JP7297429B2 - Measuring system, measuring method and measuring device - Google Patents

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Description

本発明の実施形態は、測定システム、測定方法及び測定装置に関する。 TECHNICAL FIELD Embodiments of the present invention relate to measurement systems, measurement methods, and measurement devices.

従来、下水道管渠等に設けられた測定機器によって管渠を流れる水の状態を監視することが行われている。しかしながら、従来の監視方法では、測定機器に電力を供給する電源の確保及び維持管理が必要になり、運用コストの増大を招く可能性があった。 2. Description of the Related Art Conventionally, the state of water flowing through a sewer pipe is monitored by a measuring device installed in the sewer pipe or the like. However, in the conventional monitoring method, it is necessary to secure and maintain a power supply for supplying power to the measuring equipment, which may lead to an increase in operating costs.

特開２０１５－１０４０３号公報JP 2015-10403 A 特開２０１８－８７８１０号公報JP 2018-87810 A

本発明が解決しようとする課題は、より少ないコストで流水の状態を監視することができる測定システム、測定方法及び測定装置を提供することである。 A problem to be solved by the present invention is to provide a measurement system, a measurement method, and a measurement device that can monitor the state of running water at a lower cost.

実施形態の測定システムは、発信装置と、測定装置と、を持つ。発信装置は、浮揚部と、回転部と、発電部と、発信部と、を持つ。浮揚部は、自装置を水面付近で浮揚させる。回転部は、自装置を浮揚させる水の流れによって回転する。発電部は、前記回転部の回転を利用して発電する。発信部は、前記発電部によって生成された電力を用いて信号を無線発信する。測定装置は、受信部と、測定部と、を持つ。受信部は、前記発信装置から前記信号を受信する。測定部は、受信した前記信号に基づいて前記水の流速又は前記水面の高さを測定する。 A measurement system of an embodiment has a transmitter and a measurement device. The transmitting device has a levitation section, a rotating section, a power generating section, and a transmitting section. The floating part floats the device near the surface of the water. The rotating part is rotated by the flow of water that levitates the device. The power generation section generates power using the rotation of the rotating section. The transmission unit wirelessly transmits a signal using the power generated by the power generation unit. The measuring device has a receiving section and a measuring section. The receiving unit receives the signal from the transmitting device. The measurement unit measures the flow velocity of the water or the height of the water surface based on the received signal.

本実施形態における下水管渠監視システムのシステム構成の具体例を示す図。The figure which shows the specific example of the system configuration|structure of the sewer culvert monitoring system in this embodiment. 本実施形態における無線発信機１の機能構成の具体例を示すブロック図。FIG. 2 is a block diagram showing a specific example of the functional configuration of the radio transmitter 1 according to the embodiment; 本実施形態における発電部１１の構成の具体例を示す図。The figure which shows the specific example of a structure of the electric power generation part 11 in this embodiment. 本実施形態における測定装置２の機能構成の具体例を示すブロック図。FIG. 2 is a block diagram showing a specific example of the functional configuration of the measuring device 2 according to this embodiment; 本実施形態における水位測定部２５１がビーコン信号の電波強度に基づいて下水管渠ＰＮを流れる下水の水位を測定する方法の具体例を示す図。The figure which shows the specific example of the method in which the water level measurement part 251 in this embodiment measures the water level of the sewage which flows through the sewer PN based on the radio wave intensity of a beacon signal. 本実施形態における無線発信機１を下水管渠ＰＮを流れる下水の水面付近で、かつ所定の範囲内の位置に維持する方法の具体例を示す図。FIG. 4 is a diagram showing a specific example of a method for maintaining the wireless transmitter 1 in the present embodiment near the surface of the sewage flowing through the sewage pipe PN and within a predetermined range. 本実施形態における無線発信機１を下水管渠ＰＮを流れる下水の水面付近で、かつ所定の範囲内の位置に維持する方法の具体例を示す図。FIG. 4 is a diagram showing a specific example of a method for maintaining the wireless transmitter 1 in the present embodiment near the surface of the sewage flowing through the sewage pipe PN and within a predetermined range. 本実施形態における下水管渠監視システム１００において下水管渠ＰＮを流れる下水の水位及び流速が測定され、その測定データがデータサーバ３に蓄積される処理の流れを示すフローチャート。4 is a flow chart showing the flow of processing for measuring the water level and flow velocity of sewage flowing through the sewer culvert PN in the sewer culvert monitoring system 100 according to the present embodiment, and accumulating the measured data in the data server 3;

以下、実施形態の測定システム、測定方法及び測定装置を、図面を参照して説明する。 Hereinafter, a measuring system, a measuring method, and a measuring apparatus according to embodiments will be described with reference to the drawings.

図１は、本実施形態における下水管渠監視システムのシステム構成の具体例を示す図である。図１に示す下水管渠監視システム１００は、本実施形態における下水管渠監視システムの一例である。下水管渠監視システム１００は、無線発信機１（発信装置の一例）、測定装置２、データサーバ３及び監視装置４を備える。無線発信機１は、下水管渠ＰＮの内部に設置され、所定の信号を無線発信する機能を有する。無線発信機１が送信する信号は、その無線強度を受信側で取得することが可能なものであればどのような信号であってもよい。また、無線発信機１が送信する信号は、１回の信号送信に要する電力が低いものであるほうが望ましい。このような信号の一例として、本実施形態の無線発信機１はビーコン信号を送信するものとする。 FIG. 1 is a diagram showing a specific example of the system configuration of the sewer culvert monitoring system according to this embodiment. A sewer culvert monitoring system 100 shown in FIG. 1 is an example of a sewer culvert monitoring system in this embodiment. The sewer culvert monitoring system 100 includes a wireless transmitter 1 (an example of a transmitter), a measuring device 2, a data server 3, and a monitoring device 4. FIG. A radio transmitter 1 is installed inside the sewer culvert PN and has a function of radio-transmitting a predetermined signal. The signal transmitted by the radio transmitter 1 may be any signal as long as the radio intensity can be obtained on the receiving side. Further, it is desirable that the signal transmitted by the radio transmitter 1 requires low power for one signal transmission. As an example of such a signal, the wireless transmitter 1 of this embodiment shall transmit a beacon signal.

測定装置２は、無線発信機１からビーコン信号を受信可能な位置に配置され、受信したビーコン信号に基づいて、下水管渠ＰＮを流れる下水に関する物理量を測定する機能を有する。測定装置２は、ネットワークＮを介してデータサーバ３と通信可能に接続され、上記物理量の測定データをデータサーバ３に送信する。 The measuring device 2 is arranged at a position capable of receiving a beacon signal from the radio transmitter 1, and has a function of measuring physical quantities related to sewage flowing through the sewer culvert PN based on the received beacon signal. The measuring device 2 is communicably connected to the data server 3 via the network N, and transmits measurement data of the physical quantity to the data server 3 .

データサーバ３は、測定装置２から受信される測定データを蓄積するとともに、自身に蓄積している測定データを要求に応じて提供するデータベースとしての機能を有する。データサーバ３は、ネットワークＮを介して監視装置４と通信可能に接続され、監視装置４の要求に応じて、要求された測定データを監視装置４に送信する。 The data server 3 accumulates the measurement data received from the measuring device 2 and has a function as a database for providing the measurement data accumulated in itself upon request. The data server 3 is communicably connected to the monitoring device 4 via the network N, and transmits requested measurement data to the monitoring device 4 in response to a request from the monitoring device 4 .

監視装置４は、データサーバ３から供給される測定データに基づいて下水管渠ＰＮの監視を支援する各種情報の生成、表示又は提供等を行う機能を有する。 The monitoring device 4 has a function of generating, displaying, or providing various types of information for supporting monitoring of the sewer culvert PN based on the measurement data supplied from the data server 3 .

図１は、簡単のため、３つの無線発信機１－１、１－２及び１－３が、それぞれ対応するマンホールＭ１、Ｍ２及びＭ３の下方に配置され、各無線発信機１－１、１－２及び１－３に対応する３つの測定装置２－１、２－２及び２－３が、対応するマンホールＭ１、Ｍ２及びＭ３の上方に配置された例を示している。これは、マンホールの内部空間を無線の伝搬路とすることで効率の良い無線通信が可能になることを想定したものであるが、無線発信機１及び測定装置２の設置位置をこのような位置に限定するものではない。 For simplicity, FIG. 1 shows that three radio transmitters 1-1, 1-2 and 1-3 are arranged below corresponding manholes M1, M2 and M3, respectively, and each radio transmitter 1-1, 1 Three measuring devices 2-1, 2-2 and 2-3 corresponding to -2 and 1-3 are shown arranged above the corresponding manholes M1, M2 and M3. This is based on the assumption that efficient wireless communication becomes possible by using the space inside the manhole as a propagation path for wireless. is not limited to

無線発信機１及び測定装置２は、無線発信機１及び測定装置２が以下の条件を満たす限りにおいてどのように配置されてもよい。
（条件１）無線発信機１が下水の水面の付近で、かつ所定の範囲内に位置すること。
（条件２）無線発信機１がいずれかの測定装置２と無線通信可能であること。
また、上記の各条件を満たす限りにおいて、無線発信機１は下水管渠ＰＮの任意の位置に配置されてよいし、測定装置２と必ずしも１対１に対応づけられる必要はない。 The radio transmitter 1 and the measuring device 2 may be arranged in any way as long as the radio transmitter 1 and the measuring device 2 satisfy the following conditions.
(Condition 1) The radio transmitter 1 must be located near the surface of the sewage and within a predetermined range.
(Condition 2) The wireless transmitter 1 must be able to wirelessly communicate with any measuring device 2 .
As long as the above conditions are satisfied, the radio transmitter 1 may be placed at any position in the sewer culvert PN, and it is not necessarily required to be associated with the measuring device 2 on a one-to-one basis.

図２は、本実施形態における無線発信機１の機能構成の具体例を示すブロック図である。無線発信機１は、発電部１１、記憶部１２及びビーコン信号発信部１３を備える。発電部１１は、後述する回転部１１１の回転を利用して発電する機能を有する。例えば、発電部１１は、記憶部１２及びビーコン信号発信部１３に電力を供給するように接続された蓄電池を内部に有し、発電した電力を蓄電池に蓄えることで、記憶部１２及びビーコン信号発信部１３に対してビーコン信号の送信に必要な電力を供給する。 FIG. 2 is a block diagram showing a specific example of the functional configuration of the radio transmitter 1 according to this embodiment. The radio transmitter 1 includes a power generation section 11 , a storage section 12 and a beacon signal transmission section 13 . The power generation unit 11 has a function of generating power using the rotation of the rotation unit 111, which will be described later. For example, the power generation unit 11 has an internal storage battery connected to supply power to the storage unit 12 and the beacon signal transmission unit 13, and stores the generated power in the storage battery, so that the storage unit 12 and the beacon signal transmission unit 11 can generate power. It supplies power necessary for transmitting the beacon signal to the unit 13 .

記憶部１２は、磁気ハードディスク装置や半導体記憶装置などの記憶装置を用いて構成される。記憶部１２はビーコン信号の送信に関する設定情報を予め記憶している。なお、ビーコン信号がワイヤードロジックで生成される場合には無線発信機１は記憶部１２を備えなくてもよい。 The storage unit 12 is configured using a storage device such as a magnetic hard disk device or a semiconductor storage device. The storage unit 12 stores in advance setting information regarding transmission of beacon signals. Note that the wireless transmitter 1 does not have to include the storage unit 12 when the beacon signal is generated by wired logic.

ビーコン信号発信部１３は、ビーコン信号を発信する機能を有する。具体的には、ビーコン信号発信部１３は、記憶部１２に記憶されている設定情報に基づいてビーコン信号を生成し、生成したビーコン信号を無線出力する。なお、ビーコン信号の発信は、ＢＬＥ（Bluetooth Low Energy）（Bluetoothは登録商標）やＩＥＥＥ（Institute of Electrical and Electronics Engineers）８０２．１１等の規格をはじめとする任意の規格に基づいて行われてよい。 The beacon signal transmission unit 13 has a function of transmitting a beacon signal. Specifically, the beacon signal transmission unit 13 generates a beacon signal based on the setting information stored in the storage unit 12, and wirelessly outputs the generated beacon signal. The transmission of the beacon signal may be based on any standard, including standards such as BLE (Bluetooth Low Energy) (Bluetooth is a registered trademark) and IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) 802.11. .

ここで、記憶部１２及びビーコン信号発信部１３は、発電部１１の蓄電池に、１回のビーコン信号の発信に必要な電力（以下「ビーコン発信電力」という。）が蓄えられたことに応じて、１回のビーコン信号の発信に必要な動作（以下「ビーコン発信動作」という。）を行うように構成される。すなわち、記憶部１２及びビーコン信号発信部１３は、ビーコン発信電力が発電されるごとに間欠的にビーコン発信動作を行う。 Here, the storage unit 12 and the beacon signal transmission unit 13 are stored in the storage battery of the power generation unit 11 in response to the electric power required for transmitting the beacon signal once (hereinafter referred to as “beacon transmission power”). , an operation necessary for transmitting a single beacon signal (hereinafter referred to as "beacon transmitting operation"). That is, the storage unit 12 and the beacon signal transmission unit 13 intermittently perform the beacon transmission operation each time the beacon transmission power is generated.

なお、無線発信機１の各機能の全て又は一部は、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）やＰＬＤ（Programmable Logic Device）やＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等のハードウェアを用いて実現されてもよい。また、無線発信機１がプログラムを実行する場合、プログラムは、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録されてもよい。コンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、例えばフレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ－ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置である。プログラムは、電気通信回線を介して送信されてもよい。 All or part of each function of the radio transmitter 1 may be realized using hardware such as an ASIC (Application Specific Integrated Circuit), a PLD (Programmable Logic Device), or an FPGA (Field Programmable Gate Array). . Moreover, when the radio transmitter 1 executes a program, the program may be recorded on a computer-readable recording medium. Computer-readable recording media include portable media such as flexible disks, magneto-optical disks, ROMs and CD-ROMs, and storage devices such as hard disks incorporated in computer systems. The program may be transmitted over telecommunications lines.

図３は、本実施形態における発電部１１の構成の具体例を示す図である。例えば発電部１１は、図示する回転部１１１、回転軸１１２、第１コイル１１３－１、第２コイル１１３－２、Ｎ極の磁性を有する第１磁石１１４－１、Ｓ極の磁性を有する第２磁石１１４－２を備える。回転部１１１は、自身に固定された羽根Ｂ１～Ｂ８が下水の流れを受けて回転軸１１２を中心に回転する、いわゆる水車と同様の回転機構を構成する。第１磁石１１４－１及び第２磁石１１４－２は、回転部１１１の回転とともに回転するように回転部１１１の回転機構に固定される。 FIG. 3 is a diagram showing a specific example of the configuration of the power generation section 11 in this embodiment. For example, the power generation unit 11 includes a rotating unit 111, a rotating shaft 112, a first coil 113-1, a second coil 113-2, a first magnet 114-1 having N pole magnetism, and a second coil having S pole magnetism. It has two magnets 114-2. The rotating part 111 constitutes a rotating mechanism similar to a so-called water wheel, in which the blades B1 to B8 fixed to itself rotate around a rotating shaft 112 in response to the flow of sewage. The first magnet 114-1 and the second magnet 114-2 are fixed to the rotating mechanism of the rotating portion 111 so as to rotate together with the rotation of the rotating portion 111. FIG.

一方、第１コイル１１３－１及び第２コイル１１３－２は、回転部１１１とは独立して発電部１１に固定されることにより、回転する第１磁石１１４－１及び第２磁石１１４－２に対して相対的に静止した状態をとる。例えば、回転部１１１が、回転軸１１２を中心に、かつ回転軸１１２とは独立して回転するように構成される場合、第１コイル１１３－１及び第２コイル１１３－２を回転軸１１２に固定することにより、第１磁石１１４－１及び第２磁石１１４－２に対して相対的に静止した状態とすることができる。 On the other hand, the first coil 113-1 and the second coil 113-2 are fixed to the power generating section 11 independently of the rotating section 111, thereby rotating the first magnet 114-1 and the second magnet 114-2. remains relatively stationary with respect to For example, when the rotating part 111 is configured to rotate about the rotating shaft 112 and independently of the rotating shaft 112, the first coil 113-1 and the second coil 113-2 are arranged around the rotating shaft 112. By fixing, it can be in a relatively stationary state with respect to the first magnet 114-1 and the second magnet 114-2.

このように構成される発電部１１は、第１コイル１１３－１及び第２コイル１１３－２と、これらに対して相対的に運動する第１磁石１１４－１及び第２磁石１１４－２との電磁誘導現象によって誘導電流を発生させることにより発電する。発電部１１は、このようにして発電された電力を蓄電池（図示せず）に蓄電し、蓄電池を介してビーコン信号発信部１３に電力を供給する。 The power generation unit 11 configured in this manner includes a first coil 113-1 and a second coil 113-2, and a first magnet 114-1 and a second magnet 114-2 that move relative to them. Electricity is generated by generating an induced current through an electromagnetic induction phenomenon. The power generation unit 11 stores the power thus generated in a storage battery (not shown), and supplies power to the beacon signal transmission unit 13 via the storage battery.

図４は、本実施形態における測定装置２の機能構成の具体例を示すブロック図である。測定装置２は、バスで接続されたＣＰＵ（Central Processing Unit）やメモリや補助記憶装置などを備え、プログラムを実行する。測定装置２は、プログラムの実行によって第１通信部２１（受信部の一例）、第２通信部２２、ビーコン情報記憶部２３、ビーコン情報取得部２４及び測定部２５を備える装置として機能する。なお、測定装置２の各機能の全て又は一部は、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）やＰＬＤ（Programmable Logic Device）やＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等のハードウェアを用いて実現されてもよい。プログラムは、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録されてもよい。コンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、例えばフレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ－ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置である。プログラムは、電気通信回線を介して送信されてもよい。 FIG. 4 is a block diagram showing a specific example of the functional configuration of the measuring device 2 according to this embodiment. The measurement device 2 includes a CPU (Central Processing Unit), a memory, an auxiliary storage device, etc., which are connected via a bus, and executes a program. The measurement device 2 functions as a device including a first communication unit 21 (an example of a reception unit), a second communication unit 22, a beacon information storage unit 23, a beacon information acquisition unit 24, and a measurement unit 25 by executing a program. All or part of each function of the measuring device 2 may be implemented using hardware such as an ASIC (Application Specific Integrated Circuit), a PLD (Programmable Logic Device), or an FPGA (Field Programmable Gate Array). The program may be recorded on a computer-readable recording medium. Computer-readable recording media include portable media such as flexible disks, magneto-optical disks, ROMs and CD-ROMs, and storage devices such as hard disks incorporated in computer systems. The program may be transmitted over telecommunications lines.

第１通信部２１は、測定装置２を無線発信機１と無線通信可能に接続する無線通信インタフェースである。第１通信部２１は無線発信機１から受信したビーコン信号をビーコン情報取得部２４に出力する。さらに、第１通信部２１は、受信したビーコン信号の電波強度を測定する機能を有し、受信したビーコン信号をその電波強度を示す情報（以下「電波強度情報」という。）とともにビーコン情報取得部２４に出力する。 The first communication unit 21 is a wireless communication interface that connects the measuring device 2 to the wireless transmitter 1 so as to be wirelessly communicable. The first communication unit 21 outputs the beacon signal received from the radio transmitter 1 to the beacon information acquisition unit 24 . Further, the first communication unit 21 has a function of measuring the radio wave intensity of the received beacon signal, and transmits the received beacon signal together with information indicating the radio wave intensity (hereinafter referred to as “radio wave intensity information”) to the beacon information acquisition unit. 24.

第２通信部２２は、測定装置２をネットワークＮを介してデータサーバ３と通信可能に接続する通信インタフェースである。第２通信部２２は、無線通信インタフェースであってもよいし、有線通信インタフェースであってもよい。第２通信部２２は、測定部２５によって生成される測定データをデータサーバ３に送信する。 The 2nd communication part 22 is a communication interface which connects the measuring device 2 with the data server 3 via the network N so that communication is possible. The second communication unit 22 may be a wireless communication interface or a wired communication interface. The second communication unit 22 transmits measurement data generated by the measurement unit 25 to the data server 3 .

ビーコン情報記憶部２３は、磁気ハードディスク装置や半導体記憶装置などの記憶装置を用いて構成される。ビーコン情報記憶部２３は、ビーコン情報取得部２４が出力するビーコン信号及び電波強度情報を記憶する。 The beacon information storage unit 23 is configured using a storage device such as a magnetic hard disk device or a semiconductor storage device. The beacon information storage unit 23 stores beacon signals and radio wave intensity information output by the beacon information acquisition unit 24 .

ビーコン情報取得部２４は、無線発信機１から順次受信されるビーコン信号について、その受信タイミング及び電波強度を示す情報（以下「ビーコン情報」という。）を、受信されるビーコン信号ごとに生成してビーコン情報記憶部２３に記録する機能を有する。例えば、ビーコン情報取得部２４は、第１通信部２１からビーコン信号が出力されたタイミングをそのビーコン信号の受信タイミングとしてもよいし、無線発信機１がビーコン信号を送信したタイミング、又は第１通信部２１がビーコン信号を受信したタイミングを、そのビーコン信号の受信タイミングとしてもよい。この場合、無線発信機１は送信タイミングを示す情報を含めたビーコン信号を送信するように構成されてもよいし、第１通信部２１はビーコン信号の受信タイミングをビーコン情報取得部２４に通知するように構成されてもよい。 The beacon information acquisition unit 24 generates information (hereinafter referred to as “beacon information”) indicating the reception timing and radio wave intensity of the beacon signals sequentially received from the radio transmitter 1 for each received beacon signal. It has a function of recording in the beacon information storage unit 23 . For example, the beacon information acquisition unit 24 may set the timing at which the beacon signal is output from the first communication unit 21 as the reception timing of the beacon signal, the timing at which the wireless transmitter 1 transmits the beacon signal, or the timing at which the first communication The timing at which the unit 21 receives the beacon signal may be the reception timing of the beacon signal. In this case, the radio transmitter 1 may be configured to transmit a beacon signal including information indicating the transmission timing, and the first communication unit 21 notifies the beacon information acquisition unit 24 of the reception timing of the beacon signal. It may be configured as

測定部２５は、ビーコン情報記憶部２３に記憶されているビーコン情報に基づいて下水管渠ＰＮを流れる下水の水位及び流速を測定し、その測定データをデータサーバ３に蓄積する機能を有する。具体的には、測定部２５は、水流及び流速の測定データを第２通信部２２を介してデータサーバ３に送信する。 The measurement unit 25 has a function of measuring the water level and flow velocity of the sewage flowing through the sewer PN based on the beacon information stored in the beacon information storage unit 23 and accumulating the measurement data in the data server 3. Specifically, the measurement unit 25 transmits measurement data of water flow and flow velocity to the data server 3 via the second communication unit 22 .

具体的には、測定部２５は、水位を測定する水位測定部２５１と、流速を測定する流速測定部２５２とを備える。水位測定部２５１は、無線発信機１から受信されたビーコン信号の電波強度に基づいて下水管渠ＰＮを流れる下水の水位を測定する。流速測定部２５２は、ビーコン信号の受信頻度に基づいて下水管渠ＰＮを流れる下水の流速を測定する。 Specifically, the measurement unit 25 includes a water level measurement unit 251 that measures the water level and a flow velocity measurement unit 252 that measures the flow velocity. The water level measurement unit 251 measures the water level of sewage flowing through the sewer culvert PN based on the radio wave intensity of the beacon signal received from the radio transmitter 1 . The flow velocity measurement unit 252 measures the flow velocity of sewage flowing through the sewer culvert PN based on the reception frequency of the beacon signal.

図５は、本実施形態における水位測定部２５１がビーコン信号の電波強度に基づいて下水管渠ＰＮを流れる下水の水位を測定する方法の具体例を示す図である。図５において、Ｈは下水管渠ＰＮの底部からの測定装置２の高さを表し、Ｄは無線発信機１と測定装置２との直線距離を表す。また、Ｘは無線発信機１と測定装置２との水平方向における距離を表し、Ｙ１は無線発信機１と測定装置２との鉛直方向における距離を表す。この場合、測定対象の水位をＹ２とすると、Ｈ、Ｄ、Ｘ、Ｙ１、Ｙ２の関係は次の式（１）及び（２）で表される。 FIG. 5 is a diagram showing a specific example of a method for measuring the water level of sewage flowing through the sewer culvert PN based on the radio wave intensity of the beacon signal by the water level measuring unit 251 in this embodiment. 5, H represents the height of the measuring device 2 from the bottom of the sewer PN, and D represents the linear distance between the radio transmitter 1 and the measuring device 2. In FIG. X represents the distance between the radio transmitter 1 and the measuring device 2 in the horizontal direction, and Y1 represents the distance between the radio transmitter 1 and the measuring device 2 in the vertical direction. In this case, assuming that the water level to be measured is Y2 , the relationships among H, D, X, Y1 and Y2 are represented by the following equations (1) and (2).

Figure 0007297429000001
Figure 0007297429000001

Figure 0007297429000002
Figure 0007297429000002

そして式（１）及び（２）の関係から、水位Ｙ２は次の式（３）で表すことができる。 Then, from the relationship between formulas (1) and (2), the water level Y2 can be expressed by the following formula (3).

Figure 0007297429000003
Figure 0007297429000003

ここで、Ｈ及びＸは無線発信機１の設置位置と測定装置２の設置位置とに応じた固定値となるため、水位測定部２５１はビーコン信号の電波強度に基づいて無線発信機１と測定装置２との直線距離Ｄを求めることにより、水位Ｙ２を算出することができる。なお、電波の送信者と受信者との間の直線距離を、受信者側での電波受信強度に基づいて推定する方法には既知のどのような方法が用いられてもよい。 Here, H and X are fixed values according to the installation position of the wireless transmitter 1 and the installation position of the measuring device 2, so the water level measurement unit 251 measures the wireless transmitter 1 and the measurement based on the radio wave intensity of the beacon signal. By determining the straight-line distance D to the device 2, the water level Y2 can be calculated. Any known method may be used for estimating the straight-line distance between the sender and receiver of radio waves based on the radio wave reception strength at the receiver side.

図６及び図７は、本実施形態における無線発信機１を下水管渠ＰＮを流れる下水の水面付近で、かつ所定の範囲内の位置に維持する方法の具体例を示す図である。すなわち、図６及び図７は、上記の条件１を実現する方法の具体例を示す。条件１のうち、無線発信機１を下水の水面付近に維持する方法の１つとして、浮力によって無線発信機１を水面付近に浮揚させる方法が挙げられる。例えば、無線発信機１に浮力を与える方法には、無線発信機１の構成部材（浮揚部の一例）に比重の小さいものを用いる方法のほか、無線発信機１の内部空間の一部又は全部（浮揚部の一例）を周囲の水から密閉する方法、浮力を有する浮袋等の物体（浮揚部の一例）を無線発信機１の筐体外部に取り付ける方法などが考えられる。 6 and 7 are diagrams showing a specific example of a method for maintaining the wireless transmitter 1 in the present embodiment near the surface of the sewage flowing through the sewer culvert PN and within a predetermined range. That is, FIGS. 6 and 7 show a specific example of a method for realizing Condition 1 above. Among the conditions 1, one of the methods for maintaining the radio transmitter 1 near the surface of the sewage is to float the radio transmitter 1 near the water surface by buoyancy. For example, as a method of imparting buoyancy to the radio transmitter 1, in addition to a method of using a component having a small specific gravity (an example of a levitation part) of the radio transmitter 1, a part or all of the internal space of the radio transmitter 1 can be (An example of the floating portion) may be sealed from surrounding water, or a method of attaching an object such as a floating bag having buoyancy (an example of the floating portion) to the outside of the housing of the wireless transmitter 1 may be considered.

また、図６には、条件１のうち、無線発信機１を所定の範囲内に維持する方法の１つとして、無線発信機１の移動方向を上下方向に制限する方法が示されている。より具体的には、所定位置に固定された鉛直方向の軸棒Ｐ（移動制限部の一例）を通し、軸棒Ｐに沿って上下方向に移動可能なシリンダ状の可動部Ｓ（移動制限部の一例）に回転軸１１２を連結することにより、無線発信機１を軸棒Ｐの周辺の所定範囲内において水位の変動とともに上下に移動させることが可能になる。 FIG. 6 shows a method of restricting the moving direction of the radio transmitter 1 to the vertical direction as one of the methods of maintaining the radio transmitter 1 within a predetermined range in condition 1. FIG. More specifically, a cylindrical movable part S (movement limiting part By connecting the rotary shaft 112 to the shaft P, it becomes possible to move the wireless transmitter 1 up and down within a predetermined range around the shaft P as the water level fluctuates.

なお、図６の例において水流の方向が紙面手前から奥に向かう方向であることから、可動部Ｓが軸棒Ｐを中心として回転することができてしまうと、回転部１１１が必ずしも効率よく回転しない位置に無線発信機１が移動してしまう可能性がある。そのため、軸棒Ｐと可動部Ｓとを連結する機構には、回転軸１１２の軸方向が水流に対して垂直な方向に向くようにする手段が含まれてもよい。また図７に示すように、回転軸１１２の軸方向を水流に対して垂直な方向に向ける方法としては、発電部１１を貫通するように構成した回転軸１１２の両端を異なる軸棒Ｐ１及びＰ２に連結する方法も考えられる。 In the example of FIG. 6, since the direction of the water flow is from the front to the back of the paper, if the movable portion S can rotate around the shaft P, the rotating portion 111 will not necessarily rotate efficiently. There is a possibility that the wireless transmitter 1 will move to a position where it does not. Therefore, the mechanism for connecting the shaft P and the movable portion S may include a means for making the axial direction of the rotating shaft 112 perpendicular to the water flow. Further, as shown in FIG. 7, as a method of orienting the axial direction of the rotating shaft 112 in a direction perpendicular to the water flow, both ends of the rotating shaft 112 configured to penetrate the power generating section 11 are connected to different axial rods P1 and P2. A method of connecting to

図８は、本実施形態における下水管渠監視システム１００において下水管渠ＰＮを流れる下水の水位及び流速が測定され、その測定データがデータサーバ３に蓄積される処理の流れを示すフローチャートである。まず、無線発信機１では、発電部１１によるビーコン発信電力の発電（ステップＳ１０１）と、発電されたビーコン発信電力によってビーコン信号発信部１３が行うビーコン発信動作（ステップＳ１０２）と、が繰り返し実行される。 FIG. 8 is a flow chart showing the flow of processing for measuring the water level and flow velocity of sewage flowing through the sewer culvert PN in the sewer culvert monitoring system 100 according to this embodiment, and accumulating the measured data in the data server 3. First, in the radio transmitter 1, generation of beacon transmission power by the power generation unit 11 (step S101) and beacon transmission operation performed by the beacon signal transmission unit 13 using the generated beacon transmission power (step S102) are repeatedly executed. be.

なお、以下では、このように繰り返し実行される各処理を、それぞれの符号に付した繰り返しの数ｎ（１以上の整数）で識別することにする。例えば、ステップＳ１０１－１は、１回目の発電を意味し、ステップＳ１０２－１は１回目のビーコン発信動作を意味する。また、以下では、ステップＳ１０１及びＳ１０２以外の繰り返し処理についても同様の方法で識別するものとする。 In the following description, each process that is repeatedly executed in this manner is identified by the number of repetitions n (an integer equal to or greater than 1) attached to each symbol. For example, step S101-1 means the first power generation, and step S102-1 means the first beacon transmission operation. Also, hereinafter, the same method is used to identify repeated processes other than steps S101 and S102.

続いて、測定装置２では、ビーコン情報取得部２４が、無線発信機１から受信されたビーコン信号についてビーコン情報を生成する（ステップＳ１０３）。具体的には、ビーコン情報取得部２４は、ビーコン信号の受信タイミングを示す情報と、そのビーコン信号とともに取得された電波強度情報とを対応づけることによりビーコン情報を生成する。ビーコン情報取得部２４は生成したビーコン情報をビーコン情報記憶部２３に記録する。 Subsequently, in the measuring device 2, the beacon information acquisition unit 24 generates beacon information for the beacon signal received from the wireless transmitter 1 (step S103). Specifically, the beacon information acquisition unit 24 generates beacon information by associating information indicating the reception timing of the beacon signal with the radio wave intensity information acquired together with the beacon signal. The beacon information acquisition unit 24 records the generated beacon information in the beacon information storage unit 23 .

次に、測定部２５が、所定の測定周期ごとに、ビーコン情報記憶部２３に蓄積されている過去のビーコン情報に基づいて、下水管渠ＰＮを流れる下水の水位及び流速を測定する（ステップＳ１０４）。具体的には、水位測定部２５１が、直近で受信されたビーコン信号の電波強度に基づき、上記の式（３）から水位Ｙ２を算出する。ここで、測定装置２は、Ｈ及びＸの値を予め記憶しているものとする。 Next, the measurement unit 25 measures the water level and flow velocity of the sewage flowing through the sewer culvert PN based on the past beacon information accumulated in the beacon information storage unit 23 for each predetermined measurement cycle (step S104). ). Specifically, the water level measuring unit 251 calculates the water level Y2 from the above equation (3) based on the radio wave intensity of the beacon signal received most recently. Here, it is assumed that the measuring device 2 stores the values of H and X in advance.

一方、流速測定部２５２は、ビーコン信号の受信頻度に基づいて下水の流速を算出する。これは、以下の相関１～３の相関性に基づいて算出することができる。
（相関１）ビーコン信号の受信頻度は、発電部１１の単位時間当たりの発電量に相関する。
（相関２）発電部１１の単位時間当たりの発電量は、回転部１１１の回転速度に相関する。
（相関３）回転部１１１の回転速度は、下水の流速（又は流量）に相関する。 On the other hand, the flow velocity measurement unit 252 calculates the sewage flow velocity based on the reception frequency of the beacon signal. This can be calculated based on Correlations 1-3 below.
(Correlation 1) The reception frequency of the beacon signal correlates with the amount of power generated by the power generation unit 11 per unit time.
(Correlation 2) The power generation amount per unit time of the power generation unit 11 correlates with the rotation speed of the rotation unit 111 .
(Correlation 3) The rotation speed of the rotating part 111 correlates with the flow velocity (or flow rate) of the sewage.

測定部２５は、このように算出された下水の水位及び流速を示す情報を測定データとしてデータサーバ３に送信する（ステップＳ１０５）。データサーバ３は、測定装置２から受信した測定データを記録する（ステップＳ１０６）。 The measurement unit 25 transmits information indicating the sewage water level and flow velocity thus calculated to the data server 3 as measurement data (step S105). The data server 3 records the measurement data received from the measuring device 2 (step S106).

このように構成された本実施形態の下水管渠監視システム１００によれば、下水管渠ＰＮの内部に設置される無線発信機１に対して電力を外部から供給する必要がない。そのため、無線発信機１を動作させるための電源の確保及び維持管理が不要になり、より少ないコストで下水（流水の一例）の状態を監視することが可能になる。 According to the sewer culvert monitoring system 100 of this embodiment configured in this way, it is not necessary to supply electric power from the outside to the radio transmitter 1 installed inside the sewer culvert PN. This eliminates the need to secure and maintain a power supply for operating the radio transmitter 1, making it possible to monitor the state of sewage (an example of running water) at a lower cost.

また、本実施形態の下水管渠監視システム１００によれば、測定装置２がビーコン信号の受信頻度に基づいて下水の流速を測定するため、下水管渠ＰＮの内部に水位測定のための装置と、流速測定のための装置とを個別に設置する必要がない。そのため、下水管渠ＰＮを流れる下水の水位及び流速を従来よりも簡易な構成で測定することが可能になる。 Further, according to the sewer culvert monitoring system 100 of the present embodiment, since the measuring device 2 measures the flow velocity of sewage based on the reception frequency of beacon signals, a device for measuring the water level is installed inside the sewer culvert PN. , there is no need to install a separate device for flow velocity measurement. Therefore, it becomes possible to measure the water level and flow velocity of the sewage flowing through the sewer culvert PN with a simpler configuration than before.

以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、自装置を浮揚させる水の流れによって回転する回転部１１１と、１１１回転部の回転を利用して発電する発電部１１と、発電部１１によって生成された電力を用いてビーコン信号を無線発信するビーコン信号発信部１３と、ビーコン信号発信部１３から受信されたビーコン信号に基づいて下水の流速又は水位を測定する測定部２５と、を持つことにより、より少ないコストで流水の状態を監視することができる。 According to at least one embodiment described above, the rotating part 111 that rotates due to the flow of water that floats the device, the power generating part 11 that generates power using the rotation of the rotating part 111, and the power generated by the power generating part 11 By having a beacon signal transmission unit 13 that wirelessly transmits a beacon signal using the power supplied and a measurement unit 25 that measures the flow velocity or water level of sewage based on the beacon signal received from the beacon signal transmission unit 13, Water flow conditions can be monitored at a lower cost.

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。 While several embodiments of the invention have been described, these embodiments have been presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and modifications can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and their modifications are included in the scope and spirit of the invention, as well as the scope of the invention described in the claims and equivalents thereof.

１００…下水管渠監視システム、１，１－１～１－３…無線発信機、１１…発電部、１１１…回転部、１１２…回転軸、１１３－１…第１コイル、１１３－２…第２コイル、１１４－１…第１磁石、１１４－２…第２磁石、１２…記憶部、１３…ビーコン信号発信部、２，２－１～２－３…測定装置、２１…第１通信部、２２…第２通信部、２３…ビーコン情報記憶部、２４…ビーコン情報取得部、２５…測定部、２５１…水位測定部、２５２…流速測定部、３…データサーバ、４…監視装置 DESCRIPTION OF SYMBOLS 100... Sewage pipe monitoring system, 1, 1-1 to 1-3... Radio transmitter, 11... Power generation part, 111... Rotating part, 112... Rotating shaft, 113-1... First coil, 113-2... Second 2 coils, 114-1... first magnet, 114-2... second magnet, 12... storage unit, 13... beacon signal transmitter, 2, 2-1 to 2-3... measuring device, 21... first communication unit , 22... second communication unit, 23... beacon information storage unit, 24... beacon information acquisition unit, 25... measurement unit, 251... water level measurement unit, 252... flow velocity measurement unit, 3... data server, 4... monitoring device

Claims (4)

自装置を水面付近で浮揚させる浮揚部と、
自装置を浮揚させる水の流れによって回転する回転部と、
前記回転部の回転を利用して発電する発電部と、
前記発電部によって、１回の信号の発信に必要な電力が発電されるごとに間欠的に信号を無線発信する発信部と、
を備える発信装置と、
前記発信装置から前記信号を受信する受信部と、
受信した前記信号の受信頻度に基づいて前記水の流速を測定するとともに、前記信号の受信強度に基づいて前記水の水面の高さを測定する測定部と、
を備える測定装置と、
を備える測定システム。 a floatation unit that floats the device near the surface of the water;
a rotating part that rotates due to the flow of water that floats the device;
a power generation unit that generates power using the rotation of the rotating unit;
a transmission unit that wirelessly transmits a signal intermittently every time the power generation unit generates power necessary for transmitting a single signal;
a transmitting device comprising
a receiving unit that receives the signal from the transmitting device;
a measurement unit that measures the flow velocity of the water based on the reception frequency of the received signal and measures the height of the surface of the water based on the reception intensity of the signal ;
a measuring device comprising
measurement system. 前記発信装置の移動範囲を前記水面付近の所定範囲内に維持する移動制限部をさらに備える、
請求項１に記載の測定システム。 further comprising a movement limiter that maintains a movement range of the transmitting device within a predetermined range near the water surface;
The measurement system according to claim 1. 発信装置が、
浮揚部により、自装置を水面付近で浮揚させ、
自装置を浮揚させる水の流れによって回転部を回転させ、
前記回転部の回転を利用して電力を発電し、
１回の信号の発信に必要な電力が発電されるごとに間欠的に信号を無線発信し、
測定装置が、
前記信号を受信し、
受信した前記信号の受信頻度に基づいて前記水の流速を測定するとともに、前記信号の受信強度に基づいて前記水の水面の高さを測定する、
測定方法。 the calling device
The floating part floats the device near the surface of the water,
Rotate the rotating part by the flow of water that floats the device,
generating electric power using the rotation of the rotating part;
A signal is transmitted wirelessly intermittently every time the power required for transmitting one signal is generated,
the measuring device
receiving the signal;
measuring the flow velocity of the water based on the reception frequency of the received signal , and measuring the height of the water surface based on the reception intensity of the signal;
Measuring method. 自装置を水面付近で浮揚させる浮揚部と、自装置を浮揚させる水の流れによって回転する回転部と、前記回転部の回転を利用して発電する発電部と、前記発電部によって、１回の信号の発信に必要な電力が発電されるごとに間欠的に信号を無線発信する発信部と、を備える発信装置から前記信号を受信する受信部と、
受信した前記信号の受信頻度に基づいて前記水の流速を測定するとともに、前記信号の受信強度に基づいて前記水の水面の高さを測定する測定部と、
を備える測定装置。 A floating part that floats the device near the surface of the water, a rotating part that rotates due to the flow of water that floats the device, a power generating part that generates power using the rotation of the rotating part, and the power generating part. a receiving unit that receives the signal from a transmitting device, comprising: a transmitting unit that wirelessly transmits a signal intermittently each time power necessary for transmitting the signal is generated;
a measurement unit that measures the flow velocity of the water based on the reception frequency of the received signal and measures the height of the surface of the water based on the reception intensity of the signal ;
A measuring device comprising a
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