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特開2022-138587監視システム、装置、方法及びプログラム
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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022138587
(43)【公開日】2022-09-26
(54)【発明の名称】監視システム、装置、方法及びプログラム
(51)【国際特許分類】
   G08C 17/00 20060101AFI20220915BHJP
   G08C 15/00 20060101ALI20220915BHJP
   G01M 99/00 20110101ALI20220915BHJP
【FI】
G08C17/00 Z
G08C15/00 D
G01M99/00 Z
【審査請求】有
【請求項の数】10
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2021038551
(22)【出願日】2021-03-10
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】(出願人による申告)国等の委託研究の成果に係る特許出願(令和2年度総務省「インフラモニタリングにおけるインフラ3DモデルとIoTセンサ情報モデルの異分野間連携に関する研究開発と標準化」、産業技術力強化法第17条の適用を受ける特許出願)
(71)【出願人】
【識別番号】000000295
【氏名又は名称】沖電気工業株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100180275
【弁理士】
【氏名又は名称】吉田 倫太郎
(74)【代理人】
【識別番号】100161861
【弁理士】
【氏名又は名称】若林 裕介
(72)【発明者】
【氏名】柳原 健太郎
【テーマコード(参考)】
2F073
2G024
【Fターム(参考)】
2F073AA02
2F073AA11
2F073AA19
2F073AA25
2F073AA40
2F073AB01
2F073AB04
2F073AB05
2F073BB01
2F073BB04
2F073BB07
2F073BC01
2F073BC02
2F073CC03
2F073CC07
2F073CC09
2F073CC12
2F073CD11
2F073DD02
2F073DE02
2F073DE06
2F073DE13
2F073EE13
2F073FF01
2F073FF12
2F073FG01
2F073FG02
2F073GG01
2F073GG07
2F073GG08
2F073GG10
2G024AD34
2G024BA21
2G024BA22
2G024BA27
2G024CA13
2G024FA04
(57)【要約】      (修正有)
【課題】電池で動作する機器の寿命を延ばすことを目的として、一度の測定に要する電力量に関係するパラメータを変更することができるようにする。
【解決手段】本発明に係る監視システムは、監視対象に設けられた1又は複数の検知手段と、各検知手段から取得した計測値に基づいて、監視対象に生じ得る異常の程度を評価した評価値を導出する異常判定手段と、評価値に応じて、検知手段による測定動作に係る動作パラメータを変更する動作パラメータ変更手段51を備えることを特徴とする。
【選択図】図1
【特許請求の範囲】
【請求項1】
監視対象に設けられた1又は複数の検知手段と、
前記各検知手段から取得した計測値に基づいて、前記監視対象に生じ得る異常の程度を評価した評価値を導出する異常判定手段と、
前記評価値に応じて、前記検知手段による測定動作に係る動作パラメータを変更する動作パラメータ変更手段と
を備えることを特徴とする監視システム。
【請求項2】
異常判定手段が、前記各検知手段からの前記計測値をフーリエ変換して得た周波数特性に基づいて、前記計測値の異常の程度を評価した前記評価値を導出するものであり、
前記動作パラメータが、フーリエ変換に用いるデータ数を含み、
前記動作パラメータ変更手段は、前記評価値に基づき異常の程度が小さくなるほど前記データ数を少なくし、異常の程度が大きいなるほど前記データ数を大きくする
ことを特徴とする請求項1に記載の監視システム。
【請求項3】
前記動作パラメータが、前記各検知手段が検知する計測時間を含み、
前記動作パラメータ変更手段は、前記評価値に基づき異常の程度が小さくなるほど前記計測時間を短くし、異常の程度が大きくなるほど前記計測時間を長くする
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の監視システム。
【請求項4】
前記動作パラメータが、前記各検知手段のデータ取得頻度を含み、
前記動作パラメータ変更手段は、前記評価値に基づき異常の程度が小さくなるほど前記データ取得頻度を小さくし、異常の程度が大きくなるほど前記データ取得頻度を大きくする
ことを特徴とする請求項1~3のいずれかに記載の監視システム。
【請求項5】
前記動作パラメータが、前記検知手段としての加速度センサの計測方向数を含み、
前記動作パラメータ変更手段は、前記評価値に基づき異常の程度が大きくなるほど前記計測方向数を大きくする
ことを特徴とする請求項1~4のいずれかに記載の監視システム。
【請求項6】
前記動作パラメータが、前記各検知手段が前記異常判定手段に送信する送信データ量を含み、
前記動作パラメータ変更手段は、前記評価値に応じて、前記送信データ量を変更することを特徴とする請求項1~5のいずれかに記載の監視システム。
【請求項7】
監視対象に設けられた1又は複数の検知手段と、
前記各検知手段から取得した計測値に基づいて、前記監視対象に生じ得る異常の程度を評価した評価値を導出する異常判定手段と、
前記評価値に応じて、前記検知手段による測定動作に係る動作パラメータを変更する動作パラメータ変更手段と
を備えることを特徴とする監視装置。
【請求項8】
異常判定手段が、監視対象に設けられた検知手段から取得した計測値に基づいて、前記監視対象に生じ得る異常の程度を評価した評価値を導出し、
動作パラメータ変更手段が、前記評価値に応じて、前記検知手段による測定動作に係る動作パラメータを変更する
ことを特徴とする監視方法。
【請求項9】
コンピュータを、
監視対象に設けられた1又は複数の検知手段と、
前記各検知手段から取得した計測値に基づいて、前記監視対象に生じ得る異常の程度を評価した評価値を導出する異常判定手段と、
前記評価値に応じて、前記検知手段による測定動作に係る動作パラメータを変更する動作パラメータ変更手段と
して機能させることを特徴とする監視プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、監視システム、装置、方法及びプログラムに関し、例えば、構造物に設置したセンサからのセンサデータを解析して構造物の健全性を監視する監視装置に適用し得るものである。
【背景技術】
【0002】
従来、振動する構造物に種々のセンサを設置し、構造物の健全性を測定する試みが数多くなされてきた(特許文献1参照)。構造物の健全性を判断するためには、構造物に負荷を与える必要がある。日常的に負荷として与えられるのは、例えば、車両などの通過に伴う加重である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開2020-148623号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
センサ装置を動かすには電力が必要であるが、橋梁などの屋外において電源を確保することは容易ではない。また、機器を設置する場所は橋の床板の裏など、通常の方法ではたどり着けない場所が多く、頻繁に電池の交換を行うのは現実的ではない。太陽電池等の発電機能を用いても、常時センサ装置を駆動させることは難しい。また、構造物は長い年月をかけて劣化するものであり、常時監視する必要性はあまりない。間欠的に監視を行い、変化があった場合により厳密な測定を行うことで消費電力を削減し、センサの寿命を延ばすことができる。
【0005】
そこで、上述した課題に鑑み、本発明は、電池で動作する機器の寿命を延ばすことを目的として、一度の測定に要する電力量に関係するパラメータを変更することができる監視システム、装置、方法及びプログラムを提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【0006】
かかる課題を解決するために、第1の本発明に係る監視システムは、監視対象に設けられた1又は複数の検知手段と、各検知手段から取得した計測値に基づいて、監視対象に生じ得る異常の程度を評価した評価値を導出する異常判定手段と、評価値に応じて、検知手段による測定動作に係る動作パラメータを変更する動作パラメータ変更手段とを備えることを特徴とする。
【0007】
第2の本発明に係る監視装置は、監視対象に設けられた1又は複数の検知手段と、各検知手段から取得した計測値に基づいて、監視対象に生じ得る異常の程度を評価した評価値を導出する異常判定手段と、評価値に応じて、検知手段による測定動作に係る動作パラメータを変更する動作パラメータ変更手段とを備えることを特徴とする。
【0008】
第3の本発明に係る監視方法は、異常判定手段が、監視対象に設けられた検知手段から取得した計測値に基づいて、監視対象に生じ得る異常の程度を評価した評価値を導出し、動作パラメータ変更手段が、評価値に応じて、検知手段による測定動作に係る動作パラメータを変更することを特徴とする。
【0009】
第4の本発明に係る監視プログラムは、コンピュータを、監視対象に設けられた1又は複数の検知手段と、各検知手段から取得した計測値に基づいて、監視対象に生じ得る異常の程度を評価した評価値を導出する異常判定手段と、評価値に応じて、検知手段による測定動作に係る動作パラメータを変更する動作パラメータ変更手段として機能させることを特徴とする。
【発明の効果】
【0010】
本発明によれば、電池で動作する機器の寿命を延ばすことを目的として、一度の測定に要する電力量に関係するパラメータを変更することができる。
【図面の簡単な説明】
【0011】
図1】実施形態に係る無線機の内部構成を示す内部構成図である。
図2】実施形態に係る監視システムの全体構成を示す全体構成図である。
図3】実施形態に係る監視装置の内部構成を示す内部構成図である。
図4】フーリエ変換して得たデータスペクトルを示すスペクトル図である。
図5】実施形態に係る加速度センサの動作パラメータの変更処理の動作を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【0012】
(A)主たる実施形態
以下では、本発明に係る監視システム、装置、方法及びプログラムの実施形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
【0013】
(A-1)実施形態の構成
(A-1-1)全体構成
図2は、実施形態に係る監視システムの全体構成を示す全体構成図である。
【0014】
図2において、監視システム1は、親機20と、子機としての複数の無線機10(10-1~10-n)と、監視装置30とを有する。
【0015】
監視システム1は、センサを有する複数の無線機10-1~10-nを監視対象に設置し、各無線機10-1~10-nからセンサデータを間欠的に収集し、その収集したセンサデータを用いて監視対象の状態や状況を監視する。
【0016】
この実施形態では、橋梁等の構造物にセンサを設置し、例えば車両走行や風等による振動を計測して、構造物の健全性を監視する。なお、構造物は、橋梁等である場合を例示するが、これに限らず、例えば、空港、高速道路、港湾などのインフラ構造物としてもよい。
【0017】
構造物に生じ得る異常は、例えば亀裂、ひび割れ、遊離石灰の発生、ボルトの脱落等に代表される損傷や劣化などが考えられ、センサデータに基づいて、異常の程度を評価する値(異常度の値)を求める。例えば、構造物に設置された複数のセンサのそれぞれからセンシングデータを収集し、各センサのデータを用いて統計的な解析を行う。そして、統計的な解析結果と最新の計測結果(センサデータ)とを比較し、その比較結果と閾値とを用いて評価する。評価の結果、これまでの統計的な解析結果から離れた結果、あるいは異なる結果が得られたときに異常が発生したといえる。
【0018】
図2において、無線機10(10-1~10-n)と親機20とは、センサネットワークSNを構成している。一般的に、センサネットワークSNの通信方式は、特定小電力無線方式などに代表される低速な無線通信方式を適用することができる。例えば、IEEE802.11a/b/g/nなどに代表される無線ネットワーク規格、若しくは、IEEE802.15.4、Bluetooth(登録商標)などの無線通信方式であっても構わない。センサネットワークSNは、基幹ネットワークNTに比べ低速な通信方式である。無線機10(10-1~10-n)及び親機20には、それぞれセンサネットワークSN上で固有のアドレス(例えば、MACアドレス、ショートアドレス、IPアドレス等)が割り当てられている。
【0019】
親機20と監視装置30との間のネットワークは基幹ネットワークNTである。基幹ネットワークNTは、例えば、Internet又はEthernet(登録商標)である。基幹ネットワークNTは、無線回線であってもよいし、有線回線であってもよい。
【0020】
無線機10は、主にセンサ、スケジュール決定手段、及び通信手段を有する。以下では、無線機10を、検知装置又はセンサ機器等とも呼ぶ。無線機10は、センサを稼働させる時刻を決定する。無線機10は、計測したデータを含む情報を、センサネットワークSNを介して親機20に送信する。なお、この実施形態において、無線機10は、例えば、橋梁等の構造物の複数箇所のそれぞれに固定設置されているものとする。
【0021】
親機20は、センサネットワークSNと基幹ネットワークNTとの間でデータを中継する機能を有する。親機20は、各無線機10からデータを含む情報を受信すると、各無線機10のデータを含む情報を監視装置30に送信する。これにより、センサデータを監視装置30に与えることができる。
【0022】
親機20は、基本的には、無線機10と同じ構成を備え、無線機10の構成に加えて監視装置30に各無線機10からのデータを中継する中継機能を備えるものであっても良い。また例えば、親機20は、後述する監視装置30の構成を備えるものであってもよい。
【0023】
監視装置30は、大量のピークデータを用いて求めた特定の周波数領域のピーク特性と、評価対象とする特定の周波数領域のピークデータ(評価対象の測定データ)とに基づいて、測定データの異常度を評価する。ここでは、監視装置30が測定データの異常の程度をスコア値で評価する。閾値等を用いて測定データのスコア値が異常であると判定するとき、構造物が異常であるとみなす。なお、変形例として、監視装置30がセンサ機器20から加速度センサ203が計測した計測信号を収集可能とするため、監視装置30と親機10とが一体化したものとしてもよい。
【0024】
(A-1-2)監視装置の内部構成
図3は、実施形態に係る監視装置30の内部構成を示す内部構成図である。
【0025】
図3において、監視装置30は、通信部301、制御部302、異常判定部303、記憶部304を有する。
【0026】
通信部301は、基幹ネットワークNTと接続するための通信インタフェースである。
【0027】
制御部302は、監視装置30における各種機能を司る装置及び処理部である。制御部302は、例えば、CPU、ROM、RAM、EEPROM、入出力インタフェース等を有する装置で構成されてもよい。CPUがROMに格納される処理プログラム(例えば、監視プログラム等)を実行することにより、処理が実現されるようにしてもよい。
【0028】
制御部302は、構造物の異常度を求めるため、各無線機10-1~10-nから受信したデータを異常判定部303に与える。また、制御部302は、異常判定部303により求められた異常度に応じて、各加速度センサ103の測定動作に関する情報を求める。さらに、制御部302は、制御部302は、加速度センサ103毎の異常度及び測定動作に関する情報を対応する無線機10に送信させる。
【0029】
データ蓄積部306は、構造物の健全性を判定するための情報を蓄積する。例えば、データ蓄積部306は、各加速度センサ203の計測データ(例えば、加速度203センサが計測した計測信号、計測信号をフーリエ変換して得た周波数スペクトルデータ等)や、計測信号を用いて求めた特定の周波数領域のピークデータ(例えば、周波数、ピークの高さを示す値、日時情報、グループ番号等を含むデータ)などを蓄積する。
【0030】
制御部303は、記憶部304に蓄積されている加速度センサ203が計測した計測信号をフーリエ変換して周波数スペクトルを求め、周波数スペクトルに現れる多くのピークの中から極大値となる周波数(以下、「ピーク周波数」と呼ぶ。)を求める。制御部303は、ピーク周波数を用いて、構造物の特定の周波数(固有周波数)を導出する。
【0031】
異常判定部303は、過去の大量のピークデータを用いて求めた特定の周波数領域のピーク特性と、評価対象とする測定データとを用いて、測定データの異常度を示すスコア値を求める。異常判定部303は、スコア値を用いて測定データの異常度を評価する。
【0032】
ここで、異常判定方法は、様々な方法を広く適用できる。例えば、異常判定部303は、加速度センサ103が計測した過去の振動データを正規化したデータを導出して記憶部304に記憶する。異常判定部303は、当該加速度センサ103の過去の振動データの正規化データと、当該加速度センサ103の最新の振動データとに基づく相関を示す値を導出する。そして、異常判定部303は、その相関を示す値と閾値とを比較して異常度を判定する。なお、異常判定方法は、上述した例に限定されない。
【0033】
ここで、異常度(以下では、「異常評価値」又は「評価値」とも呼ぶ。)は、構造物の損傷や劣化などが生じ、その影響を受けている程度を評価する評価値をいう。異常度は、加速度センサ103の計測結果に基づいて評価した、構造物の評価値ともいえる。異常度を判定するための閾値は、1個に限らず、複数個を設定してもよい。
【0034】
異常判定部303は、異常の程度に応じて、複数段階の異常度を求める。例えば、異常判定部303は、複数の異なる値の閾値を用いて、「異常度:0」、「異常度:1」、「異常度:2」、「異常度:3」の4段階に区分する。「異常度:0」は「異常なし」と評価でき、「異常度:3」が最も影響を受けて異常の程度が大きいものとする。なお、この実施形態では、4段階の異常度を例示するが、これに限定されない。
【0035】
また、異常判定部303は、加速度センサ103毎の異常度を制御部302に与える。制御部302は、加速度センサ103毎の異常度を、該当する加速度センサ103を持つ無線機10に送信するため、当該無線機10宛であって、異常度を含む情報を通信部301に与える。通信部301は、無線機10宛に、異常度を含む情報を送信する。
【0036】
記憶部304は、各無線機10の計測履歴、異常判定部303により導出された演算結果を無線機10毎に記憶する。計測結果は、例えば、無線機10の識別情報(例えば、MACアドレス、IPアドレス等)、加速度センサ103の識別情報、計測時刻、計測データ(センシングデータ)、加速度センサ103の測定動作モード種別、測定タイミングの周期、構造物の部材種別等の全て又は一部を対応付けて記憶するようにしてもよい。
【0037】
(A-1-3)無線機の内部構成
図1は、実施形態に係る無線機10の内部構成を示す内部構成図である。
【0038】
図1において、無線機10は、通信部101、制御部102、加速度センサ103、スケジュール決定部104、タイマ部105、時計部106を有する。
【0039】
この実施形態に係る無線機10は、その各部をハードウェアによって構成しても良く、また、一部の構成についてはソフトウェア的に構成しても良い。また、無線機10は、電池を有しており、電池が各構成要素に対して電力を供給する。
【0040】
通信部101は、センサネットワークSNにアクセスするための通信インタフェースである。
【0041】
制御部102は、無線機10における各種機能を司る装置及び処理部である。制御部102は、例えば、CPU、ROM、RAM、EEPROM、入出力インタフェース等を有する装置で構成されてもよい。CPUがROMに格納される処理プログラム(例えば、計測動作プログラム等)を実行することにより、処理が実現されるようにしてもよい。
【0042】
制御部102は、動作パラメータ変更部51を有する。動作パラメータ変更部51は、異常度に応じて、加速度センサ103の動作パラメータ(動作パラメータの値)を変更するものである。動作パラメータ変更部51が動作パラメータを変更することで、加速度センサ103の測定動作を変えることができ、省電力化を図ることができる。
【0043】
ここで、動作パラメータは、加速度センサ103の測定動作のパラメータである。特に、動作パラメータは、加速度センサ103の測定に要する電力量を変化させるパラメータを意図する。
【0044】
例えば、動作パラメータは以下に例示するものを用いることができる。以下では、各動作パラメータの特性を電力量の観点から説明する。なお、異常度に応じて変更する動作パラメータは、以下に限定されない。
【0045】
「フーリエ変換に用いるデータ数」は、時間経過とともに、取得したデータをフーリエ変換し、周波数ごとの特性を見ることができる。データ数が増えると、より周波数の分解能が上がり、詳細な計測が可能だが、計算量が増えるので消費電力が増加する。
【0046】
図4は、フーリエ変換して得たデータスペクトルを示す図であり、横軸は周波数、縦軸はパワーを示す。図4(A)はデータ数が16384個であり、図4(B)はデータ数が512個である。図4(A)に示すように、データ数が多い場合、スペクトルが滑らかな曲線になり、ピーク周波数を細かく求めることができる。他方、図4(B)に示すように、データ数が少ない場合、スペクトルが折れ線になり(ガタガタになり)、ピーク周波数を正確に求めることが難しくなる。
【0047】
「1回の測定の計測時間」は、長時間測定した方が外乱の影響を少なくすることができ、より正確な計測ができる。しかし、計測時間が長くなるほど、消費電力は増加する。
【0048】
「センサのデータ取得頻度」は、例えば、センサの動作周波数が該当する。動作周波数は、例えば、1秒間のデータ取得回数であり、動作周波数を上げると、データ取得回数が増えるので、より細かい測定が可能となり、データをフーリエ変換すると、計測できる周波数の範囲が大きくなる。しかし、データ量が増大するため、消費電力が増加する。
【0049】
「センサの計測方向の数」は、例えば、加速度センサ103の場合、一般的にx軸,y軸,z軸の3方向の計測が可能であり、必要な方向のデータを取得できる。例えば、構造物には揺れやすい方向と揺れにくい方向があり、平常時は揺れやすい方向のみを用いるのが合理的だが、異常発生時には多くの方向のデータを用いることで、より詳細な計測が可能となる。しかし、方向の数が多くなると、データ量が増大するため、消費電力が増加する。
【0050】
「監視装置に通知する送信内容」は、無線機10が監視装置30に通知する送信内容が、詳細なデータになれば、データ量も増大するので、消費電力が増大する。逆に、無線機10が詳細なデータの送信を省略すると、消費電力は減少する。例えば、監視装置30に送信する送信内容は、加速度センサ30の計測値に基づく異常の有無のみ、ピーク周波数のみ、周波数スペクトル全体、計測したデータそのものなどとすることができる。
【0051】
また、制御部102は、通信部101を介して、監視装置30から測定動作に関する情報を受信すると、監視装置30から受信した、測定動作スケジュールを含む情報をスケジュール決定部104に与える。
【0052】
「測定動作スケジュール」は、無線機10においてセンサ(例えば加速度センサ103)を稼働させるスケジュール情報をいう。この実施形態では、後述する周期的な測定タイミングが測定動作スケジュールに含まれる。センサを稼働させる時刻又は時間では、無線機10においてセンサを含む構成要素に電力を供給して稼働状態とするが、それ以外の時刻又は時間の間では、消費電力を抑えるために、無線機10は休止状態となる。換言すると、測定動作スケジュールは、無線機10の状態を、休止状態又は稼働状態に遷移させる動作スケジュールともいえる。
【0053】
加速度センサ103は、橋梁等の構造物にかかる計測対象物理量をセンシングするものである。1台の無線機10が、1個の加速度センサ103を備えるようにしても良いし、1台の無線機10が、複数個の加速度センサ103を備えるようにしてもよい。なお、この実施形態では、加速度センサ103を備えるようにしたが、センサ種類はこれに限らない。例えば、無線機10は、加速度センサ103に加えて、あるいは、加速度センサ103に代えて、温度センサ、湿度センサ、振動センサ、赤外線イメージセンサ等、様々な種類のセンサを用いても良い。
【0054】
スケジュール決定部104は、監視装置30から受信した測定動作スケジュール情報に基づいて、加速度センサ103を稼働させる測定動作スケジュール(すなわち、周期的な測定タイミング)を決定する。スケジュール決定部104は、測定動作スケジュールをタイマ部105に設定する。
【0055】
タイマ部105は、スケジュール決定部104により設定された測定動作スケジュールに基づいて、無線機10における状態(休止状態、稼働状態)を管理する。
【0056】
例えば、タイマ部105は、時計部106から現在時刻を監視している。その間、無線機10は休止状態である。ここで、休止状態は、無線機10の一部の要素の機能は稼働し、その他の要素は停止している状態をいう。例えば、無線機10のタイマ部105及び時計部106が稼働し、それ以外の要素が停止している状態を「休止状態」とする。
【0057】
そして、現在時刻が測定動作スケジュール(測定タイミング)の測定時刻に達すると、タイマ部105は制御部102に起動指示をする。つまり、タイマ部105は、測定動作を稼働するため、制御部102に起動指示をする。これにより、無線機10は休止状態から起動状態になる。
【0058】
時計部106は、現在時刻を提供する時計である。
【0059】
(A-2)実施形態の動作
次に、実施形態に係る監視システム1における処理動作を、図面を参照して説明する。
【0060】
[監視処理]
まず、監視システム1における監視処理の一般的な処理動作の一例を説明する。なお、以下では、複数の無線機10、親機20及び監視装置30の間で、時刻が同期しているものとする。
【0061】
監視対象とする構造物には、複数の加速度センサ103が設置されている。構造物の種類に応じて、損傷や劣化しやすい箇所には、異常の程度をより詳細に解析できるようにするため、他の箇所よりも多くの加速度センサ103を配置してもよい。
【0062】
監視装置30は、構造物に設置している加速度センサ103を事前に管理していてもよい。例えば、構造物において、ある特定箇所に、複数の加速度センサ103を配置しても良い。その場合、特定箇所を特定する特定箇所情報(例えば、構造物における識別情報)と、配置する複数の加速度センサ103の識別情報とを対応付けて管理してもよい。これにより、ある特定箇所に対して、どの加速度センサ103をどのように配置したかの配置状況を事前に知ることができる。
【0063】
各無線機10では、加速度センサ103が周期的に稼働し、加速度センサ103が構造物の特性を示すデータを計測する。
【0064】
例えば、橋梁などの構造物では、車両が走行することで構造物は振動し、長い年月をかけて構造物に損傷や劣化などが生じ得る。各無線機10の加速度センサ103は、構造物に生じる振動データを計測する。走行する車両が橋梁に加重して(荷重を加えて)生じる振動データの値を、加速度センサ103が計測する。
【0065】
計測された振動データ値は制御部102に与えられ、通信部101が、振動データ値を含む通信信号を親機20に送信する。例えば、無線機10のアドレス情報を送信元アドレスとし、親機20のアドレス情報を送信先アドレスとし、当該無線機10の加速度センサ103の計測結果を含む通信信号が、親機20に向けて送信される。
【0066】
親機20は、複数の無線機10のそれぞれから受信した、計測結果(振動データの値)を含む通信信号を、監視装置30に向けて中継する。
【0067】
監視装置30では、各無線機10から計測結果を含む通信信号を受信すると、各無線機10からの計測結果を記憶部305に保存する。
【0068】
異常判定部303は、無線機10毎に、過去の計測結果と、最新の計測結果とを比較して異常度を求める。ここでは、複数の閾値を用いて、構造物に生じ得る異常の程度を「異常度:0」~「異常度:3」の4段階に評価する。
【0069】
[動作パラメータの変更処理]
図5は、実施形態に係る加速度センサ103の動作パラメータの変更処理の動作を示すフローチャートである。
【0070】
異常判定部303が、各加速度センサ103の計測値に基づいて異常度を求めると、制御部302は、無線機10宛の異常度を含む情報を生成する。そして、通信部301が、無線機10宛の異常度を含む通信信号を送信する。
【0071】
各無線機10において、通信部101は、異常度を含む通信信号を受信し、制御部102は異常度を取得する(S101)。
【0072】
動作パラメータ変更部51は、取得した異常度に応じて、加速度センサ103の動作パラメータを変更する(S102)。
【0073】
[異常度:0(S103)]
「異常度:0」は、構造物に異常が発生していない状態を示す。つまり、加速度センサ103による詳細な計測は不要である。したがって、動作パラメータ変更部51は、加速度センサ103の1回の測定での計測時間を短くし、加速度センサ103の動作周波数を下げ、詳細な測定結果を監視装置30に送信しない、等の変更を行う。
【0074】
例えば、加速度センサ103の計測時間について、異常度の値に応じた時間を事前に設定しておき、動作パラメータ変更部51は「異常度:0」のときに用いる短時間の計測時間(例えばt1)に変更する。
【0075】
また例えば、加速度センサ103の動作周波数についても、異常度の値に応じて事前に複数の周波数を設定しておき、「異常度:0」のときに用いる周波数が小さい値(例えば動作周波数A)に変更する。
【0076】
このように、動作パラメータ変更部51が加速度センサ103の動作パラメータを変更することで、消費電力を下げることができる。加速度センサ103による計測期間のうち、「異常度:0」の期間が大部分を占める。したがって、「異常度:0」の期間の加速度センサ103の消費電力を削減することは、監視システム1全体の消費電力を下げる上で重要である。
【0077】
[異常度:1(S104)]
「異常度:1」は、ある程度の異常が検出された状態を示す。この状態は、異常を検出ときの計測結果が誤りであり、異常ではない可能性もある。つまり、「異常度:0」のときよりも、加速度センサ103の計測能力を上げることが求められる。
【0078】
したがって、動作パラメータ変更部51は、例えば、加速度センサ103による1回の測定での計測時間を、「異常度:0」のときの計測時間よりも長い時間に変更する。例えば、動作パラメータ変更部51は、事前に設定された「異常度:1」の計測時間t2(「異常度:0」の計測時間t1よりも長い時間)に変更する。
【0079】
また、動作パラメータ変更部51は、例えば、加速度センサ103の動作周波数を、「異常度:0」のときの動作周波数よりも大きい値に変更する。この場合も、事前に設定された「異常度:1」の動作周波数(例えば動作周波数B)(「異常度:0」の動作周波数Aよりも大きい周波数)に変更する。
【0080】
さらに、動作パラメータ変更部51は、加速度センサ103の詳細な測定結果を含む情報を監視装置30に送信するようにする。ここで、無線機10が詳細な測定結果を含む情報を監視装置30に送信する周期は、異常度に応じて取り決められた周期としてもよい。例えば、異常度に応じて、送信周期が長い長周期モードと、送信周期が短い短周期モード等のように複数の周期モードを用意しておき、異常度が比較的小さいときには長周期モードで動作させ、異常度が比較的大きいときには短周期モードで動作させるようにしてもよい。
【0081】
[異常度:2(S105)]
「異常度:2」は、「異常度:1」の期間で加速度センサ103が行なった詳細な測定結果に基づいて異常が発生していることが明らかになった状態である。この状態では、異常の進展状況を監視する必要がある。
【0082】
したがって、例えば、動作パラメータ変更部51は、加速度センサ103の計測方向の数を、例えば3個(x軸方向、y軸方向、z軸方向の3方向)に変更する。
【0083】
また例えば、動作パラメータ変更部51は、加速度センサ103による1回の測定での計測時間を「異常度:1」のときの計測時間よりも長い時間に変更する。なお、異常の進展状況を監視できればよいので、「異常度:1」のときの計測時間と同じ計測時間としてもよい。
【0084】
また、加速度センサ103の動作周波数については、「異常度:1」のときの動作周波数と同じ値としてもよいし、又は、より詳細なデータを計測するため、「異常度:1」のときの動作周波数よりも大きい値に変更してもよい。
【0085】
さらに、動作パラメータ変更部51は、「異常度:1」のときと同様に、加速度センサ103の詳細な測定結果を含む情報を監視装置30に送信するようにしてもよい。
【0086】
[異常度:3(S106)]
「異常度:3」は、「異常度:2」のときよりも構造物の劣化が進んだ状態である。この状態では、例えば、通行止め等の処置をとるか否かを判断する必要がある。
【0087】
したがって、動作パラメータ変更部51は、1回の測定での計測時間を長くするよりも、加速度センサ103の測定頻度を上げるようにする。若しくは、動作パラメータ変更部51は、常時測定する。例えば、前者の場合、動作パラメータ変更部51は、1回の測定での計測時間を「異常度:2」のときの計測時間と同じして、加速度センサ103の動作周波数を「異常度:2」のときの動作周波数よりも大きいものに変更する。また例えば、後者の場合、動作パラメータ変更部51は、1回の測定での計測時間を常時計測に変更する。
【0088】
また、動作パラメータ変更部51は、加速度センサ103の詳細な計測結果を監視装置30に送信せず、危険度のみを監視装置30に送信する等の変更を行う。危険度は、制御部102が加速度センサ103から取得した計測値と、事前に設けた複数の閾値とを比較して得た値とすることができる。つまり、フーリエ変換した周波数領域のデータ値での評価ではなく、加速度センサ103からの計測値そのもののデータを用いて評価した値とする。
【0089】
なお、この場合も、動作パラメータ変更部51は、加速度センサ103の3方向のデータを取得するようにする。
【0090】
以上のようにして、動作パラメータ変更部51は、異常度に応じて加速度センサ103の動作パラメータを変更することで消費電力を削減する。言い換えると、動作パラメータ変更部51は、構造物の劣化状態に応じて、加速度センサ103の動作パラメータを変更することができる。
【0091】
なお、「異常度:3」で例示した動作パラメータで加速度センサ103が計測する動作モードは、構造物の異常を検知した場合以外に、例えば、地震の直後など、瞬時に大きな外力が構造物に加わったときの状況判断などにも利用できる。このような場合、監視装置30に対して外部から指示を与え、異常度が上がったものとして無線機(センサ機器)10を動作させることが考えられる。
【0092】
また、上述した動作パラメータ変更処理は、無線機10の制御部102が行なう処理として例示した。しかし、監視装置30の制御部302が動作パラメータ変更部51と同じ処理部を備え、制御部302が、動作パラメータを変更し、その変更後の動作パラメータを、無線機10に送信するようにしてもよい。
【0093】
(A-3)実施形態の効果
以上のように、この実施形態によれば、異常度に応じて、センサの動作パラメータを変更することで、消費電力を削減することができる。
【0094】
また、この実施形態によれば、状況に応じて動作パラメータを変更することで、通常時の消費電力を抑えることが可能となり、長期間の計測が可能となる。
【0095】
(B)他の実施形態
上述した実施形態においても種々の変形実施形態を言及したが、本発明は、以下の変形実施形態にも適用できる。
【0096】
(B-1)上述した実施形態では、単一のセンサ機器(無線機)の動作パラメータを変更する構成を示したが、複数のセンサ機器が構造物に設置されている状況において、個々のセンサ機器の動作パラメータを変更することで、複数の目的を同時に達成する構成を取ることも可能である。例えば、高精度に動作するが、測定間隔が長いセンサ機器と、低精度であるが、測定間隔を短くしたセンサ機器を組み合わせて動作させる。これによって、個々のセンサ機器の消費電力を抑えつつ必要な計測を行うことができる。
【0097】
(B-2)図5のS103~S106は、動作パラメータ変更部51が、異常度に応じて動作パラメータを変更する一例を説明するために、例えば、計測時間、動作周波数等の動作パラメータ例と数値例を例示して、動作パラメータの変更処理を例示した。しかし、図5で挙げた動作パラメータ例や数値例は一例であり、これらに限定されない。動作パラメータ変更部51が動作パラメータの値を変更する方法も、異常度に応じて、構造物の異常状況を監視するために必要なデータを保持しつつ、消費電力を削減することができれば、他の方法を用いることができる。
【符号の説明】
【0098】
1:監視システム、10(10-1~10-n):無線機、20:親機、30:監視装置、51:動作パラメータ変更部、101:通信部、102:制御部、103:加速度センサ、104:スケジュール決定部、105:タイマ部、106:時計部、301:通信部、302:制御部、303:異常判定部、304:記憶部、305:記憶部。
図1
図2
図3
図4
図5
【手続補正書】
【提出日】2022-06-02
【手続補正1】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項1】
監視対象に設けられた1又は複数の検知手段と、
それぞれの前記検知手段から取得した計測値に基づいて、前記監視対象に生じ得る異常の程度を評価した評価値を導出する異常判定手段と、
それぞれの前記検知手段測定動作に係る複数種類の動作パラメータについて、異常の程度を示す前記評価値毎に設定した特定種類の動作パラメータの値を、前記異常判定手段により導出された今回の前記評価値に応じて変更する動作パラメータ変更手段と
を備えることを特徴とする監視システム。
【請求項2】
異常判定手段が、それぞれの記検知手段からの前記計測値をフーリエ変換して得た周波数特性に基づいて、前記計測値の異常の程度を評価した前記評価値を導出するものであり、
前記複数種類の動作パラメータが、フーリエ変換に用いるデータ数を含み、
前記動作パラメータ変更手段は、前記評価値に基づき異常の程度が小さくなるほど前記データ数を少なくし、異常の程度が大きなるほど前記データ数を大きくする
ことを特徴とする請求項1に記載の監視システム。
【請求項3】
前記複数種類の動作パラメータが、それぞれの記検知手段が検知する計測時間を含み、
前記動作パラメータ変更手段は、前記評価値に基づき異常の程度が小さくなるほど前記計測時間を短くし、異常の程度が大きくなるほど前記計測時間を長くする
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の監視システム。
【請求項4】
前記複数種類の動作パラメータが、それぞれの記検知手段のデータ取得頻度を含み、
前記動作パラメータ変更手段は、前記評価値に基づき異常の程度が小さくなるほど前記データ取得頻度を小さくし、異常の程度が大きくなるほど前記データ取得頻度を大きくする
ことを特徴とする請求項1~3のいずれかに記載の監視システム。
【請求項5】
前記複数種類の動作パラメータが、それぞれの前記検知手段としての加速度センサの計測方向数を含み、
前記動作パラメータ変更手段は、前記評価値に基づき異常の程度が大きくなるほど前記計測方向数を大きくする
ことを特徴とする請求項1~4のいずれかに記載の監視システム。
【請求項6】
前記複数種類の動作パラメータが、それぞれの記検知手段が前記異常判定手段に送信する送信データ量を含み、
前記動作パラメータ変更手段は、前記評価値に応じて、前記送信データ量を変更することを特徴とする請求項1~5のいずれかに記載の監視システム。
【請求項7】
前記動作パラメータ変更手段が、前記監視対象としての構造物の劣化状態に応じて、前記特定種類の動作パラメータの値を変更することを特徴とする請求項1に記載の監視システム。
【請求項8】
監視対象に設けられた1又は複数の検知手段と、
それぞれの記検知手段から取得した計測値に基づいて、前記監視対象に生じ得る異常の程度を評価した評価値を導出する異常判定手段と、
それぞれの前記検知手段測定動作に係る複数種類の動作パラメータについて、異常の程度を示す前記評価値毎に設定した特定種類の動作パラメータの値を、前記異常判定手段により導出された今回の前記評価値に応じて変更する動作パラメータ変更手段と
を備えることを特徴とする監視装置。
【請求項9】
異常判定手段が、監視対象に設けられた1又は複数の検知手段から取得した計測値に基づいて、前記監視対象に生じ得る異常の程度を評価した評価値を導出し、
動作パラメータ変更手段が、それぞれの前記検知手段測定動作に係る複数種類の動作パラメータについて、異常の程度を示す前記評価値毎に設定した特定種類の動作パラメータの値を、前記異常判定手段により導出された今回の前記評価値に応じて変更する
ことを特徴とする監視方法。
【請求項10】
コンピュータを、
監視対象に設けられた1又は複数の検知手段と、
それぞれの記検知手段から取得した計測値に基づいて、前記監視対象に生じ得る異常の程度を評価した評価値を導出する異常判定手段と、
それぞれの前記検知手段測定動作に係る複数種類の動作パラメータについて、異常の程度を示す前記評価値毎に設定した特定種類の動作パラメータの値を、前記異常判定手段により導出された今回の前記評価値に応じて変更する動作パラメータ変更手段と
して機能させることを特徴とする監視プログラム。
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0006
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0006】
かかる課題を解決するために、第1の本発明に係る監視システムは、監視対象に設けられた1又は複数の検知手段と、それぞれの検知手段から取得した計測値に基づいて、監視対象に生じ得る異常の程度を評価した評価値を導出する異常判定手段と、それぞれの検知手段測定動作に係る複数種類の動作パラメータについて、異常の程度を示す評価値毎に設定した特定種類の動作パラメータの値を、異常判定手段により導出された今回の評価値に応じて変更する動作パラメータ変更手段とを備えることを特徴とする。
【手続補正3】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0007
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0007】
第2の本発明に係る監視装置は、監視対象に設けられた1又は複数の検知手段と、それぞれの検知手段から取得した計測値に基づいて、監視対象に生じ得る異常の程度を評価した評価値を導出する異常判定手段と、それぞれの検知手段測定動作に係る複数種類の動作パラメータについて、異常の程度を示す評価値毎に設定した特定種類の動作パラメータの値を、異常判定手段により導出された今回の評価値に応じて変更する動作パラメータ変更手段とを備えることを特徴とする。
【手続補正4】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0008
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0008】
第3の本発明に係る監視方法は、異常判定手段が、監視対象に設けられた1又は複数の検知手段から取得した計測値に基づいて、監視対象に生じ得る異常の程度を評価した評価値を導出し、動作パラメータ変更手段が、それぞれの検知手段測定動作に係る複数種類の動作パラメータについて、異常の程度を示す評価値毎に設定した特定種類の動作パラメータの値を、異常判定手段により導出された今回の評価値に応じて変更することを特徴とする。
【手続補正5】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0009
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0009】
第4の本発明に係る監視プログラムは、コンピュータを、監視対象に設けられた1又は複数の検知手段と、それぞれの検知手段から取得した計測値に基づいて、監視対象に生じ得る異常の程度を評価した評価値を導出する異常判定手段と、それぞれの検知手段測定動作に係る複数種類の動作パラメータについて、異常の程度を示す評価値毎に設定した特定種類の動作パラメータの値を、異常判定手段により導出された今回の評価値に応じて変更する動作パラメータ変更手段として機能させることを特徴とする。