特許 6761683 柱状構造物の傾斜監視システムおよび方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6761683

(24)【登録日】2020年9月9日

(45)【発行日】2020年9月30日

(54)【発明の名称】柱状構造物の傾斜監視システムおよび方法

(51)【国際特許分類】

   G01C 9/06 20060101AFI20200917BHJP

   G08C 15/00 20060101ALI20200917BHJP

   G08C 17/02 20060101ALI20200917BHJP

【ＦＩ】

   G01C9/06 Z

   G08C15/00 D

   G08C17/02

【請求項の数】7

【全頁数】19

(21)【出願番号】特願2016-130390(P2016-130390)

(22)【出願日】2016年6月30日

(65)【公開番号】特開2018-4387(P2018-4387A)

(43)【公開日】2018年1月11日

【審査請求日】2019年5月14日

(73)【特許権者】

【識別番号】000005108

【氏名又は名称】株式会社日立製作所

(73)【特許権者】

【識別番号】000221616

【氏名又は名称】東日本旅客鉄道株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001689

【氏名又は名称】青稜特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】辻川 琢也

(72)【発明者】

【氏名】本田 慎也

(72)【発明者】

【氏名】阿久津 糸江

(72)【発明者】

【氏名】荻野 敦

(72)【発明者】

【氏名】山田 創平

(72)【発明者】

【氏名】貴志 俊英

(72)【発明者】

【氏名】山本 浩志

【審査官】 仲野 一秀

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００１−２６４１２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−２５６４６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平８−１３５０５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−２１７７０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−４００８２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｃ １／００−１／１４

５／００−１５／１４

Ｇ０８Ｃ １３／００−２５／０４

Ｈ０２Ｇ ７／００−７／２２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

センサノードとサーバを備える柱状構造物の傾斜監視システムであって、
前記センサノードは、
測定対象物の傾斜を計測するセンサと、
前記センサにより計測した測定データに対して処理を行う処理部と、
前記処理部で処理を行った処理データを記録する記録部と、
前記記録部に記録した前記処理データを送信する送信部と備え、
前記サーバは、
前記センサノードから送信された前記処理データを受信する受信部と、
前記受信部で受信した前記処理データを蓄積する蓄積部と、
前記蓄積部に蓄積した前記処理データに基づき前記測定対象物の傾斜角を算出する傾斜角算出部と、
前記傾斜角算出部で算出した前記傾斜角に基づき傾斜有無を判定する判定部と、
前記判定部で傾斜有と判定された場合に傾斜発生を通知する通知部とを備え、
前記処理部は、
複数の前記測定データを用いて平均化処理を行い、前記処理データとして平均化データを算出し、
前記送信部は、
前記平均化データを送信し、
前記センサは、
前記センサの計測周期をTs、前記センサのサンプリングレートをFs、前記測定対象物の共振周波数をFpとしたとき、
Ts ≦ 1 / (2・Fp)
Fs ≧ 2 Fp
の条件下で計測を行う、
柱状構造物の傾斜監視システム。

【請求項2】

センサノードとサーバを備える柱状構造物の傾斜監視システムであって、
前記センサノードは、
測定対象物の傾斜を計測するセンサと、
前記センサにより計測した測定データに対して処理を行う処理部と、
前記処理部で処理を行った処理データを記録する記録部と、
前記記録部に記録した前記処理データを送信する送信部と備え、
前記サーバは、
前記センサノードから送信された前記処理データを受信する受信部と、
前記受信部で受信した前記処理データを蓄積する蓄積部と、
前記蓄積部に蓄積した前記処理データに基づき前記測定対象物の傾斜角を算出する傾斜角算出部と、
前記傾斜角算出部で算出した前記傾斜角に基づき傾斜有無を判定する判定部と、
前記判定部で傾斜有と判定された場合に傾斜発生を通知する通知部とを備え、
前記処理部は、
複数の前記測定データを用いて平均化処理を行い、前記処理データとして平均化データを算出し、
前記送信部は、
前記平均化データを送信し、
前記センサは、
前記測定データのうち所定以上の周波数領域を遮断するＬＰＦ処理を行う、
柱状構造物の傾斜監視システム。

【請求項3】

センサノードとサーバを備える柱状構造物の傾斜監視システムであって、
前記センサノードは、
測定対象物の傾斜を計測するセンサと、
前記センサにより計測した測定データに対して処理を行う処理部と、
前記処理部で処理を行った処理データを記録する記録部と、
前記記録部に記録した前記処理データを送信する送信部と備え、
前記サーバは、
前記センサノードから送信された前記処理データを受信する受信部と、
前記受信部で受信した前記処理データを蓄積する蓄積部と、
前記蓄積部に蓄積した前記処理データに基づき前記測定対象物の傾斜角を算出する傾斜角算出部と、
前記傾斜角算出部で算出した前記傾斜角に基づき傾斜有無を判定する判定部と、
前記判定部で傾斜有と判定された場合に傾斜発生を通知する通知部とを備え、
前記処理部は、
複数の前記測定データを用いて平均化処理を行い、前記処理データとして平均化データを算出し、
前記送信部は、
前記平均化データを送信し、
前記センサノードは、加速度閾値判定部を備え、
前記加速度閾値判定部は、
前記測定データの大きさを判定し、前記測定対象物に対する物理的な干渉に基づく所定の大きさの計測データを除外する、
柱状構造物の傾斜監視システム。

【請求項4】

前記傾斜角算出部は、
過去の蓄積データから傾斜変化率を算出する、
請求項１〜３のうちいずれかに記載の柱状構造物の傾斜監視システム。

【請求項5】

測定対象物の傾斜を計測して測定データを得る第１のステップ、
複数の前記測定データに対して平均化処理を行って、処理データを生成する第２のステップ、
前記処理データに基づき前記測定対象物の傾斜角を算出する第３のステップ、
算出した前記傾斜角を閾値と比較する第４のステップ、
前記傾斜角が前記閾値を超えた場合に傾斜発生を通知する第５のステップ、
を備え、
前記第１のステップにおいて、
前記測定対象物の共振による振動周期の半分よりも、前記測定データの計測周期を短くする、
柱状構造物の傾斜監視方法。

【請求項6】

測定対象物の傾斜を計測して測定データを得る第１のステップ、
複数の前記測定データに対して平均化処理を行って、処理データを生成する第２のステップ、
前記処理データに基づき前記測定対象物の傾斜角を算出する第３のステップ、
算出した前記傾斜角を閾値と比較する第４のステップ、
前記傾斜角が前記閾値を超えた場合に傾斜発生を通知する第５のステップ、
を備え、
前記第１のステップの後に、
前記測定データのうち所定以上の周波数領域を遮断するＬＰＦ処理を行い、
その後、前記第２のステップを行う、
柱状構造物の傾斜監視方法。

【請求項7】

測定対象物の傾斜を計測して測定データを得る第１のステップ、
複数の前記測定データに対して平均化処理を行って、処理データを生成する第２のステップ、
前記処理データに基づき前記測定対象物の傾斜角を算出する第３のステップ、
算出した前記傾斜角を閾値と比較する第４のステップ、
前記傾斜角が前記閾値を超えた場合に傾斜発生を通知する第５のステップ、
を備え、
前記第１のステップの後に、
前記測定データの大きさを判定し、前記測定対象物に対する物理的な干渉に基づく所定の大きさの計測データを除外する処理を行い、
その後、前記第２のステップを行う、
柱状構造物の傾斜監視方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電柱、橋梁、家屋、ビルディングなど、経年によって傾斜が発生する可能性のある構造物に適用される傾斜監視システムおよび方法に関する。

【背景技術】

【0002】

例えば従来から、電柱は町の至る所に設置されているが、地震などの自然現象や、工事や電線のメンテナンスなどの人的活動の影響を受け、傾斜が発生する場合がある。傾斜が発生し、進行した場合、倒壊事故に至る可能性がある。倒壊を防止するには、定期的な傾斜の点検作業が重要である。

【0003】

特許文献１には、加速度計を備える傾度センサを用いた傾斜角度の測定方法が開示されている。また、特許文献２には、傾斜検知部に識別制御通信部を付加して、それぞれ電柱に固定配置し、中央の制御装置に通信で報告する電柱の傾斜異常検出装置が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００６−１３３２３０号公報

【特許文献2】特開２００４−１４７３７４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

電柱の倒壊事故を未然に防ぐため、傾斜の発生を早期に検出し、対処することが重要である。一方、電柱を管理する事業者は、広域に散在した多数の電柱を長期にわたり管理することが一般的である。例えば、電力会社は数百万本の電柱を継続的に管理する。特許文献２に開示された、無線による傾斜角の測定装置は、点検の効率化を実現するが、それでもなお、作業員が電柱の現場に出向いてデータを収集する必要があり、その点検業務には多大な労力とコストを要する。

【0006】

そこで本発明の課題は、広域に散在した多数の構造物、例えば電柱の傾斜角を、効率的かつ的確に管理し、傾斜の発生を早期に検出することである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記の課題を解決する本発明の一側面は、センサノードとサーバを備える傾斜監視システムである。このシステムにおいて、センサノードは、測定対象物の傾斜を計測するセンサと、センサにより計測した測定データに対して処理を行う処理部と、処理部で処理を行った処理データを記録する記録部と、記録部に記録した処理データを送信する送信部とを備える。また、サーバは、センサノードから送信された処理データを受信する受信部と、受信部で受信した処理データを蓄積する蓄積部と、蓄積部に蓄積した処理データに基づき測定対象物の傾斜角を算出する傾斜角算出部と、傾斜角算出部で算出した傾斜角に基づき傾斜有無を判定する判定部と、判定部で傾斜有と判定された場合に傾斜発生を通知する通知部とを備える。

【0008】

上記の課題を解決する本発明の他の一側面は、測定対象物の傾斜を計測して測定データを得る第１のステップ、複数の測定データに対して平均化処理を行って、処理データを生成する第２のステップ、処理データに基づき測定対象物の傾斜角を算出する第３のステップ、算出した傾斜角を閾値と比較する第４のステップ、傾斜角が閾値を超えた場合に傾斜発生を通知する第５のステップ、を備える傾斜監視方法である。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、広域に散在した多数の構造物、例えば電柱の傾斜角を、効率的かつ的確に管理し、傾斜の発生を早期に検出することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】実施例における傾斜監視システムの構成を示すブロック図である。

【図2】センサノードの構成図の例を示すブロック図である。

【図3】計測データと平均化データの変動の例を示すグラフ図である。

【図4】計測データと平均化データの数値の例を示す表図である。

【図5】センサノードの送信データの構成例を示す表図である。

【図6】ゲートウェイの構成の例を示すブロック図である。

【図7】サーバの構成の例を示すブロック図である。

【図8】サーバの画面表示の例を示す平面図である。

【図9】傾斜監視システムの一連の計測動作を示すフローチャートである。

【図10】共振が発生する場合の電柱設備にかかる加速度の変動と計測データの例を示すグラフ図である。

【図11】列車振動が発生する場合の電柱設備にかかる加速度の変動の例を示す概念図である。

【図12】大きな振動が発生する場合の電柱設備にかかる加速度の変動と計測データの例を示すグラフ図である。

【図13】実施例４におけるセンサノードの構成図の例を示すブロック図である。

【図14】実施例４の閾値判定処理を行う場合の、動作を示すフローチャートである。

【図15】実施例５におけるサーバの画面表示の例を示す平面図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

本発明を適用した傾斜監視システムおよびその処理方法の実施例を、以下図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の説明では、図面の記載において、同一の部分には同一の符号を付してその説明を省略することがある。

【0012】

実施例中、等価とみなせる構成要素が複数個存在する場合には、同一の符号に添え字を付けて区別することがある。ただし、特に区別する必要がない場合は、添え字を省略して記載することがある。

【0013】

図面等において示す各構成の位置、大きさ、形状、範囲などは、発明の理解を容易にするため、実際の位置、大きさ、形状、範囲などを表していない場合がある。このため、本発明は、必ずしも、図面等に開示された位置、大きさ、形状、範囲などに限定されない。

【0014】

本発明者等は、電柱の傾斜角を継続的に監視するに際し、電柱は周囲環境の影響を受けて頻繁に揺れるため、その傾斜角は一定でないことに着目した。周囲環境の影響による揺れの具体例としては、例えば、雨風など自然環境に起因する揺れや、近傍を列車等が通過した際に生じる地面の振動に起因する揺れである。そして、発明者等は、電柱の傾斜角には、構造物である電柱そのものの傾斜度合いを表す成分と、周囲環境起因の現象によって発生する一時的な変動成分とが混在していることを、新たに見いだした。特に、傾斜の早期検出のためには０．５度程度の微小な傾斜角を検出する必要があるところ、前記周辺環境の影響による揺れも同じ程度であり、その峻別は困難である。

【0015】

この新たな知見に基づき、電柱そのものの傾斜角を的確に算出するために、以下で説明する実施例に係る傾斜監視システムの基本的な構成は、測定対象物の傾斜を計測する加速度センサと、計測により取得した測定データに対して処理を行う処理部と、処理を行った処理データを記録する記録部と、記録した処理データを送信する無線部と備えるセンサノードと、センサノードから送信された処理データをゲートウェイを介して受信する通信部と、受信した処理データを蓄積する蓄積部と、蓄積した処理データに基づき測定対象物の傾斜角を算出する傾斜角算出部と、算出した傾斜角に基づき傾斜有無を判定する判定部と、傾斜有と判定された場合に異常傾斜の発生を通知する通知部とを備えるサーバと、を有する。

【0016】

周囲環境の影響に起因するノイズの影響を低減するための、測定データに対する処理の例としては、平均化処理がある。

【0017】

また、周囲環境の影響に起因するノイズを極力除去するために、あらかじめ周囲環境のノイズの特性や原因を検討し、当該ノイズの特性や原因に対応した処理を行う。これにより、取得した測定データに含まれているノイズ成分を除去する。

【実施例1】

【0018】

＜１．システム全体構成＞
図１は本実施例における傾斜監視システムの設置例である。まず、図１において傾斜監視システムの測定対象となる領域を、拠点ごとに、現場１a、１b、１cに分割する。各現場１には計測対象である電柱設備５が複数存在しており、電柱設備５毎にセンサノード２を設置する。

【0019】

センサノード２は、電柱設備５にかかる加速度を測定する機能を備える。また、センサノード２は、計測データをゲートウェイ３に送信するための機能を備える。センサノード２は多数の電柱設備５に設置されるので、安価な構成を採用することが望ましい。

【0020】

さらに、現場１a、１b、１cごとに、中継機能を備えるゲートウェイ３を設置する。ゲートウェイ３は、同じ現場内のセンサノード２から送信される計測データを受信する。現場１が広域（例えば１０００ｍ四方以上）であり、近距離無線（例えば通信可能距離が１００ｍ）の電波が届かない場合には、ゲートウェイ３を複数設置してもよい。また、ゲートウェイ３は固定された収納設備等に設置してもよいし、点検や運用上の理由により歩行する点検者に携帯されて移動してもよい。

【0021】

ゲートウェイ３は、センサノード２から受信した計測データ等の情報を、広域網６を経由してサーバ４へ送信する。ゲートウェイ３から広域網６までの送信方法としては、例えば遠距離無線（例えば通信可能距離が１ｋｍ以上）が挙げられる。このために、広域網６には、図示しない遠距離無線の受信設備が接続される。

【0022】

サーバ４は、広域網６を経由して受信した情報を蓄積し、電柱設備５の傾斜状況を監視する機能を有する。サーバ４は、集約した加速度の計測データから傾斜角を算出し、各電柱設備５の傾斜状況を監視する。傾斜角が予め設定した閾値を上回った場合に、サーバ４は、電子メール等の通知手段によって、管理者７へ通知を行う。閾値としては、例えば５度の傾斜で通知を行うこととし、この場合傾斜角測定の分解能は例えば０.５度程度あればよい。

【0023】

また、センサノード２は電柱設備５上の柱上に設置するため、給電用の配線敷設や電池交換作業は労力を要する。長期稼働を実現する上では、センサノード２は太陽光パネルなどで構成した給電機構を備え、その電力で動作することが望ましい。また、センサノード２は、低消費電力化を図った設計であることが望ましい。このような制約から、センサノード２が送信する情報量を少なく抑えることが、本システムの運営上望ましいことになる。

【0024】

＜２．センサノード＞
図２は本実施例におけるセンサノード２の構成例を示している。センサノード２は、制御部２０、加速度センサ２１、記録部２２、平均化処理部２３、近距離無線部２４、アンテナ２５、時計部２６、電源部２７を備える。ここで、制御部２０および平均化処理部２３はソフトウェアとして機能を実現される。ソフトウェアは、記録部２２上に実装することとする。以下、各部の機能について説明する。

【0025】

制御部２０は、加速度センサ２１、記録部２２、平均化処理部２３、近距離無線部２４、時計部２６に対してデータの受け渡しおよび動作指示を出し、センサノード２の全体の動作を制御する。制御部２０の一連の動作については後述する。

【0026】

加速度センサ２１は、電柱設備５にかかる加速度の値を計測する機能を有する。加速度センサ２１は、南北方向や東西方向といった複数方向の加速度を計測できるものとする。加速度を測定する構成については、例えば特許文献１等に開示がある。また、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）を用いた加速度センサが知られている。加速度センサ２１は、計測した加速度データ（以下、計測データと称する）を、記録部２２に記録する。さらに、加速度センサ２１は、時計部２６より時刻情報を取得する機能を有する。

【0027】

記録部２２は、計測データおよび後述する平均化データを記録するためのものである。記録部２２には各種の記憶デバイスが使用できる。たとえば、フラッシュメモリのような不揮発性の半導体メモリを用いることができる。

【0028】

平均化処理部２３は、加速度のデータから、平均値を算出する平均化処理を行う。ここで、平均化処理による効果を説明する。電柱の傾斜角には、電柱そのものの傾斜度合いを表す成分（以下、傾斜成分と称する）と、周囲環境起因の現象によって発生する一時的な変動成分（以下、変動成分と称する）とが混在している。例えば、強風により架線が振動することで電柱が引っ張られることで０.５度程度の変動成分が生じる。これを受け、電柱上で計測する加速度も、傾斜成分の加速度と、変動成分の加速度とが混在する。

【0029】

図３に、傾斜角の変動成分が発生した際の、加速度の変動例を示す。横軸に時間をとり、縦軸に加速度をとっている。図３に示されるように、黒丸で示される計測データは、加速度の傾斜成分に加速度の変動成分が重畳された形となる。

【0030】

図４に、計測値の例を示す。振動が発生した際、傾斜成分から大きく乖離した計測データ（例えば０．９８）が発生する。ここで、計測データに平均化処理を施した値（以下、平均化データと称する）は、便宜的に下記の式１で定義できる。
ai＋(1/N)Σbi ・・・（式１）

【0031】

aiは加速度の傾斜成分、biは加速度の変動成分、Nは平均化処理の対象となる計測データの数である。平均化対象のデータ数が多いほど、変動成分を低減できる。列車の走行起因の振動を変動成分の対象にした場合、数分間程度の計測データから平均化データを生成すると、その影響を十分に低減可能である。例えば８分間程度の計測データを平均化対象とすると、１５両編成の列車が近傍を通過する間、その震動による加速度の変動成分を、十分低減することができる。具体的には、（列車長（ｍ）÷走行速度Ｖ(ｍ/ｓ)）×安全率３０などで求められる。２５ｍ×１５÷２４×３０倍＝８分程度となる。

【0032】

計測データに平均化処理を施した平均化データを、図３に白丸で示す。平均化処理の結果、従来のように加速度センサ２１の計測データから傾斜角を算出する場合と比較して、振動による影響を低減した、正確性の高い傾斜角を得ることができる。

【0033】

また、平均化処理による平均化データ（図３の白丸）を送信することによって、計測データ（図３の黒丸）をそのまま送信するのに比較して、通信量を圧縮する効果を得られる。これにより、センサノード２の低消費電力化に効果がある。平均化処理部２３は、算出した加速度の平均化データを記録部２２に記録する。

【0034】

前述のように、図２における制御部２０および平均化処理部２３はソフトウェアとして機能実現される。すなわち、制御部２０および平均化処理部２３の機能は、単独では図示しない処理装置により、記録部２２に格納されたプログラムを実行することで、定められた処理を他のハードウェアと協働して実現される。計算機などが実行するプログラム、その機能、あるいはその機能を実現する手段を、「機能」、「手段」、「部」、「ユニット」、「モジュール」等と呼ぶ場合がある。

【0035】

なお、ソフトウェアで構成した機能と同等の機能は、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）などのハードウェアでも実現できる。

【0036】

近距離無線部２４は、平均化データと、時計部２６が提供する時刻情報を、アンテナ２５を介してゲートウェイ３に送信する機能を有する。近距離無線部２４は、所定の加速度センサ２１の計測処理と同期して、送信処理を繰り返し実行するものとする。

【0037】

この時、近距離無線部２４は、センサノード２毎に一意に割り振られた識別ＩＤ（ＭＡＣアドレスなど）を保持する。それゆえ、受信したゲートウェイ３は、送信元のセンサノード２を判断可能である。

【0038】

図５に、近距離無線部２４の送信データの構成例を示す。近距離無線部２４の送信データは、センサノード識別ＩＤ、加速度センサのｘｙｚ等各軸に対応した平均化データ、計測時刻を含む。ここで、送信データのサイズを増やせる場合には、センサノード２の稼働情報などを同時に送信してもよい。例えば、電源部２７の供給電圧値や、過去の計測データ履歴などを同時に送信すれば、センサノード２の稼働管理に役立つ。アンテナ２５は、近距離無線の電波を送信する機能を有する。またさらに受信機能を備えてもよい。

【0039】

時計部２６は、現在時刻を提供する機能を有する。現在時刻は時計部２６が自ら計測してもよいし、外部からの信号を元に取得してもよい。

【0040】

電源部２７は、センサノード２の各部へ電力を供給する機能を有する。電源部２７は、太陽光パネル等で構成し、自然エネルギーから電力を生成してもよいし、リチウムイオン電池などの蓄電池で構成してもよい。

【0041】

＜３．ゲートウェイ＞
図６は、本実施例におけるゲートウェイ３の構成例を示している。ゲートウェイ３は、制御部３０、近距離無線部３１、近距離無線用アンテナ３２、遠距離無線部３３、遠距離無線用アンテナ３４、電源部３５を備える。以下、各部の機能について説明する。

【0042】

制御部３０は、近距離無線部３１、遠距離無線部３３を制御する機能を有する。制御部３０の一連の動作については後述する。制御部３０は、センサノード２の制御部２０と同様に、ソフトウェアあるいはハードウェアで構成することができる。

【0043】

近距離無線部３１は、近距離無線用アンテナ３２を通じてセンサノード２と通信する機能を有する。

【0044】

近距離無線用アンテナ３２は、近距離無線の電波を受信する機能を有する。さらに送信機能を備えてもよい。

【0045】

遠距離無線部３３は、遠距離無線用アンテナ３４を通じて、サーバ４と通信する機能を有する。ゲートウェイ３とサーバ４は設置場所が離れている。したがって、その通信は、広域網６を経由し、ゲートウェイ３と広域網６間は無線通信で、広域網６とサーバ４間は有線通信で通信を行う。遠距離無線部３３が動作するタイミングは、近距離無線部３１の平均化データ受信と同期してもよいが、遠距離無線部３３等に記憶領域を設けて一時的にバッファに蓄積し、後で送信してもよい。

【0046】

遠距離無線用アンテナ３４は、遠距離無線の電波を送信する機能を有する。さらに受信機能を備えてもよい。

【0047】

電源部３５は、ゲートウェイ３の各部へ電力を給電する機能を有する。電源部３５は、リチウムイオン電池などの蓄電池で構成してもよいし、外部から電力を得られる現場では、ＡＣアダプタなどで構成してもよい。

【0048】

＜４．サーバ＞
図７は、本実施例におけるサーバ４の構成例を示している。サーバ４は、制御部４０、通信部４１、蓄積部４２、傾斜角算出部４３、傾斜閾値判定部４４、通知部４５、画面表示部４６を備える。以下、各部の機能について説明する。

【0049】

制御部４０は、通信部４１、蓄積部４２、傾斜角算出部４３、傾斜閾値判定部４４、通知部４５、画面表示部４６を制御する機能を有する。制御部４０の一連の動作については後述する。制御部４０は、センサノード２の制御部２０と同様に、ソフトウェアあるいはハードウェアで構成することができる。

【0050】

通信部４１は、ゲートウェイ３と通信する機能を有する。ゲートウェイ３とサーバ４は設置場所が離れている。したがって、通信は、広域網６を経由する。このため、通信部４１は、インターネット等の広域網６に接続するためのインタフェースを備える。

【0051】

蓄積部４２は、センサノード２が送信した平均化データを蓄積する。平均化データは、センサノード２の識別情報毎に整理して蓄積される。蓄積部４２は、半導体メモリや磁気ディスクのような記憶装置を用いることができる。

【0052】

傾斜角算出部４３は、蓄積部４２に蓄積された平均化データから、電柱設備５が最も傾いている傾斜方向と、その傾斜角度を算出する機能を有する。加速度から傾斜方向と傾斜角度を算出する方法は、例えば、加速度センサがx軸、y軸の2軸の加速度Ax、Ayを取得できる場合、下記の式で算出することが可能である。記号「^2」は自乗を示す。ｇは重力加速度である。
傾斜方向：Arctan(Ay/Ax)
傾斜角度：Arcsin(√((Ax^2)＋(Ay^2))/g)
傾斜角算出部４３は、算出した傾斜方向と傾斜角度を蓄積部４２に保存する。

【0053】

傾斜閾値判定部４４は、傾斜角度と、予め設定した閾値を比較し、大小を判定する機能を有する。傾斜角度が閾値を上回った場合には、傾斜閾値判定部４４は、通知部４５に異常傾斜の発生を知らせる。

【0054】

通知部４５は、予め登録した１人以上の管理者７が使用する端末に対し、傾斜の発生を通知する機能を有する。通知手段としては、電子メールで管理者の端末のメールアドレスに通知してもよいし、端末の液晶ディスプレイに表示してもよい。通知する情報には、少なくとも、電柱設備５の識別情報と、傾斜角の情報を含むことが望ましい。

【0055】

傾斜角算出部４３、傾斜閾値判定部４４、通知部４５は、制御部４０と同様に、ソフトウェアあるいはハードウェアで構成することができる。

【0056】

画面表示部４６は、通知部４５の通知を表示する機能を有する。また、管理者の要求に応じて、蓄積部４２に保存された電柱設備５の状況を表示する機能を備える。

【0057】

図８に、画面表示部４６の表示の一例を示す。画面表示部４６は、センサノード識別ＩＤ、計測時刻、傾斜方向、傾斜角度、異常判定結果を表示する。表示される異常判定結果は、加速度の変動成分の影響を低減して実際の傾斜角を反映している。よって、電柱の傾斜角を、効率的かつ的確に把握することができる。

【0058】

＜５．処理フロー＞
図９により、本実施例において、加速度の計測から管理者７への通知までの一連の動作を、フローチャートを用いて説明する。

【0059】

センサノード２の制御部２０は、時計部２６から時刻情報を読み込み、計測時刻かどうかを判定する（５０１）。ここで、制御部２０が予め決められた計測時間であると判定した場合（５０１でYes）、加速度センサ２１は、電柱設備５にかかる加速度の計測を実施する（５０２）。加速度センサ２１は、複数方向の加速度計測が可能であるので、方向毎に計測を行い、計測データを記録部２２に記録する。

【0060】

計測データ数が、既定の計測回数Nに達した時（５０３でYes）、制御部２０が、計測データを平均化処理部２３に送る。平均化処理部２３は、計測方向毎に計測データに平均化処理を施す（５０４）。同時に、制御部２０は、時計部２６から時刻情報を取得し、平均化データと合わせて記録部２２に記録する（５０５）。一方、計測データ数が、既定の計測回数Nに満たない時（５０３でNo）、制御部２０は処理を終え、次の計測時間を待つ。

【0061】

一方、ステップ５０１において計測時刻ではない場合（５０１でNo）、制御部２０は、時計部２６から時刻情報を読み込み、送信時刻かどうかを判定する（５０６）。ここで、送信時間ではない場合（５０６でNo）、制御部２０は処理を終え、次の計測時間を待つ。

【0062】

送信時刻であった場合（５０６でYes）、制御部２０は、記録部２２から最新の平均化データを抽出し（５０７）、近距離無線部２４に対し、送信を指示する（５０７）。計測時刻の間隔や送信時刻の間隔は任意に定めることができる。例えば、送信時刻と送信時刻の間に、少なくともＮ回計測ができるように設定すれば、毎回新しい平均化データを送信できるが、これに限定するものではない。

【0063】

近距離無線部２４は、平均化データと時刻情報を近距離無線でゲートウェイ３へ送信する（５０８）。

【0064】

ゲートウェイ３の近距離無線部３１は、センサノード２が送信したデータを受信する。制御部３０は、受信したデータを近距離無線部３１から遠距離無線部３３へデータを渡す。そして、遠距離無線部３３は、サーバ４へ送信する（５１０）。

【0065】

サーバ４の通信部４１は、ゲートウェイ３が送信したデータを受信し、蓄積部４２に、保存する（５１１）。制御部４０は、蓄積部４２に保存された平均化データを傾斜角算出部４３に渡す。平均化データを傾斜角算出部４３に渡すタイミングは任意に定めることができる。例えば、ゲートウェイ３が送信したデータを受信するたびに、最新の平均化データを傾斜角算出部４３に渡してもよいが、これに限定するものではない。

【0066】

傾斜角算出部４３は、平均化データから、電柱設備５の最も傾いている方向と、その傾斜角度を算出し、蓄積部４２に記録する（５１２）。算出した傾斜角、例えば最大の傾斜角が予め設定した閾値以内であれば（５１３でNo）、傾斜閾値判定部４４は、異常傾斜の発生のアラームをあげずに処理を終了する。

【0067】

算出した傾斜角、例えば最大の傾斜角、が予め設定した閾値を超えた場合（５１３でYes）、傾斜閾値判定部４４は、異常傾斜の発生のアラームを通知部４５に送る。

【0068】

通知部４５は、傾斜閾値判定部４４からアラームを受けると、例えば管理者７に対して、傾斜の発生を示す通知を行う（５１４）。

【0069】

以上述べたとおり、本実施例によれば、センサノード２が計測した加速度の値に、平均化処理を施すことで、変動成分を低減することができ、電柱そのものの傾斜成分を取り出すことができる。そして、サーバ４では、変動成分が低減された平均化データを利用して電柱そのものの傾斜度合いに基づき異常有無を監視しているので、従来のように変動成分を低減していない電柱の単なる傾斜角に基づく異常有無の監視と比較して、正確性の高い監視が可能となる。

【0070】

傾斜角の変動成分は、電柱の倒壊予兆を検知するシステムを構築する場合において、誤った判断の原因になる。例えば従来のように、計測した傾斜角に基づいて異常アラートをあげる場合、振動による変動成分を傾斜の発生と誤認識し、誤報のアラートが頻発することが懸念される。これに対し、本実施例を適用したシステムでは、変動成分を低減した平均化データに基づき、電柱の傾斜角の異常無を判定しているので、変動成分による誤報のアラートが頻発する等の問題を解決できる。

【0071】

さらに、平均化処理は計測データの情報量を削減し、センサノード２の低消費電力化を可能にする。また、ゲートウェイ３によって近距離無線と遠距離無線とを組み合わせたデータ収集方式を採用することで、広域に散在した多数の電柱にかかる加速度を効率的に収集する。本実施例により、傾斜の発生を正確に検知し、アラートをあげる傾斜監視システムを構築することができ、倒壊事故を未然に防ぐことを可能にする。

【0072】

上記の実施例１の構成で、平均化処理によって変動成分の影響を低減した。しかし、平均化処理による効果は、計測データの分散に依存する。そのため、計測データの値やデータ数次第では、変動成分が平均化データに残存することが考えられる。例えば、あまりに大きな計測データを記録した場合、平均化処理だけではその影響を十分に低減できない。また、高頻度に傾斜角を測定したい場合、平均化対象のデータが少なくなり、変動成分が残存しやすい。そこで、平均化処理に加え、計測データの取得段階で変動成分を低減し、傾斜の監視精度を高める方法を、別の実施例として以下に説明する。

【実施例2】

【0073】

測定対象物の周囲に他の構造物がある場合、共振を起こすことがある。例えば、高架橋近傍に設置された電柱は、高架橋と電柱の共振周波数が一致した場合、共振現象によって大きな振幅の振動が発生する。電柱の共振周波数は１〜１０Ｈｚ程度である。そのことから、本発明者等は、電柱の固有振動数と、傾斜角の計測周期の関係に着目した。そして、発明者等は、計測周期の値によって、実施例１が共振現象の影響を大きく受けることを、新たに見いだした。この新たな知見に基づき、傾斜の監視精度を高める手段を、実施例２として説明する。共振現象による影響について下記に説明する。

【0074】

図１０は、実施例１において、電柱設備５が共振する場合の加速度と、計測データの例を表した図である。横軸が時間を示し、縦軸が加速度を示す。電柱設備５が共振する場合、加速度は６０２の様な、正弦波状の曲線となる。この時、センサノード２の計測周期が、共振周波数と近い値であると、センサノード２が、本来計測したい傾斜成分より大きな加速度（例えば、計測値H1、H2近傍）だけを取得する場合がある。このような状態では、計測データに平均化処理を施したとしても、変動成分を低減できない。

【0075】

そこで、センサノード２の加速度センサ２１の計測周期を調整することで、変動成分の影響を低減する。具体的には、加速度センサ２１の計測周期Tsを、下記の式を満たすよう設定する。
Ts ≦ 1 / (2・Fp) ・・・・（式２）
Fs ≧ 2 Fp
ここで、Tsは加速度センサ２１の計測周期、Fsは加速度センサ２１のサンプリングレート、Fpは電柱設備５の持つ共振周波数を表す。上記条件を満たすことで、計測データは、傾斜成分より大きい値だけでなく、傾斜成分より小さい値を含む。

【0076】

例えば、図１０の例では計測周期（Ts）＝振動周期の半分（1 / (2・Fp)）としている。この例では、計測データは傾斜成分より大きい値H1,H2と、傾斜成分より小さい値L1,L2の両方を含むので、平均化処理により大きい値と小さい値が相互に打ち消しあって、変動成分を低減することができる。計測周期の位相がずれた場合であっても、計測データの大きい値と小さい値が打ち消す効果は同様である。ここで図３で示した通り、過去の計測データ数Ｎ＝５で平均化すれば十分な精度を得ることができる。何個のデータ数Ｎで平均化するのが適切かは、対象とする電柱設備等の環境によるので、過去データを検討して決めればよい。

【0077】

また、計測周期がさらに短くなった場合は、隣り合う計測データ同士の打消し効果は小さくなるが、本来計測したい傾斜成分より大きな（または小さな）加速度だけを取得することはない。また、サンプリングレートが大きくなることで、平均化処理による平準化の効果が顕著になる。

【0078】

この結果、平均化処理により、共振現象による変動成分を低減することができ、共振がない場合の加速度６０１に近い計測値が得られる。

【0079】

本実施例において、センサノード２は、計測周期の設定を、記録部２２に保持するものとする。監視対象の電柱設備５が、共振することが予め分かっている場合には、記録部２２に計測周期を設定する。センサノード２の設置後に、共振が判明した場合に備え、センサノード２は、設定を変更できる機構を備えてもよい。

【0080】

以上説明したように、電柱設備５の共振周波数に基づいてセンサノード２の計測周期を決定することで、共振の影響を低減し、傾斜の監視精度を高めることができる。

【実施例3】

【0081】

線路近傍に設置した電柱は、列車走行時に生じる大きな振動を受ける。本発明者等は、列車の走行時に生じる振動が、特定の周波数帯にピークを持つことに着目した。そして、その周波数を、予め特定可能であることを新たに見いだした。この新たな知見に基づき、傾斜の監視精度を高める手段を、実施例３として説明する。列車の走行によって生じる振動について、下記に述べる。

【0082】

図１１は、列車１１０の走行による、加速度の変動の例を表した図である。図１１（ａ）に示すように、列車１１０による振動の主な原因は、列車１１０が線路の継ぎ目１１１を通過する際に発生する、車輪と線路の衝撃である。そのため、衝撃は、車輪の数だけ繰り返し発生し、衝撃の時間的間隔は車輪の物理的間隔に依存する。このため、図１１（ｂ）に示すように、横軸に時間を示し、縦軸に加速度を示した場合、列車走行の影響を受けた加速度７０１には、所定の間隔で振動のピークが現れる。

【0083】

この時、振動が重畳されるため、ピークの周波数Fは、車輪間隔と列車速度から決まり、下記の式で表される。
F＝ V / L
Lは車輪間距離、Vは列車１１０の走行速度である。上記式から、振動のピークとなる周波数帯７０３を把握することができる。

【0084】

図１１（ｃ）は、横軸に周波数を示し、縦軸に加速度を示し、列車走行の影響を受けた加速度７０２を図示したものである。振動のピークとなる周波数F＝V / L以上の周波数帯７０３を除去することにより、列車走行の影響を低減することができる。

【0085】

以上の知見に基づき、本実施例における傾斜監視システムの構成について述べる。センサノード２の加速度センサ２１は、内部にＬＰＦ(Low Pass Filter)処理機能を有するものとする。一般に、加速度センサデバイスは、電気的ノイズや、手に持った場合の手振れの影響を抑える目的で、ＬＰＦ処理機能を搭載するものである。

【0086】

ＬＰＦ処理は、ある所定の周波数以上の高周波成分を遮断する。加速度センサデバイスのＬＰＦ処理の詳細は、製品などにより公知である。加速度センサ２１は、計測データ取得時に、ＬＰＦ処理を実行し、上記の式で得られた列車振動の周波数成分を除去する。

【0087】

センサノード２は、ＬＰＦ処理の遮断周波数の設定を、記録部２２に保持するものとする。また、センサノード２は、設定を変更できる機構を備えてもよい。

【0088】

以上説明したように、加速度センサ２１がＬＰＦ処理を備え、ＬＰＦ処理の遮断周波数を、振動要因に特有の周波数に設定することで、列車走行の振動の影響を低減し、傾斜の監視精度を高めることができる。

【0089】

実施例３のＬＰＦ処理は実施例１の平均化処理と組み合わせて用いることにより、平均化処理による加速度の変動成分の低減効果を増大させることができる。また、加速度の変動成分の原因が、所定の周波数以上の高周波成分に限られる等の状況では、平均化処理と組み合わせなくとも一定の効果が得られる。

【実施例4】

【0090】

電柱設備５が受ける振動の振幅があまりに大きいと、平均化処理だけではその影響を十分に低減できない場合がある。例えば、電柱設備５に物体が衝突した場合や、センサノード２上に鳥などが乗った場合などである。このような振動について、下記に説明する。

【0091】

図１２は、実施例１において、瞬間的に大きな振動を受けた場合の加速度の例を表した図である。横軸が時間を示し、縦軸に加速度を示す。離散的に計測値９０１を取得している。大きな振動が発生すると、センサノード２は、計測値９０１ｘの様な、非常に大きな計測データを取得する。センサノード２が平均化処理の対象とするデータは、突発的な振動を受けた加速度９０２となり、これは変動成分である計測値９０１ｘの影響を含む。平均化処理のデータ数が少ない場合、平均化データは変動成分の影響を大きく受ける。このような課題に対し、変動成分の低減方法を、本発明の実施例４として以下に説明する。

【0092】

図１３は、本実施例におけるセンサノード２aの構成例を示す。センサノード２aは、実施例１のセンサノード２の構成に加え、加速度閾値判定部２８を備える。加速度閾値判定部２８は、記録部２２が保持する計測データを読み込み、所定の閾値９０３（図１２）と比較する機能を有する。加速度閾値判定部２８は、閾値９０３の設定を、記録部２２に保持するものとする。また、センサノード２は、設定を変更できる機構を備えてもよい。

【0093】

図１４のフローチャートに本実施例の、傾斜監視システムの動作を示す。図９と同一の符号を付したステップは、同様の動作を示すため、ここでは加速度閾値判定部２８が関連するステップ５０２〜５０３のみ説明する。ステップ５０２で、加速度センサ２１は計測データを記録部２２に保存する。次に、加速度閾値判定部２８は、記録部２２から計測データを読取り、予め設定した閾値と計測データの比較を行う（５０２−２）。計測データが閾値内の場合（５０２−２でYes）、加速度閾値判定部２８は、処理を終え、ステップ５０３へ進む。計測データが閾値を超える場合（５０２−２でNo）、加速度閾値判定部２８は計測データを削除して、ステップ５０１に戻る。

【0094】

以上説明したように、加速度閾値判定部２８によって、計測データが閾値を超えた場合に計測データを除外することで、大きな振動が発生した場合でもその影響を低減し、傾斜の監視精度を高めることができる。なお、閾値としては図１２のように固定値を用いて計測データと比較してもよいし、直前の計測データと最新の計測データの差分を計算し、当該差分を閾値と比較し、閾値以上の差分が生じていた場合、最新の計測データを削除してもよい。

【0095】

実施例４の処理は実施例１〜３の処理と組み合わせて用いることにより、加速度測定の精度を増大させることができる。例えば、実施例１の平均化処理と組み合わせると、計測データが閾値を超えた場合に計測データを平均化処理の対象から除外することで、より傾斜の監視精度を高めることができる。また、単独で用いても一定の効果が得られる。

【実施例5】

【0096】

電柱の近傍で工事を行う場合、傾斜の発生確率が著しく高まる。特に、工事現場の周辺で多数の電柱が一斉に傾斜した場合、その補修作業は多大な労力を必要する。このような場合、傾斜の発生後に補修するのではなく、異常傾斜の発生を未然に予測し、早期に補修を行うことが望ましい。このような課題に対し、異常傾斜の予測を、本発明の実施例５として以下に説明する。

【0097】

図１５は、サーバ４の画面表示部４６の表示の一例である。画面表示部４６は、センサノード識別ＩＤ、計測時刻、傾斜方向、傾斜角度、傾斜変化率、異常判定結果を表示する。傾斜変化率は、電柱設備５の傾斜角度の変化を表すものである。

【0098】

傾斜角算出部４３は、平均化データから、電柱設備５の傾斜方向と、傾斜角度を算出するとともに、過去の蓄積データから傾斜変化率を算出する。傾斜変化率は、時間経過による電柱の傾斜のスピードを表すものである。例えば、24時間前の同時刻の傾斜角度との差を計算し、1日当たりの傾斜角度の変化の割合を算出する。傾斜角算出部４３は、傾斜変化率を、傾斜角度と併せて蓄積部４２に記録する。

【0099】

傾斜閾値判定部４４は、算出した傾斜変化率に対して、傾斜変化率閾値に基づき閾値判定を行う。傾斜変化率が閾値を上回った場合には、通知部４５は、管理者７に対し、異常傾斜の発生の可能性が高いことを通知する。

【0100】

以上述べたとおり、本実施例によれば、異常傾斜の検出を傾斜角度の変化率に基づき行うので、電柱の傾斜のスピードを考慮した傾斜監視が可能となる。その結果、傾斜角度としては閾値内に納まるが倒壊の可能性があるような異常な傾斜を未然に予測し、早期に補修作業を実施することができる。

【0101】

本発明の実施例によれば、測定した電柱の傾斜角に対して、周囲環境起因の一時的な変動成分を低減しているので、電柱そのものの傾斜度合いを正確に算出することが可能となる。その結果、広域に散在した多数の電柱の傾斜角を、効率的かつ正確に管理することができる。そして、本発明の実施例によれば、傾斜の異常状態を早期に検出し、管理者等に的確に通知することが可能となる。

【0102】

本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることが可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の実施例の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

【符号の説明】

【0103】

１ 現場
２ センサノード
３ ゲートウェイ
４ サーバ
５ 電柱設備
６ 広域網
７ 管理者
２１ 加速度センサ
２２ 記録部
２３ 平均化処理部
２４ 近距離無線部
２５ アンテナ
２６ 時計部
２７ 電源部
２８ 加速度閾値判定部
３１ 近距離無線部
３２ 近距離無線用アンテナ
３３ 遠距離無線部
３４ 遠距離無線用アンテナ
４１ 通信部
４２ 蓄積部
４３ 傾斜角算出部
４４ 傾斜閾値判定部
４５ 通知部
４６ 画面表示部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】