施する。
【００４０】
第２の実施形態の計測システム２００は、第１の実施形態の計測システム１００と同様にしてネットワークの遅延に影響されることなく、第１の計測装置１０ａの第１の時計１６の時刻と第２の計測装置２０の第２の時計２６の時刻と高い精度で相対的に同期することができる。
【００４１】
（第３の実施形態）
図５は、第３の実施形態の計測システムを示す図である。第３の実施形態の計測システムと第１の計測システムとの主な相違点は、第２の計測装置を複数備え、それら第２の計測装置を建物の複数階にそれぞれ設置し、管理サーバの時刻同期手段により第１の計測装置と各階に設置された第２の計測装置を時刻同期するようにした点である。計測システム３００は、第１の計測装置１０と複数の第２の計測装置（２０ａ、２０ｂ、２０ｃ・・・）と管理サーバ４０ａとを備え、それらがネットワーク３０を介して接続されている。計測システム３００は、計測対象である複数階の建物１ａに主に構築されている。
【００４２】
第２の計測装置（２０ａ、２０ｂ、２０ｃ・・・）は、いずれも上記第２の計測装置２０と同様の構成であり、筐体内に装置全体を制御するＣＰＵと、フラッシュメモリー或いはハードディスクなどの記憶手段と、Ａ／Ｄ変換器と、３次元の加速度の時間的変化を検出する第２の加速度センサーと、ＲＡＭ等の一時記憶手段と、第２の時計と、無線アンテナなどを備えている。第２の計測装置は建物１内の各階の床面に設置されている。無線アンテナは無線でネットワーク３０に接続される。無線アンテナの代わりにネットワークインターフェースを用いてインターネットケーブルを介してネットワーク３０に接続するようにしてもよい。
【００４３】
管理サーバ４０ａは、時刻同期手段４１ａと、図示しないＣＰＵ、記憶手段及びネットワークインターフェースなどを備えている。管理サーバ４０ａは、建物１外に設置されているが、建物１内に設置してもよい。管理サーバ４０ａは、主に第１の計測装置１０及び第２の計測装置（２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、・・・）を管理する役割を果たす。管理サーバ４０ａは、インターネットケーブルを介してネットワーク３０に接続される。時刻同期手段４１ａは、記憶手段に保存されたプログラムであり、主に管理サーバ４０ａのＣＰＵにより実行される。時刻同期手段４１ａは、上記管理サーバ４０の時刻同期手段４１と同様の処理を実施して、第１の計測装置１０の第１の時計１６の時刻と各第２の計測装置の第２の時計の時刻をそれぞれ同期させる。なお、この時刻同期では、第１の計測装置１０から第２の計測装置２０ａへの伝達特性を示す波形、第１の計測装置１０から第２の計測装置２０ｂへの伝達特性を示す波形、第１の計測装置１０から第２の計測装置２０ｃへの伝達特性を示す波形、・・・といったように第２の計測装置の数だけ伝達特性を示す波形を同定する。
【００４４】
第３の実施形態の計測システム３００は、第１の計測装置１０から各階に設置された第２の計測装置（２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、・・・）への伝達特性を示す波形をそれぞれ同定して、その同定された特徴部分における時刻を利用して第１の計測装置１０の時計１６の時刻と第２の計測装置（２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、・・・）の時計の時刻とをそれぞれ同期させるため、ネットワークの遅延を含んだ補正が各加速度センサーが計測した計測値になされ、ネットワークの遅延に影響されることなく、高い精度で第１の計測装置１０と各第２の計測装置（２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、・・・）間の時刻を相対的に同期することができる。
【００４５】
なお、第２の実施形態の計測システム２００においても複数の第２の計測装置（２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、・・・）を備え、建物の複数階に設置し、同様にして第１の計測装置１０ａの時計１６の時刻と第２の計測装置（２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、・・・）の時計の時刻とをそれぞれ同期させるようにしてもよい。
【符号の説明】
【００４６】
１  建物
１０  第１の計測装置
１１  ＣＰＵ（中央演算処理装置）
１２  記憶手段
１３  ＡＤ変換器
１４  第１の加速度センサー
１５  一時記憶手段（ＲＡＭ）
１６  第１の時計
１７  無線アンテナ
１８  時刻同期手段
２０  第２の計測装置
２１  ＣＰＵ（中央演算処理装置）
２２  記憶手段
２３  ＡＤ変換器
２４  第２の加速度センサー
２５  一時記憶手段（ＲＡＭ）
２６  第２の時計
２７  無線アンテナ
３０  ネットワーク
４０、４０ａ  管理サーバ
４１、４１ａ  時刻同期手段
１００、２００、３００  計測システム
【図１】
2014092521.tif 000003
【図２】
2014092521.tif 000004
【図３】
2014092521.tif 000005
【図４】
2014092521.tif 000006
【図５】
2014092521.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】平成25年6月20日(2013.6.20)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＣＰＵとプログラム及びデータを記憶する記憶手段と設置された地点における物理量を測定する第１のセンサーと第１の時計とを具備する第１の計測装置と、
ＣＰＵとプログラム及びデータを記憶する記憶手段と設置された地点における物理量を測定する第２のセンサーと第２の時計とを具備する第２の計測装置と、
前記第１及び第２の計測装置がネットワークを介して接続された計測システムにおける時刻同期方法であって、
前記第１のセンサーの計測値及び前記第２のセンサーの計測値から各センサーにおける物理量の時間的推移を示すとともに少なくとも１つは前記第１の計測装置と前記第２の計測装置の間の伝達特性を示す波形をそれぞれ同定するステップＳ１と、
同定された各波形の特徴部分を比較して前記第１の時計のローカル時刻に対する前記第２の時計のローカル時刻ずれを算出するステップＳ２と、
算出されたローカル時刻ずれを前記第２の時計のローカル時刻から差し引いて前記第２の時計のローカル時刻を前記第１の時計のローカル時刻と同期するステップＳ３とを含む
ことを特徴とする時刻同期方法。
【請求項２】
前記時刻同期手段は、前記ステップＳ１〜Ｓ３を周期的に繰り返すステップＳ４を含む
ことを特徴とする請求項１に記載の時刻同期方法。
【請求項３】
前記時刻同期手段は、１分〜１０分毎に１回の周期で繰り返すステップＳａ４を含む
ことを特徴とする請求項２に記載の時刻同期方法。
【請求項４】
前記ステップＳ１は、前記第１のセンサーの計測値から前記第２のセンサーの計測値に変換する変換式を最小二乗平均法のアルゴリズムにより同定するステップＳａ１を含み、
前記ステップＳ２は、前記第１のセンサーの計測値において最初の上に凸となったピーク点に対応する第１の時刻と、同定された変換式において最初の上に凸となったピーク点に対応する第２の時刻とをそれぞれ算出し、
前記ピーク点に対応する第１の時刻と前記ピーク点に対応する第２の時刻の差を前記ローカル時刻ずれとするステップＳａ２を含む
ことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の時刻同期方法。
【請求項５】
パルス入力のある振動環境の場合、
前記ステップＳ２は、
前記第１のセンサーの計測値から短時間平均ＳＴＡ１と長時間平均ＬＴＡ１との比ＳＴＡ１／ＬＴＡ１を算出し、
前記第２のセンサーの計測値から短時間平均ＳＴＡ２と長時間平均ＬＴＡ２との比ＳＴＡ２／ＬＴＡ２を算出し、
比ＳＴＡ１／ＬＴＡ１と比ＳＴＡ２／ＬＴＡ２から前記波形の自己相似性を失った瞬間の時刻をそれぞれ抽出して比較し時刻ずれを算出するステップＳａ３を含む
ことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の時刻同期方法。
【請求項６】
内部に第１の時計を備えた第１の計測装置、内部に第２の時計を備えた第２の計測装置及びサーバがいずれもネットワークを介して接続された計測システムであって、
前記サーバは、ＣＰＵと、プログラム及びデータを記憶する記憶手段と、前記ＣＰＵにより実行される時刻同期手段とを備え、
前記第１の計測装置は、ＣＰＵと、プログラム及びデータを記憶する記憶手段と、前記第１の測定装置が設置された地点における物理量を測定する第１のセンサーとを備え、
前記第２の計測装置は、ＣＰＵと、プログラム及びデータを記憶する記憶手段と、前記第２の測定装置が設置された地点における物理量を測定する第２のセンサーとを備え、
前記時刻同期手段は、
前記第１のセンサーの計測値及び前記第２のセンサーの計測値から各センサーにおける波形であって少なくとも１つは前記第１のセンサーと前記第２のセンサーの間の伝達特性を示す波形をそれぞれ同定し、
同定された各波形の特徴部分を比較して前記第１の時計のローカル時刻に対する前記第２の時計のローカル時刻ずれを算出し、
算出されたローカル時刻ずれを前記第２の時計のローカル時刻から差し引いて前記第２の時計のローカル時刻を修正する時刻同期機能を備える
ことを特徴とする計測システム。
【請求項７】
内部に第１の時計を備えた第１の計測装置及び内部に第２の時計を備えた第２の計測装置がネットワークを介して接続された計測システムであって、
前記第１の計測装置は、ＣＰＵと、プログラム及びデータを記憶する記憶手段と、前記第１の測定装置が設置された地点における物理量を測定する第１のセンサーと、前記ＣＰＵにより実行される時刻同期手段とを備え、
前記第２の計測装置は、ＣＰＵと、プログラム及びデータを記憶する記憶手段と、前記第２の測定装置が設置された地点における物理量を測定する第２のセンサーとを備え、
前記時刻同期手段は、
前記第１のセンサーの計測値及び前記第２のセンサーの計測値から各センサーにおける波形であって少なくとも１つは前記第１のセンサーと前記第２のセンサーの間の伝達特性を示す波形をそれぞれ同定し、
同定された各波形の特徴部分を比較して前記第１の時計のローカル時刻に対する前記第２の時計のローカル時刻ずれを算出し、
算出されたローカル時刻ずれを前記第２の時計のローカル時刻から差し引いて前記第２の時計のローカル時刻を修正する時刻同期機能を備える
ことを特徴とする計測システム。
【請求項８】
前記第２の計測装置が複数である
ことを特徴とする請求項６又は請求項７に記載の計測システム。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
本発明に係る時刻同期方法は、ＣＰＵとプログラム及びデータを記憶する記憶手段と設置された地点における物理量を測定する第１のセンサーと第１の時計とを具備する第１の計測装置と、ＣＰＵとプログラム及びデータを記憶する記憶手段と設置された地点における物理量を測定する第２のセンサーと第２の時計とを具備する第２の計測装置と、前記第１及び第２の計測装置がネットワークを介して接続された計測システムにおける時刻同期方法であって、前記第１のセンサーの計測値及び前記第２のセンサーの計測値から各センサーにおける物理量の時間的推移を示すとともに少なくとも１つは前記第１の計測装置と前記第２の計測装置の間の伝達特性を示す波形をそれぞれ同定するステップＳ１と、同定された各波形の特徴部分を比較して前記第１の時計のローカル時刻に対する前記第２の時計のローカル時刻ずれを算出するステップＳ２と、算出されたローカル時刻ずれを前記第２の時計のローカル時刻から差し引いて前記第２の時計のローカル時刻を前記第１の時計のローカル時刻と同期するステップＳ３とを含むことを特徴とする。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
本発明に係る計測システムは、内部に第１の時計を備えた第１の計測装置、内部に第２の時計を備えた第２の計測装置及びサーバがいずれもネットワークを介して接続された計測システムであって、前記サーバは、ＣＰＵと、プログラム及びデータを記憶する記憶手段と、前記ＣＰＵにより実行される時刻同期手段とを備え、前記第１の計測装置は、ＣＰＵと、プログラム及びデータを記憶する記憶手段と、前記第１の測定装置が設置された地点における物理量を測定する第１のセンサーとを備え、前記第２の計測装置は、ＣＰＵと、プログラム及びデータを記憶する記憶手段と、前記第２の測定装置が設置された地点における物理量を測定する第２のセンサーとを備え、前記時刻同期手段は、前記第１のセンサーの計測値及び前記第２のセンサーの計測値から各センサーにおける波形であって少なくとも１つは前記第１のセンサーと前記第２のセンサーの間の伝達特性を示す波形をそれぞれ同定し、同定された各波形の特徴部分を比較して前記第１の時計のローカル時刻に対する前記第２の時計のローカル時刻ずれを算出し、算出されたローカル時刻ずれを前記第２の時計のローカル時刻から差し引いて前記第２の時計のローカル時刻を修正する時刻同期機能を備えることを特徴とする。