(57)【要約】【課題】複数個所に設置されたセンサについて電力消費を抑制した補正を行う。【解決手段】複数個所に設置された複数のセンサ部と、各センサ部からの出力を伝送するセンサ出力伝送部と、センサ部からの出力を補正する補正装置３０とを備えるセンサネットワークシステムである。補正装置３０は、センサ出力伝送部からの各センサ出力を受信するセンサ出力収集部３３と、各センサ出力に影響する各環境条件に関連する環境パラメータ情報を収集する環境パラメータ情報収集部３４と、予め取得された環境パラメータの変化に対する各センサ出力の変化の特性を記憶する影響特性記憶部３２と、各センサ出力と各環境パラメータ情報とを対応づけた上で影響特性記憶部３２に記憶されている影響特性に基づいて各センサ出力を補正する補正演算部３１とを有する。【選択図】図２
2013036812.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数個所に設置された複数のセンサ部と、
前記各センサ部からの出力を伝送するセンサ出力伝送部と、
前記センサ部からの出力を補正する補正装置と、
を備えるセンサネットワークシステムにおいて、
前記補正装置は、
前記センサ出力伝送部からの各センサ出力を受信するセンサ出力収集部と、
前記各センサ出力に影響する各環境条件に関連する環境パラメータ情報を収集する環境パラメータ収集部と、
予め取得された前記環境パラメータの変化に対する前記各センサ出力の変化の特性を記憶する影響特性記憶部と、
前記センサ出力収集部で収集された前記各センサ出力と、前記環境パラメータ収集部で収集された前記各環境パラメータ情報とを対応づけた上で、前記影響特性記憶部に記憶されている影響特性に基づき、前記各センサ出力を補正する補正演算部と、
を有することを特徴とするセンサネットワークシステム。
【請求項２】
前記センサネットワークシステムは、前記環境パラメータ情報を計測する環境パラメータ測定部と前記環境パラメータ測定部で測定した環境パラメータ情報を伝送する環境パラメータ伝送部とをさらに備え、
前記環境パラメータ収集部は、前記環境パラメータ測定部からの信号を収集すること、
を特徴とする請求項１に記載のセンサネットワークシステム。
【請求項３】
前記影響特性記憶部は、予め計測した周囲環境予備情報をさらに記憶し、
前記補正演算部は、前記影響特性記憶部に記憶されている前記周囲環境予備情報をさらに使用して前記各センサ出力を補正すること、
を特徴とする請求項１に記載のセンサネットワークシステム。
【請求項４】
前記センサ部はセンサノードであり、前記センサ出力伝送部は、無線によるネットワークを有することを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載のセンサネットワークシステム。
【請求項５】
前記影響特性記憶部は、各センサ部に関して固有の特性データを記憶することを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載のセンサネットワークシステム。
【請求項６】
前記影響特性記憶部は、所定のオフセット量をさらに記憶し、
前記補正演算部は、前記各センサ出力の補正のために使用する環境パラメータ情報が、実際の周囲環境条件に対して所定の値以上の差がある場合は、前記所定のオフセット量を前記周囲環境情報へ付加すること、
を特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載のセンサネットワークシステム。
【請求項７】
前記補正演算部は、同一の前記センサ出力について複数の前記環境パラメータ情報を収集し、これらを組み合わせて前記センサ出力の補正を行うことを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか一項に記載のセンサネットワークシステム。
【請求項８】
前記補正装置は、前記各センサ出力について個々に補正量の履歴を記憶する補正履歴記憶部を備えることを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか一項に記載のセンサネットワークシステム。
【請求項９】
前記補正装置は、前記各センサ出力の補正量が所定のしきい値を超えたときに異常である旨の警報出力を発することを特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれか一項に記載のセンサネットワークシステム。
【請求項１０】
複数個所に設置されたセンサ部の出力の補正を行うセンサ出力補正方法において、
影響特性記憶部が、前記各センサ出力に影響する各環境パラメータの影響特性を記憶するステップと、
センサ出力伝送部が、複数個所に設置された各センサ部の出力を伝送するステップと、
環境パラメータ情報収集部が、環境パラメータ情報を収集するステップと、
環境パラメータ情報伝送部が、前記環境パラメータ収集部の出力を伝送するステップと、
補正装置のセンサ出力収集部が、前記各センサ部からの各センサ出力を受信するステップと、
補正装置の環境パラメータ情報収集部が、前記環境パラメータ情報伝送部からの各環境パラメータ情報を受信するステップと、
補正装置の補正演算部が、受信した前記各センサ出力と前記環境パラメータ情報とに基づき、前記各センサ出力と前記各環境パラメータ情報とを対応させるステップと、
前記補正演算部が、前記影響特性記憶部に記憶されている影響特性に基づき、前記各センサ部からの出力を補正するステップと、
を有することを特徴とするセンサ出力補正方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数個所に設置されたセンサのセンサ出力補正機能を有するセンサネットワークシステムおよびセンタ出力補正方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年のプラント監視の高度化では、多数のセンサノードから構成される無線センサネットワークを用いて網羅的に計測ポイントを設けて情報収集を行い、メンテナンス期間短縮や装置異常の早期発見などの診断に役立てることが想定されている。
【０００３】
遠隔地にあるセンサノードの計測精度を確保し常に正確な診断を行うには、設置環境における周囲温度変化を考慮する必要がある。設置環境における周囲温度は、屋外か屋内か、また空調の有無など多くの要因の影響を受ける。
【０００４】
これらの要因により温度の変化幅は数十度に達するため、搭載するセンサは温度によるドリフトのため計測誤差が増加する。特許文献１に示されるように、センサノード内に温度センサを搭載し、センサノードにおいて温度ドリフトによる計測誤差を補正する技術がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−２５０１２公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前記特許文献１に記載の技術は加速度センサの補正方法である。
【０００７】
従来のアプリケーションでは、加速度センサからの情報を活用するものであるが、補正方法に温度センサやＧＰＳ受信機、車速センサを利用することから、補正を行うために多くの回路を搭載している。
【０００８】
基準温度特性データから補正量を算出する処理が必要になることから、このようなものをセンサノードに搭載すると消費電力が高くなることが予想される。
【０００９】
一方、無線センサネットワークを利用する方法では、各センサノードにおいては、そのセンサ出力に影響を与える周囲環境条件の変化による影響を考慮する必要があるため、周囲環境情報も取り込み、周囲環境条件による影響を補正する演算を行ったうえで、センサノードからのセンサ出力として送信することになる。
【００１０】
このため、センサノードにおいては、周囲環境条件の変化によるセンサ出力の変化特性を記憶し、補正演算をする必要があり、そのためには、長期運用に耐えられる容量と耐力を有するバッテリ等の電源が必要となる。
【００１１】
センサノードは通常多数であり、送信距離も様々である場合が多い。各センサノードで取り込む周囲環境情報も、センサの計測対象や型式により多様であるため、センサノードへの供給電力消費は相当量にのぼる。このため電力消費の抑制が重要となってくる。
【００１２】
本発明は、複数個所に設置されたセンサについて電力消費を抑制した補正をすることができることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上述の目的を達成するため、本発明に係るセンサネットワークシステムは、複数個所に設置された複数のセンサ部と、前記各センサ部からの出力を伝送するセンサ出力伝送部と、前記センサ部からの出力を補正する補正装置と、を備えるセンサネットワークシステムにおいて、前記補正装置は、前記センサ出力伝送部からの各センサ出力を受信するセンサ出力収集部と、前記各センサ出力に影響する各環境条件に関連する環境パラメータ情報を収集する環境パラメータ収集部と、予め取得された前記環境パラメータの変化に対する前記各センサ出力の変化の特性を記憶する影響特性記憶部と、前記センサ出力収集部で収集された前記各センサ出力と、前記環境パラメータ収集部で収集された前記各環境パラメータ情報とを対応づけた上で、前記影響特性記憶部に記憶されている影響特性に基づき、前記各センサ出力を補正する補正演算部と、を有することを特徴とする。
【００１４】
また、本発明に係るセンサ出力補正方法は、複数個所に設置されたセンサ部の出力の補正を行うセンサ出力補正方法において、影響特性記憶部が、前記各センサ出力に影響する各環境パラメータの影響特性を記憶するステップと、センサ出力伝送部が、複数個所に設置された各センサ部の出力を伝送するステップと、環境パラメータ情報収集部が、環境パラメータ情報を収集するステップと、環境パラメータ情報伝送部が、前記環境パラメータ収集部の出力を伝送するステップと、補正装置のセンサ出力収集部が、前記各センサ部からの各センサ出力を受信するステップと、補正装置の環境パラメータ情報収集部が、前記環境パラメータ情報伝送部からの各環境パラメータ情報を受信するステップと、補正装置の補正演算部が、受信した前記各センサ出力と前記環境パラメータ情報とに基づき、前記各センサ出力と前記各環境パラメータ情報とを対応させるステップと、前記補正演算部が、前記影響特性記憶部に記憶されている影響特性に基づき、前記各センサ部からの出力を補正するステップと、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、電力消費を抑制した補正をすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明に係るセンサネットワークシステムの第１の実施形態の基本構成を示すブロック図である。
【図２】第１の実施形態における補正装置の構成を示すブロック図である。
【図３】第１の実施形態を説明するためのセンサの基準特性の例を示す図である。
【図４】本発明に係るセンサネットワークシステムの第２の実施形態の基本構成を示すブロック図である。
【図５】各センサの個別特性の例を示す図である。
【図６】本発明に係るセンサネットワークシステムの第３の実施形態を説明するオフセット量の例を示す図である。
【図７】温度特性の変化例を示す図である。
【図８】本発明に係るセンサネットワークシステムの第４の実施形態を説明する構成図である。
【図９】第４の実施形態を説明する補正量の時間変化図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面を参照して本発明に係るセンサネットワークシステムの実施形態について説明する。ここで、同一または類似の部分には、共通の符号を付して、重複説明は省略する。
【００１８】
[第１の実施形態]
図１は、本発明に係るセンサネットワークシステムの第１の実施形態の基本構成を示すブロック図である。
【００１９】
以下、代表例として加速度センサに関する補正について示す。また、加速度センサの計測誤差に影響する因子である環境パラメータを温度とした。
【００２０】
各加速度センサは、図１の各センサノード２１に相当する。以下、加速度センサをセンサノード２１で表現する。通常の無線センサネットワーク１５を利用する方法では、各センサノード２１においては、そのセンサ出力に影響を与える周囲環境情報も取り込み、環境パラメータ情報による影響を補正する演算を行ったうえで、各センサノード２１からのセンサ出力として送信するのが一般的である。
【００２１】
一方、図１のセンサノード２１は、このような補正をすることなしにセンサ出力を発する場合も含んでいる。各加速度センサの計測データは、基本的には、無線伝送、すなわち無線センサネットワーク１５により収集が行われる。具体的には、各センサノード２１から基地局２３に無線により送信され、基幹ネットワーク２７により補正装置３０に伝送される。
【００２２】
環境パラメータとしての温度計測すなわち温度計２４は、当該設備が備えるもので計測することでもよいが、たとえば空調制御システムにおいて温度制御に利用されるものを図１のサーバ２５に取り込んで流用することや、他の無線センサネットワークを介して入手可能な情報として温度情報を収集するものでも良い。このように既設の温度情報収集手段が利用可能である。また、この環境パラメータ情報のデータ伝送手段である環境パラメータ伝送部２８の形態は、無線、有線を問わない。
【００２３】
また、屋外などの温度情報はインターネット２６経由でも入手可能である。各センサノード２１による計測データ及び温度情報は、補正装置３０に収集される。
【００２４】
以上のように、センサネットワークシステム１０は、各センサノード２１とその伝送部である無線センサネットワーク１５、環境パラメータ計測用の温度計２４あるいはその他の設備や公開データによる温度情報とその伝送手段である環境パラメータ伝送部２８とを有する。
【００２５】
図２は、本実施形態における補正装置の構成を示すブロック図である。
【００２６】
図２に示すように、補正装置３０は、各加速度センサに相当するセンサノード２１からのセンサ出力を収集するセンサ出力収集部３３、各温度計２４からの温度情報を収集する環境パラメータ情報収集部３４、センサ出力に対する環境パラメータの影響特性を基準特性データとして記憶する影響特性記憶部３２および、補正演算部３１を有する。
【００２７】
図３は、本実施形態を説明するためのセンサの基準特性の例を示す図であり、ここに示すように、センサ出力に対する環境パラメータ情報の影響特性、すなわち、温度に依存する加速度センサ出力の誤差の相関特性を示すものである。これにより、温度情報をもとに加速度センサの計測データを補正することが可能となる。
【００２８】
補正演算部３１は、センサ出力収集部３３に収集された各センサ出力情報と、環境パラメータ情報収集部３４に収集された各環境パラメータ情報とに基づき、まず、各センサ出力情報について、どの環境パラメータ情報が対応するかの対応付けを行う。その上で、センサ出力に対する環境パラメータ情報の影響特性に基づき、センサ出力を補正する。
【００２９】
なお、環境パラメータのセンサ出力に対する影響特性は、同一の型式のセンサについては、例えばカタログ値にもとづく特性あるいは各センサの平均値でもよい。
【００３０】
通常の無線ネットワークによるセンサノードにおいては、周囲環境条件の変化による環境パラメータ情報のセンサ出力に対する影響特性を記憶し、環境パラメータ情報に基づきセンサ出力を補正演算した上でセンサノードから出力する。この演算処理等のために、長期運用に耐えられる容量と耐力を有するバッテリ等の電源が必要となる。
【００３１】
一方、本実施形態によれば、補正演算は、補正装置３０において行うため、各センサノード２１での補正演算は不要である。このため、各センサノードにおいて環境パラメータを収集する必要がなく、各センサーノード２１における負荷が大幅に減少し、各センサノード２１における電力消費を抑制した補正をすることができる。
【００３２】
[第２の実施形態]
図４は、本発明に係るセンサネットワークシステムの第２の実施形態の基本構成を示すブロック図である。本実施形態は、第１の実施形態の変形であり、その構成は、補正装置３０の影響特性記憶部３２の内容を除き第１の実施形態と同一である。
【００３３】
図５は、各センサノード２１のセンサの個別特性の例を示す図である。このように、センサの種類が同一であっても、それぞれのセンサごとに温度に対する誤差の特性は異なっている。
【００３４】
このように、詳細には影響特性は、それぞれのセンサ個別に異なっており、必要に応じて、影響特性データにこの点を考慮してもよい。影響特性記憶部３２は、各センサノード２１に対応したそれぞれ個別の影響特性データを影響特性記憶部３２に記憶する。補正演算部３１はこれに基づき補正を行う。
【００３５】
以上のように、各センサに対応したそれぞれ個別の影響特性データに基づき補正を行うことにより、さらに精度の向上を図ることが可能となる。
【００３６】
[第３の実施形態]
図６は、本発明に係るセンサネットワークシステムの第３の実施形態を説明するオフセット量の例を示す図である。
【００３７】
例示しているセンサノード２１のセンサである加速度センサと温度計２４の取得場所が離れているあるいは遮蔽物が存在するなどにより実際の温度と収集される温度情報とに差がある場合は、図６に示すようにその特性を予め算出して、補正装置３０の影響特性記憶部３２にこのオフセット量を記憶させ、補正演算部３１で、影響特性データにこのオフセット量を考慮することにより、補正精度を確保することが可能となる。なお、オフセット量分を修正した影響特性を影響特性記憶部３２に記憶させることでもよい。
【００３８】
また、補正演算部３１において演算された補正量が所定の値を超える場合は、前記のオフセット量を付加する方法でもよい。
【００３９】
図７は、温度特性の変化例を示す図である。たとえば同図の時間軸が年間の場合は、季節による変動を示す図となる。このように、全くセンサ周辺の温度情報が取得できない場合においても、たとえば、昼夜の時間、季節、あるいは設備の稼働状態などを予め把握して、図７に示すようなセンサ設置場所の温度特性を算出することにより補正を行うことができる。システムに何らかの異常が発生し、温度情報が取得できない場合を考慮し、複数の温度情報入手経路を組み合わせることで安定稼働も可能である。
【００４０】
[第４の実施形態]
図８は、本発明に係るセンサネットワークシステムの第４の実施形態を説明する構成図である。同図に示すように、補正装置３０に補正量の履歴を記憶する補正履歴記憶部３５を設けることにより、過去の情報を確認するようなトレーサビリティに応用することができる。
【００４１】
図９は、本実施形態を説明する補正量の時間変化図である。補正量が著しく大きくなったということは、センサ出力あるいは環境パラメータ情報が大幅に変化したことを示している。たとえば、センサノード２１のセンサの環境条件がセンサが耐えられる環境スペックをオーバーするような異常値を発した場合のように、補正量が所定の値を超えた場合においては、環境条件の変化あるいはセンサ出力または環境パラメータ情報のいずれかが異常であるとして、補正装置３０から管理者に対し注意を喚起するために、アラーム通報のための信号を出力することも有効である。
【００４２】
〔その他の実施形態〕
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。例えば、センサ出力の伝送手段は、無線伝送に限定するものではなく、無線伝送以外の伝送方法でもよい。
【００４３】
また、各実施形態の特徴を組み合わせてもよい。たとえば、各実施形態における環境パラメータの収集方法を併用することにより、冗長性を確保することでもよい。
【００４４】
同一環境パラメータについて複数の値が得られた場合の処理方法は、これらの平均値をとる方法、あるいは、センサ出力の性格上、複数の値の最大値または最小値をとる方法などが考えられる。また、複数の値の偏差によって異常判定に使用することでもよい。
【００４５】
また、これらの実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００４６】
１０・・・センサネットワークシステム
１５・・・無線センサネットワーク（センサ出力伝送部）
２１・・・センサノード（センサ部）
２３・・・基地局
２４・・・温度計（環境パラメータ測定部）
２５・・・サーバ
２６・・・インターネット
２７・・・基幹ネットワーク
２８・・・環境パラメータ伝送部
３０・・・補正装置
３１・・・補正演算部
３２・・・影響特性記憶部
３３・・・センサ出力収集部
３４・・・環境パラメータ情報収集部
３５・・・補正履歴記憶部
【図１】
2013036812.tif 000003
【図２】
2013036812.tif 000004
【図３】
2013036812.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
2013036812.tif 000008
【図７】
2013036812.tif 000009
【図８】
2013036812.tif 000010
【図９】
2013036812.tif 000011