IoTによる橋りょうインフラの維持管理と新たな通信への取り組み
平成29年度地域情報化セミナー in 熊本
＠熊本地⽅合同庁舎A棟
平成29年10⽉19⽇

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株式会社QTnet
サービス開発部 忽那 康郎

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2

橋りょうインフラの現状
インフラ⽼朽化対策の推進に関する関係省庁連絡会議

インフラ⻑寿命化基本計画（平成25年11⽉）

今後20年で、建設後50年以上経過する道路橋の割合は、約16％から約65％となるなど、インフラ⾼齢化割合は加速度的に増加

50歳以上50歳未満

2015年時点
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2035年時点(予測)3宮崎県の橋りょうインフラの現状 ※「橋りょうの⻑寿命化修繕計画」（宮崎県）より宮崎県が管理している橋りょう数

2,026 橋⾼度経済成⻑期の1960〜1970年代に橋りょう数が急増《 ⾼齢化（50年以上）の割合予測 》
2009年

2019年

2029年

16%

41%

61%

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4参考）宮崎県内の橋りょう数 ※有料道路を除く、道路法上の道路に限る
インフラ管理者

橋りょう数

インフラ管理者

橋りょう数

国⼟交通省

370

綾町

88

宮崎県

2,025

⾼鍋町

119

宮崎市

1,155

新富町

89

都城市

1,188

⻄⽶良町

64

延岡市

685

⽊城町

108

⽇南市

421

川南町

152

⼩林市

362

都農町

90

⽇向市

206

⾨川町

106

串間市

252

諸塚村

51

⻄都市369

椎葉村

88

えびの市

306

美郷町

205

三股町

131

⾼千穂町

140

⾼原町

76

⽇之影町

148

国富町

169

五ヶ瀬町

112

合

計

9,275

㈱共同技術コンサルタント社調べ
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5

橋りょうインフラの現状
橋りょうインフラについて、定期点検に関する省令・告⽰(国⼟交通省、平成26年7⽉1⽇)

近接⽬視による定期点検を基に「点検・診断・措置・記録」という5年に⼀度のメンテナンスサイクルを確実に⾏う事が義務付け
国・地⽅を通じ職員定数の削減が進むなか、地⽅公共団体の中には担当する技術職員が不在、若しくは不⾜している団体も存在

維持管理をこの課題をIoTで解決できないか？
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6

トライアル事例

宮崎県での橋梁インフラモニタリングの取組み

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8

インフラモニタリングの実⽤化に向けて橋りょうのひび割れや傾きなどのセンサーで計測した情報を各種通信⼿段により、橋りょう向けモニタリングシステムを介して⾒える化

橋りょう管理者

橋りょうの状態を常時把握することにより劣化の早期発⾒など迅速にメンテナンス

建設コンサルタント会社

劣化傾向の分析・評価を踏まえた効率的・効果的な補修計画を橋りょう管理者に提案

橋りょうの維持管理コストの低減へ
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9

インフラモニタリングのイメージ
橋りょうにセンサを取付け測定データを収集

センサ

橋りょう向けモニタリングシステム

建設コンサルタント

分析依頼

センサ

分析結果

橋りょう管理者✓ 劣化状況の把握・ ⻑期的な劣化傾向や急激な劣化の発⾒・ 災害時に橋りょうの性能確認（災害時の対応⼒向上）All rights reserved, Copyright© QTnet✓ 費⽤の削減・ 状態の把握により、点検を省⼒化
・ ⾜場設置費等の点検費⽤の削減
・ 補修費の削減
ひび割れ等の進⾏状態に応じた補修計画

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インフラモニタリング技術の確⽴に向けて(株)共同技術コンサルタント と (株)QTnet が「⼟⽊×通信」技術により安全・安⼼な地域社会の発展に貢献するため協同で「みやざきインフラモニタリング研究会」 を設置（2015年6⽉）
研究会ロゴ

橋りょう等の重要インフラの様々な情報を把握・蓄積・活⽤する技術についてフィージビリティスタディにより実践的な研究を実施
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11参考）みやざきインフラモニタリング研究会メンバー（抜粋）
役職

⽒名

所属会⻑

中澤 隆雄

副会⻑辻 利則

委員兼幹事⻑

松永 昭吾(株)共同技術コンサルタント

委員兼副幹事⻑

松崎 真典(株)QTnet

執⾏役員 サービス開発部⻑

委員兼幹事

森⽥

宮崎⼤学

⼯学部社会環境システム⼯学科

委員兼幹事

葛⻄ 昭

熊本⼤学 ⼤学院⾃然科学研究科 准教授

委員兼幹事

⿊⽊ 隆⼆

(株)共同技術コンサルタント

委員兼幹事

津留正⼆郎

(株)QTnet

委員

⻑友 信裕

アボック(株)委員

久保⽥英⼆(株)ジオテックホールディングス

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千尋

宮崎⼤学 名誉教授、

担当分野

宮崎コンクリート研究所所⻑

宮崎公⽴⼤学 ⼈⽂学部国際⽂化学科

情報通信（メディア・コミュニケーション）教授
福岡⽀店⻑

本社

総括

分析・評価技術
情報通信
教授

技術１部次⻑

技術本部 部⻑

分析・評価技術（構造⼒学）
分析・評価技術（鋼構造）
分析・評価技術情報通信代表取締役会⻑情報通信
イノベーション事業部専務取締役

建設資材
12

フィールド試験の概要＜フィールド試験

実施場所＞

実施先

内容

試験期間

①

下⽥原⼤橋
（⾼千穂町）

劣化診断※1

H28年3⽉中旬〜H30年3⽉末②

⾼松橋（宮崎市）

劣化診断※2
被災評価※3

H28年4⽉中旬〜H30年3⽉末

通信⼿段
無線（SIM）

有線（光ファイバ）※1 き裂幅の変化をモニタリング※2 たわみや振動、ゲルバーヒンジ部の回転変形（垂れ下がり）などの状況をモニタリング※3 地震や⼤⾬等の災害時の橋のモニタリング結果が、通常時と変動がないかを評価（橋台・橋脚の傾きなど）

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13

フィールド試験の概要＜センサー設置状況＞(種類のみ)
実施先

センサー種別下⽥原⼤橋（⾼千穂町）

⻲裂変位計、温度計

⾼松橋
（宮崎市）

変位計、傾斜計
加速度計、温度計（※センサの個数内訳は⾮公開）＜センサー紹介＞(⼀部)<⻲裂変位計>ひび割れセンサー

ひび等の両端に固定し、ひび割れのサイズを計測<傾斜計>傾きセンサー
設置場所の傾きを計測

All rights reserved, Copyright© QTnet<地震計>震度センサー

加速度センサにより震度を計測

14

①⾼千穂町（下⽥原⼤橋）
測定対象:下⽥原⼤橋
所 在 地 :宮崎県⻄⾅杵郡⾼千穂町⼤字⽥原
交差物件:河内川橋
⻑:205m
構造形式:RC固定アーチ橋
完 成 年 :平成13年（16歳）
測定⽬的:劣化診断（⻑期劣化傾向確認）
測定項⽬:ひび割れ（⻲裂センサ）、温度（温度センサ）
下⽥原⼤橋

橋梁の下部や側⾯のひび割れ部分に⻲裂センサを設置

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15

①⾼千穂町（下⽥原⼤橋）

システム構成全体像
センサ・デバイス

センサ
センサ

デ⼁
タロガ
⼁

センサ

ゲ⼁
トウ
ェ
イ

IOT・M2Mプラットフォーム
IOT・M2Mプラットホーム

モバイル網

サーバ

API

センサ

ネットワーク

HMI制御
ゲートウェイ制御

データ管理
可視化

インターネット
データ蓄積

データバックアップ

クライアント端末
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16

①⾼千穂町（下⽥原⼤橋）

センシング画⾯<センサー状況(全体)><トップ画⾯><センサー No.1状況>

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17

①⾼千穂町（下⽥原⼤橋）

通信量

下⽥原⼤橋の通信⼿段：携帯電話網

1回／分測定するセンサーを計7個設置（※センサの個数内訳は⾮公開）

1⽇あたり

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約5MB
18センシングデータ（⼀部抜粋）ひび割れと温度変化の相関関係①⾼千穂町（下⽥原⼤橋）

ひび割れのみ抽出し拡⼤

短期スパンではひび割れサイズは温度変化に追随しているが⻑期スパンで確認してみると、ひび割れは拡⼤傾向となっている
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19

②宮崎市（⾼松橋）
測定対象:⾼松橋 ※ゲルバーヒンジ部（架け違い）を有する橋
所 在 地 :宮崎県宮崎市鶴島３丁⽬
交差物件:⼤淀川橋
⻑ :444m
構造形式:PC7径間連続箱桁橋
完 成 年 :昭和57年（35歳）
測定⽬的:劣化診断及び被災評価（突発災害状況確認）
測定項⽬:傾斜（傾斜センサ）、たわみ（振動センサ）
変位（変位センサ）、温度（温度センサ）

⾼松橋

箱桁内部や橋台に変位センサや箱桁内部や傾斜センサを設置

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20

②宮崎市（⾼松橋）システム構成全体像
センサ・デバイス

センサ
センサ

デ⼁
タロガ
⼁

センサ

ゲ
⼁
トウ
ェ
イ

IOT・M2Mプラットホーム

FTTH網(BBIQ)

サーバ

API

センサ

IOT・M2Mプラットフォーム

ネットワーク

HMI制御
ゲートウェイ制御

データ管理
可視化

インターネット
データ蓄積

データバックアップ

クライアント端末
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センシング画⾯（⾼松橋）②宮崎市（⾼松橋）<センサー状況(全体)><トップ画⾯>All rights reserved, Copyright© QTnet<センサー No.1状況><センサー No.2状況>

22②宮崎市（⾼松橋）

通信量

⾼松橋の通信⼿段：FTTH網(BBIQ)

1回／分測定するセンサーだけでなく1,000回／秒測定するセンサーなど計13個設置（※センサの個数内訳は⾮公開）

1⽇あたり約2.5GB（1年間で約1TBに相当）

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センシングデータ（⼀部抜粋）②宮崎市（⾼松橋）

箱桁⽀承部の変位（移動量）は温度変化に追随しており、⽀承は健全。
地震等の災害時においては、健全性の判断に有効なデータとなる。
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モニタリングの有効性 (建設コンサルタント会社の⾒解)①常時モニタリングの有効性

⽀承部の変位計測、加速度計による固有値計測等により劣化の進⾏や有無の判断に必要な情報が得られる。

②異常時の健全性判断

⼤規模地震が発⽣した後に、橋脚や橋台に傾斜が⽣じていないかを確認する必要があり、常時モニタリングが実現すれば、通⾏⽌めをしている橋の早期解放が可能となる。

③耐震性能の評価

振動特性やゲルバー部の相対変位を常時および地震時計測することで、⾼度な評価が可能になる。加えて、耐震設計上有効なデータとなる。

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⾒えてきた課題
・電源ケーブルや光ファイバケーブルの⼊線が困難な箇所がある
・機器設置スペースが確保できないケースがある（設置機器の⼩型化が必要）
・携帯電波環境が悪く⾒通しがきかない箇所での通信⽅法の確保
・停電発⽣時にモニタリングを継続させるための⾮常⽤電源確保が必要
・カメラ映像など⼤容量通信が必要な環境への、低コストな通信⼿段の提供

これらの課題を解決する⼿法は何かないか・・・・
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新たな通信規格「LPWA」 (LPWA：Low Power Wide Area の略)■ 消費電⼒量が少ないにもかかわらず、広範囲なエリアをカバー可能な無線規格■ 920MHz帯(出⼒20mW未満)を利⽤しており、無線局の免許が不要（Sigfox,LoRaWAN）■ 複数のデバイスが同時にネットワークに接続される、IoTに適した技術
消費電⼒
⾼Wi-Fi

携帯電話ネットワーク(IEEE802.11a/b/gなど)

近距離通信(Bluetooth、NFCなど)

低All rights reserved, Copyright© QTnet

1m(3G、LTE、5G、NB-IoTなど)

LPWA(Sigfox、LoRaWANなど)
100m

10km 通信距離27

IoT向け無線通信

主要3⽅式の⽐較

各無線通信規格の基本的な概要についての⽐較
構成概要
モノ
デバイス

LoRaWAN

ゲートウェイ(⾃営/事業者)

ネットワークサーバ

アプリサーバインターネット／閉域網

モノデバイス

携帯基地局(携帯キャリア)

NB-IoT（LTE Cat-NB1）

Sigfox基地局(⽇本国内はKCCS)SIGFOX
クラウドサービス(Sigfox社)

920MHz帯
125kHz仕様
免許オープン
無線免許不要通信速度（上り／下り）

通信距離（通信可能半径）0.3〜50kbps
0.3〜50kbps

数km〜
数⼗km

21.25kbps
62.50kbps

最⼤40km100bpsー

最⼤数⼗km(⾃社利⽤の場合)

アプリサーバ

LTE帯
200kHz

携帯キャリア網

モノデバイス

周波数帯
周波数幅

アプリサーバ920MHz帯
100Hz

携帯網(LTE)
事業者免許

仏Sigfox社
独⾃仕様(1国1事業者)

無線免許不要All rights reserved, Copyright© QTnet※ 上記は規格の比較であり、実際の日本国内での利用時にはARIBの規定等に準じる必要があるため、通信速度等が異なる場合があります。 28

実証試験事例

橋梁インフラ周辺におけるLoRaWAN実証試験

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現時点でのインフラモニタリングの通信⼿段
携帯電話網や、光ファイバーを介して橋りょう向けモニタリングシステムに接続
橋りょう向けモニタリングシステム

携帯電話エリア

橋りょう

ゲートウェイ

光ファイバーエリア

橋りょう

⼭間部
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ゲートウェイ

市街地30

電波が届かないエリアへのラストワンマイルとして・・・
⼭奥など、電波不感地帯の橋りょうでもインフラモニタリングできないか・・・・・
橋りょう向けモニタリングシステム

携帯電話エリア

電波不感地帯橋りょう

橋りょう

ゲートウェイ

LPWA
数km？

もっと⼭間部All rights reserved, Copyright© QTnet

光ファイバーエリア

橋りょう

⼭間部

ゲートウェイ市街地

31

＜試験概要＞実施⽇：2016年6⽉27⽇（⽉）〜28⽇（⽕）
場所：⾼松橋、下⽥原⼤橋
⽬的：LoRaWANを使い、無線の通信可能範囲を測定する。
橋

LoRaWAN親機

LoRaWAN

⼦機

通信可能距離を測定

三
⾞内もしくは橋りょうにLoRa親機を設置（親機は固定）All rights reserved, Copyright© QTnet

もう⼀台の⾞にLoRa
⼦機を設置して移動計測
32

試験構成
LoRaWAN⼦機LoRaWAN モバイルルータ
親機

⾞内
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橋（屋外）

基地局

インターネット

クラウド

PC(データ確認⽤)⾞内
33＜実験結果＞

最⼤通信距離
平和台公園

愛宕⼭

5.9km
4.0km

下⽥原⼤橋

⾼松橋
Map data ©2017 Google

⾒通し距離で約7kmの伝送は可能
移動物体との通信は速度が早いほど困難
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34

＜実験結果＞

通信可能範囲⾼松橋を中⼼としたエリア想定

下⽥原⼤橋を中⼼としたエリア想定

高松橋

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下田原大橋

Map data ©2017 Google35

実証試験事例

ドローンを活⽤した
LoRaWAN実証試験

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実証実験の⽬的
市販ドローンにLoRaWANのデバイス（GPSセンサー）を搭載することにより①移動体との通信性能測定
ドローン⾼速⾶⾏により、⾼速移動体との通信性能確認②上空を活⽤した通信可能距離の測定
ドローンをホバリングさせることにより、通信距離の変化を確認（⾼さ45mで空中停滞）
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37

⾶⾏場所 （福岡県福岡市東区志賀島付近）

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38

当⽇の状況

LoRaWAN on ドローン

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試験結果
＜実験①＞移動体通信実験

移動（約14km/h）

LoRaWAN
デバイスを搭載LoRaWANゲートウェイ
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14km/h程度であれば安定したデータ取得が可能
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40

試験結果
＜実験②＞通信可能距離測定実験




9.5km



5.5km
上空を活⽤することで通信可能距離は⼤きく伸びる※実施にあたっては航空法や電波法など法令遵守にご留意ください。
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橋梁モニタリングのフィールドに適⽤すると・・・
⾼松橋を中⼼としたエリア想定

下⽥原⼤橋を中⼼としたエリア想定⾼松橋

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下田原大橋

Map data ©2017 Google42

実証試験事例

徘徊⽼⼈⾒守り向け
GPS+LoRaWANデモ

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デモの概要LoRaWANの⼦機を持った弊社社員が、親機設置場所から半径約3km周辺を巡回。
⼦機の位置情報を、LoRaWANを通じてクラウド上へ送信し、地図上に表⽰。
地図上に表⽰クラウド

LoRaWAN（親機）
LoRaWAN（⼦機）LoRaWAN（⼦機）

串間市総合保険福祉センター

半径3km程度All rights reserved, Copyright© QTnet

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デモに使⽤した機材
機材名
LoRaWAN
ゲートウェイ（親機）

LoRaWANデバイス（⼦機）
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外観

あああ役

割• LoRaWANデバイス（⼦機）から届いたGPSデータをクラウド上（インターネット）へ送信する。

• 位置情報（GPSデータ）を取得し、LoRaWANゲートウェイ（親機）へ送信する。
45

デモ結果
徒歩による確認

串間市
総合保険福祉センター（屋上）

最⼤2.7kmMap data ©2017 Google

歩⾏速度であれば、移動中でもデータ取得が可能。
ただし⼭間部に⼊った途端に、データ取得は不可となった
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実証試験事例

⼭間部におけるLoRaWAN実証試験

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概要
⼟⽊事務所が管理しているダム関連設備の運⽤管理および⼭間部でのLoRaWAN
適⽤について、⻄都市の⽴花ダムおよび周辺の⾬量局における測定を実施。

道中、⼟砂崩れにより通⾏不可能な道も・・・↑⾞内に設置した⼦機（GPS）←ダムに設置した親機

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実験結果 （⻄都市⼭中・⽴花ダム付近）
測定ポイント②

最大3.6km
測定ポイント①
⽴花ダム

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⼭間部では、データは受信できているが、データ⽋損が多い
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LoRaWAN実証試験まとめ

⾒通し距離で約7kmの伝送は可能
移動物体との通信は速度が早いほど困難
14km/h程度であれば安定したデータ取得が可能
上空を活⽤することで通信可能距離は⼤きく伸びる
歩⾏速度であれば、移動中でもデータ取得が可能
ただし⼭間部に⼊った途端に、データ取得は不可となった⼭間部では、データは受信できているがデータ⽋損が多い
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LoRaWAN実証試験まとめ

⾒通し距離で約7kmの伝送は可能
移動物体との通信は速度が早いほど困難
14km/h程度であれば安定したデータ取得が可能
上空を活⽤することで通信可能距離は⼤きく伸びる
歩⾏速度であれば、移動中でもデータ取得が可能
ただし⼭間部に⼊った途端に、データ取得は不可となった⼭間部では、データは受信できているがデータ⽋損が多い
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LoRaWANまとめ通信可能距離は2〜9kmと、測定環境によって⼤きなバラつきがあるため、導⼊にあたっては事前の電波測定が必要。

⾼速移動体でのLoRaWAN実装は不向きなため、固定もしくは歩⾏程度の対象物と組み合わせることが⼤事。
⾒通しの良い場所に設置することにより、より安定かつ⻑距離の通信が可能に。
近年、LoRaWANはIoT向け通信技術として注⽬されていますが、LoRaWANも万能ではありません。LoRaWANだけでなく各LPWA規格の特性をよく知り、課題解決に適した技術を選択していだくことが、⽬的達成への⼀番の近道です。
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（参考）SONY's LPWA(仮称)[ソニーセミコンダクタソリューションズ]

ソニーが独⾃開発したLPWA技術。（免許不要な周波数帯を使⽤）GPSから受信した⾼精度な時間情報と、独⾃の誤り訂正技術を利⽤し、遠く離れた⼭の上や、海洋上の情報を、⾼感度に受信することが可能。
＜特⻑＞

最⼤273kmの実証結果
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最⼤250km/hの実証結果

都市部のような混信地域でも利⽤可能

電源不要

引⽤元：http://www.sony-semicon.co.jp/products_ja/lpwa/

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今後の取り組み紹介

All rights reserved, Copyright© QTnetLPWA活⽤IoT実証実験トライアル

LPWA規格の⼀つであるLoRaWANをベースに、さまざまなサービス事業者が共⽤可能なデータ収集基盤（IoTプラットフォーム）を構築し、IoT活⽤サービスの可能性を探る。
IoTプラットフォーム
ゲートウェイ(親機)センサー(⼦機)

IoTサービス(例)

通信可能エリア

通信可能エリア

農業・酪農

⾒守り

防災

温室管理、効率的な交配

⼦供・⾼齢者などの⾒守り

災害予知、被害状況収集

管理

設備監視・測定⽬的に応じた場所をエリア化することにより・・・- 特定のエリアにおけるプライベートなIoTセンシングによる課題解決- 公共設備の稼働状況センシング（無⼈施設の侵⼊検知、河川の⽔深情報、⾬量など）- 位置情報を活⽤したセンシング（⼦供、⽼⼈向けの⾒守り、⾞両・モノの位置情報など）

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経産省「地⽅版IoT推進ラボ」第2弾に選定！

前ページの取り組みを、みやざき新産業創出研究会（ICT利活⽤促進分科会）の宮崎県IoT推進ラボの先⾏プロジェクトとして応募し、3⽉13⽇に選定されました。

画像：経産省「地⽅版IoT推進ラボウェブサイト」
https://iotlab.jp/local/

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宮崎県IoTプラットフォーム実現に向けて
地⽅版IoT推進ラボの⽬的である「各産業のIoT化」を推進するため、以下のフィールドで実証実験を予定。（H29年度内に実施）①農業モニタリング（⽇南市：坂元棚⽥）

宮崎⼤学が坂元棚⽥に設置している気象モニタリングシステムと同等のデータが取得可能なセンサーを設置し、LoRaWANを⽤いてデータの遠隔取得環境を構築。

②⾒守り（串間市）

GPSセンサーを⽤いたデバイスにより、認知症⾼齢者の徘徊捜索や、⼦どもの⾒守りに活⽤可能な環境を構築。

③募集フィールド（宮崎市）

ICT利活⽤促進分科会の会員から、このプラットフォームを活⽤したIoTサービスのアイデアを募集（現在、アイデア選定中）。

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LPWAネットワークによるIoTサービスの展開例
交通

⽔道

交通量観測、⾃動⾞追跡

⽔管理の遠隔操作、機器メンテナンス

ガス

使⽤量・診断情報の収集、遠隔開閉栓

農業

⾒守り

温室管理、効率的な交配

⼦供・⾼齢者などの⾒守り

防災

ゴミ収集

街灯管理

災害予知、被害状況収集

ゴミ蓄積量に応じた効率的な収集

通行量に応じた照明管理、遠隔操作

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58

QTnetは、LoRaWANだけでなく、その他のLPWA規格やIoT向け通信技術についても取り組み、お客さまへ最適なソリューションを提供してまいります。

ご清聴、ありがとうございました。

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