ＺＢのび太安全管理システム（ZigBee 無線、WiFi 通信を用いた地盤監視システム）有限会社

シンク・フジイ

開発

小村

はじめに
有限会社シンク・フジイ（藤井基礎設計事務所グループ）と株式会社四国総合研究所、東洋電機株式会社の共同開発による、ZigBee 無線を用いた新型のび太安全管理システムがフィールドでの実用試験段階に入っているのでその概要を報告する。本システムには四国総合研究所で開発された最新の ICT 技術を活用したフィールドモニタリングシス
テム基盤技術 open ATOMS ( openAdvanced TopologicalMonitoring System)が使用されている。

背景
当社では以前より「のび太安全管理システム」として無線通信とインターネット配信による地盤監視システムを提供してきたが、同時に従来のシステムよりより効率良く、より安全に、より容易に管理が行える新たな通信システムの開発も進めてきた。昨年より当社と四国総合研究所と共同で開発している新型のび太安全管理システム（仮称：ZBのび太）は次世代の「のび太」としてシステムに多くの新技術と改良が加えられている。本システムには四国総合研究所のもつ最新技術である超低消費電力マイクロコントローラー、ZigBee 通信によるアドホック無線技術、WiFi 通信、XML-DB、CPU 仮想化技術を利用したクラウド化データセンターなどの ICT 技術が用いられ、様々な現場に柔軟に対応でき、運用が容易で、低消費電力、低価格なシステムを実現している。

ＺＢのび太安全管理システム概要 図１

ZB のび太安全管理システムは、伸縮計や水位計、歪計などのセンサーからデータを収集し、ZigBee 通信によって送信する NICE（ネットワーク分散型セルコンピューター）と、NICE からのデータを収集、蓄積、値の判定を行いWiFi 通信によって送信する NC(ネットワークコンピューター)、ＮＣの WiFi 通信を３Ｇ回線経由でインターネッ

トに接続するルーター、インターネット経由で送られたデータを蓄積、グラフへの加工、関係者へのデータ配信や警報メール送信などを行う藤井基礎グループのデータセンターなどにより構成されている。

ZB のび太システム概要 図２

ZB のび太の特徴
１． ZigBee 通信によるマルチホップ通信網
NICE の ZigBee 無線によるマルチホップ型ネットワークではネットワークの一部で通信障害が起きても自動的に他の経路からデータが届けられる。センサーからのデータを送信するセルコンピューターは極めて低消費電力であるため、小型のバッテリーで長期間の観測と通信が可能である。
分散型セルコンピューターは低価格であるため、多点計測を低コストで行なうことができる。

２．ＸＭＬデータベース
NC は NICE から収集したデータを XML データベースに加工、送信する他、最新計測データを WEB ブラウザに表示するための WEB サーバー機能、計測データの範囲判定機能、メール通報機能などを搭載している。

鹿島町における実用試験
鹿島町災害現場において、ZB のび太試作システムを現行のび太システムと並列に設置し、実用試験を行った。
（2011 年 4 月 8 日から 6 月 14 日現在継続中）

鹿島町災害現場

伸縮計Ｓ２と雨量計（のび太とＺＢのび太）

伸縮計Ｓ１（手前がＺＢのび太 奥は現行のび太）

受信ボックス内の NC と WiFi-3G ルーター

受信ボックス（奥はのび太）

伸縮計用ＮＩＣＥ

歪計による計測

歪計用ＮＩＣＥ（測点 5 箇所）

中継機、バッテリー、ソーラーパネル

データはグラフ化されインターネットを通じて現行のび太と同様に配信された。
（下図：伸縮計Ｓ２と雨量計のデータ）

実用試験システム 機器仕様
NICE (ネットワーク分散型セルコンピューター)機能；

各種センサー信号入力＋リアルタイム信号処理、RFID のリーダ/ライタ搭載、MicroSD メモリ搭載、ZigBee 無線通信

特徴 ； 小型、高性能、低コスト 低消費電力
ZigBee モジュール XBee-PRO ; 動作周波数 2.4GHz：63mW（+17dBm）出力(最大 3.2km、日本国
内では最大 1.5km/10mW 出力)の屋外見通しレンジ) アドバンストメッシュネットワークと低出力モード対応
NC（ネットワークコンピューター）機能 ； TCP/IP⇔ZigBee ゲートウエイ、ZigBee 無線ネットワーク管理、データ収集とデータセンターへのデー
タ送信、XML データ処理、WEB サーバー、電子メールによる異常通報特徴 ； 動作設定からデータ通信の全てを XML 化、ソフトウェア（Java で開発）がコンパクトで、1 ボードマイコンを使用可能
マイクロサーバー；

OpenBlocks 600

CPU ; AMCC PowerPC 405EX

600MHz

メ イ ン メ モ リ 1GB DDR2 SDRAM

FRASHROM (NOR) 128MB ストレージ (CF) 1,2,4,8,16 (GB)外形寸法：81（W）× 133（D）
× 31.8（H）mm、 電源：AC アダプタ 5V、 消費電力： 約 13.8VA / 約 8.0W
OS: 標準サポート：SSD/Linux , Java: Java SE for Embedded 5.0 (OpenBlockS 600 用)
無線 LAN USB アダプタ；

WiFi アダプタ

COREGA（IEEE802.11g/b）
規格対応無線 LAN USB アダプタ CG-WLUSB300GNM
IEEE802.11n 準拠
無線 LAN 仕様 周波数帯域 ［IEEE802.11n/g/b］2.412GHz～2.472GHz（中心周波数表示）
WiFi-3G ルーター ；WiFi-WALKER DATA05

a.u (KDDI 株式会社)

データ通信速度 下り最大 3.1Mbps /上り最大 1.8Mbps 、対応機種 、
外形寸法 約 49 (W) ×104 (H) ×18.1 (D) mm、最大 5 台接続可能

おわりに
今年 3 月に発生した東日本大震災により、過去に例のない規模で災害復旧工事や新たな防災設備工事が行われている。復旧工事の担い手である土木や建設の施工業者においては、入札時の総合評価方式の導入以来、安全管理に対する意識は向上し、現場において様々な安全管理器具が活用されるようになった。災害復旧工事など地すべりの危険を伴う現場では地盤の状態を観測員が危険区域に行かなくてもすむよう、設置されたセンサーのデータを通信により収集し、危険が生じれば自動的に警報を発する安全管理システムの導入は不可欠なものと考えられている。また、一般の人々の防災、安全に対する関心の高まりを受け、住民の防災のために安全管理システムを積極的に導入しようという自治体も増えてきた。
今後の安全管理システムは、災害予知の精度を上げていくのはもちろん、現場の目的に応じて選択、拡張、縮小ができるシステムの柔軟性、限られた予算内でも多くの計測ができる低価格な送受信装置、クラウドに蓄積されたデータを目的に応じた形式で可視化する柔軟なデータベースやソフトウエアなどが求められていくものと考えられる。
この度開発した「ZB のび太」は従来の「のび太」に比べて、小型軽量で超低消費電力であるため、設置や保守が容易に、安全に行える。電池は手のひらに乗る小型リチウム電池を使用するため、これまでのように電源を確保するため危険な崖の上に重い蓄電池（自動車用バッテリーなど）を運び上げる必要がない。また、のび太の持つ機能（通信によるデータ収集、データの判定と保存、現場警報、メール警報、インターネット配信）などは全て引き継ぎ、これらに加えて通信の安定性とシステムの柔軟性やデータ処理の柔軟性を高くすることに成功した。それにもかかわらず、極めて低価格なシステムを実現したため、かかるコストは従来の「のび太」より低く押さえることができる。
(有)シンク・フジイでは今後、災害復旧工事現場や土砂災害のおそれがある工事現場の安全管理に「ZB のび太安全管理システム」を積極的に提案していきたいと考えている。