第35回 夏季研修会論文集 2014/11/08「ZB（ジグビー）のび太」安全管理警報システム（株）藤井基礎設計事務所グループ（有）シンク・フジイ 開発部 小村芳生
はじめに
当社では以前より多くの災害復旧工事現場や施工現場に特定小電力無線を用いた安全管理警報システム「DC のび太」による地盤の遠隔監視と警報システムを導入し、インターネットを経由した地盤データの配信と監視を進めて来た。この特定小電力無線に代わる無線としてジグビー通信方式を用いた新型地盤観測警報システム「ZB のび太」の量産型が実用段階に入ったのでここに紹介する。

新型のび太（ZB のび太）開発
当社は株式会社四国総合研究所とアドホック型通信であるジグビー無線を用いた地盤計測システ
ムの開発を続けてきており、一昨年、試作段階で行った地盤モニタリングについて伸縮計観測例のみ紹介した。現在、センサユニット（NICE）は歪計、水位計、温度計、雨量計など多様なセンサーを接続可能なものとなっており、データ収集ユニット（NC）も仕様を変更し、新たに開発した警報ユニットやカメラユニットとも接続可能なものとなっているため、ここで改めてシステムを紹介する。

「ZB のび太」安全管理警報システム

ユニット名称の変更

NICE → センサユニット
NC→ データ収集ユニット

センサユニット
センサユニットは伸縮計用と歪計用の２種類を用意している。伸縮計用と歪計用のユニットは基盤上のジャンパーピンなどを切り替えることで相互に変更が可能だが、操作が煩雑なため、あらかじめどちらかに設定されたユニットを用意しておき、使い分けるものとした。センサユニットは NICE（ロガー部）とジグビー通信モジュールに分かれており、通信モジュールは３ｍのケーブルでロガー部分と繋がっている。
設置に際しては、通信モジュールをアンテナのように扱い、データ収集ユニット（受信側）の通信モジュールと見通せる場所に設置する。センサユニット歪計用は、DC のび太で使用してきた歪計用スイッチボックスに接続し、スイッチボックスに従来通りパイプ歪計を接続（ユニット１台に 60chまで接続可能）して計測する。
センサユニットは充電式のリチウムイオン電池１個で半年以上動作可能。
（10 分間隔計測の場合）
センサユニット（伸縮計用）

センサユニット（伸縮計用）

NICE（ロガー部分）内部

センサユニット（歪計用）

データ収集ユニット

ジグビー通信モジュール内部

NC（Web サーバー）内部

データ受信ユニット
データ受信ユニットはジグビー通信モジュール、NC（ネットワークコンピューター；Web サーバー）、ルーター、データ通信機から構成される。センサユニットのジグビー通信モジュールから送られたデータはデータ収集ユニットの通信モジュールで受信され、NC 内の XML データベースに蓄積される。

NC のデータは Wi-Fi 通信によってルーターに送られ、ルーターに接続されたデータ通信機によって携帯電話回線を通してインターネットに送られる。ルーターは携帯電話会社各社（ NTT,au ,softbank など）のデータ通信機に対応しており、データ通信機を現場の回線状況から選ぶことが出来る。

NC は Web サーバー機能を持つため、NC から直接、図化されたデータを閲覧したり CSV 形式のデータをダウンロードすることができるが、一方では従来通り、藤井基礎設計事務所のサーバーによって図化されたデータを藤井基礎サーバーから閲覧することもできる。

NC のデータは Wi-Fi 通信によって近傍の Wi-Fi 通信可能なパソコンやタブレット、スマートフォンなどでも受信できるため、インターネット環境の無い場所で現場内の通信のみ行う場合は、Wi-Fi
無線によってデータを NC から直接、閲覧・ダウンロードすることもできる。
システム概要図

警報・中継ユニット

カメラユニット

カメラユニット（カメラ部）

警報ユニット
警報ユニットは NC からジグビー無線で送られる信号で接点を出力する。警報ユニットは常時受信状態を保つことから AC 電源を必要とする。また、常時リレー（ジグビーモジュールの送受信）が可能なため、中継器として使用することもできる。

カメラユニット
カメラユニットは USB 接続でカメラを接続し、定時おきに静止画像を撮影して NC に送り、画像データは NC 内に蓄積される（写真 150 枚、以降は上書き）写真は簡易的なカメラだが、USB で接続可能な他のカメラ（屋外用など）も接続可能。

現場での運用例
現場（屋外）ではセンサユニット、データ収集ユニットをそれぞれプラケースに収納し、端子台を介してセンサーと接続して使用する。
センサユニット設置例

プラケース設置状況

ケース内 センサユニット

データ収集ユニット設置例

受信側観測ボックス（プラケース）

ケース内 データ収集ユニット

ジグビー通信モジュール

観測データの閲覧
インターネット経由、またはデータ収集ユニット近傍での Wi-Fi 通信によりパソコンやスマートフォンでデータ収集ユニット内の NC（Web サーバー）にアクセスすると、表形式の最新データや、グラフ化された任意の期間のデータを Web ブラウザ（エクスプローラーなど）で閲覧できる。

初期画面

最新データ（表形式）

図化されたデータを閲覧する場合は、期間指定を行う。

図化されたデータが表示される。
（上図は観測箱内外の 4 点の温度比較を行った例）

ジグビー方式の特徴と可能性
新型の ZB のび太に採用したジグビー通信方式の最大の特徴は省電力である。ジグビー通信方式は従来型「DC のび太」に使用していた特定小電力無線の送受信機に比較して消費される電力が大幅に低減されている。このため、単３電池とほぼ同じ大きさのリチウム電池１個で通常の観測なら半年以上は連続観測が可能になっている。このため、従来のように観測点（送信側）に重い自動車用バッテリーを設置し、2 ヶ月おきに交換するという保守時の作業の負担がかなり軽減される。
ジグビー通信モジュールの消費電力が小さいということは、今後、機器の運用にも様々な可能性があることを示している。送信側に限らず、警報ユニット（中継器として使用可能）や受信側のデータ収集ユニットの消費電力も小さいため、この部分もソーラーパネルで給電が可能になる。現在の「ZBのび太」は AC100V 電源で受信側を稼働させる仕様としているが、AC 電源の無い場所においても日当たりさえ良ければ 50Ｗ程度のソーラーパネルで連続稼働が可能となる。従来型の「DC のび太」は受信側に受信機と汎用型パソコンを使用しているため消費電力が大きく AC 電源が不可欠であったが、「ZB のび太」は今後 AC 電源の無い場所においてもシステムの稼働が可能となるよう更なる開発を継続する予定である。
現在のセンサユニット（NICE）はリチウム電池の寿命を延ばすため、設定された時刻の計測時以外は回路がスリープ状態となっている。（エンドデバイスとしてのみ使用）しかし、リチウム電池ではなくソーラーパネルで給電する方式とすれば、常時回路のウエイク状態を保つことが出来る。リチウム電池に比べてコストはかかるが、この方式とすればジグビー通信のもうひとつの特徴であるアドホック型通信（分散型セルコンピュータによるメッシュネットワークの構成）が可能となる。アドホック型通信はそれぞれのセンサユニットがルーター（中継器）の役割を果たすため、メッシュ(網状)ネットワークの一部のセンサユニットが何らかの異常（破損など）により通信できなくなっても他の中継器を介してデータの転送が可能となる。もしも、多点計測でアドホック通信が必要な場合が生じれば、現在のセンサユニットをエンドデバイスからルーターへ変更も可能である。

おわりに災害現場などでの地盤観測にインターネットを活用し、リアルタイムでデータを配信し、その情報を多数の関係者の間で共有することが望ましいという認識は一般的になっている。しかし、実際に災害現場などリアルタイム観測を行う際、多くの場合に障害となるのは、インターネット環境と電源の有無である。インターネット環境については携帯電話会社各社のエリア拡大に伴い、以前に比べると山間部でもかなりの範囲で携帯回線の使用が可能となってきている。また、携帯回線のエリア外で衛星回線を通じてデータ通信を行う方法も始まっている（ただし、衛星回線はまだ割高である）一方、電源に関して言えば、特に山間部についてインフラが今後、急速に改善されていくとは考えにくい。
災害の多い山間部においては観測に必要な電源をいかに確保するかが相変わらず問題になり続けることが予想される。このため、観測機器を省電力化し、現地のソーラー発電などにより全ての電源を賄う方法は、今後ますます普及していくと思われる。
今後の安全管理警報システムは様々な現場の状況や目的に対応できる柔軟なシステムが求められていくものと思われる。シンク・フジイでは「ZB のび太」を災害現場などに積極的に提案、導入し、一方で更なる操作性の改善、改良と信頼性向上に努めていきたいと考えている。