(57)【要約】【課題】対象物に設置された無線通信装置からの応答信号をより高速に読み取ること。【解決手段】無線通信システムは、センサが検知したアナログ量をデジタルデータに変換したセンシング情報を、無線通信コマンドを介して応答可能な無線通信装置と、当該無線通信装置と通信するための読み取り装置とを備える無線通信システムであって、前記無線通信装置として、互いに異なるコマンドに応答するｎ種類の無線通信装置を備え（ｎは、自然数）、前記読み取り装置として、前記ｎ種類の無線通信装置のそれぞれに対応したコマンドを送信可能なｎ種類の読み取り装置を備え、前記ｎ種類の無線通信装置は、所定の間隔で第１から第ｎの無線通信装置が順番に且つ繰り返し対象物に設置され、前記ｎ種類の読み取り装置は、前記対象物に沿って移動可能な移動体に、所定の間隔で第１から第ｎの読み取り装置が順番に且つ繰り返し設置されている。【選択図】図１
2016154283.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
センサが検知したアナログ量をデジタルデータに変換したセンシング情報を、無線通信コマンドを介して応答可能な無線通信装置と、当該無線通信装置と通信するための読み取り装置とを備える無線通信システムであって、
前記無線通信装置として、互いに異なるコマンドに応答するｎ種類の無線通信装置を備え（ｎは、自然数）、
前記読み取り装置として、前記ｎ種類の無線通信装置のそれぞれに対応したコマンドを送信可能なｎ種類の読み取り装置を備え、
前記ｎ種類の無線通信装置は、所定の間隔で第１から第ｎの無線通信装置が順番に且つ繰り返し対象物に設置され、
前記ｎ種類の読み取り装置は、前記対象物に沿って移動可能な移動体に、所定の間隔で第１から第ｎの読み取り装置が順番に且つ繰り返し設置されている、
無線通信システム。
【請求項２】
前記ｎ種類の読み取り装置のそれぞれは、隣に設置される読み取り装置とは前記ｎ種類の無線通信装置に対する読み取り範囲以上の間隔をあけて前記移動体に設置される、
請求項１に記載の無線通信システム。
【請求項３】
前記ｎ種類の読み取り装置は、前記移動体が前記対象物に沿って移動することにより、それぞれ対応したコマンドを介して、それぞれ対応する無線通信装置から前記センシング情報を受信する、
請求項１または請求項２に記載の無線通信システム。
【請求項４】
前記無線通信装置は、前記センサとして温度センサを備えている、
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の無線通信システム。
【請求項５】
前記無線通信装置は、前記センサとしてひずみセンサまたは振動センサを備えている、
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の無線通信システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線通信システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
電磁波を介して、外部読み取り装置と非接触で通信を行う無線通信装置として、ＲＦＩＤ（Ｒａｄｉｏ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）タグや、非接触ＩＣカードなどが一般に知られている。これらの無線通信装置は、読み取り装置から電磁波を介してコマンドを送信または受信することにより、コマンドの要求に応じてデータの書き込みや読み出しを行うことができる。
【０００３】
一般にＲＦＩＤタグは、非接触ＩＣカードなどに比べると読み取れる情報量は少ないが、バーコードよりは多く、中でもＵＨＦ（Ｕｌｔｒａ  Ｈｉｇｈ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）帯ＲＦＩＤタグは、数メートルの距離でも複数同時に読み取ることができるという利点があり、商品や人の管理をはじめ、物流、医療、建築、交通分野など、幅広く活用されている。
ＲＦＩＤタグからデータを読み出す場合、一般的に物流分野などでは、読み取り装置を所定の場所に設置して、ベルトコンベヤで搬送されてきた荷物に設置されたＲＦＩＤタグを読み出す場合など、比較的遅い速度で使用することが多い。しかし、鉄道や自動車など、交通分野などでは、少なくともＲＦＩＤと読み取り装置のどちらかを移動体に設置して、比較的速い速度で使用される場合もある。例えば、ＲＦＩＤタグが鉄道列車の車番管理用として使用されるシステムがある。このシステムは、車両にＲＦＩＤタグを取り付け、駅と駅の間、操車場、大型貨物輸送センター等に読み取り装置が設置され、運行されている列車および車両の情報を識別するというものである。
【０００４】
近年では、このようなＲＦＩＤタグに、さらにセンサ機能を内蔵したＲＦＩＤタグが提案されている。これは、ＲＦＩＤタグに環境変化をセンシングするためのセンサ機能を内蔵し、外部読み取り装置からセンシング情報を読み取るものである。このようなセンサ機能を内蔵したＲＦＩＤタグは、様々な分野への応用が検討されており、特に前述の交通分野への応用が注目されている。例えば、鉄道軌道のひずみや温度の変化をモニタすることで軌道の劣化状態を管理する場合や、またトンネル内壁のコンクリートに温度センサを内蔵したＲＦＩＤタグを埋設し、温度を管理することによりコンクリートの劣化状態を管理する場合がある。いずれの場合も、ＲＦＩＤタグを保守管理対象に埋設し、読み取り装置を設置した移動体が走行中に、埋設されたＲＦＩＤタグを読み取ることとなり、比較的速い速度での使用となる。また、これらの場合、より速い速度でＲＦＩＤタグを読み取ることにより、保守管理業務の効率化を図ることが可能となる。
【０００５】
このように比較的速い速度でＲＦＩＤタグを読み取る方法としては、例えば、起動信号を送信する読み取り装置を移動体の前方に設置し、タグからの応答信号を受信する読み取り装置を移動体の後方に設置することにより、タグにおける許容応答時間を延ばし、保守管理対象の測定データを収集する方法が開示されている（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１２−０８４０６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に開示された方法では、移動体の速度がある一定のレベルまでは有効であるが、速度がさらに上がると、ＲＦＩＤタグを読み取るために許容された時間も短くなり、やがて読み出しに必要な時間を下回ると、対象物（例えば、保守管理対象）から必要な情報が得られなくなる。
【０００８】
本発明は、上記した事情に鑑みてなされたもので、対象物に設置された無線通信装置からの応答信号をより高速に読み取ることができる無線通信システムを提供することを目的の一つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一態様は、センサが検知したアナログ量をデジタルデータに変換したセンシング情報を、無線通信コマンドを介して応答可能な無線通信装置と、当該無線通信装置と通信するための読み取り装置とを備える無線通信システムであって、前記無線通信装置として、互いに異なるコマンドに応答するｎ種類の無線通信装置を備え（ｎは、自然数）、前記読み取り装置として、前記ｎ種類の無線通信装置のそれぞれに対応したコマンドを送信可能なｎ種類の読み取り装置を備え、前記ｎ種類の無線通信装置は、所定の間隔で第１から第ｎの無線通信装置が順番に且つ繰り返し対象物に設置され、前記ｎ種類の読み取り装置は、前記対象物に沿って移動可能な移動体に、所定の間隔で第１から第ｎの読み取り装置が順番に且つ繰り返し設置されている、無線通信システムである。
【００１０】
また、本発明の一態様は、上記無線通信システムにおいて、前記ｎ種類の読み取り装置のそれぞれは、隣に設置される読み取り装置とは前記ｎ種類の無線通信装置に対する読み取り範囲以上の間隔をあけて前記移動体に設置される。
【００１１】
また、本発明の一態様は、上記無線通信システムにおいて、前記ｎ種類の読み取り装置は、前記移動体が前記対象物に沿って移動することにより、それぞれ対応したコマンドを介して、それぞれ対応する無線通信装置から前記センシング情報を受信する。
【００１２】
また、本発明の一態様は、上記無線通信システムにおいて、前記無線通信装置として、前記センサを備えたパッシブ型ＵＨＦ（Ｕｌｔｒａ  Ｈｉｇｈ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）帯ＲＦＩＤ（Ｒａｄｉｏ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  ＩＤｅｎｔｉｆｉｅｒ）が用いられる。
【００１３】
また、本発明の一態様は、上記無線通信システムにおいて、前記無線通信装置は、前記センサとして温度センサを備えている。
【００１４】
また、本発明の一態様は、上記無線通信システムにおいて、前記ｎ種類の読み取り装置は、前記移動体が前記対象物に沿って移動することにより、それぞれ対応したコマンドを介して、それぞれ対応する無線通信装置から、前記温度センサが検知したアナログ量をデジタルデータに変換した前記センシング情報を受信する。
【００１５】
また、本発明の一態様は、上記無線通信システムにおいて、前記無線通信装置は、前記センサとしてひずみセンサまたは振動センサを備えている。
【００１６】
また、本発明の一態様は、上記無線通信システムにおいて、前記ｎ種類の読み取り装置は、前記移動体が前記対象物に沿って移動することにより、それぞれ対応したコマンドを介して、それぞれ対応する無線通信装置から、前記ひずみセンサまたは前記振動センサが検知したアナログ量をデジタルデータに変換した前記センシング情報を受信する。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、対象物に設置された無線通信装置からの応答信号をより高速に読み取ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】第１実施形態に係る無線通信システムの構成の一例の説明図である。
【図２】第１実施形態に係る無線通信システムの構成の詳細説明図である。
【図３】読み取り装置から送信されるポーリング波形の概念図である。
【図４】無線通信装置が受信するＲＦキャリアの状態の概念図である。
【図５】読み取り装置のアンテナ特性と通信範囲との関係を示す図である。
【図６】円偏波と直線偏波の電波の進行方向を示した図である。
【図７】読み取り装置と無線通信装置との間のコマンド通信の概念図である。
【図８】第３実施形態に係る無線通信システムの使用例の説明図である。
【図９】第４実施形態に係る無線通信システムの使用例の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
まず始めに、従来技術の課題について具体的に説明する。例えば、特許文献１に開示された方法は、移動体の速度がある一定のレベルまでは有効であるが、速度がさらに上がると、ＲＦＩＤタグを読み取るために許容された時間も短くなり、やがて読み出しに必要な時間を下回ると、保守管理対象から必要な情報が得られないことになる。
【００２０】
読み取り装置とＲＦＩＤタグの少なくともいずれかを移動体に設置し、動的に読み出しを行う場合、読み取り装置の読み取り可能な通信範囲をＬ〔ｍ〕、移動体の速度をＶ〔ｋｍ／ｈ〕、ＲＦＩＤタグに許容される読み出し時間をｔ〔ｓｅｃ〕とすると、これらの関係は以下に示す（式１）で表される。
ｔ＝３．６×Ｌ／Ｖ〔ｓｅｃ〕・・・（式１）
【００２１】
例えば、Ｌ＝１ｍ、Ｖ＝６０ｋｍ／ｈとして、上述の（式１）を用いて計算すると、ＲＦＩＤタグに許容される読み出し時間ｔは、６０ｍｓとなる（ｔ＝３．６×１／６０＝０．０６〔ｓｅｃ〕＝６０〔ｍｓ〕）。
【００２２】
但し、ＲＦＩＤタグに許容される読み出し時間ｔの中で、通信タイミングに係りなく少なくとも１回以上の読み出しが完了するためには、ＲＦＩＤタグの読み出し周期を、この時間ｔの半分以下にする必要がある。なお、ＲＦＩＤタグは、通信エラーが出る場合などを考慮すると、所定の時間内に読み出しができる回数が多ければ多い程、より安定して確実に読み取ることができる。
【００２３】
従って、所定の読み出し時間内に読み出す回数をＮとすると、ＲＦＩＤタグの読み出し周期Ｔは、以下に示す（式２）で表される。
Ｔ＝（３．６／(Ｎ＋１）)×（Ｌ／Ｖ）〔ｓｅｃ〕・・・（式２）
【００２４】
例えば、Ｎ＝１回、Ｌ＝１ｍ、Ｖ＝６０ｋｍ／ｈとして、上述の（式２）を用いて計算すると、ＲＦＩＤタグに許容される読み出し周期Ｔは、３０ｍｓとなる（Ｔ＝（３．６／２）×（１／６０）＝３０〔ｍｓ〕）。すなわち、通信範囲が１ｍの読み出し装置が設置された移動体が、６０ｋｍ／ｈの速度で、ＲＦＩＤタグに対して通過する場合、所定の時間内に少なくとも１回の読み出しが完了するための読み出し周期は３０ｍｓ以下となる。
【００２５】
また、近年、センサ機能が内蔵されたＲＦＩＤタグを使用したシステムを用いた保守管理システムが検討されている。例えば、鉄道軌道のひずみや温度の変化をモニタすることで軌道の劣化状態を管理するシステムや、またトンネル内壁のコンクリートに温度センサが内蔵されたＲＦＩＤタグを設置し、温度を管理することによりコンクリートの劣化状態を管理するシステムなどが検討されている。これらはいずれも、読み取り装置を搭載した保守車両を走らせて、走行中に、各場所に設置されたＲＦＩＤタグからセンシング情報を収集し、保守管理対象の劣化状態を管理するというものである。
【００２６】
しかし、このようなセンサ機能を搭載したＲＦＩＤタグが導入され始めると、保守管理対象も多くなってくるため、保守管理業務の効率化のため、より速い速度での読み取りが求められる。より速い速度でＲＦＩＤタグを読むためには、上記（式２）において、通信範囲Ｌを長くするか、ＲＦＩＤタグの読み出し周期Ｔを短くすることが考えられる。
【００２７】
一般的なＲＦＩＤタグでは、複数のＲＦＩＤタグを同時に読み取ることができるが、コマンド通信はシリアルに行われるため、同時に読み出すＲＦＩＤタグが多い程、コマンド通信にかかる時間は長くなる。このため、このような移動体通信においては、選択したＲＦＩＤタグのみを読み取る設定にしてコマンド処理時間を短くすることが必要となる。しかし、ＲＦＩＤタグの読み出し周期Ｔは、コマンド処理時間の他、読み取り装置の処理能力にも依存する。このため、これらの処理時間や処理能力の限界により、ある一定時間（例えば、数ｍｓ）以下にまで短くすることは困難である。
【００２８】
この対策として、通信範囲Ｌを長くしてＲＦＩＤタグに許容される読み出し時間ｔを長くすることが考えられる。通信範囲Ｌを長くする対策としては、ＲＦＩＤタグの中でも比較的通信距離が長いＵＨＦ帯を使用することが考えられる。ＵＨＦ帯のＲＦＩＤタグでは、一般に３ｍ〜５ｍで通信が可能となっている。
例えば、Ｎ＝１回、Ｌ＝５ｍ、Ｖ＝６０ｋｍ／ｈとして、上述の（式２）を用いて計算すると、ＲＦＩＤタグに許容される読み出し周期Ｔは、１５０ｍｓｅｃとなる（Ｔ＝（３．６／２）×（５／６０）＝１５０〔ｍｓ〕）。
【００２９】
ここで、読み出し周期Ｔに対して、対応可能な移動体の速度は、以下の（式３）で表される。
Ｖ＝（３．６／（Ｎ＋１））×（Ｌ／Ｔ）〔ｓｅｃ〕・・・（式３）
仮に、読み出し周期Ｔが３０ｍｓであるとすると、対応可能な移動体の速度Ｖは、この（式３）により、３００ｋｍ／ｈとなる（Ｖ＝（３．６／２）×（５／０．０３）＝３００〔ｋｍ／ｈ〕）。
【００３０】
しかしながら、保守管理対象に設置されているＲＦＩＤタグが、読み取り装置の通信範囲内に１枚しか存在しない場合は問題ないが、複数存在する場合には、読み取り装置からの通信コマンドに、所望のＲＦＩＤタグ以外も応答してしまうという問題がある。読み取り装置は、単数読み取りの設定状態で、複数のＲＦＩＤタグが応答すると、一つのコマンドに対し複数のＲＦＩＤタグが同時に応答を返すため、コリジョンが発生し、ひいては、１枚も読むことができなくなる。従ってＲＦＩＤタグを設置する際は、読み取り装置の読み取り範囲以上の間隔をあける必要があり、きめ細やかな管理ができないという問題があった。
【００３１】
例えば、トンネルの内壁のコンクリートの状態を、よりきめ細やかに管理する場合、ＲＦＩＤタグを１ｍ程度の間隔で設置する必要がある。この場合、読み取り装置の通信範囲Ｌが５ｍであれば複数のＲＦＩＤタグが同時に応答してしまうため、読み取り装置の通信範囲を狭く設定せざるを得なくなる。しかし、読み取り装置の動作範囲を１ｍにすると、ＲＦＩＤタグを設置する間隔は短くできるが、許容される読み出し時間ｔも短くなり、高速での読み取りが困難になるという問題があった。
【００３２】
そこで、本実施形態に係る無線通信装置では、保守管理対象（対象物の一例）に設置する無線通信装置の間隔を短くしても近隣の無線通信装置と干渉することなく、また、移動体が高速で走行中であっても、それぞれの無線通信装置からセンシング情報を取得できるように構成した。
以下、図面を参照して、本実施形態について説明する。なお、許容される読み出し時間ｔのことを、以下の説明において「許容読み出し時間ｔ」ともいう。
【００３３】
［本実施形態の概要］
まず、本実施形態の概要について説明する。本実施形態に係る無線通信システムは、センサが検知したアナログ量をデジタルデータに変換したセンシング情報を、無線通信コマンドを介して応答可能な無線通信装置と、当該無線通信装置と通信するための読み取り装置とを備えている。無線通信装置としては、互いに異なるコマンドに応答するｎ種類の無線通信装置が備えられている（ｎは、自然数）。また、読み取り装置としては、ｎ種類の無線通信装置のそれぞれに対応したコマンドを送信可能なｎ種類の読み取り装置が備えられている。また、ｎ種類の無線通信装置は、所定の間隔で第１から第ｎの無線通信装置が順番に且つ繰り返し保守管理対象に設置されている。一方、ｎ種類の読み取り装置は、保守管理対象に沿って移動可能な移動体に、所定の間隔で第１から第ｎの読み取り装置が順番に且つ繰り返し設置されている。
【００３４】
そして、移動体に設置されたｎ種類の読み取り装置は、移動体が保守管理対象に沿って移動することにより、それぞれ対応したコマンドを介して、それぞれ対応する無線通信装置からセンシング情報を受信する。これにより、隣接した無線通信装置と干渉することなく、移動体が高速でセンシング情報を収集可能である。
【００３５】
例えば、第１の無線通信装置は予め第１の読み取り装置からのコマンド１にのみ応答するように設定されている。このため、第１の読み取り装置以外の読み取り装置から送信されるコマンドには無応答となる。同様に、第ｎの無線通信装置は、予め第ｎの読み取り装置からのコマンドｎにのみ応答するように設定されている。このため、第ｎの読み取り装置以外の読み取り装置から送信されるコマンドには無応答となる。
また、例えば、ｎ種類の読み取り装置のそれぞれは、隣に設置される読み取り装置とは、ｎ種類の無線通信装置に対する読み取り範囲以上の間隔をあけて移動体に設置されている。
【００３６】
このような構成において、移動体に設置された第１の読み取り装置は、通信範囲内に入った複数の無線通信装置の全てに対し、コマンド１を送信すると、第１の無線通信装置のみが応答を返すため、複数の無線通信装置の中から、第１の無線通信装置の情報のみを収集することができる。すなわち、移動体に設置された第ｎの読み取り装置は、通信範囲内に入った複数の無線通信装置の全てに対し、コマンドｎを送信すると、第ｎの無線通信装置のみが応答を返すため、複数の無線通信装置の中から、第ｎの無線通信装置の情報のみを収集することができる。
【００３７】
従って、読み取り装置の通信範囲内にｎ種類の無線通信装置が存在していても、所望の無線通信装置の情報だけを確実に読み取ることができる。また、読み取り装置のアンテナ特性や出力を調整して通信範囲を広げ、それに合わせてｎの値を大きくすることで、さらに移動体の高速化を図ることができる。
【００３８】
ここで、ｎの値と、読み取り装置の通信範囲との関係について説明する。
ｎ種類の無線通信装置を保守管理対象に設置する場合、読み取り装置の通信範囲によってｎの値を決める必要がある。ｎの値と読み取り装置の通信範囲Ｌ〔ｍ〕との関係は、無線通信装置の配置間隔をＤｔ〔ｍ〕とすると、以下の（式４）で表される。
ｎ＝Ｌ／Ｄｔ・・・（式４）
【００３９】
例えば、通信範囲Ｌが５ｍの読み取り装置に対し、１ｍ間隔で無線通信装置を配置した場合、ｎ＝５／１＝５となる。但し、ｎの値は自然数であり、計算上端数が出た場合は切り上げる必要がある。従って、この例の場合には、ｎの値を少なくとも５以上に設定することにより、通信範囲Lを５ｍに設定しつつ、近隣の無線通信装置と干渉することなく、所望の無線通信装置の情報だけを確実に取得することができる。
以下、本実施形態に係る無線通信システムについて、図面を参照して具体的に説明する。
【００４０】
［第１の実施形態]
図１は、本実施形態に係る無線通信システムの構成の一例の説明図である。無線通信システム１００は、保守管理対象３００に設置される無線通信装置２ｊ（ｊ＝１〜ｎ）と、移動体２００に設置される読み取り装置４ｊ（ｊ＝１〜ｎ）とを備えている。この図に示す保守管理対象３００は、例えば鉄道のトンネルの内壁コンクリートである。この保守管理対象３００の中を移動体２００（例えば、車両）が走行する。移動体２００の進行方向は、トンネルの長手方向（進行方向は正逆いずれでもよい）であり、矢印９０で示している。
【００４１】
保守管理対象３００には、センサが検知したアナログ量をデジタルデータに変換し、互いに異なる無線通信コマンドを介して応答可能なｎ種類の無線通信装置２ｊが埋設されている。具体的には、保守管理対象３００には、無線通信装置２ｊが、トンネルの長手方向（矢印９０の方向）に沿って、所定の間隔で無線通信装置２１から無線通信装置２ｎまで順番に、且つ、繰り返し並んで埋設されている。例えば、無線通信装置２ｊは、保守管理対象３００において管理に必要な任意の間隔で埋設されている。
【００４２】
移動体２００には、無線通信装置２ｊの情報を読み取るためのｎ種類の読み取り装置４ｊが設置されている。具体的には、移動体２００の保守管理対象３００と対面する側の両側面には、移動体２００の進行方向（矢印９０の方向）に沿って、所定の間隔で読み取り装置４１から読み取り装置４ｎまで順番に、且つ、繰り返し並んで設置されている。例えば、読み取り装置４ｊは、両隣の読み取り装置４ｊと通信範囲が重ならないように、一定の間隔をあけて配置されている。また、読み取り装置４ｊの通信範囲は、無線通信装置２ｊと読み取り装置４ｊとの距離と、ｎの値に合わせて設定されている。
【００４３】
ここで、ｎ種類の読み取り装置４ｊのそれぞれは、異なる無線通信コマンドに応答可能なｎ種類の無線通信装置のそれぞれに対応したコマンドを送信可能である。つまり、読み取り装置４ｎは、無線通信装置２ｎのみが応答可能な無線通信コマンドを送信し、無線通信装置２ｎのみからセンシング情報を受信する。即ち、読み取り装置４ｎは、無線通信装置２ｎとのみ通信が可能である。
【００４４】
図２を参照して、読み取り装置４ｊの通信範囲について説明する。
図２は、本実施形態に係る無線通信システムの構成の詳細説明図である。この図は、図１において、仮にｎを４とした場合の構成例として、詳しく示したものである。この図に示す構成では、無線通信装置２１から無線通信装置２４の４種類の無線通信装置２ｊが、保守管理対象３００に配置間隔Ｄｔ〔ｍ〕で、順番に、且つ繰り返し埋設されている。また、移動体２００には読み取り装置４１から読み取り装置４４の４種類の読み取り装置４ｊが設置されている。なお、一部を省略して図示している。
【００４５】
この図において、保守管理対象３００内を移動体２００が走行する場合、移動体２００に設置されている読み取り装置４ｊと、保守管理対象３００に埋設されている無線通信装置２ｊとの距離は、距離ｄ〔ｍ〕であるとする。また、読み取り装置４ｊの通信範囲Ｌ〔ｍ〕は、無線通信装置２ｊと距離ｄ〔ｍ〕だけ離れた位置において通信が可能な範囲を示している。
【００４６】
ここで、読み出し周期Ｔの無線通信装置２ｊが埋設されている保守管理対象３００の横を、移動体２００が速度Ｖ〔ｋｍ／ｈ〕で通過しながら、それぞれの無線通信装置２ｊから少なくとも１回以上情報を取得する場合、読み取り装置４ｊに求められる通信範囲Ｌは、前述した（式３）を変形した（式５）により表すことができる。
Ｌ＝Ｖ×Ｔ×（（Ｎ＋１）／３．６）〔ｍ〕・・・（式５）
ここで、Ｖ＝２４０ｋｍ／ｈ、Ｔ＝０．０３ｓｅｃであるとすると、Ｌ＝２４０×０．０３×（２／３．６）＝４〔ｍ〕となり、通信範囲Ｌを４ｍ以上になるように調整すると良いことがわかる。
【００４７】
また、通信範囲Ｌとｎ、および間隔Ｄｔの関係は、以下の（式６）により表される。
Ｄｔ＝Ｌ／ｎ〔ｍ〕・・・（式６）
ここで、Ｌが４ｍ、ｎが４の場合、Ｄｔ＝４／４＝１〔ｍ〕となり、無線通信装置２ｊが設置される間隔Ｄｔは、１ｍ以上に設定したら良いことがわかる。
なお、ｎが５の場合にはＤｔ＝４／５＝０．８〔ｍ〕、また、ｎが８の場合にはＤｔ＝４／８＝０．５〔ｍ〕となり、ｎを増やすことによって、移動体２００の速度に関係なく、無線通信装置２ｊの間隔Ｄｔを狭くすることができる。また、移動体２００における読み取り装置４ｊの配置間隔Ｄｒ〔ｍ〕は、例えば、無線通信装置２ｊに対する読み取り範囲以上の間隔、即ち、通信範囲Ｌ以上の間隔である。例えば、Ｌが４ｍの場合、読み取り装置４ｊの配置間隔Ｄｒは、４ｍ以上に設定される。なお、配置間隔Ｄｒは、通信範囲Ｌ以上の間隔に限らず、通信範囲Ｌ未満の間隔としてもよい。
【００４８】
この図に示す状態では、読み取り装置４１は、自身の通信範囲Ｌの範囲内にある無線通信装置２４、無線通信装置２１、無線通信装置２２、及び無線通信装置２３のうちの無線通信装置２１とのみ通信を行う。また、読み取り装置４２は、自身の通信範囲Ｌの範囲内にある無線通信装置２４、無線通信装置２１、無線通信装置２２、及び無線通信装置２３のうちの無線通信装置２２とのみ通信を行う。
【００４９】
次に、図３及び図４を参照して、許容読み出し時間ｔと読み出し周期Ｔの関係について説明する。
図３は、読み取り装置４ｊから送信されるポーリング波形の概念図である。読み取り装置４ｊは、通常、ＲＦキャリアＯＦＦ状態からＯＮ状態に遷移すると、無線通信装置２ｊに対して無線通信コマンドを送信する。この無線通信コマンドに応答する無線通信装置２ｊが周辺に存在しない場合は、読み取り装置４ｊは、ＲＦキャリアをＯＦＦ状態に遷移する。ＲＦキャリアのＯＦＦ期間は、無線通信装置２ｊへのリセット信号でもあり、読み取り装置４ｊは、一定期間ＯＦＦに遷移すると、再びＯＮ状態に遷移し、無線通信コマンドを送信する。これが繰り返される状態が、一般的にポーリングと呼ばれている。
【００５０】
図４は、このポーリング状態の読み取り装置４ｊと、無線通信装置２ｊが動的にすれ違いながら通信を行った場合の無線通信装置２ｊが受信するＲＦキャリアの状態の概念図である。読み取り装置４ｊと、無線通信装置２ｊが動的にすれ違いながら通信する場合、無線通信装置２ｊが受信するＲＦキャリアは、すれ違うタイミングによって変化する。そのため、無線通信装置２ｊから正しく情報を読み出すためには、少なくとも１回以上のＲＦキャリアＯＦＦ期間とコマンド通信期間、すなわち、読み出し周期Ｔが必要となる。
従って、許容読み出し時間ｔ内に、すれ違いタイミングに係らず、少なくとも１回以上の読み出しを行うためには、読み出し周期Ｔを許容読み出し時間ｔの半分以下にする必要がある。
【００５１】
次に、読み取り装置４ｊの通信範囲Ｌおよび、無線通信装置２ｊとの距離ｄについて説明する。読み取り装置４ｊの通信範囲Ｌは、読み取り装置４ｊのアンテナ（不図示）面から距離ｄ離れた位置での無線通信装置２ｊの通信範囲を示している。
図５は、読み取り装置４ｊのアンテナ特性と通信範囲Ｌとの関係を示す図である。読み取り装置４ｊから出力するＲＦキャリアについて、距離ｄを短くして通信範囲Ｌを大きく設定したい場合や、通信範囲Ｌを小さくして距離ｄを長くしたい場合、読み取り装置４ｊのアンテナ出力を調整し、それぞれ対応することができる。
【００５２】
例えば、読み取り装置４ｊから出力するＲＦキャリアについて、距離ｄを短くして通信範囲Ｌを大きく設定したい場合、円偏波を使用することによって対応が可能となる。また、通信範囲Ｌを小さくして距離ｄを長くしたい場合、直線偏波を使用することによって対応が可能となる。
【００５３】
図６は、円偏波と直線偏波の電波の進行方向を示した図である。一般に、円偏波は、電波が回転しながら伝搬するため、無線通信装置２ｊのアンテナの方向に依存しない。また、円偏波の場合、長距離通信は困難となるが、近傍での通信範囲を広くすることができる。一方、直線偏波は、電波が直線的に振動しながら伝搬するため、無線通信装置２ｊのアンテナの方向に依存するが、方向を合わせることによって通信距離を長くすることができる。
【００５４】
次に、図７を参照して、読み取り装置４ｊと無線通信装置２ｊとの間のコマンド通信について説明する。図７は、読み取り装置４ｊと無線通信装置２ｊとの間のコマンド通信の概念図である。ここでは、読み取り装置４３（つまり、ｊ＝３）を例として、ｎ種類の無線通信装置２ｊとの間のコマンド通信を示している。読み取り装置４３は、無線通信コマンドとして、無線通信装置２３（つまり、ｊ＝３）のみが応答可能なコマンド３を送信する。これにより、読み取り装置４３から送信されるコマンド３に対して、無線通信装置２３のみが応答し通信が確立する。無線通信装置２３以外の無線通信装置２ｊは、読み取り装置４３から送信されるコマンド３に対して応答しない。
【００５５】
［第２実施形態］
本実施形態は、第１実施形態で説明した無線通信装置２ｊとして、センサ内蔵型のパッシブ型ＵＨＦ帯ＲＦＩＤタグを用いたものである。
例えば、無線通信装置２ｊは、センサが検知したアナログ量をデジタルデータに変換し、無線通信コマンドを介して応答可能なＵＨＦ帯ＲＦＩＤタグである。具体的には、ｎ種類の無線通信装置２ｊは、所定の無線通信コマンドにのみ応答するｎ種類のＲＦＩＤタグである。また、読み取り装置４ｊは、このＲＦＩＤタグと通信するための読み取り装置である。例えば、ｎ種類の読み取り装置４ｊは、ｎ種類のＲＦＩＤタグにそれぞれ対応した無線通信コマンドを送信可能なｎ種類の読み取り装置である。
【００５６】
また、ｎ種類の無線通信装置２ｊとしてのｎ種類のＲＦＩＤタグは、保守管理対象３００に埋設されている。例えば、第１の実施形態で説明したように、保守管理対象３００には、ｎ種類のＲＦＩＤタグが、トンネルの長手方向（矢印９０の方向）に沿って、所定の間隔で順番に、且つ、繰り返し並んで埋設されている。
【００５７】
一方、ｎ種類の読み取り装置４ｊは移動体２００に設置されている。例えば、第１の実施形態で説明したように、移動体２００の保守管理対象３００と対面する側の両側面には、移動体２００の進行方向（矢印９０の方向）に沿って、所定の間隔で順番に、且つ、繰り返し並んで設置されている。また、読み取り装置４ｊは、両隣の読み取り装置４ｊと通信範囲が重ならないように、一定の間隔をあけて配置されている。
【００５８】
このように構成された本実施形態によれば、移動体２００に設置されたｎ種類の読み取り装置４ｊが、それぞれ対応したｎ種類の無線通信コマンドを介して、所望のＲＦＩＤタグからセンシング情報を受信することにより、隣接したＲＦＩＤタグと干渉することなく、移動体２００が高速でセンシング情報を収集可能である。
【００５９】
［第３実施形態］
本実施形態は、第１実施形態で説明した無線通信装置２ｊとして、温度センサを備えた無線通信装置２ｊを用いた例である。例えば、無線通信装置２ｊは、温度センサを内蔵している。この場合、通信に使用する周波数は、ＬＦ帯（３０ｋＨｚ〜３００ｋＨｚ）、ＨＦ帯（３ＭＨｚ〜３０ＭＨｚ、ＵＨＦ帯（３００ＭＨｚ〜３ＧＨｚ）のいずれでも良く、また無線通信装置２ｊはパッシブ型であってもアクティブ型であっても良い。特に、複数のセンサを用いたシステムの場合、センサに供給する電力を補うため、センサ回路部にのみに外部電力を供給するセミパッシブ型を用いるのが好ましい。
【００６０】
ここで、図８を参照して、本実施形態の使用例について説明する。図８は、本実施形態に係る無線通信システムの使用例の説明図である。この図は、例えば、保守管理対象３００をトンネル５の内壁コンクリートとし、温度センサを内蔵した無線通信装置２ｊを用いて内壁コンクリートの劣化状態を管理する場合の使用例を模式図で示したものである。（ａ）は、鉄道のトンネル５と、保守管理対象３００であるトンネル５の側壁の内壁コンクリートとを示している。（ｂ）は、このトンネル５内を通過する移動体２００（車両）を示している。移動体２００には、複数の読み取り装置４ｊ（ｊ＝１〜ｎ）が、図１と同様に並んで設置されている。
【００６１】
（ｃ）は、保守管理対象３００である内壁コンクリートの拡大図である。保守管理対象３００である内壁コンクリートには鉄筋が埋設されており、内壁の表面近くには複数の無線通信装置２ｊ（ｊ＝１〜ｎ）が、図１と同様に並んで設置ないし埋設されている。内壁コンクリートに埋設されている鉄筋は、コンクリート内への酸素と水分の侵入等により腐食が発生する。（ｃ）では、埋設されている鉄筋として、正常な鉄筋７と、腐食した鉄筋８とを示している。また、（ｄ）は正常な鉄筋７の断面を示しており、（ｅ）は腐食した鉄筋８の断面を示している。
【００６２】
本実施形態では、内壁コンクリート内に埋設されている鉄筋に電流を流し、鉄筋を強制的に加熱した時の内壁コンクリートの表面温度と、加熱していない時の表面温度との差を温度センサで測定することによって、内壁コンクリートの劣化状態を判別する。これは、鉄筋が腐食すると、鉄筋とコンクリートの間に腐食層ができ、熱伝導性が悪くなるため、加熱時と非加熱時における温度差が小さくなるという特性を利用したものである。
【００６３】
例えば、内壁コンクリートの表層部に温度センサを内蔵した無線通信装置２ｊを埋設し、非加熱状態での温度情報と加熱状態での温度情報を定期的に読み取り装置４ｊが取得し、モニタすることで、劣化状態を診断することが可能となる。
【００６４】
例えば、鉄道のトンネル５でこのような保守管理を行う場合、トンネル５の内壁コンクリートの表層部に温度センサを内蔵したｎ種類の無線通信装置２ｊを埋設し、移動体２００にもｎ種類の読み取り装置４ｊを設置する。ｎ種類の読み取り装置４ｊは、移動体２００が内壁コンクリートに沿って移動することにより、それぞれ対応した無線通信コマンドを介して、それぞれ対応する無線通信装置２ｊから、温度センサが検知したアナログ量をデジタルデータに変換したセンシング情報を受信する。これにより、移動体２００がトンネル５を通過するたびに温度データの収集可能となる。また、鉄筋を加熱するタイミング及び加熱間隔は、運用上で必要に応じて決めるのが好ましい。なお、無線通信装置２ｊが設置される間隔Ｄｔは、前述の通り、読み取り装置４ｊの通信範囲Ｌや移動体２００の速度Ｖに基づいて設定される。このようにして読み取り装置４ｊが収集した内壁コンクリートの温度データを解析することにより、内壁コンクリートの特定箇所の劣化状態を早期に発見することが可能となる。
【００６５】
［第４実施形態］
本実施形態は、第１実施形態で説明した無線通信装置２ｊとして、ひずみセンサまたは振動センサを備えた無線通信装置２ｊを用いた例である。例えば、無線通信装置２ｊは、ひずみセンサまたは振動センサを内蔵している。なお、第３実施形態で説明した温度センサと、本実施形態のひずみセンサまたは振動センサは、一つの無線通信装置２ｊに内蔵されても良い。また、本実施形態の無線通信装置２ｊも、第３実施形態と同様に、セミパッシブ型を用いるのが好ましい。
【００６６】
ここで、図９を参照して、本実施形態の使用例について説明する。図９は、本実施形態に係る無線通信システムの使用例の説明図である。この図は、保守管理対象３００を鉄道の橋梁１０のコンクリートブロックとし、ひずみセンサまたは振動センサを内蔵した無線通信装置２ｊを用いて、橋桁１２毎に存在するコンクリートブロックのつなぎ目部分１１やコンクリートブロックの変移を管理する場合の使用例を模式図で示したものである。
【００６７】
橋梁１０のコンクリートブロックには、ひずみセンサまたは振動センサを内蔵した複数の無線通信装置２ｊが、図１と同様に並んで設置されている。例えば、無線通信装置２ｊは、橋桁１２毎の隣接するコンクリートブロック間のつなぎ目部分１１と、隣り合う橋桁１２の間のコンクリートブロック（即ち、つなぎ目部分１１以外のコンクリートブロック）に、設置されている。橋梁１０を走行可能な移動体２００（車両）には、複数の読み取り装置４ｊが、図１と同様に並んで設置されている。なお、一部の記載は省略している。
【００６８】
そして、複数の読み取り装置４ｊは、移動体２００がコンクリートブロックに沿って移動することにより、それぞれ対応した無線通信コマンドを介して、それぞれ対応する無線通信装置２ｊから、ひずみセンサまたは振動センサが検知したアナログ量をデジタルデータに変換したセンシング情報を受信する。これにより、複数の読み取り装置４ｊが設置された移動体２００は、コンクリートブロックの変移データを収集可能である。移動体２００により収集されたデータは、電話回線やインターネット回線等の通信手段により集中管理室（不図示）に転送される。これにより、劣化状態を常時モニタすることが可能となる。
【００６９】
このような構成にすることにより、移動体２００が速度を落とすことなく所望の箇所を通過するだけで橋梁１０のコンクリートブロックの変移データを収集できるため、特別な保守車両を走らせる必要が無い。つまり、通常の営業車両に複数の読み取り装置４ｊを設置して走行させることで、橋梁１０の保守管理が可能となる。
【００７０】
［第５実施形態］
無線通信装置２ｊとして、上記第２実施形態におけるパッシブ型ＵＨＦ帯ＲＦＩＤタグが温度センサを備えた構成としてもよい。例えば、無線通信装置２ｊは、温度センサを内蔵したパッシブ型ＵＨＦ帯ＲＦＩＤタグである。この構成においても、例えば、第３実施形態で説明したように、内壁コンクリートの温度データを解析することにより、内壁コンクリートの特定箇所の劣化状態を早期に発見することが可能となる。
【００７１】
［第６実施形態］
無線通信装置２ｊとして、上記第２実施形態におけるパッシブ型ＵＨＦ帯ＲＦＩＤタグがひずみセンサまたは振動センサを備えた構成としてもよい。例えば、無線通信装置２ｊは、ひずみセンサまたは振動センサを内蔵したパッシブ型ＵＨＦ帯ＲＦＩＤタグである。この構成においても、例えば、第４実施形態で説明したように、通常の営業車両に複数の読み取り装置４ｊを設置して走行させることで、橋梁１０の保守管理が可能となる。
【００７２】
以上説明してきたように、上記実施形態によれば、隣接した無線通信装置２ｊと干渉することなく、保守管理対象３００に設置された無線通信装置２ｊのセンシング情報を移動体２００が高速で収集可能である。即ち、保守管理対象３００に設置された無線通信装置２ｊからの応答信号をより高速に読み取ることができる。
【００７３】
なお、この発明の第１から第６の実施形態を図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。例えば、上述の第１から第６の実施形態において説明した各機能及び構成は、任意に組み合わせることができる。上記実施形態では、保守管理対象３００を対象物の一例として無線通信装置２ｊを設置する例を説明したが、対象物は、保守管理を行う対象に限られるものではなく、監視の対象、観察の対象等であってもよい。
【符号の説明】
【００７４】
５  トンネル、１０  橋梁、１２  橋桁、２ｊ  無線通信装置、４ｊ  読み取り装置、１００  無線通信システム、２００  移動体、３００  保守管理対象
【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】
2016154283.tif 000007
【図６】
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【図７】
2016154283.tif 000009
【図８】
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【図９】
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