(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
導管内の液体の流れをモニタリングする方法であって、前記方法は、液体流モニタリング装置におけるステップを含み、
センサからデータを実質的に連続して受信し、前記データが導管内の液体流を示し、および前記装置のサンプリング手段を作動させて前記データをサンプリングして、サンプリングされたデータのストリームを生成し、
前記装置の処理手段を用いて、前記サンプリングされたデータのストリームを処理して、前記サンプリングされたデータのストリームから要約情報を抽出し、さらに、複数のデータセットを含み、前記複数のデータセットの各データセットは前記各データセットの期間にわたって前記サンプリングされたデータのストリームの統計的サブセットである、少なくとも一つのサブサンプリングされたストリームを抽出し、
前記装置の格納手段を用いて、前記要約情報および前記少なくとも一つのサブサンプリングされたストリームを格納し、
前記装置の通信手段を用いて、前記装置から離れたサーバへ前記要約情報を定期的に送信し、
受信した前記要約情報に基づいて、前記サンプリングされたデータのストリームに含まれる、前記要約情報より完全な表現の要求を受けた時に、前記通信手段を用いて、前記複数のデータセットのうちの一つ以上を前記サーバへ送信する、方法。
【請求項２】
前記サブサンプリングされたストリームの各データセットに含まれる統計的サブセットは、前記データセットのそれぞれの期間にわたる最大値及び／又は最小値及び／又は平均値及び／又は標準偏差値を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記少なくとも一つのサブサンプリングされたストリームは、特定の期間の前記抽出された前記要約情報によって与えられる情報よりもより完全な表現の、その期間の前記サンプリングされたデータのストリームを備える、請求項１又は請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記サブサンプリングされたストリームの前記各データセットに含まれる前記統計的サブセットは、前記データセットのそれぞれの期間にわたる前記データの最大値及び／又は最小値及び／又は平均値及び／又は標準偏差値を含む、請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記要求は、前記装置から離れた前記サーバから又は前記装置に局所的に結合された問い合わせ装置から受け取られる、請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
各々が前記サンプリングされたデータのストリームの統計的サブセットを含む複数のデータセットを含む複数の前記サブサンプリングされたストリームがあり、前記複数の前記サブサンプリングされたストリームの前記データセットがそれぞれ異なる長さの期間にわたる統計的サブセットを含む、請求項３に記載の方法。
【請求項７】
前記より完全な表現の要求は、前記複数のサブサンプリングされたストリームの各々からのそれぞれの部分に対する要求であり、および前記通信手段は、前記要求に応じて、それらの部分の各々における前記データセット又は各データセットを送信する、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記サブサンプリングされたストリーム又は各サブサンプリングされたストリームは、循環バッファに格納される、請求項１乃至請求項７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記サンプリングされたデータのストリームを処理し、そこから要約情報を抽出することは、ある期間の前記サンプリングされたデータのストリームにおける連続データ点間の差を合計して累積合計を求めることにより、過渡事象及び／又は非過渡事象を識別することと、前記過渡事象を示す前記合計の確率のレコードを前記合計と比較して、前記識別された過渡事象の確率を判断することとを含み、前記レコードは、前記合計の値に対して生じる、前記合計の確率の確率分布関数である、請求項１乃至請求項８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
前記サンプリングされたデータのストリームを処理して、前記過渡事象及び／又は前記非過渡事象を識別することは、前記サンプリングされたデータのストリーム中のローリング期間にわたる前記ストリームを処理することを含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
各合計およびその発生頻度を記録することにより、前記装置の動作中に前記レコードを生成することを含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
前記レコードは、それ以下で前記合計が前記過渡事象を示し、前記識別された過渡事象の確率値を示す閾値の表示度数を備え、前記方法は、前記レコードを参照することにより、発生して計算された累積合計の確率と、その閾値を比較することを含む、請求項９乃至１１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
前記過渡事象を識別することに応答して、前記装置が表示手段を作動させて、このことを示す、請求項９乃至請求項１２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４】
前記過渡事象を識別することに応答して、前記通信手段がこのことを示す信号を前記サーバに送信する、請求項９乃至請求項１３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１５】
前記サンプリングされたデータのストリームを処理して要約情報を抽出することは、前記サンプリングされたデータのストリームから統計的要約情報を判断することを含み、前記統計的要約情報は前記抽出された要約情報の少なくとも一部を構成し、前記統計的要約情報は必要に応じて前記サンプリングされたデータのストリームの一部の一つ以上の最大値及び／又は最小値及び／又は平均値及び／又は分散及び／又は標準偏差値を含む、請求項９乃至請求項１４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１６】
前記処理手段は、前記過渡事象を識別することに応答して、一つ以上の前記識別された過渡事象の特徴を示す過渡識別子を生成する、請求項９乃至請求項１５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１７】
前記過渡識別子又は各過渡識別子は、前記処理手段が、前記過渡識別子の値と発生した前記過渡識別子のその値の確率の表示度数とを比較することにより、前記過渡事象の深刻度の表示度数を生成するのに用いられる、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記過渡識別子の値は、使用中の前記過渡識別子の測定値の確率分布と比較され、その値の確率が確認される、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記確認された確率は、前記過渡事象の深刻度を求めるために、一つ以上の閾値と比較される、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
確認された前記過渡事象の深刻度が、前記通信手段からの抽出された要約情報の送信の頻度を判断するのに用いられる、請求項１７乃至請求項１９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２１】
前記装置は検知したデータの複数のチャネルを有し、および前記方法は、各センサによって検知されたそれぞれの変数を示すそれぞれのデータを、複数のセンサの各々から実質的に連続して受信する前記装置を備え、前記サンプリング手段は、前記データをサンプリングして、前記検知した変数の各々に対する、サンプリングされたデータのそれぞれのストリームを生成し、前記方法は、各ストリームが、実質的に同じ方法で並行して処理されるようになっている、請求項１乃至請求項２０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２２】
導管内の液体の流れをモニタするように構成された液体流モニタリング装置であって、前記装置が、サンプリング手段と、処理手段と、格納手段とを備え、
前記サンプリング手段は、導管内の流量を示すセンサによって検知された少なくとも一つの変数を示す前記センサからのデータを実質的に連続的に受信し、前記データをサンプリングしてサンプリングされたデータのストリームを生成するように構成され、
前記処理手段は、前記サンプリングされたデータのストリームを処理して、前記サンプリングされたデータのストリームから要約情報を抽出し、さらに、複数のデータセットを含み、前記複数のデータセットの各データセットは前記各データセットの期間にわたって前記サンプリングされたデータのストリームの統計的サブセットである、少なくとも一つのサブサンプリングされたストリームを抽出するように構成され、
前記格納手段は、前記要約情報および前記少なくとも一つのサブサンプリングされたストリームを格納するように構成され、
前記装置の通信手段を用いて、前記装置から離れたサーバへ前記要約情報を定期的に送信し、
受信した前記要約情報に基づいて、前記サンプリングされたデータのストリームに含まれる、前記要約情報より完全な表現の要求を受けた時に、前記通信手段を用いて、前記複数のデータセットのうちの一つ以上を送信する、
装置。
【請求項２３】
前記サブサンプリングされたストリームの各データセットに含まれる統計的サブセットは、前記データセットのそれぞれの期間にわたる最大値及び／又は最小値及び／又は平均値及び／又は標準偏差値を含む、請求項２２に記載の装置。
【請求項２４】
請求項１乃至２１のいずれかの一項に記載の方法を実行するように構成された請求項２２又は請求項２３に記載の装置。
【請求項２５】
前記装置はモジュール式であり、前記装置のコンポーネントは、動作のために局所的に、および必要に応じて解放可能に、相互に結合することができるそれぞれのハウジングに収容される、請求項２４に記載の装置。
【請求項２６】
前記格納手段は、ユーザによって読み取り可能な、前記装置の動作を示すディスプレイを備える記憶装置モジュール内に収容される、請求項２４に記載の装置。
【請求項２７】
前記格納手段は、記憶装置モジュール内に収容され、問い合わせ装置とのローカル通信のために配置される、請求項２４に記載の装置。
【請求項２８】
１つ以上のモジュールは、前記モジュールが水に浮くように、および水の浸入を防ぐように、大気圧以上の空気を含むように加圧される、請求項２５乃至請求項２７のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２９】
前記加圧されたモジュール又は各モジュールは、前記処理手段にデータを供給するように構成された空気圧センサを備え、前記処理手段は、指定された閾値以下の空気圧の低下を検出したときに、当該モジュールを試験テストする必要があることを確認し、それを示す信号を生成するように構成される、請求項２８に記載の装置。
【請求項３０】
バッテリを固有に識別するためのＩＤチップを備えるバッテリモジュールをさらに備え、前記ＩＤチップは、前記バッテリモジュールが動作のために接続されたときに、前記処理手段によって読出し可能である請求項２９に記載の装置。
【請求項３１】
中央制御および処理手段からの要求に応じて、請求項２２乃至請求項３０のいずれか一項に記載の複数の装置の各々から情報を受信するように構成された、中央制御および処理手段。
【請求項３２】
導管網内の流体フローを分析する方法であって、中央制御および処理手段において、請求項２２乃至請求項３０のいずれか一項に記載の複数の装置の各々から情報を受信することを含む前記方法であって、前記各装置からの情報は、過渡事象を示し、およびその事象の発生に関する実質的に正確なタイムスタンプを含む、方法。
【請求項３３】
前記複数の装置から、前記装置が関連している導管のそれぞれの長さにおける過渡事象を示すそれぞれの抽出した情報を受信するように構成されている通信手段をさらに備え、前記抽出された情報が、前記過渡事象と関連付けられた実質的に正確なタイムスタンプを含む、請求項３１に記載の中央制御および処理手段。
【請求項３４】
ネットワークを構成する複数の導管内の液体の流れをモニタリングするための液体流モニタリングシステムであって、前記液体流モニタリングシステムが、請求項２２乃至請求項３０のいずれか一項に記載の複数の装置と、請求項３１又は請求項３３に記載の中央制御および処理手段とを備える、液体流モニタリングシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、導管内の流量をモニタリングするための装置およびシステム、および該流量をモニタリングする方法に関する。実施形態において、本発明は、給水システムにおける水流をモニタリングすることに関する。
【背景技術】
【０００２】
給水システムは、時として、定常状態の水理条件で作動することが想定されている。実際には、それらの水理条件は、需要の確率的性質、バルブ、ポンプの動作、サージ保護装置の誤作動及び偶発的な破裂により、多くの場合、準定常及び非定常的である。作動圧力をほぼリアルタイムで低減及び制御することによって漏水を管理するための水流ドライブは、それが水力学的不安定性を招いた場合に問題を悪化させる可能性がある。加えて、エネルギ削減のためにポンプのオンオフを頻繁に切り替えることを含むポンプ最適化は、水理条件の急激な変化をもたらす。このことは、配管応力の増加を引き起こして、疲労破壊につながる。これらの急激な及び漸次的な水理変動は、破裂の程度の上昇、配管破損の修理及び関連する金銭的損失を被った人達からの民事訴訟の請求に関する相当なコストにつながる。
【０００３】
そのため、耐用年数を延ばすために、老朽化した配管設備を定常状態の水理条件下に保つことが非常に望まれている。これには、障害又は他の好ましくない事象を迅速に確認して修復し又は他の何らかの方法で対処できるように、動的水理条件が連続的にモニタされて分析されることが必要である。
【０００４】
配水網における水理条件をモニタリングするための業界の手法は、１つのサンプルを１５分毎の頻度でサンプリングする（この開示において、１５分サンプリングと呼ぶ）モニタリング装置を利用する。それらのモニタリング装置は、消費電力を最小化し及びバッテリの寿命を延ばすために、サンプリング周期間に電源が切られる。その結果、それらの装置を用いて取得されたデータは、動的な水力学的挙動及び／又は過渡的事象及びサージ事象を捉えていない水理条件の定期的なスナップショットを示しているにすぎない。
【０００５】
圧力サージ等の圧力過渡をモニタリングするための高頻度サンプリングが可能な装置は既に存在している。実例は、米国特許第７，２１９，５５３号明細書及び同第７，３５７，０３４号明細書に開示されている装置である。それらの装置は、ある事象が検出されて、該装置が、それらの事象を内部記憶装置に格納して、サンプリングレートが増加した際に、所定の過渡的事象を捉える。過渡的事象の実例であるサージは、（勾配検出器を用いる）変化率及び最大閾値によって判断される。過渡的事象の解釈は、人間のオペレータによって行われ、それは専門的なエンジニアリングスキルの利用を要する。
【０００６】
米国特許第７，２１９，５５３号明細書及び同第７，３５７，０３４号明細書に記載されているシステム、およびその他のサージモニタリング装置の主な欠点は、以下の通りである。
（ｉ）絶対値及び勾配閾値によって取得が開始されるため、極端なサージ事象のみが捉えられる。実際には、動的水理条件は、確率的であり、広範な周波数及び振幅によって特徴付けられる。これらは、現存の装置では省かれている。
（ｉｉ）過渡状態は、設定されたトリガ閾値以下では消失して、捉えられない可能性があるため、多数の場所からの事後のサージデータのアセンブリは大幅に遅れる。このことは、サージ事象を分析し、および障害を診断するための捕捉データの品質及び利用可能性を大幅に制限する。
（ｉｉｉ）該システムは、大きなエネルギ源（例えば、大きなソーラーパネル）及び時刻同期のための視線（ＧＰＳ）の利用を要するため、主に地上設備に配置される。
【０００７】
本発明者等による、流体過渡現象の分野におけるリサーチでは、これらの事象が、異なる特性、発生頻度、振幅、形状、変化率及びエネルギ散逸を有することが実証されている。これらの事象の多くは、配管破損を即時に引き起こす急激な過渡状態及び極度の過渡状態の構成要素とならない。動的水理条件は、多くの場合、それに対して、勾配検出器及び閾値等のトリガ値が適切ではない、低振幅で高頻度の圧力振動を含む。トリガ値を低くすれば、既存のサージ（すなわち、過渡状態）ロギング機器が管理できない桁違いに多くのデータの取得を伴う連続サンプリングをもたらすであろう。
【０００８】
ここで説明した動的水理条件は、配管の完全性を即時に損なうものではない。本発明者等による実験的研究は、このような事象が、疲労破壊を引き起こして、疲労が誘発する腐食を促進することを実証している。これらのメカニズムはともに、配管劣化及びバースト頻度の一因となる。さらに、流体速度の急激な変化は、管壁に沿ったせん断応力を増加させ、そのことが、堆積物の再懸濁及び生物膜のこすり取りをもたらす。その結果として、動的水理条件も、水質に影響を及ぼし、残留塩素を減少させ、変色や顧客の不満を生じさせる。これらの実例は、サージ事象等の過渡的事象の定義及び特徴が、米国特許第７，２１９，５５３号明細書及び同第７，３５７，０３４号明細書に記載されているものよりも、より著しく高度化された処理及びデータ管理ルーチンを必要とすることを示している。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００９】
［階層化記憶、サブサンプリング、統計的サブセット］
本発明の第１の態様によれば、導管内の液体の流れをモニタリングするように構成された液体流モニタリング装置が提供され、該装置は、サンプリング手段と、処理手段と、データ格納手段とを備え、
該サンプリング手段は、導管内の流量を示す、センサによって検知された少なくとも一つの変数を示す該センサからのデータを実質的に連続的に受信し、該データをサンプリングして、サンプリングされたデータのストリームを生成するように構成され、
該処理手段は、該サンプリングされたデータのストリームを処理して、それから少なくとも一つのサブサンプリングされたストリームを抽出するように構成され、該サブサンプリングされたストリームは、複数のデータセットを備え、各データセットは、それぞれのデータセット周期に関する該サンプリングされたデータのストリームの統計的サブセットであり、
該データ格納手段は、該少なくとも一つのサブサンプリングされたストリームを格納するように構成される。
【００１０】
本発明の第２の態様によれば、導管内の液体の流れをモニタリングする方法が提供され、該方法は、液体流モニタリング装置のステップを含み、
センサからデータを実質的に連続して受信し、該データが導管内の液体流を示し、および該装置のサンプリング手段を作動させて該データをサンプリングして、サンプリングされたデータのストリームを生成し、
該装置の処理手段を用いて、該サンプリングされたデータのストリームを処理して、それから情報を抽出し、
該装置の通信手段を作動させることにより、該抽出した情報を中央の記憶場所へ定期的に送信し、
該装置のデータ格納手段を用いて、少なくとも一つの期間の、該抽出された情報によって与えられるものよりもより完全な表現の該サンプリングされたデータのストリームを格納し、
該通信手段において、該期間中のより完全な表現の該サンプリングされたデータのストリームの要求を該中央の記憶場所又は別の中央の記憶場所から受信し、それに応答して、該中央の記憶場所又は別の中央の記憶場所へ該より完全な表現を送信すること、
を備えている。
【００１１】
［既存の装置の欠点への対応］
既存の装置においては、関心のある事象に関するより多くの情報を得るために、遡及的に「戻って」、任意の時間間隔の高頻度時刻同期データ又は定期データスナップショット間のデータを抽出することは不可能であり、それらの期間のデータは取得されずに失われる。例えば、破裂又は別の障害が発生すると、オペレータは、該破裂前の動的な（非定常状態の）水理条件を問い合わせることができず、または履歴データをアップサンプリングする（時間分解能を増加させる）ことができず、および障害の原因及びメカニズムを確認するために、同じ時間間隔で多数の装置に問い合わせることができない。サブサンプリングされたデータの少なくとも一つのストリームを生成することにより、すなわち、該データの統計的サブセットに関して階層化記憶を実行することにより、該装置を問い合わせ装置に結合することによって、局所的に、または通信リンクを通じてリモートで、関心のある期間にわたる関連する情報を容易に得ることができる。
【００１２】
［定期的報告］
該装置は、通信手段を備えてもよい。該処理手段はさらに、該サンプリングされたデータのストリームを処理して、それから要約情報を抽出するように構成することができる。該通信手段は、該要約情報を、該装置から遠く離れた中央の記憶場所に定期的に送信するように構成することができる。該少なくとも一つのサブサンプリングされたストリームは、特定の期間にわたる抽出された要約情報によって与えられるものよりもより完全な表現の、当該期間にわたる該サンプリングされたデータのストリームを含むことができる。
【００１３】
［検知した変数］
検知される変数は、流体圧力及び／又は流体速度及び／又は導管内の流れーの高さとすることができる。該検知される変数は、水質、例えば、塩素濃度又は水の濁度を示すことができる。該装置は、該センサを備えることができる。
【００１４】
該サブサンプリングされたストリームの各データセット内に含まれる統計的サブセットは、該データセットのそれぞれの期間にわたる最大値及び／又は最小値及び／又は平均値及び／又は標準偏差値及び／又は他の統計値を含んでもよい。
【００１５】
［遡及的質問］
該装置はさらに、該通信手段が、特定時間の又は特定の時間にわたる、より完全な表現の該サンプリングされたデータのストリームに対する要求を、該中央の記憶場所又は別の中央の記憶場所から受信しているときに、該特定時間に対応する一つ以上のデータセットを該中央の記憶場所又は別の中央の記憶場所へ送信するように構成することができる。該より完全な表現に対する要求は、該少なくとも一つのサブサンプリングされたストリームの少なくとも一部に対する要求であってもよい。該通信手段は、その部分に含まれる該データセット又は各データセットを送信してもよい。
【００１６】
複数のサブサンプリングされたストリームが存在する可能性があり、各ストリームは、該サンプリングされたデータのストリームの統計的及び／又は間引きされたサブセットを含む複数のデータセットを含み、各サブサンプリングされたストリームのデータセットは、それぞれ異なる長さの期間にわたる統計的サブセットを含んでいる。換言すれば、各サブサンプリングされたストリームは、異なる周波数でサブサンプリングすることができる。その周波数は、一桁異なっていてもよい。
【００１７】
複数のサブサンプリングされたストリームが存在する場合、より完全な表現に対する要求は、複数のサンプリングされたストリームの各々からのそれぞれの部分に対する要求であってもよい。該通信手段は、この要求に応答して、それらの部分の各々における該データセット又は各データセットを送信することができる。
【００１８】
格納される該サブサンプリングされたストリーム又は各サブサンプリングされたストリームの持続期間は、所定の期間とすることができる。このことは、各サブサンプリングされたストリームに対して同じであってもよい。該サブサンプリングされたストリーム又は各サブサンプリングされたストリームは、循環バッファに格納してもよい。また、該装置は、対応する持続期間のサンプリングされたデータのストリームの中断のないストリームを格納してもよい。これは、循環バッファに格納することもできる。該持続期間は、数日、数週間又は数カ月程度とすることができる。
【００１９】
［サンプリング］
該サンプリング手段によるサンプリングは、高周波数であってもよい。例えば、６４〜１０２４サンプル／秒（Ｓ／ｓ）とすることができる。２５６Ｓ／ｓは、一つの実例である。サンプリングレートは、これら２つのレートのいずれかとすることができ、中間のどのレートであってもよい。他の実施形態においては、むしろ別のサンプリングを用いてもよい。検知される変数が流体圧力である場合、サンプリングレートは、１００〜３００Ｓ／ｓとすることができ、および２００Ｓ／ｓであってもよい。検知される変数が流体速度である場合は、サンプリングレートは、０．５〜２Ｓ／ｓとすることができ、１Ｓ／ｓであってもよい。水質変数（塩素及び濁度）は、１５分でサンプリングされるが、過渡状態が検出された場合には、より速いサンプリングレート（５分）が作動される。圧力は、副次変数に対して増加したサンプリングレートを作動させるための主要変数として用いることができる。該サンプリング手段のサンプリングレートは、該処理手段によって制御することができる。該サンプリングレートは、該通信手段において、該中央の記憶場所又は別の中央の記憶場所から信号を受信することに応答して、該サンプリングレートを変更するように制御してもよい。該サンプリング手段は、データ点が検出された時間に対応するタイムスタンプで各データ点の日時を記録してもよい。
【００２０】
該サンプリング手段は、該センサから実質的にリアルタイムでデータを受信することができる。該サンプリングされたデータのストリームは、該サンプリング手段によって、実質的にリアルタイムで生成することができる。
【００２１】
［過渡状態の確認］
該サンプリングされたデータのストリームを処理して、それから要約情報を抽出することは、過渡事象を確認すること及び／又は非過渡事象を確認することを含むことができる。過渡事象及び／又は非過渡事象の確認は、抽出された要約情報の少なくとも一部を構成することができる。該処理は、該サンプリングされたデータのストリームの部分を処理することを含むことができ、各部分は、それぞれの期間に一致する。該部分は、ローリング期間に一致する部分であってもよい。換言すれば、該処理は、該サンプリングされたデータのストリームに対するローリングウィンドウにわたっていてもよい。該期間は、各部分が、その導管及び／又は装置が一部を構成するシステムが受ける可能性がある最長の過渡事象に対する、サンプリングされたデータの完全なセットを含むように十分に長くなるように選択することができる。各部分に対して、該サンプリングされたデータは、該部分が過渡事象を示すデータを含むか否かを判断するために分析することができる。このことは、該期間にわたる連続データ点間の差を加算して、累計合計を与えることによって行うことができる。該合計は、過渡事象が既に確認されているか否かを判断するために、過渡事象を示す該合計の確率と比較することができる。このことは、該合計を、過渡状態を示す該合計の可能性のレコードと比較することによって行うことができる。該レコードは、該合計値に反して生じる該合計の確率の確率分布関数であってもよい。該レコードは、各合計と、その発生の頻度を記録することによって、該装置の動作中に生成することができる。該レコードは、各累積合計が計算される際に、動作中に連続的に更新することができる。該レコードは、それ以下で該合計が過渡事象を示すと判断され、そのため、過渡事象が既に確認されていると判断される確率値を示す閾値の指示を含むことができる。発生する計算された累積合計の確率は、その閾値を比較することができる。したがって、過渡状態検出アルゴリズムは個々の装置の自律的自己調節を可能にし、およびこのプロセスは現場固有のものであり、異なる給水設備は、異なるレベルの動的水力学的挙動（背景挙動）を起こすであろう。
【００２２】
該通信手段は、過渡事象の確認に応答して、このことを示す信号を該中央の記憶場所へ送信することができる。これは、抽出された要約情報の次の定期的送信を待たずに行うことができる。それは、過渡事象を確認したときに行うことができる。該信号は、過渡事象が既に確認されている部分からのデータを含むことができる。
【００２３】
［統計的要約情報］
データのストリームを処理して、それから要約情報を抽出することは、該サンプリングされたデータから統計的要約情報を判断することを含むことができ、該統計的要約情報は、該抽出された要約情報の少なくとも一部を構成している。該統計的要約情報は、該ストリームの部分の１つ以上の最大値及び／又は最小値及び／又は平均値及び／又は分散及び／又は標準偏差値を含んでもよい。該統計的要約情報は、該部分の複数の部分に相当する可能性がある「合計期間」と呼ばれるある期間の１つ以上の最大値及び／又は最小値及び／又は平均値及び／又は分散及び／又は標準偏差値を含んでもよい。例えば、該合計期間は、１時間以上、１日以上又は一週間以上とすることができる。実施形態において、動的水力学的挙動を連続的にモニタリングするという概念は、通信間隔に影響を及ぼすであろう。該システムは、配管網の水力学に小さな変動があり、それが定常状態である場合、通信間のより長い期間を容認することができる（例えば、３０分という最新の傾向に対して、１時間ごとに一度）。
【００２４】
該抽出された情報の該通信手段による送信の期間は、該合計期間と実質的に同じにすることができる。
【００２５】
［ＰＤＦ及び影響測定基準］
該処理手段は、過渡事象の確認に応答して、確認した過渡事象の一つ以上の特徴を示す過渡状態記述子を生成してもよい。過渡状態記述子の実施例は、過渡状態の時間に関する時間又は過渡状態が確認されたそれぞれの部分の持続期間等の他の何らかの時間に伴う検知された変数の変化の割合である過渡状態の勾配である。他の過渡状態記述子は、該勾配の方向、過渡状態の始動及び／又は停止の大きさ、損失勾配、勾配変化のシーケンスを含む。該過渡状態記述子又は各過渡状態記述子は、該処理手段により、過渡状態の深刻度の表示度数を生成するのに用いられる。このことは、該過渡状態記述子の値を、発生した過渡状態記述子の値の確率の表示度数と比較することによって行うことができる。これは、過渡状態が確認される方法と実質的に同じ方法で行うことができる。例えば、該過渡状態記述子の値は、その値の確率を確かめるために、使用中の該過渡状態記述子の測定値の確率分布と比較することができる。確認された確率は、１つ以上の閾値と比較して、該過渡状態の深刻度を与えることができる。したがって、該構成は自律的自己調節及び現場固有の閾値を備えることができる。閾値は、その深刻度に関して過渡状態を分類するのに用いることができる。３つの分類がある。それらは、低い懸念、中程度の懸念、高い懸念の過渡状態に一致する。これらの深刻度の評価基準は、「影響測定基準」と呼ぶことができる。影響測定基準は、統計的要約情報からの結果を組み合わせてもよい。影響測定基準は、該中央の記憶場所に定期的に送られる抽出された要約情報の一部を構成してもよい。
【００２６】
影響測定基準は、該通信手段からの該抽出された要約情報の送信頻度を判断することができる。所定の閾値以上に増加する影響測定基準に応答して、該抽出された要約情報を、より頻繁に送信することができる。該所定の閾値以下に又は別の所定の閾値以下に低下する影響測定基準に応答して、該抽出された要約情報をより少ない頻度で送信することができる。高い懸念の過渡状態を示す影響測定基準は、該抽出された要約情報の該中央の記憶場所への実質的に即時の送信を開始することができる。
【００２７】
［複数のチャネル］
該装置は、検知したデータの複数のチャネルを有することができる。該装置は、各センサによって検知されたそれぞれの変数を示す複数のセンサの各々から実質的に連続的にそれぞれのデータを受信することができる。該サンプリング手段は、該データをサンプリングして、検知した変数の各々の場合の、サンプリングしたデータのそれぞれのストリームを生成することができる。該装置及び該方法は、各ストリームが、実質的に同じ方法で並列に処理されるように構成することができる。
【００２８】
［クロックドリフト］
別の態様によれば、センサから高頻度データを受信するように及び該データの各データ点をそれぞれのタイムスタンプと関連付けるように構成されたモニタリング装置が提供され、該装置はクロックモジュール及び受信手段を備え、該クロックモジュールは時を刻むように構成されたローカルクロックを備え、正確な時間を示すリモートソースからの無線時間信号を定期的に受信するように構成された信号受信手段をさらに備え、該クロックモジュールは、該ローカルクロックによって保持された時間を該時間信号と比較して該ローカルクロックを調節し、それによって、時間管理の精度を向上させるように構成されている。
【００２９】
該クロックモジュールは、該ローカルクロックによって保持された時間と、該時間信号とを比較するために、及び該ローカルクロックを調節するために、繰り返し又は必要に応じて繰り返し構成することができる。該クロックモジュールは、ある期間の異なる時間に、該クロックを加速及び／又は減速させることにより、該ローカルクロックを可変的に調節することができる。該クロックモジュールは、ある期間に該ローカルクロックが、正確な時間に対してどのように変化する傾向があるかを学習し、該クロックを調節することによってこの変動を補正して、実質的に正確な時間管理を実現することができる。また、該クロックモジュールは、局部温度を示す信号を受信し、これに少なくとも部分的に基づいて該ローカルクロックを変化させることもできる。該装置は、該ローカルクロックがどのように変化する傾向があるかを学習し、その後、該ローカルクロックの変動が既に学習されている場合に、該受信手段をより少ない頻度で作動させるために、当初はより高い頻度で該受信手段を作動させて該時間信号を受信することができる。
【００３０】
この態様の装置は、追加的には同じ機能及び任意の機能を有する第１の態様の装置であってもよい。同様に、この態様の機能は、他のいずれかの態様の機能であってもよい。
【００３１】
［モジュール式］
どの態様の装置もモジュール式とすることができる。該装置のコンポーネントは、動作のために局所的に、および必要に応じて解放可能に、一緒に結合することができるそれぞれのハウジング内に収容することができる。該処理手段は、メインモジュールに収容することができ、該格納手段及び必要に応じて該通信手段は、もしあれば、メモリモジュールに収容してもよく、該センサ及び必要に応じて該サンプリング手段は、センサモジュールに収容してもよい。バッテリ等の電源は、パワーモジュール内に収容することができる。該メモリモジュールは、該装置のデータ及び取得したデータを表示するディスプレイを、そのハウジング内に備えている。該ディスプレイは、以前の期間において、過渡事象が既に判断されているか否かを表示することができ、該ディスプレイは、判断された過渡事象のどのような深刻度も表示することができる。該ディスプレイは、衝撃応力測定基準を表示することができる。該メモリモジュールは、ポータブルコンピュータ等の質問装置とのローカル通信のために構成することができる。これは有線又は無線通信とすることができる。該メモリモジュールは、そのような通信中にマイクロサーバとして作動するように構成することができる。該加圧モジュール又は各加圧モジュールは、データを該処理手段へ供給するように構成された空気圧センサを備えてもよい。該処理手段は、空気圧の特定の閾値以下への低下を検出したときに、当該モジュールを調べて、このことを示す信号を生成すべきであることを識別してもよい。この信号は、該中央の記憶場所に伝えることができる。該プロセッサは、このことに応答して電源を切ってもよい。
【００３２】
該バッテリモジュールは、該バッテリを独自に識別するためのＩＤチップを備えてもよく、該ＩＤチップは、該バッテリモジュールが作動のために接続された場合に、該処理手段によって読み取り可能である。
【００３３】
［中央処理］
この発明の第３の態様によれば、その中を流体が流れる導管網内での過渡事象の原因のおおよその位置を特定するための中央制御ステーションが提供され、該中央制御ステーションは、処理手段及び通信手段を備え、
該通信手段は、該リモート装置が関連付けられている導管のそれぞれの長さにおける過渡的な流体フロー事象を示す抽出された各情報を複数のリモート装置から受信するように構成され、該抽出された情報は、該過渡事象に関連付けられた実質的に正確なタイムスタンプを備え、
該処理手段は、該抽出された情報と、各装置の地理的位置の知識とに基づいて、該過渡事象の原因のおおよその位置を判断するように構成されている。
【００３４】
この第３の態様のリモート装置は、それぞれ第１の態様の装置のうちの一つとすることができる。
【００３５】
該中央制御及び処理手段は、少なくとも一つのコンピュータプロセッサと、関連するコンピュータ可読不揮発性記憶装置と、関連する画像表示手段とを備えることができる。
【００３６】
この発明の第４の態様によれば、配管網を構成する複数の導管内の液体の流れをモニタリングするための液体流モニタリングシステムが提供され、該システムは、第１の態様において定義されている複数の装置と、第３の態様において定義されている中央制御及び処理手段とを備えている。
【００３７】
［概要］
上記の任意の機能が、第１の機能を作動させるために必要な別の任意の機能に言及する場合を除いて、上記の全ての態様の場合、上記の任意の機能の各々は、他の任意の機能とは無関係に実施形態に設けることができる。また、任意の機能を一緒に実施形態に含ませてもよいことが想定されている。さらに、各態様の任意の機能もまた、他の各態様の任意の機能であることが想定されている。
【００３８】
好適な実施形態においては、該導管は、水の家庭及び／又は工業ユーザに水を供給する給水設備等の給水設備の給水管であることが想定されている。他の実施形態においては、該導管は、廃水システム、油送管又はガスパイプライン、製造プラント又は原子力発電所における導管とすることができる。その他の用途も可能であり、想定されている。具体的には、該装置、方法及びシステムは、導管内の流体フローを示す代わりに、橋、道路、建物及びその他の構造物等の構造物に影響を与えるパラメータを検知するのに用いてもよいことが想定されている。これらの用途においては、次のもの、すなわち、力、振動の周波数及び／又は振幅、音の振幅及び／又は周波数、変位のうちの一つ以上又は全てを検知することができる。このリストは包括的ではない。
【００３９】
実施形態例の少なくともいくつかの機能は、以下のことを実行できる。
（ｉ）連続的にモニタし、遡及的に問い合わせ、および多数の組込み型ロギング／遠隔測定装置から高頻度データを抽出して、動的水理条件を特徴付け、および障害の事後分析及びサージ保護装置の診断を容易にすること。このことは、重大な事象を割愛し、重要なデータを捉えることができず、およびユーザが選択した任意の期間の高頻度データの履歴を提供することができない、米国特許第７，２１９，５５３号明細書及び同第７，３５７，０３４号明細書に記載されているような可変速度ロギングの複雑な設定をなくす。
（ｉｉ）複雑な給水設備内の計画された定常状態の水理条件からの偏差をほぼリアルタイムで検出すること。準定常状態及び過渡状態データから抽出された情報と、配管の物理的及びトポロジー情報との関連付けは、次善の動作及びトリガメンテナンスの素早い認識を容易にするための過渡状態インデックス（システムストレスレベル）の計算に用いられる。このことは、誤作動しているか、または間違って設定された制御弁による水力学的不安定性の検出も含むであろう。配水システムを定常状態の水理条件下に保つことは、インフラストラクチャの耐用年数を著しく延ばし、破裂を修理する際の年間コストを低減し及び変色事象の数を減らすであろう。
（ｉｉｉ）サージ保護装置の動作及び設計仕様からの偏差を診断すること。そのデータは、制御弁及び空気弁の誤作動及び故障したサージ保護装置を検出し、位置を特定し、それらのメンテナンスの予定を決めるのに用いられる。また、該データは、サージ保護装置が、その設計仕様に従って作動しているという安全の保証及び保険としても用いることができる。給水設備の応答を、水力学的過渡現象の範囲と比較すること。
（ｉｖ）ポンプ最適化スキームの安全な実施を確実にし、およびモニタすること。
（ｖ）高頻度圧力信号を連続的に取得して、異なる圧力変動時の勾配変化を検出することにより、送水本管の漏水をモニタすること。
（ｖｉ）生の高頻度データ、所定間隔のセット（例えば、１ｓ、１分、１５分）にわたる圧力変動の統計的測定値及び過渡事象の痕跡を格納するための分散型データベースとして該装置を用いること。この構成は、連続的な高速時間同期データを、非常に小さな消費電力で実行するためには本質的なものである。
（ｖｉｉ）水力学的過渡状態によって生成された亜大気圧による水質汚染のリスクを低減すること。
（ｖｉｉｉ）残留塩素の急激な変化（低下）に対するリスクを管理すること。
（ｉｘ）水理条件の変動を低減することは、ほぼリアルタイムの水力学的シミュレーションモデルの精度を向上させるであろう。
（ｘ）連続サンプリング／モニタリング及び最適化されたデータ記憶のためのエネルギ効率の良いデータ管理。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
次に、本発明の具体的な実施形態を、一例として、および添付図面を参照して説明する。
【図１】中央制御ステーションと５つのリモート装置を備える液体流モニタリングシステムの概観図である。
【図２】典型的なリモート装置のハードウェア構成の概略図である。
【図３】図１のリモート装置の動作の概略図である。
【図４】図２のリモート装置の動作の一部の詳細な概略図である。
【図５】図２のリモート装置の動作の別の部分の詳細な概略図である。
【図６】中央サーバのハードウェア構成の概略図である。
【図７】中央制御ステーションの動作の概略図である。
【図８】中央制御ステーションの動作の一部の詳細な概略図である。
【図９】過渡状態記述子を伴う過渡事象の図である。
【図１０】システムのコンポーネントのジオロケーションの概略図である。
【図１１】図２のリモート装置のモジュールコンポーネントの斜視図である。
【図１２】装置の手動アクセス及びデータのアップロードのフローチャートである。
【図１３】データにアクセスし、データをダウンロードし及びデータを処理のデータ管理処理手順を示す図である。
【図１４】広域モニタリングのための時間同期を示す図である。
【図１５】時間放送信号の不確実性を示す図である。
【図１６】待ち時間を推定する方法を示すフローチャートである。
【図１７】ジッターを最小化し、および正確な時間基準を復号する方法を示すフローチャートである。
【図１８】ホールドオーバー期間を延長する方法を示すフローチャートである。  表１は、図２のリモート装置に格納されたデータの実施例を示す表である。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
［いくつかの実施形態例の具体的な説明］
送水及び配水システムは、管理水準の増加及び障害の結果を伴う重要なインフラストラクチャである。動的な水力学的挙動によって生じる負荷条件の連続的モニタリングは、老朽化した配管インフラストラクチャの構造的強度の維持及び水質の保護を容易にする。動的な水理条件をモニタリングし及び制御するには、連続的な高頻度時間同期データの収集のための、および厳しい電力制限下での大量のデータの管理のための新規な方法及び装置を要する。また、該モニタリングシステムは、ほぼリアルタイムでの問い合わせ及び遡及的な問い合わせを可能にして、任意の期間の時間同期高頻度水利学的データを抽出しなければならない。このことは、特に、破裂及びその他の不具合が生じて、根本的原因の分析が、システム障害の前及びシステム障害の間に、高頻度時間同期データを抽出することによって、障害のメカニズムを確認することが必要な場合に有用である。
【００４２】
本発明を具体化しているシステム１００の概要が図１に示されている。図を見て分かるように、システム１００は、サーバ２００の形態の中央制御ステーションと通信するように構成された、いくつかのリモート装置１０で構成されている。この実施形態において、その通信は、以下で説明するように、無線通信である。各リモート装置１０は、導管内の液体流をモニタするように構成された液体流モニタリング装置である。各装置１０は、各々１つが、いくつかの機能を実行する、いくつかのハードウェアコンポーネントで構成されている。
【００４３】
図２は、装置１０の典型的なものを構成する主要なハードウェアコンポーネントをより詳細に概略的に示す。
【００４４】
該装置は、センサ１２の形態の検知手段を含む。この実施形態において、センサ１２は、給水網の導管内に配置されているが、他の実施形態においては、該センサを他の用途のために配置してもよいことが想定されている。センサ１２は、導管内の水流を示す変数を検知するように構成されている。これは、例えば、該フローの圧力、速度、高さ又は温度、または他の何らかの特性を含んでもよい。この実施例において、検知される変数は圧力である。センサ１２は、検知した圧力を示すデータを連続信号としてリアルタイムで生成する。
【００４５】
また、装置１０は、検知した圧力を示すデータを検知手段１２から受け取るアナログ・ディジタルコンバータ（ＡＤＣ）２０の形態のサンプリング手段２０も含んでいる。ＡＤＣ２０は、高周波数でデータ２５をサンプリングするように構成されている。この実施形態において、水圧を示すデータは、２００Ｓ／ｓのレートでサンプリングされる。各データ点にＡＤＣタイムスタンプを記録して、タイムスタンプが記録されたサンプリングデータ２７のストリームを出力する。そのデータは、高精度でタイムスタンプが記録され、それは、この実施形態においては、数ミリ秒以内の正確さである。以下、図Ｘを参照して、タイムスタンプの記録について詳細に説明する。
【００４６】
ＡＤＣ２０の出力は、それに付随し、およびそれによってアクセス可能なＲＡＭ３５を有するマイクロプロセッサの形態の処理手段への入力を生成する。また、該装置は、この実施形態においては、フラッシュメモリである不揮発性記憶装置４０の形態の記憶手段も含んでいる。マイクロプロセッサ４０は、そこからデータを読み出し、そこへデータを格納するためのＮＶＭ４０と通信するように構成されている。装置１０はさらに、マイクロプロセッサ３０に作動可能に結合され、およびＧＳＭ（登録商標）及びＧＰＲＳ規格に従って、携帯電話ネットワーク（図２には図示せず）を通じて通信するように構成された無線モジュール５０の形態の通信手段を含む。
【００４７】
システム１００の各装置１０は、それぞれのセンサ１２からのデータストリーミングの１つ以上の入力チャネルを有している。
【００４８】
図２は、簡単にするために、センサ１２と、そこからのデータの単一のチャネルとを備えた装置１０を示しているが、システム１００における他の装置１０が、各々が流体フローを示す異なる変数を検知する多数のセンサ１２を有してもよいことが想定されている。各センサ１２は、そこからの連続データのそれぞれのストリームを有し、それらのストリームは、装置１０の別々のチャネルにおける独立した変数として処理される。そのサンプリングレートは、特定の変数の場合に異なっていてもよく、例えば、流体圧力は、２００Ｓ／ｓで測定され、流体フロー速度は、１Ｓ／ｓで測定され、それに対して、温度又はバッテリ電圧は、１５分毎に一度だけ測定してもよい。水質変化（塩素、濁度）は、１５分でサンプリングされるが、過渡状態が検出された場合には、より速いサンプリングレートでトリガされる（５分）。圧力は、二次変数のための増加したサンプリングレートをトリガするための一次変数として用いることができる。また、データソースも、一つ以上の他のデータソースに関する計算によって生成することができる。例えば、「過渡状態が既に検出されている」という告知を表すブールデータソース（「真値」と「偽値」を有するだけのもの）は、流体圧力データソースから生成することができる。
【００４９】
ハードウェア構成ではなく、装置１０におけるデータフローを示す図３を参照すると、ＡＤＣ２０からのタイムスタンプが記録されたサンプリングされたデータは、２つの主処理動作、すなわち、マイクロプロセッサ３０が過渡信号から情報を抽出する過渡信号分析１１０と、ＡＤＣ２０からのタイムスタンプが記録されたデータが、マイクロプロセッサ３０によって、いくつかのサブサンプリングされた並列ストリームにサブサンプリングされて、後日、検索に利用可能な不揮発性記憶装置４０に格納される階層化記憶１２０を受ける。このモデルは、エネルギの使用及び消費を最小限にしながら、高サンプリングレートでの連続的サンプリングを持続するように設計されている。システムオペレーションは、中央サーバ２００から送信された「クエリ」、コマンド及び要求によって構成され、装置１０は、無線モジュール５０を介して該中央サーバと通信する。それらのクエリは、過渡信号分析１１０のパラメータを設定し、「永続的なクエリ」、すなわち装置１０に格納され、別のクエリによって停止されるまで動作を続けるクエリを用いて、装置１０により何のデータが定期的に送信されているかを定義する。過渡信号分析の結果と、クエリによって生成されたデータは、中央サーバ２００へ送信される。
【００５０】
［階層化記憶］
開発した「階層化記憶」システムを図４に示す。装置１０内の（それぞれのセンサ１２からの）各検知された変数は、ＡＤＣ２０によってサンプリングされた後に、「階層化ストリーム」として格納される。したがって、センサ１２と同数の階層化ストリームがあることになる。階層化ストリーム１３０は、図４に図示されており、それは、この実施形態における階層化ストリームを示している。階層化ストリーム１３０は、ＡＤＣ２０からの生データと、該生データと並列に格納されたデータを含むマイクロプロセッサ３０によってサブサンプリングされたいくつかのサブサンプリングされたストリームとを含む。該サブサンプリングされたストリームは、多くのデータセットで構成されている。サブサンプリングされたストリームの各データセットは、サブサンプリングされた項目の開始時間と、そのデータセット項目によってカバーされる期間の生データに関する多数の統計的記述子とで構成されたタプルを含む。
【００５１】
マイクロプロセッサ３０によって実行される統計的サブサンプリングの種類は、データの種類に依拠し、すなわち連続的な変数データの場合、最小値、最大値、平均値及び変動値が計算され、ブールデータの場合には、該データ項目の論理ＯＲを計算することができる。また、サブサンプリングされたセットを生成した場合には、標準偏差値等の他の統計値を計算してもよい。表１は、１５秒に一度、記録されるデータソースと、それから生成されることが想定されている１分統計的サブサンプルを示す。
【００５２】
これらのサブサンプリングされたストリームは、該生データへのアクセスのみを前提として、同じ期間の情報を得るために要する大量のデータアクセスを必要とすることなく、長期間のデータを検索することを可能にする。これは、大量のデータを管理する間に、通信時間及びエネルギを最小限にするために重要である。例えば、生データのみが利用可能であった場合、１時間の２００Ｓ／ｓデータは、７２０，０００回のデータ読み取りを必要とするが、１分のサブサンプリングされたセットは、たった６０回の読み取りである。
【００５３】
生データ、およびそれに伴うサブサンプリングされたデータセット、それらが測定された順に格納される。そのため、各データストリームは、タイム値を増加させることによって格納される。このことは、有効なバイナリーサーチ（半周期探索）アルゴリズムを用いることができるため、特定のタイム値におけるデータを、インデックスを用いることなく見つけることを可能にする。記憶媒体は循環バッファであるため、新たに記録されたデータの項目は常にその上に格納されることになる。該媒体が満杯になった場合には、空きを作るために、最も古いデータが削除されることになる。一旦書き込まれると、データは変更されない。そのため、装置１０からコピーされたデータは、後に該装置に何が起きるかにかかわらず、信頼性が高いと見なすことができる。サブサンプリングされたセットの利用には、典型的には、５％〜１０％のストレージペナルティが課せられるが、これは、低コスト記憶を前提とした場合には重要ではない。
【００５４】
［過渡信号分析］
上述した階層化記憶システムと並行して、各装置１０は、生（ストリーミング）データがＡＤＣ２０から供給された場合に、該データに対してデータ分析も実行する。これを図５に示す。これらの処理動作は、装置１０によって測定されたデータソース毎に並行して実行される。
【００５５】
各装置１０のＲＡＭ３５及び処理電力は制限されるため、全ての数学的演算は、ローリングウィンドウバッファを通じて行われる。このバッファのサイズは実施態様固有であるが、典型的には、最長の過渡状態の完全なイメージを保持するのに十分に長く、すなわち、３０秒（ｓ）〜３００ｓになるであろう（過渡状態の最大持続期間は、システムトポロジー、配管サイズ、過渡事象の性質及びソース等の多くの要因に依拠する）。この実施形態においては、および水圧を示すデータの場合、該バッファは３００ｓである。
【００５６】
（例えば、移動平均を用いて）センサノイズを取り除いた後の、最初のデータ処理タスクは、「過渡状態選択」機能ブロック１４０である。これは、可能性の高い過渡状態と、可能性の高い非過渡状態とに分けることを含む。該ウィンドウバッファの短期間に、平均信号値は変化しないため、その差の合計は常にほぼゼロになると仮定する。該ウィンドウ内の後のサンプル間の差の合計の累積分布関数（ｃｕｍｌａｔｉｖｅ  ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ  ｆｕｎｃｔｉｏｎ：ＣＤＦ）が作られる。ＣＤＦは、測定された発生頻度に基づく、その発生の可能性に対する該合計の値のレコードである。該合計がＣＤＦに従いそうにない場合（例えば、０．１％以下の可能性）には、該ウィンドウは過渡状態を保持するように宣言する。該システムに流れるデータが多ければ多いほど、ＣＤＦはより良好に合う。このアプローチは、概してシンプルな勾配検出器であり、および大きな過渡状態のみを検出する既存の装置上での過渡検出とは著しく異なり、信号のノイズフロア上にはほとんどない過渡状態を検出することが可能である。また、本アプローチは自己調節であり、そのため現場固有のものである。
【００５７】
最小、最大、平均及び分散／標準偏差等の要約統計（「周期的統計値インジケータ」）は、各曜日の非過渡信号から収集される。これは、機能ブロック１５０に図示されている。それらは、中央サーバに定期的に送信されるだけではなく、ローカルに格納される。本実施形態においては、それらの統計値の全てが収集される。
【００５８】
該事象の圧縮記述子（例えば、過渡ベクトル）を生成するために、ブロック１６０の「過渡分類」タスクは、変数のセットを（ブロック１４０で検出された）検出された過渡状態に適合させる。測定された過渡状態の上部への適合変数の実施例のセットは、図７のシステムを見て分かる。これは、ｘ軸上の時間に対する、ｙ軸上のセンサ１２によって測定されてＡＤＣ２０によってサンプリングされた圧力のプロットを示す。この実施形態での記述子は、該過渡の振幅（スタートの大きさ）、過渡の勾配（図７には図示せず）、該過渡の第１のピーク又は谷から、該過渡が実質的に消失している点までの傾斜と見なすことができる該過渡の損失勾配、および交互勾配のシーケンスを含む。各記述子の場合、（過渡状態ごとに明らかに異なっている）過渡状態の時間を除いて、該記述子の値は、確率分布関数（ＰＤＦ）を作るのに用いられる。これは、ブロック１６２で行われる。このＰＤＦは、発生する特定の種類の過渡の確率を示し、および周期的である（例えば、２４時間ごとに一度）。これらのＰＤＦは、中央サーバ２００へ送られる。装置１０が作動する際、該ＰＤＦは、より多くのデータが集められるにつれて、より正確になる。
【００５９】
過渡ＰＤＦ、変数のセット、それらの開始時間を含むこの時間を用いて、典型的な過渡状態の記述が収集されて、中央サーバ２００へ送られる。これは、ブロック１６５で行われる。典型的な過渡状態は、規則的に繰り返されるか、過渡ＰＤＦにより「異常」（低確率）である過渡状態である。該中央サーバは、異なる測定場所からの事象を相互相関させるために、過渡のこれらのスナップショットを用いる。
【００６０】
周期的な統計値インジケータ及び過渡ＰＤＦは、ロガーに対するシンプルな「影響測定基準」を計算するのに用いられる。これは、ブロック１８０で行われる。この影響測定基準は、俗称で、応力の量を分類するために、通常の配管の物理的特性に関する前提を用い、測定される配管断面は、限定された数の状態になっている。そして、この情報は、技術者が、その時点での配管網の状態にアクセスできるようにするために、装置１０の表示手段に表示することができる（この実施形態においては、該装置は、ＮＶＭ４０を収容する取外し可能なメモリモジュールをさらに備え、およびブロック１８５において、該影響測定基準を示すのに用いられる３つの異なる色のＬＥＤを含む）。中央サーバ２００と通信できない、および該メモリモジュールの手動収集に依存する装置１０の場合、局所的な「応力」のこの表示度数は、特定の時間に、該メモリモジュールを集める価値があるか否かを示すことができる。局所的な影響測定基準は、データ送信のレートを変えるのにも用いることができ、すなわち、高い影響測定基準をもたらす極度の過渡状態が検出された場合、その通常の送信時間を待つのではなく、すぐに事象データを該中央サーバに送信するように装置１０を設定することができる。局所的な影響測定基準は、信号機システムを用いてランク付けされる。赤の警報は、中央サーバ２００との即時の通信を開始させるのに用いられる。
【００６１】
［中央処理］
中央サーバ２００を図６に模式的に示す。サーバ２００は、通信のための何らかの適当な手段によりインターネット、および各装置１０と通信するように構成されたモジュール２１０の形態の通信手段を含む。また、サーバ２００は、無線モジュール２１０と通信可能なマイクロプロセッサ２２０と、マイクロプロセッサ２２０と読出し／書込みのどちらも可能に通信できるＲＡＭ２３０及び不揮発性記憶装置２４０とを含む。ＮＶＭ２４０は、中央データストア２４０を構成している。また、グラフィカルユーザインタフェース２５０の形態の入力／出力手段も設けられている。
【００６２】
該中央サーバの機能的構成の概要を図７に示す。サーバ２００は、その制御下の全てのロガー、すなわち「ロガークラウド２１０」からの事象、過渡統計値及び波形データを含むデータを、インターネットモジュール２１０を介して受信する。
【００６３】
中央サーバ２００は、２つの主要なタスク、すなわち、その永続的なデータストア内のロガー１０からのデータを格納すること及び該データを要求すること、全てのロガーからの過渡解析データをネットワーク全体の解析にまとめることを実行する。また、該中央サーバは、センサデータを見るための対話形式画像と、地理的に位置特定されたデータを表示するための対話型地図とを含むユーザインタフェースを備えている。該中央サーバが、様々な場所からの高頻度データの断片（異なる深刻度を伴う検出された過渡状態）を抽出し、過渡推定器を調節してアップデートすることが想定されている。このようにして、サーバ／モニタリングシステムは、その検出能力を自律的に向上させる。アップデートされた過渡推定器はその後、組込まれたモニタリング装置へ「戻される」。
【００６４】
該サーバ上の中央データストア２４０は、装置１０上の階層化データストアと同じ構造を有しており、それはかなり大きいが、循環バッファとして構成されてはいない。古いデータが上書きされることはない。装置１０からデータが要求されると、それがこのストアにコピーされて、永続的レコードとして維持される。
【００６５】
中央サーバ２００上のデータ格納システム２４０の重要な側面は、「遡及的データ検索と、任意の期間の高頻度データのクエリ」という概念である。ユーザが、警報に従って、過去からの詳細な情報を見たい場合、該ユーザは、より高い空間分解能の過去のデータを１つ以上のロガーから検索するために、該ロガークラウドへクエリを送信することができる。このようにして、ユーザは、該ロガーが、高帯域情報を常に該中央サーバへ送信することなく、該ロガーからの詳細なデータを任意に見ることができる。そのプロセスは双方向であり、すなわち、ユーザは、低分解能の過渡事象データとともに従来の１５分データを受け取り、該過渡事象はさらなる調査を必要とし、そのためユーザは、特定の事象／期間に対して、高い時間分解能を有する過去データを抽出するために、遡及的クエリを発行する。遡及的データ検索は、該サーバ上で作動する自動分析ルーチンによって開始することもでき、例えば、１つの装置１０で過渡状態が検出された場合、自動クエリが生成されて、周りのローカルネットワーク内の隣接する装置１０からデータが抽出される。そして、そのデータは、該事象の源を位置特定し、複雑なトポロジーシステム内での水力学的接続性を調査し、およびサージ保護装置のパフォーマンスを診断するのに用いられる。
【００６６】
地理情報システム（ＧＩＳ）は、配管材料に関する情報、および直径、ネットワークレイアウト、ロガー位置、およびロガーの配置を計画する際に用いられる写真及びノートなどの情報を提供する。
【００６７】
中央サーバ２００は、各装置１０からの代表的なスナップショットとともに、周期的統計値インジケータと、過渡ＰＤＦと、過渡分類とを受信する。装置１０が１つ以上の測定チャネルを有している場合、各チャネルは、（この実施形態においては、特定の装置１０上の全てのチャネルのデータが、効率化のために一緒に通信リンクを通じて送信されるが）分析目的用の独立した装置１０であるかのように処理される。それらのデータに対して実行された分析を図６に示す。
【００６８】
各装置１０からのデータは、装置１０自体で用いられるのと同じ方法を用いて、一つのロガー当たりの影響測定基準を計算するために、ＧＩＳからのシンプルな配管情報（材料、年数、直径及びもし分かれば推定条件）と組み合わせられる。
【００６９】
各装置の位置は既知であり、それらの位置は、それらの位置の互いの関係を格納する階層的地理位置情報グラフに配置される。実施例のグラフをシステム図１０に示す。ゾーン解析のために、各装置１０の実際のＧＰＳ位置は用いられず、地理位置情報グラフに記載されている関係だけが用いられる。しかし、ＧＰＳ位置は、データの視覚化に用いられる。実施例のグラフにおいて、装置“Ｌ１”のチャネル０及び１は、同じ親を共有しているため、密接に関係していると考えられる。“Ｌ１”のチャネル０と、“Ｌ２”のチャネル０は、祖父母を共有しているだけであるため、あまり密接な関係ではない。両方とも、“Ｌ４”のチャネル０とはほとんど関係なく（共通の曽祖父母）、および“Ｌ９”のチャネル０とは全く関係ない（共通の先祖がいない）。
【００７０】
代表的な過渡スナップショットへのタイムスタンプは、異なる場所で発生する同じ過渡状態を試して識別するのに用いられる。過渡状態間の時間差及び過渡状態の大きさは、過渡源への近接性により現場をランク付けするのに用いられる。
【００７１】
この分析の最終段階は、１つの装置当たりの影響測定基準と、過渡源への近接性と、地理位置情報グラフとを組み合わせて、「ゾーン影響測定基準」を作ることである。地理位置情報ツリー上での各レベルにおいて、そのレベル以下のノードの影響測定基準の加重平均（「悪い」測定基準は、「良い」測定基準よりもより高い重みを有している）は、ゾーン影響測定基準を与える。それらのゾーン測定基準は、地図上にプロットすることができ、ユーザが、信号システムを用いて、広範囲の地理的領域にわたる配管網のストレスがかかった区域を一目で理解することと、個々のロガーのレベルまで拡大表示することとを可能にしている。加えて、取得したデータは、抽出された「ストレス」インジケータに関する破裂頻度の確率を特定するのに用いることができる。このことは、それらのシステムにおける動的な水力学的挙動を最小限にし、およびそのような積極的な管理の恩恵を数値化するための最適な制御戦略を選択する際に、ネットワークオペレータを支援するであろう。
【００７２】
統計分析と並行して、該ロガーによって送信された過渡状態のスナップショットは、該配管網周辺への波及を予測するために、過渡解析モデルを駆動するのに用いることができる。取得した高頻度の時間同期データに基づくそれらの過渡シミュレーションの定期的実行は、モデル化された該システムの過渡応答対観察された該システムの過渡応答のスナップショットを生成するであろう。それらの残余の分析は、障害および次善のオペレーションを識別して診断するのに用いられる。例えば、バルブが開かれたままになっているときの配管網の部分間の水力学的接続性、または、配管網地図上に記録されていないパイプの区間。
【００７３】
該測定基準及び装置１０間のリンクは、データソースを自動的に選択するために、従来のデータ視覚化とともに用いることができ、例えば、ユーザは、過渡状態を見るために、および過渡状態も測定した他の全てのロガーのデータセットを自動的に表示することを該システムに要請できるようにするために、データセットを注意深く調べてもよい。このデータが現在該中央サーバ上で利用可能でない場合には、高頻度データを遡及的に検索するために要求を送信することができる。
【００７４】
過渡／非過渡ＣＤＦ閾値等の処理を制御する様々なパラメータの初期設定は、代表的な場所（記録されているゾーン内である必要はない）で収集されたある期間の生データを用いて計算されて、中央サーバ２００で処理される。これらのパラメータは、装置１０の実行時間にわたって、中央サーバ２００から無線で更新される。
【００７５】
［手動及びリモート（ワイヤレス）データ管理］
本実施形態のシステムは、永続的及び一時的なモニタリング設備をともにサポートする。装置１０は、リモートの問い合わせによる無線モニタリングシナリオ及び現場での物理的検査によるローカルな問い合わせシナリオのための柔軟で最適なデータ処理を可能にする（図１１に符号４５で示す）記憶装置及び通信アドオンモジュールを含む。記憶装置及び通信モジュール４５は、主検知及びデータ取得モジュール４６の外部にあり、現場で交換することができる。このことは、大量のデータへのアクセス又は取得した高頻度データの全てが、分析のために必要である場合（または、無線通信が利用できない場合）に、データのダウンロードにかかる時間をなくす。低コストでの通信及び記憶装置のアップグレードも、エンドユーザに対して実行中のモニタリング／制御タスク及びインストールのセットアップにおける中断を最小限にして行うことができる。永続的な設備（遠隔測定／ＳＣＡＤＡシステム）の場合、リモートアクセス及びデータ転送は、ＧＳＭ又は何らかの無線及び／又は有線通信技術によって行うことができる。この構成において、装置１０のうちのいくつかは、上述したような分散型検知及び格納システムを構成する。
【００７６】
記憶装置及び通信モジュール４５は、取得した大量の高頻度データをダウンロードして視覚化するための代替的方法をサポートする。これらのことが図１２にまとめてある。
【００７７】
図１２に示すように、取得した大量のデータの完全なセットには、以下の２つの方法でアクセスすることができる。
１．記憶装置及び通信アドオンモジュール４５（図においては、「メモリ／通信モジュール」と呼ぶ）は、手動で集められて、安全／専用クラウドサーバへの自動データ更新をサポートする展開制御装置（Ｄｅｐｌｏｙｍｅｎｔ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ：ＤＣ）に接続される。ＤＣは、現場での使用及び装置１０とのローカル通信のために構成された高耐久化ラップトップ又はタブレットコンピュータである。（上述した階層化データ構造を含む）該メモリ／通信モジュール上に格納された全てのデータは、高速アップロードリンク（例えば、ＡＤＳＬ又はＤＣを用いた光ファイバブロードバンド）を介したクラウドデータ格納、事象処理及びデータ閲覧のために、ＤＣによって専用クラウドサーバへ自動的に転送される。ウェブベースのインタフェースは、ユーザが、（ａ）ロガーの配置に関連する空間／位置情報、（ｂ）使用しているセンサに関する較正情報、（ｃ）データ取得及びサンプリングレジームの概要／設定、（ｄ）上述したような生データ及び抽出した／サブサンプリングされたデータセットの両方、（ｅ）バッテリ使用の概要、各バッテリパックの状態、およびバッテリを交換するためのリマインダ、（ｆ）特定のデータ処理クエリを伴う管理ツールのセット、および外部モデリングツール及び分析ツールを備えたインタフェースを含むクラウドサービスにアクセスすることを可能にする。
２．記憶装置及び通信アドオンモジュール４５は、ラップトップ／ＰＣ／タブレット等の外部のＰＣ装置と接続された場合に、シームレスインタフェースを形成するマイクロサーバである。このようにして、抽出された過渡事象を含むメモリ／通信アドオンモジュールに格納された生データ及び階層化データに、ホストＰＣに専用ソフトウェアをインストールすることなくアクセスすることができる。また、データ管理は、使用しているオペレーティングシステム（例えば、Ｗｉｎｄｏｗｓ（登録商標），Ｌｉｎｕｘ（登録商標），Ｍａｃ  ＯＳ）及びＰＣのハードウェア仕様とは無関係である。ウェブベースのインタフェースは、オプション１のウェブインタフェースの概要と同様のＧＵＩを共用する。該ＧＵＩは、データをホストＰＣにダウンロードできるようになっている。しかし、ユーザは、取得したデータを見るために、および特定の事象及び信号の部分を閲覧するために、データをダウンロードする必要はない。
【００７８】
さらに、本構成は、無線データアクセスを要することなく、または埋め込みアルゴリズムを調節するためにフルデータセットが必要な場合に、一時的なセンサ設備から取得されたデータにアクセスし、該データをダウンロードして処理するための処理手順及び技術を含む。これらのことは、図１３に示されており、以下のようにまとめることができる。
１．技術者は、装置１０が配置されている現場を訪れる。埋め込み過渡アルゴリズムは、メモリ／通信モジュール４５の透明部分を介して視認可能な赤色ＬＥＤを（信号／警告システムの一部として）作動させる極度の過渡状態又は一連の事象を検出する。技術者は、記憶装置モジュール４５を新たなモジュールと交換して、センサ設備の取り付け及びデータ取得プロセスに対する寸断を最小限にする。
２．データは、メモリ／通信モジュール４５を高耐久化ラップトップ／タブレットに接続することにより、現場で（例えば、屋外ではなく、作業車等の保護環境内で）検査及び視覚化することができる。その接続は、ケーブル、または、メモリ／通信モジュール４５に接続することができる８０２．１１ＷｉＦｉアドオンモジュールのいずれかを介したものである。また、該メモリモジュールをＤＣに接続して、ラップトップがケーブルを介して（例えば、イーサネット（登録商標）／ＵＳＢ）、または無線で（例えば、ＷｉＦｉ／ブルートゥース）接続することができるマイクロサーバを（該メモリモジュール内に該マイクロサーバを有するのではなく）当該ホストが有することも想定されている。メモリモジュール４５上のデータにアクセスし、該データを視覚化して閲覧するのに専用ソフトウェアは必要でなく、このことは、上述した階層化格納モデルによって容易化されている。
３．また、技術者は、メモリ／通信モジュール４５をオフィスに持ち込んで、高速データネットワーク（例えば、ＡＤＳＬ、光ファイバブロードバンド）を利用することもでき、または、４Ｇ等の高速無線サービスを利用することもできる。メモリ／通信モジュール４５は、クラウドデータストレージ、事象処理及びデータ閲覧のために、特注仕様のクラウドサービスにデータを転送するのに用いられるＤＣに接続される。
【００７９】
［タイムスタンプの記録、クロックドリフトの修正、実行時のクロックの補正］
該システムを構成する装置１０の正確かつ安定した時間同期は、給水システムにおける準定常状態及び過渡水理条件を連続的に分析するために備えられている。図２を参照すると、装置１０は、クロックモジュール９０を含んでいる。これにより本システムに分散型高頻度モニタリングのための時間同期ソリューションが与えられる。クロックモジュール９０は、無線時間信号受信器と、発振器と、分散型検知装置がそれぞれ５ｍｓまでの時間同期精度を維持する埋め込み信号処理アルゴリズムとを組み込んでいる。
【００８０】
図１４を参照すると、帯域外のタイムソースを利用することにより、センサの広域スパースネットワークをサポートする拡張可能で、トポロジーに依存しない高速収束時間同期サービスが実現される。引き続き図１４を参照すると、この分散型モニタリング及び制御システムは、時間管理機能のためのリアルタイムクロック（ＲＴＣ）を実装している。ＲＴＣは、通常、圧電材料を含む振動結晶の機械的共振を利用して、精密な周波数（例えば、３２．７６８ｋＨｚ）で電気信号を生成する低出力水晶発振器を組み込んでいる。厳しい産業環境において典型的である温度、電源変動及びその他の要因等の環境影響は、頻度及び期間の不安定性（例えば、ドリフトやスキュー）を引き起こす（図１４）。クロックパフォーマンスは、百万分の一（ｐｐｍ）単位で測定される。通常、エネルギが制限されている分散型検知システムに用いられている低出力水晶発振器（ＸＯ）は、１０ｐｐｍ〜１００ｐｐｍの周波数安定性を有している。低出力温度補償発振器（ＴＣＸＯ）の最近の動向は、０．１ｐｐｍ〜１０ｐｐｍの安定性の向上をもたらしている（Ｋｙｏｃｅｒａ２０１１；Ｒａｋｏｎ２０１１；ＳｉＴｉｍｅ２０１１）。ＸＯの安定性は、２４時間の間に、８６０ｍｓ〜８．６ｓの時間誤差を生じる可能性があるが、ＴＣＸＯの場合の時間誤差は、２４時間で８６ｍｓ〜８６０ｍｓになるであろう。本実施形態の分散型検知環境内では、外部信号を用いて、局部発振器を自己管理するための信頼性の高い時間及び周波数基準を生成することによってのみ、±５ｍｓ（０．０５ｐｐｍの同等値）の所要の時間精度を実現することができる。
【００８１】
必要な時間精度及び精密さを与えるために、本システムの装置１０の各々のクロックモジュール９０は、グローバルな時間尺度である協定世界時（Ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｄ  Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ  Ｔｉｍｅ：ＵＴＣ）に同期される。内蔵水晶発振器を自己管理するための無線信号放送のＵＴＣへの利用は、クロックドリフトを制御するための可能な解決策として認識されている。しかし、高速圧力サンプリングという本実施形態の方法へのこのアプローチの適用に関しては、重要な課題がある。連続高速サンプリングにおける記載した装置の時間同期に対する主な課題は、次の通りである。
・分散型装置１０間で（ＵＴＣを参照する）直接通信がない状態での該装置間の±５ｍｓ（０．０５ｐｐｍ）以内の精密でロバストな時間同期。
・直接的な視線及び複雑な無線伝播環境のない地下条件（例えば、マンホール、点検口、消火栓及び排水溝）での据付。
・記載した作動環境内での外部無線時間／周波数信号の可変信号品質及びジッター。
・外部時間／周波数基準信号への接続の数を最小化することによって実現される低電力消費。その結果、ロガーホールドオーバー期間は、５ｍｓの閾値が保証されるように、それらの期間を適応的に制御するオプションを必要とする。
【００８２】
局部水晶発振器のスキューが変化して、それが、５ｍｓの閾値をすぐに超える可能性がある。例えば、０℃〜４０℃の範囲で２ｐｐｍの精度の良好な品質のＴＣＸＯは、１〜２時間以内に±５ｍｓを超えるであろう。エネルギ消費を最小限にするには、外部時間／周波数源を用いる時間同期は、２４時間当たりで１つのセッションを超えてはならない。これは、最小値０．０５ｐｐｍ以上の精度の水晶発振器の同等値である。このような装置は存在するが、そのエネルギ消費は著しく大きく、そのことが、記載した用途へのそれらの利用を制限する。
【００８３】
水晶発振器の動作のホールドオーバー期間を延ばすことに加えて、重要な課題は、受信した無線信号の品質に影響を与える動作環境内で時間基準信号を復号することである。送信信号の処理と、ジッターと組み合わさった伝搬遅延とによる累積待ち時間は、受信時間の著しいオフセットをもたらす可能性がある。図１５を参照すると、それらは以下を含む。
・トランスミッタ待ち時間：１ｍｓ
・信号伝播及び受信器処理時間：１０〜１００ｍｓ
・ジッター：５〜１０ｍｓ
【００８４】
本実施形態の構成は、以下を提供する。
・図１６に示すような、展開制御装置を用いて、その展開中に各測定装置の待ち時間を推定する方法。
・図１７に示すような、ジッターを推定し及び最小限にする方法。
・これもまた図１７に示すような、完全な時間及び日付基準コード信号を分解する必要なく、正確な時間基準を受信／復号する方法。
・図１８に示すような、ホールドオーバー期間を延ばして、水晶発振器のパフォーマンスを向上させる方法。
・これもまた図１８に示すような、時間同期間隔（ホールドオーバー期間）を適応的に変化させて、ユーザが定義した精度閾値（例えば、５ｍｓ）が維持されることを保証する方法。
【００８５】
各装置１０のクロックモジュール９０は、これらの方法のステップを実行するように構成され、および該ステップを実行するように作動可能である。
【００８６】
次に、図１５〜図１８の方法についてより詳細に説明する。
【００８７】
該分散型装置におけるＲＴＣ（リアルタイムクロック）の時間同期は、クロック間のオフセットを調節して、内蔵発振器がそれで作動するレートを維持し、補正するために定期的なチェックを実行できる共通時間（協定世界時（ＵＴＣ））の利用を含む。該装置は、それらの間での直接的な通信はなく、その結果として、時間を同期させるための無線メッセージを交換する方法は適用されない。協定世界時（ＵＴＣ）は、それによってクロック及び時間が調節される基本的な時間標準である。ＲＴＣは、その時間（図１４）、オフセット（該基準／ＵＴＣ時間に関連して分散型装置のクロックによって報告される時間差）、周波数（クロックが進行する速度）、スキュー（クロックと基準／ＵＴＣ時間との周波数の差、例えば、安定した発振器は一定のスキューを有している）及びドリフト（スキューの変化によって決まる）によって特徴付けられる。
【００８８】
該分散型装置によって用いられるＲＴＣの動作及び結果として生じる時間精度は、かなりのばらつきが発生する可能性がある。その非線形性及び位相雑音が、熱変動及び供給電圧変動、および水晶発振器の経年劣化と結び付く。その結果、各ＲＴＣのドリフトは異なり、それは初期クロックオフセット、瞬時クロックスキュー及び追加的な観測雑音及び測定雑音によって管理される。図１４に示すように、これらの要素の不確実性は、それらが装置及び現場固有のものであり、また時間でも変化するため、正確に定量化して最小限にする必要がある。
【００８９】
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【００９０】
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【００９１】
ＲＴＣが、正確な時間を維持できること、または、時間同期イベント間に「ホールドオーバー」することができることが望ましい。ホールドオーバー期間が長ければ長いほど、正確な時間同期を維持するためのエネルギ消費は少なくなる。一方で、ホールドオーバー期間は、過渡の伝播を分析するための適用要件によって定義される時間同期の最大誤差によって制限され、このことは、該水晶発振器のドリフト及びスキューと、比較的短期間の、例えば、数時間から数日にわたる環境条件（例えば、温度）とに依存する。図１８は、ホールドオーバー期間を延ばし、及び該水晶発振器のパフォーマンスを向上させる方法を示す。この実施形態においては、温度補償水晶発振器すなわちＴＣＸＯは、精度と、低電力消費とのトレードオフとして用いられる。記載した方法のホールドオーバー能力は、数時間から数日に及ぶ可能性があり、それに伴って、ＴＣＸＯの能力を（例えば、２ｐｐｍから０．０５ｐｐｍに）著しく向上させることができる。  
【００９２】
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【００９３】
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【００９４】
ホールドオーバー期間を延ばし、および水晶発振器のパフォーマンスを向上させる方法を図１８に示す。この実施形態では、温度補償水晶発振器を用いる。ＴＣＸＯは、温度モデルを用いて、広範囲の温度にわたって発振器信号内のドリフトを補償する。このモデルは２ｐｐｍ以内の精度である。水晶発振器（例えば、ＴＣＸＯ）のパフォーマンスは、個々の発振器に対して、先験的温度モデルが較正されて調節された場合に、著しく向上させることができる。これは、高コストで時間のかかるプロセスである。本発明は、個々の発振器パフォーマンスと、その動作条件とに基づいて温度モデルを更新する（例えば、地下室に置かれた装置のエンクロージャ内の温度変動は、あまり変動しないであろう）。周期的時間同期から取得された実際の誤差ドリフト測定値は、該温度モデルを微調整するのに用いられる。このようにして、〜０．０５ｐｐｍというパフォーマンスの改善を実現することができる。該プロセスは、より高い頻度の時間同期がその間に実行される（例えば、最初の２４時間に３時間ごと）初期学習段階を含む。また、該装置は、該水晶発振器に近接して配置された高精度温度センサを有し、温度は５分毎に一度測定される。測定されたオフセット、計算されたスキュー及び測定された温度は、該水晶発振器と、温度勾配と、スキューとの間の相関関係を導くのに用いられる。これは、ルックアップテーブル、多項式曲線又はアフィン関数として行われる。より多くのデータが利用可能になるにつれて、該プロセスは、それらの相関関係を更新し、およびその値を自己調節する。例えば、測定したオフセットが最大限界以内であり、および測定した温度が既知のＦ−Ｔ、すなわち周波数―温度の関係の範囲内である場合には、ホールドオーバー期間を増加させる（例えば、３時間→６時間、・・・→２４時間）。測定した温度又は温度勾配が、既知の関係の範囲外である場合には、Ｆ−Ｔの関係を延ばすために、より多くの頻度時間同期が実行される。オフセット値が、既知の関係の場合に、±５ｍｓの最大誤差限界を超えるケースがある可能性があり、この場合、取得したデータ（例えば、圧力）には、最新のホールドオーバー期間に関しては時間同期を保証することができず、およびＦ−Ｔの関係を更新するために、より多くの頻度で時間同期が設定されるという注意が与えられる。この方法は、エネルギ消費を最適化するための時間同期の間の期間と所要の精度を適応的に制御することにより、時間同期プロセスが自律的であり、自己調節的であることを保証する。
【００９５】
［機械的デザイン］
装置１０は、図１１に示すような、独立したメインプロセッサモジュール４６と、バッテリモジュール４７と、記憶装置モジュール４５とを備えたモジュール式デザインを有している。
【００９６】
バッテリモジュール４７は、装置１０を、任意のどのような固定電源（または、マイクロタービン等のパワーハーベスタ）からも作動できるようにするために、電力変換モジュール（図示せず）と置き換えてもよい。バッテリモジュール４７内のバッテリは、エンドユーザにより容易に交換される（これは、既存のロガーが備えていない機能性である）。現在のデータロガーは、独立したバッテリパックを搭載しているが、それらは、該バッテリが切れた場合にメーカーに送り返さなければならず、そのことが、エンドユーザにかなりのコストを負担させる。本実施形態は、エンドユーザが容易に開けて、バッテリを交換することができるＩＰ６８（非常に高い浸入保護評価）を実現できる。
【００９７】
装置１０は、外部（着脱式）記憶装置モジュール４５を有している。記憶装置モジュール４５上のＬＥＤは、システムステータスを示すために設けられており、技術者が該モジュールを交換する必要があるか否かが解るようになっている。このアプローチは、メインプロセッサモジュール４６への追加的なインジケータの取付けも最小限にし、それによって、水の浸入及び障害のリスクを最小限にしている。
【００９８】
記憶装置モジュール４５及びバッテリモジュール４７はともに、製造時及び取り付け時に、空気が充填されて加圧されている。このことは、水が浸入する可能性を低減する。また、該ユニットが浸水した部屋の水中に沈むことも防止される。配置段階で、独立したエンクロージャ内の圧力が測定されて、安全な動作を保証がチェックされる（安全性及び設備チェックプロトコル）。その情報は、展開制御装置を介してオペレータに対して表示され、該中央サーバにも送られる。
【００９９】
主要な装置ハードウェアを交換することなく、装置１０のための通信オプション、記憶容量、センサインタフェース等の重要な機能をアップグレードするために、様々なモジュールを他のユニットと交換することができる。例えば、ＧＰＲＳモデムを含む記憶装置モジュール４５は、通信能力が不足している装置に該通信能力を追加するのに用いることができ、該通信能力は、後に、装置１０一式を交換するのと比較して、ごく少ない費用でＬＴＥにアップグレードすることができる。このことは、装置１０の寿命を延ばし、およびそれらの機能を拡張する際に、重要な商業上の利点である。
【０１００】
［バッテリの寿命予測］
既存の「スマートバッテリシステム」は、バッテリ使用量をモニタし、および該バッテリによって駆動されるシステムに「充電状態」（Ｓｔａｔｅ  ｏｆ  Ｃｈａｒｇｅ：ＳｏＣ）の表示度数を提示するある種のディジタルコントローラと組み合わされた再充電可能電池を含む。該バッテリコントローラは、バッテリ電圧を測定し、複数の放電／再充電サイクルで充放電し、この情報を用いて、それ自体を構成する。
【０１０１】
しかし、データロガーは、典型的には、かなり高いエネルギ密度及びより低い自己放電率（バッテリが時間とともに電荷を自然に失っていく性質）を得るために、使い捨てバッテリを用いている。バッテリモニタリングチップ（「ガスゲージ」チップ、例えば、Ｔｅｘａｓ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ  ＢＱ２７０００）は、バッテリによって供給される電力を、その寿命を通じて正確にモニタすることができるが、このことは、該バッテリに蓄えられたエネルギの初期量が分かっている場合にのみ有効である。使い捨てバッテリが、その寿命を通じて供給することができるエネルギの量は、その電流流出に大きく依存するため、該システムに一種類のみのバッテリが装備されていない限り、または、ユーザが、バッテリ放電グラフを書き換えようとしない限り、バッテリが既に供給したエネルギの量は、残っている寿命の有効なインジケータとはならない。リチウム電池の出力電圧、すなわち、重要なロガーバッテリの化学的性質は、その寿命のほとんどを通じてほぼ一定であるため、これは、残りの寿命の表示度数としても用いることができない（該寿命は、システム温度によっても変わるであろう）。
【０１０２】
本実施形態の装置のバッテリモジュール４７は、資産管理に用いるための固有ＩＤを与えるのと同様に、通常の動作中に、装置１０のマイクロプロセッサ３０によって読出し及び書き込みが可能である小さなメモリチップを収容できる。バッテリモジュール４７は、ユーザがバッテリそれ自体を交換できるようにデザインされている。バッテリ交換の後、ユーザは、（「アップロードユニット」又は「展開制御装置」を介して）中央サーバ２００と通信可能にバッテリモジュール４７を配置し、該バッテリモジュールは、該バッテリメモリチップにバッテリ交換の日時を記録し、およびそれが既にゼロまで作動されている日数のカウントをリセットする。同時に、ユーザは、モジュール４７に挿入したバッテリのブランド／モデルを中央サーバ２００に伝え、この情報は、次のバッテリ交換のときまで、該バッテリモジュールのＩＤ番号と関連付けられる。
【０１０３】
装置１０が始動されると、該装置は、アップロードされているデータがそれと関連付けられたバッテリＩＤを有するように、バッテリＩＤをそのログファイルに書き込む。動作中、装置１０は、該バッテリモジュールのランタイムカウンタを、１日に一度以上更新する（これを行う回数は、メモリモジュールであるＥＥＰＲＯＭチップの書込み耐久性によってのみ限定され、例えば、５０ｋサイクルの耐久性の場合、該チップは、２時間ごとのカウンタ更新で、１１年間耐えるであろう）。１日の装置１０のエネルギ消費は、通常、ほぼ一定であり、そのため、ランタイムのシンプルな測定に基づくバッテリ寿命が有効である。
【０１０４】
装置１０は、バッテリが切れた時に、手際良く電源を切ることができるように、およびこれが起きた場合に、バッテリ寿命をデータファイルに記録するために、多くの安全対策を有している。データが更新されると、その結果として、中央サーバ２００は、バッテリのメーカー／モデルと、既知の良好な寿命とを含むテーブルを作ることができるであろう。このデータは、展開制御装置に対して利用可能にすることができ、または、単純に、手動によりユーザに提示することができる。ユーザが装置１０を現場に配置すると、該ロガーは、バッテリモジュール４７からバッテリ寿命カウントを読み出して、これをユーザの展開制御装置に伝えることができ、該展開制御装置は、この情報を、残された寿命の予測日数とともに提示することができる。
【０１０５】
上述したように、バッテリエンクロージャ４７の物理的構造は、ＩＰ６８に準拠している。くわえて、該エンクロージャは、大気圧よりも０．２〜１バールの範囲で閉塞された場合、過剰な加圧状態をもたらす。該バッテリエンクロージャは、内蔵型ディジタル空気圧センサ（デジタルアクティブ圧力センサ。ＭＳ５５３４Ｃ  Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ  Ｓｐｅｃｉａｌｔｉｅｓ社）を含んでいる。該バッテリによってメインモジュール４６のユニットが操作可能である場合、バッテリエンクロージャ４７内の圧力が定期的に測定され、１０％の変化が検出された場合、アラームが起動されて、必要に応じてサーバ２００へ伝えられる。プロセスは、そのアラームに従って、短期間、装置１０の電源を切ることもできる。ユーザは、水の浸入に対する追加的な保護及びさらなる安全性のために、このオプションを設定することができる。配置設定中、独立したエンクロージャ内の圧力が測定されて、安全な動作を保証するためにチェックされる（安全性及び設備のチェックプロトコル）。その情報は、該展開制御装置を介してオペレータに対して表示され、および該中央サーバにも送られる。
【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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