新型のび太安全管理システム（LoRa 通信方式）の紹介
株式会社

藤井基礎設計事務所グループ
株式会社

シンク・フジイ開発部

小村芳生

1. はじめに新型のび太安全管理システムの開発については、通信に採用した 429MHz LoRa 通信モジ
ュールが世に出た 2017 年より当社でこのモジュールを用いた通信試験やフィールド実証試
験等を行い、結果をこの夏季研修会で報告してきた。（※1～4）2020 年にはこの通信方式を組み込んだシステムを災害現場に導入し（※5）実際の業務での使用を開始した。これらの経験と、その後の幾つかの災害現場への導入を経て、新型のび太安全管理システム（LoRa 通信仕様）についてはハード面の標準的な仕様がほぼ固まり、量産に移行したため、改めてここにシステムを紹介する。

2. システム概要
LoRa のび太

安全管理システム図

データ解析

警報メール配信

基本的には従来型のび太の機能を踏襲しているが、現場内送受信に LoRa 通信を使用し、ゲイトウエイ（受信・ネット接続）がソーラー電源（独立電源）で稼働する点が従来型と異なる。また、サーバーでのデータ解析においても AI による崩壊予測など顧客の要望により追加できるオプションが増えている。

3. システムの特徴
・LoRa 通信により現場内通信距離が従来型（FSK 通信や ZigBee 通信）の約 5 倍・死活監視、通信再接続、自己復帰機能など、通信障害に強く遠隔操作可能なシステム
・ゲイトウエイもソーラー電源で稼働するため、商用電源の無い場所でも使用可能
・顧客要望に応じたデータ解析・図化方法を選択できる。

4. 通信試験結果
ノード-ゲイトウエイ間

通信状況調査結果

島根県松江市周辺で試験

地図は GoogleMap 地形表示

右図は実際に LoRa のび太
通信機（送信機＋受信機）を用いて通信試験を行った結果を地図上に示したものである。
LoRa 受信機（ゲイトウエイ）を藤井基礎設計事務所敷
地内（図の中心島根県松江市東津田町）に設置し、市内周辺各地からノード（送信機）で双方向通信を行った。
図中、●印は通信成功、×印
は通信不能、△印は通信成立に数回のリトライ（再送信・再受信）が必要だった地点を示す。
通信可能だった地点のうち最長距離はゲイトウエイ位置より南西に 10.67 ㎞の地点（松江市西忌部町）だった一方、距離が 1～2ｋｍ程度の場所でも×印の地点もあった。
通信可能な地点はノードとゲイトウエイの間の距離だけで決まるわけではなく、その他の要因（地形や障害物）が大きく関与する。通信距離については今回研修会で同時に発表する
論文「電波伝搬シミュレーションソフト

Radio Mobile の紹介」をご参照頂きたい。

しかし、従来型のび太（特小無線式、ZigBee 通信式）の通信距離は見通し（障害物がない理想的な条件）で、八木アンテナを使用して受信側を増感しても 2ｋｍ程度の通信距離であることから、同条件で通信を行った場合、LoRa 通信では従来型無線の少なくとも 5 倍以上の到達距離を得られると言える。

5. 現場導入例
のび太 LoRa 通信システムはすでに幾つかの災害現場で実際に稼働し、地盤データのモニタリングを行っている。下写真はノードとゲイトウエイおよび各機器の設置例である。
ノード；量産型（保護ボックス内部）

受信側ボックス内部（ゲイトウエイ）

チャージコントローラー伸縮計を接続した例

ゲイトウエイ＋ソーラー電源

バッテリーボックス

ソーラーパネル

6. 今後の展望
防災や土木建設分野への IoT 導入は進み、国交省が全国の河川に危機管理型水位計の設置を進めるなど計測における WEB 観測は当たり前のこととなってきた。多くの IoT 機器が格安で販売されるようになったため、自社で IoT 機器を開発することを疑問視する人もいるかもしれない。しかし、水位観測や気象観測、FA 用（工場使用）などに使用される一般的な

IoT ノードは伸縮計観測に使用するための分解能（精度）が 1 桁足りない。また、ほとんど全てのゲイトウエイが WEB 接続を満足に行えることや商用電源があることを前提として稼働する仕様となっており、屋外で通信環境の悪い場所や商用電源の無い場所で使用することを想定して作られてはいない。販売されている格安の計測用 IoT 機器のほとんどが主目的をFA 用とする多数量産品であり、安価ではあるが、メーカーは目的に応じた少数の変更や改良には応じてくれない。故に依然として現場で真に役立つモノを作るという役割が当社にあると考えている。
のび太安全管理システムは、通信方式が従来型特小無線（FSK）から ZigBee 通信を経て、現在の LoRa 通信へと進歩してきた。LoRa 通信は実は従来型特小無線や ZigBee、その他のWiFi 通信などに比べて災害現場のリアルタイム観測には使いにくい部分があり、予想以上に開発に時間が掛かった。通信にキャリアセンスや複数回のチャープ変調を行い、一回の通信に数十秒かかるため、複数のノードがある場合に自動的に重複を避ける方法や、それを受け取る側のゲイトウエイがサーバーにデータを転送するタイミング、WEB ページへの表記のタイミングなど従来方式には無い苦労が多々あった。それでも LoRa 通信を採用したのは従来型を大きく上回る通信距離が得られるためであり、これにより現場内通信の確実性・安定性は大きく増し、また、山間部に多い携帯回線エリア外の地域においてもエリア内までLoRa 通信でデータを送り WEB 観測を行うことができる可能性も生じた。また、ゲイトウ
エイもソーラー電源で稼働するため、特に災害直後の現場においてネット接続機器用の商用電源を確保する苦労もなくなった。
のび太安全管理システムは今後、通信で得たデータの解析方法において改良を進めることになる。顧客要望に応じたデータ表記やＡＩを用いた予測など個別対応が可能なところが藤井基礎グループの特色である。しかし、もう一方では次のシステム機器の開発を現在も続けている。
今後も IoT 向け通信は次々と新たな規格が出続けることが予想される。また、2012 年の電波法改正により特定小電力無線の出力上限が 10ｍＷから 1000ｍＷ（1Ｗ）と変更されてから既に 10 年経つ。現在はまだ通信モジュールメーカー各社が普及している従来型通信への影響を考え 10ｍＷを超える出力の特小モジュールを製造することを自粛しているが、今後、１Ｗクラスの通信モジュールが製造されると、FSK のような従来型の特定小電力無線であってもデジタル簡易無線級（数十㎞）の通信距離が得られることになる。
インターネット接続用の携帯回線も将来、5Ｇに移行し、その先の 6Ｇでは衛星回線により回線エリア外という地域が存在しなくなるとされている。こうなればセンサー設置場所にゲイトウエイを設置すれば良いことになり、現場内通信もそれまでの過渡的なものに過ぎないのかもしれない。
当社では将来の新たな通信方式の移行に対応できるよう、また、現場通信そのものが無くなる（ノードとゲイトウエイの区別が無くなる）ことにも柔軟に対応できる新たなノードやゲイトウエイの開発を進めている。

参考文献

1. 「IoT と無線通信」（株）シンク・フジイ

小村芳生

2017 年藤井基礎設計事務所第 38 回夏季研修会論文集ｐ28
2. 「通信モジュール評価試験報告（429MHz LoRa 無線
ク・フジイ

小村芳生とデジタル簡易無線）」（株）シン2017 年藤井基礎設計事務所第 38 回夏季研修会論文集ｐ35

3. 「新通信方式による土石流警報システム・のび太安全管理システムの開発」（株）シンク・フジイ

小村芳生

2018 年 藤井基礎設計事務所 39 回夏季研修会論文集ｐ43

4. 「松江市内 比津川・北田川他 水位・雨量 観測実証試験」（株）シンク・フジイ
2019 年

小村芳生

藤井基礎設計事務所 38 回夏季研修会論文集ｐ21

5. 「独立電源と LoRa 通信によるインターネット地盤観測システムの構築」（株）シンク・フジ
イ 小村芳生2020 年

藤井基礎設計事務所 41 回夏季研修会論文集ｐ17