(57)【要約】【課題】広範囲の下水管網において安価で簡単な構造により通信手段の取り付け作業を容易に行うことができ、かつ優れた通信状態の通信システムを構築することができる。【解決手段】下水管路３で互いに距離をあけて配置されるマンホール２内に配置され、一方のマンホール２から超音波Ｐを発信する通信用音波発信器１２Ａと、通信用音波発信器１２Ａから発信された超音波Ｐを他方のマンホール２で受信する通信用音波受信器１２Ｂと、通信用音波受信器１２Ｂで受信した受信状態に基づいて下水管路３内を流通する下水の水位情報Ｄを検出する水位情報検出部１３と、を備えた構成の下水管路内監視システムを提供する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
下水管路で互いに距離をあけて配置される２つの基点間で通信される下水管路内通信システムであって、
前記２つの基点同士は、音波を通信手段として通信可能に設けられ、
一方の基点から発信された前記音波は、前記下水管路を通じて他方の基点で受信されることを特徴とする下水管路内通信システム。
【請求項２】
前記２つの基点のうち一方の第１基点から音波を発信する音波発信部と、
該音波発信部から発信された音波を他方の第２基点で受信する音波受信部と、
前記音波受信部で受信した受信状態に基づいて前記下水管路内を流通する下水の下水情報を検出する下水情報検出部と、
を備えていることを特徴とする請求項１に記載の下水管路内通信システム。
【請求項３】
前記音波には、所定の周波数に特定の下水情報が関連付けされ、
前記下水情報検出部は、前記音波受信部で受信した音波の周波数に関連付けされた前記特定の下水情報が検出されることを特徴とする請求項２に記載の下水管路内通信システム。
【請求項４】
前記下水情報検出部は、前記音波受信部によって受信された音波の変化の有無及び強弱のうち少なくとも一方に基づいて前記下水情報が検出されることを特徴とする請求項２又は３に記載の下水管路内通信システム。
【請求項５】
前記下水管路は、下水管と、該下水管に設けられる複数のマンホールと、を有し、
前記音波を互いに送受信する前記音波発信部及び前記音波受信部は、それぞれ異なるマンホールに設けられ、前記異なるマンホール同士を接続する前記下水管を通じて音波が送受信されることを特徴とする請求項２乃至４のいずれか１項に記載の下水管路内通信システム。
【請求項６】
前記下水管路内で第１音波が通信される第１通信区間と、該第１通信区間と隣り合うとともに第２音波が通信される第２通信区間と、が設けられ、
前記第１通信区間において前記第１音波を受信する第１音波受信部と、前記第２通信区間において前記第２音波を発信する第２音波発信部とが同一のマンホール内に配置されていることを特徴とする請求項５に記載の下水管路内通信システム。
【請求項７】
前記音波受信部が設けられた前記マンホールには、受信した前記下水情報を地上に送信する地上送信部が備えられていることを特徴とする請求項５又は６に記載の下水管路内通信システム。
【請求項８】
前記下水情報を測定するための下水情報測定部が設けられ、
前記下水情報検出部は、前記下水情報測定部で測定した下水情報を所定の周波数の音波に関連付けし、該音波を前記音波発信部から発信させることを特徴とする請求項２乃至７のいずれか１項に記載の下水管路内通信システム。
【請求項９】
前記下水情報は、前記下水管路内を流通する下水の水位であることを特徴とする請求項２乃至８のいずれか１項に記載の下水管路内通信システム。
【請求項１０】
前記音波は、周波数域で２０ｋＨｚ以上１００ｋＨｚ以下の超音波であることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の下水管路内通信システム。
【請求項１１】
請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の下水管路内通信システムを使用し、前記下水管路内の下水状態を監視する下水管路内監視システムであって、
前記音波の有無及び強弱のうち少なくとも一方に基づいて下水状態を判別する判定部が設けられていることを特徴とする下水管路内監視システム。
【請求項１２】
下水管路で互いに距離をあけて配置されるマンホール、又は前記マンホールの近傍に位置する下水管内に配置され、音波を通信手段として前記下水管路を通じて送受信することで通信可能に設けられた下水管路内通信装置であって、
音波を発信することが可能な音波発信部と、
音波を受信することが可能な音波受信部と、
前記音波受信部で受信した受信状態に基づいて下水情報を検出する下水情報検出部と、
を備えていることを特徴とする下水管路内通信装置。
【請求項１３】
前記音波発信部及び前記音波受信部は、前記下水管路内で音波で通信する通信機能、及び前記下水の水位を音波で測定する測定機能を共有していることを特徴とする請求項１２に記載の下水管路内通信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、下水管路内通信システム、下水管路内監視システム及び下水管路内通信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、下水の管理方法として、下水の水位の監視や、ｐＨ、硫化水素、二酸化炭素、濁度や温度等の下水道施設の状況を監視することが行われている。
【０００３】
ところで、下水管路において、下水の水位を計測し、その計測データを電波により通信して監視するシステムが、例えば特許文献１、２に開示されている。
特許文献１には、マンホールの蓋に下水の水位等を計測する機器や通信機器を組み込み、この機器で計測した下水の水位等の下水情報を電波を用いて通信し収集するシステムについて記載されている。
また、特許文献２には、管路内を電波を使用して通信するための通信システムであって、水位を測定するための超音波センサを下水の水位に合わせて上下に移動させることにより測定精度を向上させる構成であり、測定したデータを電波によって通信するためのアンテナも管路内に吊り下して下水の水位に合わせて上下に移動させる構成について記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１５−０１０４０３号公報
【特許文献２】特開２０１０−２１６８７４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、従来の下水道の監視システムでは、以下のような問題があった。
すなわち、特許文献１の場合には、各マンホールの既設の蓋を、計測機器や通信手段を組み込んだ蓋に交換する必要があることから、とくに広範囲の下水管監視網を構築する場合には、通信手段の部材費や取り付け作業にかかる手間が増大するという問題があった。
また、特許文献２に示すシステムの場合には、超音波センサやアンテナを上下移動させるための巻上機やそれに伴う大型の電池が必要であり、複雑で大掛かりな構造となっていた。さらに、管路内を通す電波自体も地下埋設物内では周囲の地盤がアースとなったり、管路がコンクリート管の場合にはコンクリート中に埋め込まれている鉄筋によって通信が困難となる問題があった。
【０００６】
本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、広範囲の下水管網において安価で簡単な構造により通信手段の取り付け作業を容易に行うことができ、かつ優れた通信状態の通信システムを構築することができる下水管路内通信システム、下水管路内監視システム及び下水管路内通信装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明に係る下水管路内通信システムは、前記２つの基点同士は、音波を通信手段として通信可能に設けられ、一方の基点から発信された前記音波は、前記下水管路を通じて他方の基点で受信されることを特徴としている。
【０００８】
本発明では、一方の基点から発信した音波を、下水管路内を通じて他方の基点で受信することで、下水管路を使用した通信が可能となり、例えば音波に下水情報を関連付けることで、その音波を一方の基点から他方の基点へ伝達することができ、受信した音波から下水情報を検出することができる。
このように構成される下水管路内通信システムでは、下水管路内の例えばマンホールに音波の通信機器を設けるといった簡単な構造となり、マンホールの蓋に組み込むような手間のかかる作業が不要となり、取付け作業を容易に行うことができる。また、マンホールの蓋を交換する必要もないことから、コストの増大を抑えることができる。
さらに、本発明では、通信手段が音波であり、通信ルートが下水管路内となることから、電波を通信手段として使用した場合のように地上に設備を配置する必要がなくなる利点がある。しかも、音波は、下水管路内の閉鎖空間において周囲の雑音が小さく、下水管路内の壁面で反射するため、地上よりも伝播し易いことから、効率よく長距離の通信が可能となり、広範囲の下水管網の通信システムを効率よく構築することができる。
【０００９】
また、本発明に係る下水管路内通信システムは、前記２つの基点のうち一方の第１基点から音波を発信する音波発信部と、該音波発信部から発信された音波を他方の第２基点で受信する音波受信部と、前記音波受信部で受信した受信状態に基づいて前記下水管路内を流通する下水の下水情報を検出する下水情報検出部と、を備えていることを特徴とすることが好ましい。
【００１０】
また、本発明に係る下水管路内通信装置は、下水管路で互いに距離をあけて配置されるマンホール、又は前記マンホールの近傍に位置する下水管内に配置され、音波を通信手段として前記下水管路を通じて送受信することで通信可能に設けられた下水管路内通信装置であって、音波を発信することが可能な音波発信部と、音波を受信することが可能な音波受信部と、前記音波受信部で受信した受信状態に基づいて下水情報を検出する下水情報検出部と、を備えていることを特徴としている。
【００１１】
本発明では、第１基点の音波発生部から発信した音波を、下水管路内を通じて第２基点の音波受信部で受信することで、下水管路を使用した通信が可能となる。そして、音波受信部で受信した受信状態を下水情報検出部によって解析処理することにより下水情報を検出できる。例えば、第１基点で得られる下水情報が下水の水位の場合には、その水位を音波に関連付けて音波発信部で発信することで第２基点に伝達することができる。
そして、この場合には、下水管路内の各基点に音波発信部、音波受信部、及び下水情報検出部を設ける簡単な構造となるので、前述したように通信部位の取り付け作業を容易に行うことができる。
【００１２】
また、本発明に係る下水管路内通信システムは、前記音波には、所定の周波数に特定の下水情報が関連付けされ、前記下水情報検出部は、前記音波受信部で受信した音波の周波数に関連付けされた前記特定の下水情報が検出されることが好ましい。
【００１３】
このような構成とすることで、複数の周波数のそれぞれに異なる下水情報が関連付けされた音波を音波受信部で受信し、その音波の周波数を下水情報検出部で解析処理することで、その周波数に関連付けされた特定の下水情報を検出することができる。そして、複数の周波数の音波を同時に音波発信部から発信し、これらの音波を音波受信部で受信すれば、複数の音波に関連付けされた複数の下水情報を同時に検出することができる。このように複数の周波数の音波を使用することで、様々な下水情報を同時、または条件に応じて検出することができる。
【００１４】
また、本発明に係る下水管路内通信システムは、前記下水情報検出部は、前記音波受信部によって受信された音波の変化の有無及び強弱のうち少なくとも一方に基づいて前記下水情報が検出されるようにしてもよい。
【００１５】
この場合には、例えば音波の通信媒体が空気から水に変わったときの音波の変化（すなわち、音波の変化の有無及び強弱のうち少なくとも一方）を音波受信部で受信し、下水情報検出部で検出することで、下水管路の下水管が満管状態になったものと判断することができる。
【００１６】
また、本発明に係る下水管路内通信システムは、前記下水管路は、下水管と、該下水管に設けられる複数のマンホールと、を有し、前記音波を互いに送受信する前記音波発信部及び前記音波受信部は、それぞれ異なるマンホールに設けられ、前記異なるマンホール同士を接続する前記下水管を通じて音波が送受信されることが好ましい。
【００１７】
この場合には、音波発信部及び音波受信部がマンホール内に配置されるので、これらの取り付け作業やメンテナンスが容易であり、音波受信部で受信した音波、及び下水情報検出部で検出した下水情報をマンホールから地上へ容易に伝送することができる。
【００１８】
また、本発明に係る下水管路内通信システムは、前記下水管路内で第１音波が通信される第１通信区間と、該第１通信区間と隣り合うとともに第２音波が通信される第２通信区間と、が設けられ、前記第１通信区間において前記第１音波を受信する第１音波受信部と、前記第２通信区間において前記第２音波を発信する第２音波発信部とが同一のマンホール内に配置されていることが好ましい。
【００１９】
この場合には、例えば上流側の第１マンホールの第１音波発信部から発信された第１音波を受信する音波受信部と、下流側の第２マンホールに向けて第２音波を発信する音波発信部とが同一のマンホール内に配置されているので、音波受信部で受信した第１音波から検出される下水情報を音波発信部から発信される第２音波に関連付けして下流側の第２マンホールへ通信してリレー伝達することができる。
つまり、本発明では、リレー伝達により、下水管路のうち隣り合うマンホール間の区間における下水情報を順次加算しながら通信を行うことで、マンホール毎に下水情報を地上へ取り出す手段を省略でき、所定のマンホールで複数区間の下水情報を集約して１箇所で確認することができる。
【００２０】
また、本発明に係る下水管路内通信システムは、前記音波受信部が設けられた前記マンホールには、受信した前記下水情報を地上に送信する地上送信部が備えられていることを特徴としてもよい。
【００２１】
この場合には、音波受信部で受信した音波、及び下水情報検出部で検出した下水情報を電波等の適宜な通信手段により地上送信部を介してマンホールから地上へ送信することができる。
【００２２】
また、本発明に係る下水管路内通信システムは、前記下水情報を測定するための下水情報測定部が設けられ、前記下水情報検出部は、前記下水情報測定部で測定した下水情報を所定の周波数の音波に関連付けし、該音波を前記音波発信部から発信させることが好ましい。
【００２３】
この場合には、下水管路を流通する下水の下水情報を下水情報測定部で測定し、その下水情報を所定の周波数の音波に関連付けして音波発信部から発信できるので、リアルタイムでかつ正確な下水情報を通信することができる。
また、本発明では、例えば測定した下水情報が予め設定された数値を超えた場合に音波を発信させる等、測定した下水情報に応じた通信を行うことも可能となる。
【００２４】
また、本発明に係る下水管路内通信システムは、前記下水情報は、前記下水管路内を流通する下水の水位であることを特徴としてもよい。
【００２５】
この場合には、下水管路内の下水の水位を音波によって通信して下水管路内を伝達させることができ、水位監視を行うことができる。
【００２６】
また、本発明に係る下水管路内通信システムは、前記音波は、周波数域で２０ｋＨｚ以上１００ｋＨｚ以下の超音波であることが好ましい。
【００２７】
この場合には、この範囲の超音波を通信手段とすることで、人間の可聴域でなく、かつ例えば隣り合うマンホール同士の距離を好適に音波で通信することができる。
【００２８】
また、本発明に係る下水管路内監視システムは、上述した下水管路内通信システムを使用し、前記下水管路内の下水状態を監視する下水管路内監視システムであって、前記音波の有無及び強弱のうち少なくとも一方に基づいて下水状態を判別する判定部が設けられていることを特徴としている。
【００２９】
本発明に係る下水管路内監視システムでは、音波の有無及び強弱のうち少なくとも一方を判定部によって解析処理することで、下水状態を判別することができる。例えば、下水の水位を下水情報として音波によって通信する場合には、その水位を判定部で判定して下水管路の所定区間が満管になっているか否かの下水状態に関して判別するといった監視を行うことができる。
【００３０】
また、本発明に係る下水管路内通信装置は、前記音波発信部及び前記音波受信部は、前記下水管路内で音波で通信する通信機能、及び前記下水の水位を音波で測定する測定機能を共有していることが好ましい。
【００３１】
この場合には、音波発信部及び音波受信部を有する１組のセットのみを１つの基点に設け、２つの基点間で音波を送受信する通信が行えるとともに、音波発信部及び音波受信部が設置された箇所における下水の水位も前記通信で使用した音波とは異なる周波数の音波を用いて測定することができる。このように通信機能及び測定機能の両方を音波発信部及び音波受信部にもたせることが可能となるので、下水管路内通信装置を簡素化でき小型化、及びコストの低減を図ることができる。
【発明の効果】
【００３２】
本発明の下水管路内通信システム、広範囲の下水管網において安価で簡単な構造により通信手段の取り付け作業を容易に行うことができ、かつ優れた通信状態の通信システムを構築することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の実施の形態による下水管路内監視システムの概略構成を示す側面図である。
【図２】図１に示すＡ−Ａ線断面図であって、下水管路内監視システムの水平断面図である。
【図３】本実施の形態による下水管路内監視システムを有する下水管網の一例を示す平面図である。
【図４】図１に示す下水管路内監視システムを模式的に示した図である。
【図５】下水管路内通信装置の構成を示す図であって、（ａ）は上方から見た平面図、（ｂ）は側面図である。
【図６】他の下水管路内通信装置の構成を示す図であって、（ａ）は上方から見た平面図、（ｂ）は側面図である。
【図７】下水管内を流通する下水の水位が低位にある通常の場合における下水管路内監視システムの状態を示す側面図である。
【図８】雨天時などに水位が上昇し、下水管が満管水位に近い水位の場合における下水管路内監視システムの状態を示す側面図である。
【図９】図８に示す水位よりもさらに水位が上昇し、下水管が満管に達した場合における下水管路内監視システムの状態を示す側面図である。
【図１０】第１実施例による実験結果を示す図であって、各ケースにおける受信レベルを示す図である。
【図１１】第２実施例による実験結果を示す図であって、各ケースにおける受信レベルを示す図である。
【図１２】第２実施例による管路内に流水がない実施例１において、周波数と受信レベルの関係を示した図である。
【図１３】第２実施例による管路内に流水がある実施例３において、周波数と受信レベルの関係を示した図である。
【図１４】第２実施例による管路内が満管のケースにおいて、周波数と受信レベルの関係を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
以下、本発明の実施の形態による下水管路内通信システム、下水管路内監視システム及び下水管路内通信装置について、図面に基づいて説明する。
【００３５】
図１及び図２に示すように、本実施の形態による下水管路内監視システム１は、下水管４と、下水管４に備えられた複数のマンホール２とを有する下水管路３に適用されている。下水管路内監視システム１は、下水管路３内で互いに距離をあけて配置される２つの基点間（すなわち本実施の形態において下水管４で接続された隣り合うマンホール２、２同士の間）で超音波Ｐを通信手段として下水管路３内で通信し下水Ｗの水位情報Ｄ（下水情報）として検出する下水管路内通信システムを使用し、下水管路３内の下水状態（本実施の形態では水位）を監視するための構成となっている。
ここで下水管路３とは、分流式下水道の雨水管、汚水管、合流式下水道の管路、工場排水、住宅排水これに類似する公共及び、民間の排水管路などが含まれる。
【００３６】
図３は、本実施の形態による所定のエリアに設置されている下水管網Ｒの一例を示す平面図である。図３に示す矢印は、上流側から下流側へ流通する下水Ｗの流通方向及び超音波Ｐによる通信方向を示している。なお、図１及び図２においては、紙面左が上流側であり、紙面右が下流側である。また、下水管路３内を流通する下水Ｗの水面の位置を符号Ｗａで示す。
マンホール２は、下水管４を直列に接続する箇所と、複数の下水管４同士が合流する合流箇所３Ａとに設けられる。隣り合うマンホール２、２同士の距離としては、例えば最大で５０ｍ程度とされる。
【００３７】
図１及び図２に示すように、各マンホール２内には、超音波Ｐを通信手段として下水道４内を通じて通信するための下水管内通信装置１０が設置されている。
図４、及び図５（ａ）、（ｂ）に示すように、下水管内通信装置１０は、マンホール２の直下の下水Ｗの水位を測定する水位測定部１１（下水情報測定部）と、マンホール２、２同士の間の下水管４を超音波Ｐにより通信する通信部１２と、水位測定部１１で測定した水位及び通信部１２で受信した受信状態に基づいて下水管路３内を流通する下水Ｗの水位情報Ｄを検出する下水情報検出部１３と、を備えている。
【００３８】
下水管内通信装置１０は、箱状の筐体１０ａに組み込まれ、高さ方向でマンホール２の略中央の位置にブラケット１０ｂを介してマンホール２の内周壁面２ａ（図１参照）に取り付けられている。
なお、図１に示すように、マンホール２内における下水管内通信装置１０の位置として、本実施の形態ではマンホール２の内周壁面２ａに設けられているが、さらに具体的にはマンホール２の蓋２１の裏面２１ａからマンホール２の底面２ｂ、及びマンホール２の近傍の下水管４内（マンホール２から１ｍ以内の下水管４内）までの範囲とされる。とくにマンホール２の蓋２１の裏面２１ａからマンホール２の内周壁面２ａ及びマンホール２と下水管４との接続部分であって下水管内の管頂部分の範囲に下水管内通信装置１０を設置する場合には、水没しにくくなり、設置やメンテナンスがし易くなる。また、マンホール２の内周壁面２ａから底面２ｂまでの範囲に下水管内通信装置１０を設置する場合には、送受信がし易くなり、音波の強度を低くしたり、波長を高くすることができ、消費電力を下げたり（例えば高周波にすることで消費電力を低下できる）、騒音の発生を抑えることができる。
【００３９】
水位測定部１１は、所定の周波数の測定用超音波Ｐ１をマンホール２の直下の下水Ｗの水面Ｗａに向けて発信する測定用音波発信器１１Ａと、測定用音波発信器１１Ａから発信された測定用超音波Ｐ１を水面Ｗａに反射させて受信する測定用音波受信器１１Ｂと、を備えている。測定用音波発信器１１Ａ及び測定用音波受信器１１Ｂを使用することで、測定用音波発信器１１Ａで発信した測定用超音波Ｐ１を測定用音波受信器１１Ｂで受信するまでの時間を距離に換算することで、この下水管内通信装置１０が設置されるマンホール２における下水Ｗの水位を測定することができる。
【００４０】
通信部１２は、上述した測定用超音波Ｐ１とは異なる周波数の通信用超音波Ｐ２を発信する通信用音波発信器１２Ａ（音波発信部）と、下水管路３で上流側に隣り合うマンホール２（図３で符号２Ａ）の通信用音波発信器１２Ａから発信される通信用超音波Ｐ２を受信する通信用音波受信器１２Ｂ（音波受信部）と、を備えている。
【００４１】
なお、水位測定部１１と通信部１２は、それぞれ別々に設けられているが、これに限定されることはない。図６（ａ）、（ｂ）に示すように、測定用超音波Ｐ１と通信用超音波Ｐ２がそれぞれ周波数が異なっているので、測定用音波発信器１１Ａと通信用音波発信器１２Ａを共有のものとし、測定用音波受信器１２Ａと通信用音波受信器１２Ｂを共有のものとした構成であってもよい。
【００４２】
通信用音波発信器１２Ａで発信された通信用超音波Ｐ２は、下水管４を通じて当該第２マンホール２Ｂよりも下流側の第３マンホール２Ｃに設置されている通信用音波受信器１２Ｂで受信される。そのため、通信用音波発信器１２Ａは、下水管路３の下流側に向けて超音波Ｐが発信されるように方向性（指向性）をもたせて設置することが好ましい。
また、通信用音波受信器１２Ｂで受信する通信用超音波Ｐ２は、第２マンホール２Ｂより上流側の第１マンホール２Ａ内に設置されている通信用音波発信器１２Ａから発信される超音波であって、第２マンホール２Ｂ内の通信用音波発信器１２Ａで発信される通信用超音波Ｐ２とは異なる周波数に設定されている。
同じ周波数を用いる場合は、発信する音波の初めの部分に識別用の信号を入れるなどし、どこから発信された信号かを識別し、通信することができる。
【００４３】
通信用超音波Ｐ２は、通常時において下水管４の下水Ｗの水面Ｗａより上方に空間（空気）があるため、この空間の空気を通信媒体としている。通信媒体が空気の場合における通信用超音波Ｐ２の周波数は、５ｋＨｚ〜１００ｋＨｚが好ましい。これは、周波数が高くなるほど減衰し易いことと、マンホール２、２間が最大５０ｍ程度であるためである。また、マンホール２、２間の距離が長くなる場合には、通信距離も長くする必要があるため、５ｋＨｚ〜５０ｋＨｚが好ましく、５ｋＨｚ〜２０ｋＨｚとすることがさらに好ましい。また、周波数が２０ｋＨｚよりも小さい場合には人間の可聴範囲となるので、騒音が懸念される場合には、２０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚとすることが好ましい。
【００４４】
なお、受発信部がマンホール２と下水管４との接続部に近いほど減衰が小さく、通信に向いている（後述する第１実施例の図１１参考）。そして、管口に近い場合は、管路内の水位上昇により受発信部が水没する可能性が高くなるので、防水仕様とすることが望ましい。
【００４５】
なお、下水管路３内は流れる下水音など可聴域のノイズが多く存在することから、本実施の形態のように超音波Ｐを用いることが好ましい。
また、通信用超音波Ｐ２の通信媒体が水の場合は、減衰が小さくなることから可聴域のノイズを考慮する必要は無い。
【００４６】
通信用超音波Ｐ２は、各マンホール２に設置される通信用音波発信器１２Ａごとに異なった周波数のものに設定され、発信側と受信側の超音波Ｐが混同せずに識別することが可能になっている。
本実施の形態では、図４に示すように、通信用超音波Ｐ２の所定の周波数に特定の水位情報Ｄが関連付けされている。ここで関連付けされる水位情報Ｄは、水位測定部１１で測定した下水Ｗの水位である。具体的には、例えば２種類の周波数の通信用超音波Ｐ２を設定しておき、一方は水位測定部１１で測定した水位が設定基準以下の場合に発信される超音波とし、他方は測定した水位が設定基準（以下、基準水位という）を超えた場合に発信される超音波とすることができる。これにより、受信した超音波Ｐの周波数から、下水Ｗの水位の状態を確認することができる。
【００４７】
下水情報検出部１３では、通信用音波受信器１２Ｂで受信した通信用超音波Ｐ２の周波数を解析処理し、この超音波Ｐ２に関連付けされた特定の水位情報Ｄを検出する。また、下水情報検出部１３では、水位測定部１１で測定された水位を解析し、その水位が上述したように予め設定されている基準水位と比較して、基準水位以下の場合にはこれに対応した通信用超音波Ｐ２を通信用音波発信器１２Ａから発信し、基準水位を超えている場合にはこれに対応した通信用超音波Ｐ２を通信用音波発信器１２Ａから発信するように通信用音波発信器１２Ａに向けて信号を出す。
【００４８】
また、下水情報検出部１３では、通信用音波受信器１２Ｂによる通信用超音波Ｐ２の受信の有無や強弱に基づいて水位情報Ｄを検出することも可能である。例えば、下水管４の水位が上昇したり、満管となって、所定の周波数の通信用超音波Ｐ２が気中を通る空間が減少したり無くなると、通信状態が悪くなり、前記所定の周波数の通信用超音波Ｐ２が受信されなくなり、これを下水情報検出部１３で解析することで水位情報Ｄを検出することができる。例えば、受信の状況は、後述する第２実施例の図１２〜図１４のような挙動を示す。
また、発信器または受信器が水位上昇により水に浸かるような場合は、音波の減衰が大きくなったりノイズが生じて通信状態が変わるため（通信状態が悪化）、これを下水情報検出部１３で解析することで水位情報Ｄを検出することもできる。
【００４９】
なお、下水管内通信装置１０において、水位の測定頻度、通信頻度は適宜設定することができる。また、継続的に超音波Ｐを発信、受信し続けることで常時水位を監視する方法でもよいし、例えば所定のエリアや地点で雨が降り始めたタイミング、或いは所定降雨量を超えたタイミングで下水管内通信装置１０を起動させ、下水管路内監視システム１を使用した監視が開始されるようにしてもよい。
【００５０】
図１に示すように、下水管路３の下流側に位置するマンホール２（図１では第３マンホール２Ｃ）には、地上へ向けて通信するための地上送信装置１４が設けられている。地上送信装置１４は、下水管内通信装置１０に接続された通信回路１４Ａとアンテナ１４Ｂとを備えている。マンホール２内に設置されている通信部１２の音波受信器１２Ｂから直接、又は下水情報検出部１３を介して間接的に無線又は有線により接続されており、下水管内通信装置１０で解析された水位情報Ｄを地上の外部へ無線、又は有線により送信する機能を有している。
【００５１】
また、地上部には、地上送信装置１４から下水情報検出部１３で検出された水位情報Ｄの信号を受信し、その水位情報Ｄ（通信内容）に基づいて下水状態を判別する水位判定装置５（判定部）が設けられている。水位判定装置５では、受信した水位情報Ｄに基づいて下水管路３の下水状態の良否が判別された監視を行うことができる。
【００５２】
下水管路内監視システム１によって水位情報Ｄを監視する方法としては、隣り合うマンホール２、２間の水位情報Ｄを監視する方法がある。また、図３に示すような下水管網Ｒで測定対象が広範囲に及ぶ場合には、下水管路３の上流から下流に向けて水位情報Ｄをリレー伝達することで、下水管路３の水位Ｗが高くなっているマンホール２や下水管４を特定する方法もある。
【００５３】
図７は、下水管４内を流通する下水Ｗの水位が低位にある通常の場合における下水管路内監視システム１の状態を示している。この場合には、図４に示すように、通信用音波発信器１２Ａから発信される超音波Ｐは下水Ｗの水面Ｗａよりも上方の空間（空気）を通信媒体として通信される。そして、第２マンホール２Ｂ内において、通信用音波受信器１２Ｂで受信した超音波Ｐから水位情報検出部１３によって検出される水位情報Ｄと、図４に示す水位測定部１１で測定した第２マンホール２Ｂにおける水位情報Ｄと、を超音波Ｐに関連付けして通信用音波発信器１２Ａにより発信する。この第２マンホール２Ｂ内の通信用音波発信器１２Ａから発信された超音波Ｐは下流側の第３マンホール２Ｃ内の通信用音波受信器１２Ｂで受信する。このように隣り合うマンホール２に順次、水位情報Ｄを伝達することができる。
このような図７に示す通常の水位の場合には、通信用音波発信器１２Ａで発信した超音波Ｐを発信と同じ周波数のままで通信用音波受信器１２Ｂで受信することができるため、水位情報検出部１３で検出した水位情報Ｄに対して、水位判定装置５において水位に異常がないものと判別される。
【００５４】
そして、下水管路３内で通信されて検出される水位情報Ｄは、任意のマンホール２（図７では第３マンホール２Ｃ）に設置される地上送信装置１４から地上に向けて送信して取り出すことができる。なお、水位情報Ｄの取り出し位置は、適宜設定することができる。例えば、図３に示す最も下流側のマンホール２（符号２０）であってもよいし、下水管路３の支線の合流部３Ａのマンホール２であったり、マンホール２毎に取り出すようにしてもよい。
【００５５】
次に、図８は、雨天時などに水位が上昇し、下水管４が満管水位に近い水位（例えば下水管断面の８割程度）の場合における下水管路内監視システム１の状態を示している。
この場合には、基本的に上述した図７に示す水位が低位となる通常の場合と同様に、通信用の超音波Ｐの通信媒体は下水Ｗの水面Ｗａよりも上方の空間（空気）となる。しかしながら、満管に近い状態であり、下水Ｗが増量して流速も大きくなっているため、水面Ｗａが上下に振れて不安定な波が生じた状態となる。そのため、下水Ｗの水面Ｗａより上の空間が部分的に下水Ｗで塞がれるようになり、通信用音波受信器１２Ｂでは周波数が乱れたり、減衰した超音波Ｐを受信した場合には、水位判定装置５において満管状態が近づいているものと判別される。
【００５６】
次に、図９は、図８に示す水位よりもさらに水位が上昇し、下水管４が満管に達した場合における下水管路内監視システム１の状態を示している。
この場合には、超音波Ｐは、空気と水の界面での反射などによる減衰などの変化を通信用音波受信器１２Ｂで受信し、水位情報検出部１３（図４参照）で水位情報Ｄを検出し、水位判定装置５において下水管４が満管状態になったものと判断される。
【００５７】
なお、受発信器が、水位上昇により空気中から水中に変化する場合には、超音波Ｐにおける空気中と水中の減衰率の差を利用することで、より明確に水位の変化を検出することができる。
この場合には、超音波Ｐの通信媒体が空気から水に変わったときの超音波Ｐの周波数の変化を通信用音波受信器１２Ｂで受信し、水位情報検出部１３（図４参照）で水位情報Ｄを検出し、水位判定装置５において下水管４が満管状態になったものと判断される。
【００５８】
次に、上述した構成からなる下水管路内監視システム１（下水管路内通信システム）、及び下水管路内通信装置１０の作用について、図面を用いて具体的に説明する。
本実施の形態では、図４に示すように、上流側の第１マンホール２Ａの通信用音波発信器１２Ａから発信した超音波Ｐを、下水管路３内を通じて第２マンホール２Ｂの通信用音波受信器１２Ｂで受信することで、下水管路３を使用した通信が可能となる。そして、通信用音波受信器１２Ｂで受信した受信状態を水位情報検出部１３によって解析処理することにより下水Ｗの水位を検出できる。つまり、本実施の形態では、第１マンホール２Ａで得られる下水Ｗの水位を超音波Ｐに関連付けて通信用音波発信器１２Ａで発信することで第２マンホール２Ｂに伝達することができる。
このように構成される下水管路内監視システム１では、通信用音波発信器１２Ａ、通信用音波受信器１２Ｂ、及び水位情報検出部１３をマンホール２内に設ける簡単な構造となるので、マンホール２の蓋２１（図１参照）に組み込むような手間のかかる作業が不要となり、取付け作業を容易に行うことができる。また、マンホール２の蓋２１を交換する必要もないことから、コストの増大を抑えることができる。
【００５９】
さらに、本実施の形態では、通信手段が超音波Ｐであり、通信ルートが下水管路３内となることから、電波を通信手段として使用した場合のように地上に設備を配置する必要がなくなる利点がある。しかも、超音波Ｐは、下水管路３内の閉鎖空間において周囲の雑音が小さく、下水管路３内の壁面で反射するため、地上よりも伝播し易いことから、効率よく長距離の通信が可能となり、広範囲の下水管網の通信システムを効率よく構築することができる。
【００６０】
また、本実施の形態では、複数の周波数のそれぞれに異なる水位が関連付けされた超音波Ｐを通信用音波受信器１２Ｂで受信し、その超音波Ｐの周波数を下水情報検出部１３で解析処理することで、その周波数に関連付けされた特定の水位情報Ｄを検出することができる。
そして、複数の周波数の超音波Ｐを同時に通信用音波発信器１２Ａから発信し、これらの超音波Ｐを通信用音波受信器１２Ｂで受信すれば、複数の超音波Ｐに関連付けされた複数の水位を同時に検出することができる。このように複数の周波数の超音波Ｐを使用することで、本実施の形態のような水位に限らず様々な下水情報を同時、または条件に応じて検出することができる。
【００６１】
また、本実施の形態では、上流側の第１マンホール２Ａの通信用音波発信器２Ａから発信された超音波Ｐを受信する通信用音波受信器１２Ｂと、下流側の第３マンホール２Ｃに向けて超音波Ｐを発信する通信用音波発信器１２Ａとが同一の第２マンホール２Ｂ内に配置されているので、通信用音波受信器１２Ｂで受信した超音波Ｐから検出される水位情報Ｄを通信用音波発信器１２Ａから発信される超音波Ｐに関連付けして下流側の第３マンホール２Ｃへ通信してリレー伝達することができる。
つまり、リレー伝達により、下水管路３のうち隣り合うマンホール２，２間の区間における水位情報Ｄを順次加算しながら通信を行うことで、マンホール２毎に水位情報Ｄを地上へ取り出す手段を省略でき、所定のマンホール２で複数区間の水位情報Ｄを集約して１箇所で確認することができる。
【００６２】
そして、本実施の形態では、水位測定部１１及び通信部１２がマンホール２内に配置されることから、これらの取り付け作業やメンテナンスが容易であり、通信用音波受信器１２Ｂで受信した超音波Ｐ、及び下水情報検出部１３で検出した水位情報Ｄを上述した地上送信装置１４によって電波等の適宜な通信手段によりマンホール２から地上へ容易に伝送することができる。
【００６３】
さらに、本実施の形態では、下水管路３を流通する下水Ｗの水位を水位測定部１１で測定し、その測定した水位を所定の周波数の超音波Ｐに関連付けして通信用音波発信器１２Ａから発信できるので、リアルタイムでかつ正確な水位を下水情報Ｄとして通信することができる。
また、本実施の形態では、測定した水位が予め設定された数値（基準水位）を超えた場合にのみ通信用音波発信器１２Ａから超音波Ｐを発信させる等、測定した水位に応じた通信を行うことも可能となる。
【００６４】
さらにまた、本実施の形態では、周波数域で２０ｋＨｚ以上１００ｋＨｚ以下の超音波Ｐを通信手段とすることで、人間の可聴域でなく、かつ例えば隣り合うマンホール２，２同士の距離を好適に音波で通信することができる。
【００６５】
また、本実施の形態の下水管路内監視システム１では、受信した超音波Ｐの通信内容を水位判定装置５によって解析処理することで、水位に基づいた下水状態を判別することができる。例えば、下水管路３の所定区間が満管になっているか否かの下水状態に関して判別するといった監視を行うことができる。
【００６６】
なお、図６（ａ）、（ｂ）に示すように、音波発信部（すなわち測定用音波発信器１１Ａ及び通信用音波発信器１２Ａ）、及び音波受信部（すなわち測定用音波受信器１１Ｂ及び通信用音波受信器１２Ｂ）を有する１組のセットのみを１つのマンホール２に設けた場合には、隣り合う２つのマンホール２、２間で超音波Ｐを送受信する通信が行えるとともに、音波発信部及び音波受信部が設置されたマンホール２において、下水Ｗの水位も前記通信で使用した音波とは異なる周波数の音波を用いて測定することができる。
このように通信機能及び測定機能の両方を音波発信部及び音波受信部にもたせることが可能となるので、下水管路内通信装置１０を簡素化でき小型化、及びコストの低減を図ることができる。
【００６７】
上述のように本実施の形態による下水管路内通信システム、下水管路内監視システム及び下水管路内通信装置では、広範囲の下水管網において安価で簡単な構造により通信手段の取り付け作業を容易に行うことができ、かつ優れた通信状態の通信システムを構築することができる。
さらに、本実施の形態による下水管路内監視システムを用いて下水管内の下水の水位をマンホール内で計測して監視し、その水位が設定値を超えた場合に浸水被害が生じ得る近隣住民に対して警報を発信する警報発信システムとしても良い。
【００６８】
次に、上述した実施の形態による下水管路内通信システム、下水管路内監視システム及び下水管路内通信装置の効果を裏付けるために行った実施例について以下説明する。
【００６９】
（第１実施例）
音波を通信手段とした場合で、地上と地下（管路内）における音波の減衰特性を確認した。実験の条件としては、２点間の音波における送受信間距離を２１ｍ、下水管の呼び径を２５０ｍｍ、マンホールの高さを１ｍとした。そして、管路内のマンホール間で通信した２種の実施例（実施例１、実施例２）と、地上で通信した比較例の３パターンのそれぞれで、発信位置に設けられる発信装置で発信した所定の周波数の音波を２１ｍ離れた受信位置に示すように受信装置で受信した受信レベル（ｄＢ）を測定した。
【００７０】
実施例１では、発信装置及び受信装置を地下のマンホールの内側壁面（マンホール壁面）に設置し、それぞれマンホールの底面から５０ｃｍの高さの位置とした。実施例２では、発信装置及び受信装置を地下のマンホールに接続される管路入口付近で、かつマンホールの底面付近（下水管の径方向の高さ以内）の位置に設置し、それぞれマンホールの底面から５０ｃｍの高さの位置とした。比較例は、送受信位置ともに地上であって、それぞれマンホールが配置される位置の地上部に配置した。そして、１０ｋＨｚ、２０ｋＨｚ、４０ｋＨｚの３パターンの周波数の音波を発信して実験を行った。なお、実施例１、２において、管路内での下水（水）の流下が無い条件とした。
【００７１】
表１及び図１０は、実施例１、実施例２、及び比較例のそれぞれの実験で測定した受信レベル（ｄＢ）を示している。ここで、受信レベルは、０ｄＢ側に向かうに従い減衰が小さくなり通信状態が良くなり、その受信レベルが小さくなるに従い（図１０で０ｄＢから−８０ｄＢに向かに従い）減衰が大きくなり通信状態が悪くなる。
【００７２】
【表１】
2018053616.tif 000003
【００７３】
表１及び図１０に示すように、実施例１，２の管路内で通信するケースが、比較例の地上で通信するケースよりも減衰が小さくなり、通信状態が良好となっている。また、地下の場合を比較すると、マンホールの壁面に送受信装置を設置した実施例１よりも管路入口付近に送受信装置を設置した実施例２の方が通信状態が良好となっている。さらに、各ケースとも、周波数が小さくなるほど通信状態が良いことが確認できる。
【００７４】
（第２実施例）
次に、第２実施例では、地下（管路内）で音波を通信手段とした場合で、管路内で下水（水）の流下がある場合における音波の通信状態を確認した。実験の条件は、上述した実施例１と同様とした。そして、第２実施例では、上述した第１実施例において管路内で下水の流下が無い実施例１のケースと、この実施例１と同様の条件で管路内に下水を流下させた実施例３の２つのケースで比較した。本実験では、１０ｋＨｚ、２０ｋＨｚの２パターンの周波数の音波を発信して実験を行った。
【００７５】
表２及び図１１は、実施例１、及び実施例３のそれぞれの実験で測定した受信レベル（ｄＢ）を示している。また、図１２乃至図１４は、それぞれ周波数２０ｋＨの音波を発信させた実験における周波数（Ｈｚ）と受音レベル（ｄＢ）の関係を示している。各図において、図１２は流下が無い実施例１のケースであり、図１３は流下があり管路内水位が上昇した実施例３のケースであり、図１４は流下があり管路内水位が満水、すなわち満管になったケースである。
【００７６】
【表２】
2018053616.tif 000004
【００７７】
実験の結果、図１２及び図１３に示す満管になっていない実施例１、２のケースでは、周波数２０ｋＨで受信レベルが突出するピーク信号ｐ１、ｐ２が検出された。一方、図１４に示す満管のケースでは、特定できるピーク信号が検出されなかった。つまり、満管の場合には、音波を受音レベルで検出することが困難であるが、検出の有無で満管か否かの判別は可能である。
また、表２及び図１１に示すように、実施例３の管路内で流下するケースでは、周波数１０Ｈｚ、２０Ｈｚのいずれの場合も流下しない実施例１に比べて受信レベルが小さく、減衰が大きくなっている。これにより、管路内水位が上昇し管路内における空気の領域が減少することで、音波の通信状態が悪くなることが確認できる。
【００７８】
以上、本発明による下水管路内通信システム、下水管路内監視システム及び下水管路内通信装置の実施の形態について説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
【００７９】
例えば、本実施の形態では、下水情報として下水管路３内の下水Ｗの水位を対象としているが、これに限定されることはなく、他の下水情報であってもかまわない。例えば、下水のｐＨ、硫化水素、二酸化炭素、濁度や温度、流速、流量、或いは震度等の下水情報であってもよい。
【００８０】
また、本実施の形態では、下水管路３において下水管４に設けられたマンホール２に限定されるものではなく、例えば、流入マス、点検マス等、地上から点検可能な施設であれば良い。また、マンホール２に関しては、既設の設備に制限されることはなく、新規に設置されるマンホール２であっても良い。
【００８１】
また、本実施の形態では、下水管内通信装置１０（水位測定部１１、通信部１２、及び下水情報検出部１３）をマンホール２内に取り付けているが、この位置に限定されることはなく、例えば下水管４のマンホール２の近傍に取り付けられていてもよい。具体的には、下水管４とマンホール２とを接続する継手管の内面であってもかまわない。要は、下水管路で互いに距離をあけて配置される２つの基点間で音波が通信可能であればよいので、これら基点の位置がマンホール２や上述したようなマンホール２の近傍に限らず、下水管４の延長方向の中間部であってもよい。
【００８２】
そして、水位測定部１１や通信部１２等を備えた下水管内通信装置１０の構成についても本実施の形態に限定されることはない。例えば、水位を水圧で測定可能な圧力センサと、その測定した水圧に関連付けた音波を発信可能な音波発信部と、を一体に組み付けたチップを下水管４の下水Ｗ中に設置しておき、常時、水圧の測定及び音波の発信が可能な構成のものを採用することも可能である。
【００８３】
また、本実施の形態では、下水管内通信装置１０において水位情報検出部１３を備えた構成となっているが、例えば超音波Ｐの受信のみを検知することのみで通信が完了する場合には、水位情報検出部１３（下水情報検出部）を省略することも可能である。さらに、本実施の形態の水位判定装置５を省略することも可能である。
【００８４】
その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上記した実施の形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能である。
【符号の説明】
【００８５】
１  下水管内情報監視システム
２、２Ａ、２Ｂ、２Ｃ  マンホール
３  下水管路
４  下水管
５  水位判定装置（判定部）
１０  下水管内通信装置
１１  水位測定部（下水情報測定部）
１１Ａ  測定用音波発信器
１１Ｂ  測定用音波受信器
１２  通信部
１２Ａ  通信用音波発信器（音波発信部）
１２Ｂ  通信用音波受信器（音波受信部）
１３  水位情報検出部（下水情報検出部）
１４  地上送信装置
Ｄ  水位情報（下水情報）
Ｐ  超音波
Ｐ１  測定用超音波
Ｐ２  通信用超音波
Ｗ  下水
Ｗａ  水面
【図１】
2018053616.tif 000005
【図２】
2018053616.tif 000006
【図３】
2018053616.tif 000007
【図４】
2018053616.tif 000008
【図５】
2018053616.tif 000009
【図６】
2018053616.tif 000010
【図７】
2018053616.tif 000011
【図８】
2018053616.tif 000012
【図９】
2018053616.tif 000013
【図１０】
2018053616.tif 000014
【図１１】
2018053616.tif 000015
【図１２】
2018053616.tif 000016
【図１３】
2018053616.tif 000017
【図１４】
2018053616.tif 000018