無線通信システム
【課題】地上でのリーダにおけるマンホール内の無線タグからの電波の受信レベルを容易に向上させる。
【解決手段】マンホール５００の床面５１０の全面には、電波を反射させるため、電波反射部材５１５が設けられている。電波反射部材５１５としては、金属の網（メッシュ）や、反射塗料などを用いる。金属の網は、電波の波長より短い網目を有し、設置する前のマンホール５００の内側への運搬に支障のないように畳むことが可能となっており、マンホール５００の床面５１０に設置するときに畳んだ網を展開するようになっている。マンホール５００に設置された無線タグ１００の電波は、電波反射部材５１５が設けられた床面５１０で反射され、直接波とともに、地上（路上）でリーダ２００に送出される。
【解決手段】マンホール５００の床面５１０の全面には、電波を反射させるため、電波反射部材５１５が設けられている。電波反射部材５１５としては、金属の網（メッシュ）や、反射塗料などを用いる。金属の網は、電波の波長より短い網目を有し、設置する前のマンホール５００の内側への運搬に支障のないように畳むことが可能となっており、マンホール５００の床面５１０に設置するときに畳んだ網を展開するようになっている。マンホール５００に設置された無線タグ１００の電波は、電波反射部材５１５が設けられた床面５１０で反射され、直接波とともに、地上（路上）でリーダ２００に送出される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マンホール内に設置された無線タグから送信される情報（ＩＤ、及びマンホール内の状況）を地上のリーダで受信して、マンホールへ立入る作業を実施せずにマンホール内部の状況を把握し、マンホール自体や、内部の通信設備の現況調査をより効果的に行う無線通信システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
地中にあるマンホール内の情報を得る無線通信システムとしては、マンホールポンプの遠隔監視を行う小エリア無線を用いた長距離ワイヤレスモデムがある（例えば非特許文献１参照）。図１８は、従来技術による、マンホールポンプを遠隔で監視する無線通信システムの構成を示す模式図である。
【０００３】
図１８において、郊外にあるマンホール５００内の設備として設置されているマンホールポンプを遠隔で状態監視や管理を行う。マンホール５００内のマンホールポンプ５０１に対しては、ケーブルにより地上に設けられた現地制御装置６００に繋がり、その先の防水保護ケース６０１に収められた子機（無線部本体）６０２へマンホールポンプ５０１の情報が伝わる。子機６０２から１ｋｍ程度の距離の範囲で郊外の別の場所にある親機７００まで小エリア無線によりマンホールポンプ５０１の情報が送られ状態監視される。
【０００４】
また、逆方向に親機７００から子機６０２へ制御信号を送り、マンホールポンプ５０１を制御・管理することもできる。なお、その親子−子機間の小エリア無線については、通信方式が単信方式で半二重通信であり、使用周波数は、３４８．５６６２５〜３４８．８０００ＭＨｚを用いており、通信速度は、２４００ｂｐｓ、空中線電力は、０．１Ｗ／１Ｗ切り替えとなっている。
【０００５】
また、他のマンホール内の情報を得る技術として無線中継装置が提案されている（例えば特許文献１参照）。図１９は、従来技術による無線中継装置の動作を説明するための断面図である。図１９において、マンホール１内に設置した無線機５は、電波を送受信する。この無線機５から送信された電波は、このマンホール１内で蓋３の真下に設置された反射体（反射板）１０ａで反射される。この反射体１０ａで反射により、その無線機５からの電波の放射電力が強められ、地上の無線機（図１９では省略されている）へ伝えられる。
【０００６】
このように、反射体１０ａで無線機５からの電波が反射され、地上の無線機が受信し易くなることで、マンホール１内の情報を得ることができるようになる．また、逆に、地上の無線機からの電波が同じ反射板１０ａで反射されて無線機５に到達することで、マンホール１の外部、すなわち地上からの指示をマンホール１内へと送ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１０−５０８９９号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】長距離ワイヤレスモデム 形WM51 OMRON 小エリア無線により郊外１ｋｍの長距離通信を実現、インターネット＜ＵＲＬ：http://www.fa.omron.co.jp/data_pdf/cat/wm51_sgsa-012f-1.pdf＞
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上述した非特許文献１のように、マンホール５００の内外の情報をケーブル（有線）で送受信するケースでは、マンホール５００の天井や、壁に地上までケーブルを通すための穴が必要になる。このような穴は、マンホール５００の強度に影響があったり、マンホール５００内への浸水の増加を招く恐れがあったりという問題がある。また、ケーブルの敷設工事が必要となり、土木工事の費用が膨大になるという問題がある。
【００１０】
また、特許文献１のように、マンホール蓋３の下に反射板１０ａを設置する場合には、反射板１０ａを設置する位置から考えると、その設置工事、及びマンホール１内へ作業員が入る場合に困難が予想される。特に、ここでの反射板１０ａについては、無線機５から送信される電波の放射強度を増すために、大きなサイズが要求されると考えられる。
【００１１】
本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、その目的は、地上でのリーダにおけるマンホール内の無線タグからの電波の受信レベルを容易に向上させることができる無線通信システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上述した課題を解決するために、本発明は、マンホール内に設置されたタグと地上にあるリーダとの間で、無線で情報を送受信する無線通信システムであって、前記マンホールの全床面に設置された電波反射部材を備えることを特徴とする無線通信システムである。
【００１３】
本発明は、上記の発明において、前記電波反射部材は、前記マンホールの全床面に加えて、更に、前記マンホールの４つの側面のいずれかの全面に設置されることを特徴とする。
【００１４】
本発明は、上記の発明において、前記電波反射部材は、前記マンホールの全床面に加えて、更に、路上を走行する車両の走行方向と平行となる２つの側面の全面に設置されることを特徴とする。
【００１５】
本発明は、上記の発明において、前記電波反射部材は、前記マンホールの全床面に加えて、更に、路上を走行する車両の走行方向に直交する２つの側面の全面と車道側の側面との全面とに設置されることを特徴とする。
【００１６】
本発明は、上記の発明において、前記電波反射部材は、前記マンホールの全床面に加えて、更に、前記マンホールの全ての側面の全面に設置されることを特徴とする。
【００１７】
本発明は、上記の発明において、前記電波反射部材は、前記マンホールの全床面に加えて、全ての側面の全面、及び前記マンホールの天井の一部を除く全面に設置されることを特徴とする。
【００１８】
本発明は、上記の発明において、前記天井に設置された電波反射部材は、前記路上を走行する車両の走行方向に一致する方向に開口したスリット部を有することを特徴とする。
【００１９】
本発明は、上記の発明において、前記天井に設置された電波反射部材は、その一部に開口した開口部を有することを特徴とする。
【００２０】
本発明は、上記の発明において、前記電波反射部材は、金属製のメッシュ、または反射塗料のいずれかであることを特徴とする。
【００２１】
また、上述した課題を解決するために、本発明は、マンホール内に設置されたタグと地上にあるリーダとの間で、無線で情報を送受信する無線通信システムであって、前記タグは、前記リーダの場所、または移動に一致する指向性を有する指向性アンテナを備えることを特徴とする無線通信システムである。
【発明の効果】
【００２２】
この発明によれば、地上でのリーダにおけるマンホール内の無線タグからの電波の受信レベルを容易に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の第１実施形態による無線通信システムを用いたマンホール内部の構成を示す模式図である。
【図２】従来のマンホールでの電波状況の基本原理を説明するための概念図である。
【図３】本第１実施形態による無線通信システムでのマンホールでの電波状況の基本原理を説明するための概念図である。
【図４】本第１実施形態による無線通信システムでのマンホール床面反射を説明するための概念図である。
【図５】マンホール床面＆側面反射が殆どない場合を説明するための概念図である。
【図６】本第１実施形態による無線通信システムでのマンホール床面反射を説明するための概念図である。
【図７】マンホールにて床面での電波反射がある／なしの場合での受信レベルのシミュレーション結果を示す概念図である。
【図８】本第１実施形態による無線通信システムでのシミュレーション条件を説明するための概念図である。
【図９】本発明の第２実施形態による無線通信システムを用いたマンホール内の構成を示す模式図である。
【図１０】本第２実施形態の第１の変形例による、マンホール床面と３側面とからの反射があるマンホールの構成を示す模式図である。
【図１１】本第２実施形態の第２の変形例による、マンホール床面と４側面とからの反射があるマンホールの構成を示す模式図である。
【図１２】本第２実施形態の第３の変形例による、マンホール床面、天井、４側面とからの反射があるマンホールの構成を示す模式図である。
【図１３】本第２実施形態の第４の変形例による、マンホール床面、天井、４側面とからの反射があるマンホールの構成を示す模式図である。
【図１４】本第３実施形態による無線通信システムを用いたマンホール内の構成を示す概念図である。
【図１５】本第３実施形態による指向性アンテナ１１０の構造と放射指向性を示す概念図である。
【図１６】本発明の第４実施形態による反射塗料の一例を示す概念図である。
【図１７】本第４実施形態による指向性アンテナの一例を示す概念図である。
【図１８】従来技術による、マンホールポンプを遠隔で監視する無線通信システムの構成を示す模式図である。
【図１９】従来技術による無線中継装置の動作を説明するための断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。
【００２５】
Ａ．第１実施形態
まず、本発明の第１実施形態について説明する。
図１は、本発明の第１実施形態による無線通信システムを用いたマンホール内部の構成を示す模式図である。図１において、マンホール５００の内部に設置した無線タグ１００からの電波は、直接、地上へ向かう直接波のみでは、地上で作業員が所持するリーダ２００で受信できるレベルが低く確実に無線タグ１００からの情報を把握できない場合がある。
【００２６】
本第１実施形態では、図１に示すように、直接波に加え、無線タグ１００からの電波を床面５１０で反射させる（床面５１０での反射波の割合を強める）ことにより、上述した無線タグ１００の直接波のみの受信レベルが低くても、反射波が足し合わされて、地上（路上）にてリーダ２００で受信可能とする。
【００２７】
そこで、本第１実施形態では、マンホール５００の床面５１０で電波を反射させるため、電波反射部材５１５を床５１０の全面に設ける。電波反射部材５１５としては、金属の網（メッシュ）や、反射塗料などを用いる。金属の網は、電波の波長より短い網目を有し、設置する前のマンホール５００の内側への運搬に支障のないように畳むことが可能となっており、マンホール５００の床面５１０に設置するときに畳んだ網を展開するようになっている。
【００２８】
また、他方の反射塗料としては、例えば、電子機器のプラスチック製パッケージの内側に塗布されるものがある（電磁波シールドコーティング、導電塗料、インターネット＜ＵＲＬ：http://www.plascoat.co.jp/shield_det.html＞）。これは、金属フィラーの入った塗料をスプレーにより塗装することで、塗装対象となるものの表面に導電率の高いコーティング膜を形成し電磁波を反射する技術である。
【００２９】
ここで、マンホール内に設置した無線タグ１００から送信される電波について、地上へ直進して進む直接波と、マンホール５００の床面５１０で反射して地上へ届く反射波の２つの電波により、どのように地上での電波の受信強度に影響があるのか、また、マンホール５００の側面５２０での反射波が加わった場合には、どのような影響を及ぼすのか、それぞれに基本的な原理について説明する。
【００３０】
図２（ａ）、（ｂ）は、従来のマンホールでの電波状況の基本原理を説明するための概念図である。図２（ａ）には、通常のマンホール５００の床面５１０のみの反射波がある場合を示している。また、図２（ｂ）には、通常のマンホール５００の側面５２０からの反射波が加わる場合を示している。図２（ａ）において、マンホール５００の天井５３０は、地面から深さＤｍにあり、さらにＨｍ深い位置に床面５１０がある。このマンホール５００の内部に、その床面５１０から高さｈｔの位置に無線タグ１００が設置される。一方で、リーダ２００は、地上ｈｒの高さにある。
【００３１】
このような場合には、無線タグ１００からリーダ２００までの距離は、Ｈｍ−ｈｔ＋Ｄｍ＋ｈｒであり、この距離を無線タグ１００から送信された電波の直接波が伝わる。他方で、無線タグ１００から床面５１０を経由してリーダ２００までの距離は、Ｈｍ＋ｈｔ＋Ｄｍ＋ｈｒであり、この距離を床で反射した電波の反射波が進む。
【００３２】
反射波については、マンホール５００の床面５１０での反射率をγｍ（≪１）とすれば、反射波が地上に到達するまでの実質的な距離は、（Ｈｍ＋ｈｔ＋Ｄｍ＋ｈｒ）・１／γｍと考えられる。従って、反射波は、直接波に比べ、地上へ届いた際の受信強度が極めて弱いため、地上では、直接波のみの受信強度と変わらない。なお、図２（ａ）に示す直接波と反射波とを比較した検討では、マンホール天井５３０から地面までに当たる深さ（Ｄｍ）の土壌による、それぞれの電波の減衰については、直接波と反射波との双方とも同じで、比較においては相殺されていると考えている。
【００３３】
図２（ｂ）において、マンホール５００については、図２（ａ）と同様、地面から深さＤｍでマンホールの天井５３０、地上からＤｍ＋Ｈｍ深さがマンホールの床面５１０になり、Ｄｍ＋Ｈｍ−ｈｔの深さに無線タグ１００が設置され、地上高さｈｒにリーダ２００がある。また、このマンホール５００の幅はＷｍであり、そのマンホール５００での片方の側面５２０の位置からＷｔの距離に無線タグ１００に設置され、同じ側面５２０の位置からＷｒの距離にある地上にリーダ２００がある。
【００３４】
上述した構成において、まず、無線タグ１００からリーダ２００までの直線距離、つまりは、√｛（Ｗｒ−Ｗｔ）２＋（ｈｒ＋Ｄｍ＋Ｈｍ−ｈｔ）２｝を直接波Ａが進む。また、無線タグ１００からマンホール５００の床面５１０で反射してリーダ２００までの距離は、√｛（Ｗｒ−Ｗｔ）２＋（ｈｒ＋Ｄｍ＋Ｈｍ＋ｈｔ）２｝であり、床面５１０の反射波Ｂがこの距離を進む。
【００３５】
しかし、マンホール５００の床面５１０での電波の反射率は、γｍ（≪１）と僅かなため、この反射波Ｂが無線タグ１００からリーダ２００に到達するまでの実質的な距離は、１／γｍ・√｛（Ｗｒ−Ｗｔ）２＋（ｈｒ＋Ｄｍ＋Ｈｍ＋ｈｔ）２｝とみなして考えられる。さらに、無線タグ１００からの電波がマンホール５００の側面５２０で反射してリーダ２００に到達するための経路は、図２（ｂ）では２つあり、片方の距離は、√｛（Ｗｒ＋Ｗｔ）２＋（ｈｒ＋Ｄｍ＋Ｈｍ−ｈｔ）２｝であり、他方の距離は、√｛（２Ｗｍ−Ｗｒ−Ｗｔ）２＋（ｈｒ＋Ｄｍ＋Ｈｍ−ｈｔ）２｝である。
【００３６】
これらの距離を進む反射波Ｃ、及びＤは、マンホール５００の側面５２０で反射するため、その反射率は、γｍ（≪１）と僅かである。従って、上述した反射波Ｃ、及びＤの実質的な距離は、１／γｍ・√｛（Ｗｒ＋Ｗｔ）２＋（ｈｒ＋Ｄｍ＋Ｈｍ−ｈｔ）２｝、及び１／γｍ・√｛（２Ｗｍ−Ｗｒ−Ｗｔ）２＋（ｈｒ＋Ｄｍ＋Ｈｍ−ｈｔ）２｝となる。
【００３７】
上述した３つの反射波Ｂ、Ｃ、及びＤについては、リーダ２００による受信の強度を直接波Ａと比較すると、極めて小さいものとなる。従って、通常のマンホール５００では、床面５１０と側面５２０とによる反射波Ｂ、Ｃ、及びＤが直接波Ａに加わって地上のリーダ２００での電波の受信強度を高めるように期待はできない。
【００３８】
なお、図２（ａ）と同様に、図２（ｂ）に示す直接波Ａと３つの反射波Ｂ、Ｃ、Ｄを比較した検討においても、マンホール天井５３０と地面（Ｄｍ）間の土壌で各電波が減衰することについて、直接波Ａと３つの反射波Ｂ、Ｃ、Ｄが全て同じ条件で比べられており、そのＤｍ間の減衰を各電波の比較で全て同じ分を差し引いて考えている。
【００３９】
図３（ａ）、（ｂ）は、本第１実施形態による無線通信システムでのマンホールでの電波状況の基本原理を説明するための概念図である。図３（ａ）には、床面５１０で反射のあるマンホール５００を示している。また、図３（ｂ）には、床面５１０の反射に加え、側面５２０で反射のあるマンホール５００を示している。
【００４０】
図３（ａ）においては、図２（ａ）と同様に、地面から深さＤｍにマンホール５００の天井５３０、さらに深さＤｍ＋Ｈｍに床面５１０があり、そして深さＤｍ＋Ｈｍ−ｈｔのマンホール内に無線タグ１００が設置され、リーダ２００は、地上で高さｈｒにある。無線タグ１００からリーダ２００までがＨｍ−ｈｔ＋Ｄｍ＋ｈｒで、無線タグ１００から電波が送信され、直接波がリーダ２００に伝わる距離であり、加えて、床面５１０を経由した無線タグ１００からリーダ２００まではＨｍ＋ｈｔ＋Ｄｍ＋ｈｒであり、これは、床面５１０で反射した電波の反射波が進む距離である。
【００４１】
反射波については、マンホール５００の床面５１０に反射塗料の塗布や、金属製メッシュが設置されているので、その反射率は高く（ここでは、反射率≒１と仮定し）、この反射波が地上に到達する実質的な距離も、Ｈｍ＋ｈｔ＋Ｄｍ＋ｈｒと変わらない。ここで、マンホール５００の深さと床面５１０から天井５３０の高さと、さらに、地上にあるリーダ２００の高さとの合計に比べて、床面５１０から無線タグ１００までの高さが十分小さい（ｈｔ≪Ｈｍ＋Ｄｍ＋ｈｒ）ことも想定できるので、その反射波が地上へ届く距離が直接波と同程度であり、これら直接波と反射波とが合成され、リーダ２００での受信強度が向上されると期待される。
【００４２】
図３（ｂ）においては、図２（ｂ）と同様、地面から深さＤｍにマンホールの天井５３０、深さＤｍ＋Ｈｍに床面５１０があり、床面から高さｈｔに無線タグ１００、地上から高さｈｒにリーダがある。加えて、このマンホール５００の幅はＷｍで、無線タグ１００は、片方の側面５２０からＷｔの位置にあり、同じ側面５２０からＷｒの距離に地上のリーダ２００がある。この条件の下で、無線タグ１００からリーダ２００までを直接波ａが√｛（Ｗｒ−Ｗｔ）２＋（ｈｒ＋Ｄｍ＋Ｈｍ−ｈｔ）２｝の距離を、床面５１０での反射波ｂは、√｛（Ｗｒ−Ｗｔ）２＋（ｈｒ＋Ｄｍ＋Ｈｍ＋ｈｔ）２｝の距離を、それぞれ進む。
【００４３】
ここで、図３（ｂ）のマンホール５００の床面５１０には、反射塗料が塗布されたり、金属製メッシュが設置されたりしており、電波を殆ど反射する（反射率≒１）ため、この反射波ｂは√｛（Ｗｒ−Ｗｔ）２＋（ｈｒ＋Ｄｍ＋Ｈｍ＋ｈｔ）２｝を無線タグ１００からリーダ２００に到達するまでの実質的な距離となる（この点が先の図２（ｂ）に示した反射波Ｂとは異なる）。さらに、図３（ｂ）では、無線タグ１００から送信されマンホール５００の側面５２０で反射された電波が２つの経路によりリーダ２００に到達する。一方の距離が√｛（Ｗｒ＋Ｗｔ）２＋（ｈｒ＋Ｄｍ＋Ｈｍ−ｈｔ）２｝で、他方は、√｛（２Ｗｍ−Ｗｒ−Ｗｔ）２＋（ｈｒ＋Ｄｍ＋Ｈｍ−ｈｔ）２｝である。
【００４４】
これら距離を進む反射波ｃ、及びｄは、マンホール５００の側面５２０で反射するが、側面５２０には、反射塗料が塗布されたり、金属製メッシュが設置されたりしており、殆どの電波を反射する（反射率≒１）ため、反射波ｃ、及びｄについては、√｛（Ｗｒ＋Ｗｔ）２＋（ｈｒ＋Ｄｍ＋Ｈｍ−ｈｔ）２｝、及び√｛（２Ｗｍ−Ｗｒ−Ｗｔ）２＋（ｈｒ＋Ｄｍ＋Ｈｍ−ｈｔ）２｝が実質的な距離になる。これまでの説明から、直接波ａの進む無線タグ１００からリーダ２００までの距離と、３つの反射波ｂ、ｃ、及びｄが進む実質的な距離とは殆ど同じになる。
【００４５】
ここでの仮定として、マンホール５００の深さ、床面５１０から天井５３０の高さ、リーダ２００の地上高さの合計に対し、床面５１０から無線タグ１００の高さが十分小さい（ｈｔ≪Ｈｍ＋Ｄｍ＋ｈｒ）と想定できる。また、もう１つの仮定としては、無線タグ１００、及びリーダ２００が設置される位置は、マンホール５００の片方の側面からマンホール５００の幅の半分程度になる（Ｗｒ≒Ｗｔ≒Ｗｍ／２）。
【００４６】
つまり、マンホール５００の中央にあると想定される。よって、これら４つの電波、すなわち直接波ａと、反射波ｂ、ｃ、及びｄとでのリーダ２００による受信の強度は、それぞれ同程度である。従って、通常のマンホール５００では、床面５１０と側面５２０とによる反射波ｂ、ｃ、及びｄが、直接波ａに加わって、地上のリーダ２００での電波の受信強度を高めると期待できる。
【００４７】
図４は、本第１実施形態による無線通信システムでのマンホール床面反射を説明するための概念図である。図４においても、図１と同様にマンホール５００に設置された無線タグ１００の電波を、電波反射部材５１５が設けられた床面５１０で反射させる（反射波の強度を強くする）。無線タグ１００からの電波を床面５１０で反射させることにより、地上（路上）でリーダ２００の受信範囲を広げることができる。
【００４８】
この結果、走行する車両（自動車）３００に搭載されたリーダ２００が無線タグ１００の電波を受信することを考えると、車両３００の走行速度が速くても、無線タグ１００からの情報を車両３００に搭載されたリーダ２００で取得することができるようになる。
【００４９】
なお、マンホール５００の床面５１０で電波を反射させるために、上述したように、床面５１０に電波反射部材（反射塗料、電波の波長よりも短い網目となる金属製のメッシュ）を設けている。この反射塗料としては、図１において述べた電磁波シールドコーティング、導電塗料が好ましく、また、金属製のメッシュについては、設置前の運搬時に畳むことが可能で、使用時に展開することができるものが好ましい。
【００５０】
ここで、図５は、マンホール床面＆側面反射が殆どない場合を説明するための概念図である。図５においては、図４で示したように、マンホール５００の床面５１０で無線タグ１００の電波を反射させたこととは逆の状態で、マンホール５００の床面５１０はもちろん側面５２０での無線タグ１００からの電波の反射もない場合、あるいは電波の反射が床面５１０で仮にあったとしても僅かである場合を示している。
【００５１】
このような場合には、地上でのリーダ２００による無線タグ１００からの電波は、直進した電波のみ、あるいは床面５１０で反射された電波の割合が殆どなく大部分が直進の電波であるため、無線タグ１００からの電波の地上における受信レベルが弱くなる。そのために、無線タグ１００からの電波を地上でリーダ２００が受信できる範囲も狭い範囲に限られてしまう（実線の円）。つまり、マンホール５００に十分近距離に位置するリーダ２００Ａでは無線タグ１００からの電波を受信することができるが、マンホール５００から離れたリーダ２００Ｂでは、無線タグ１００からの電波を受信することができなくなる。
【００５２】
図６は、本第１実施形態による無線通信システムでのマンホール床面反射を説明するための概念図である。図６においては、図５と同じ場所の道路にあるマンホール５００を示しているが、マンホール５００の床面５１０で無線タグ１００からの電波を反射させている点、あるいは床面５１０で反射する電波が無線タグ１００から地上へと直進する電波と同程度の強度がある点で異なっている。
【００５３】
無線タグ１００が送信する電波は、地上へ直進する電波に加えて、マンホール５００の床面５１０に反射して地上へ伝わる電波もある。この結果、マンホール５００の床面５１０で反射した電波が加わる分、地上、すなわち道路上でのリーダ２００の受信範囲を拡張させられる。つまり、マンホール５００に十分近距離に位置するリーダ２００Ａでも、マンホール５００から離れたリーダ２００Ｂでも、無線タグ１００からの電波を受信することができる。
【００５４】
図７は、マンホールにて床面での電波反射がある／なしの場合での受信レベルのシミュレーション結果を示す概念図である。つまり、図７には、マンホール５００の床面５１０での反射がある／なしの場合で、それらの受信レベルの違いをシミュレーションにより求めて示したものである。図７に示すグラフの横軸は、無線タグ１００から送信された電波の受信レベルであり、縦軸は、マンホール５００の床面５１０からの高さで、受信アンテナの位置を示す。
【００５５】
図７に示すグラフの一点鎖線がマンホール５００の床面５１０がコンクリートの場合、つまり床面５１０での電波の反射が僅かであり、かつ電波を送信する無線タグ１００の位置がマンホール５００の床面５１０から２．０６ｍの場合を示している。また、実線は、マンホール５００の床面５１０が銅であり、かつ電波を送信する無線タグ１００の位置がマンホール５００の床面５１０から２．０６ｍの場合を示している。
【００５６】
また、点線は、マンホール５００の床面５１０が銅であり、かつ電波を送信する無線タグ１００の位置がマンホール５００の床面５１０から波長の１／４、つまり３．４ｃｍの高さにある場合を示している。さらに、破線が自由空間、つまりマンホール５００の床面５１０において全く電波の反射がなく、かつ電波を送信する無線タグ１００の位置がマンホール５００の床面５１０から２．０６ｍの場合を示している。
【００５７】
破線の自由空間に対して、点線のマンホール床面５１０に銅版を配置して送信アンテナを１／４波長の高さに設置した場合には、マンホール５００の床５１０から４ｍ以上、すなわち、地上１ｍ以上の高さに受信アンテナがあると、電波の受信レベルが何れも上回り、受信アンテナの位置が高いほど受信レベルの差が広がっている。
【００５８】
一点鎖線のコンクリートと比較して、実線のマンホール床面５１０に銅版を配置して送信アンテナを２．０６ｍの高さに設置した場合には、受信アンテナがマンホール５００の床面５１０から３ｍを若干超えている箇所と４〜６ｍにおいては、言い換えると、地上の僅かな高さの範囲と地上１〜３ｍにおいては、受信レベルが高くなっている。
【００５９】
また、点線で示す銅の床面で１／４波長の高さに置かれた送信アンテナに対して、実線で示す同じ銅の床面でも２．０６ｍの高さに送信アンテナが設置されている場合には、マンホール５００の床面５１０から３ｍの高さと４〜５ｍ前後、言い換えると、地上に近い範囲と地上１〜２ｍで受信レベルが高くなっている。
【００６０】
これらシミュレーション結果からは、マンホール５００の床面５１０に銅などの電波を反射する素材を配置することで、地上での受信レベルを向上できたり、送信アンテナの設置する高さを工夫することにより、受信レベルに違いが出たりすることが分かる。
【００６１】
図８は、本第１実施形態による無線通信システムでのシミュレーション条件を説明するための概念図である。図８には、図７に示すシミュレーションで用いたマンホールのサイズのパラメータなど状況を示している。まず、図８に示すように、マンホール５００には、蓋、出入り口、天井、側面，床面５１０があるが、最も強い反射の効果を簡単なシミュレーションで得るために、床面５１０のみがあることを想定している。そして、該床面５１０については、一般的なマンホール５００での材質であるコンクリート、電波反射部材５１５として反射塗料や、金属製のメッシュとして銅、また電波を全く反射しない状況として自由空間（床面が存在しない状況）をシミュレーションの条件例とした。
【００６２】
典型的なマンホール５００の床面の位置は、地上から深さ３ｍにあると考えればよい。このようなマンホール５００に対して、無線タグ１００を設置する位置は、床面５１０からの高さを決め、その無線タグ１００の位置は、送信アンテナ高とした。また、リーダ２００の高さを受信Ｒｘアンテナ高とし、この高さもマンホール５００の床面の基準としていることから、地上３ｍ以上の高さを確認すれればよい。
【００６３】
この受信Ｒｘアンテナの高さを変え、それぞれ受信Ｒｘアンテナの高さで上述した送信アンテナからの（直接波と反射波とを合わせた）電波の受信レベルを求める。このように、図８に示すシミュレーション条件で、図７に示すシミュレーション結果では、４つの例、すなわち床面５１０がコンクリート（送信アンテナ高さ＝２．０６ｍ）を一点鎖線、床面が銅（送信アンテナ高さ＝２．０６ｍ）を実線、同じく銅（送信アンテナ高さ＝３．４ｃｍ（１／４波長））を点線、自由空間（送信アンテナ高さ＝２．０６ｍ）を破線のそれぞれの例を示したものである。
【００６４】
上述した第１実施形態によれば、マンホール５００の内部に設置した無線タグ１００の電波を反射する電波反射部材（反射塗料、または金属製のメッシュ）５１５を、マンホール５００の床面５１０に設置するようにしたので、マンホール５００の内部から地上へのケーブルがなくてもマンホール内の情報収集と地上からの指示も容易にできる。
【００６５】
Ｂ．第２実施形態
次に、本発明の第２実施形態に付いて説明する。
図９は、本第２実施形態による無線通信システムを用いたマンホール内の構成を示す模式図である。本第２実施形態では、マンホール床面と側面で無線タグ１００からの電波を反射する。図９において、マンホール５００では、床面５１０と、道路上の車両３００が走行する方向と平行となる２つの側面５２０Ａ、５２０Ｃに電波を反射する電波反射部材（塗料またはメッシュ）５１５を設置する。
【００６６】
図９の左側には、マンホール５００の内面の展開図を示している。該展開図には、天井５３０の中央には出入口あり、また、床面５１０と時計回りに側面５２０Ａ、５２０Ｂ、５２０Ｃ、５２０Ｄが示されている。電波反射部材（塗料またはメッシュ）５１５は、床面５１０と、道路を車両３００が走行する方向と平行な側面５２０Ａ、５２０Ｃとに設置されている。
【００６７】
このように、電波反射部材（塗料またはメッシュ）５１５が設置されていることにより、マンホール５００の内部に設置された無線タグ１００から送信された電波としては、地上への直接波と、マンホール５００の床面５１０と上記２つの側面５２０Ａ、５２０Ｃによるそれぞれの反射波とが加わる。直接波に床面５１０と２つの側面５２０Ａ、５２０Ｃからの反射波とが加わることにより、車両３００が走行する方向に無線タグ１００の電波が到達する受信範囲が拡張される。
【００６８】
Ｂ−１．第１の変形例
図１０は、本第２実施形態の第１の変形例による、マンホール床面と３側面とからの反射があるマンホールの構成を示す模式図である。上述した図９に示すように、マンホール５００での床面５１０、及び車両３００の走行方向に平行な２つの側面５２０Ａ、５２０Ｃに電波反射部材（塗料またはメッシュ）５１５が設置されていることに対し、該第１の変形例では、図１０に示すように、マンホール５００での床面５１０、及び歩道方向を除く３方向の側面５２０Ａ、５２０Ｂ、５２０Ｄに電波反射部材（塗料またはメッシュ）５１５が設置されている。言い換えると、電波反射部材（塗料またはメッシュ）５１５は、車両３００の走行方向に直交する２つの側面５２０Ｂ、５２０Ｄと、車道側の側面５２０Ａとに電波反射部材（塗料またはメッシュ）５１５が設置されている。
【００６９】
図９と同様に、図１０の左側に展開図を示す。図１０において、天井５３０、床面５１０と側面５２０Ａ、５２０Ｂ、５２０Ｃ、５２０Ｄは、図９と同じ位置である。図１０においては、展開図にある床面５１０と側面５２０Ａ、５２０Ｂ、５２０Ｄに電波反射部材（塗料またはメッシュ）５１５を設置している。これにより、マンホール５００の内部に設置された無線タグ１００からの電波は、それらマンホール５００の床面５１０とそれらの３つの側面５２０Ａ、５２０Ｂ、５２０Ｄの電波反射部材（塗料またはメッシュ）５１５に反射し、歩道方向に広い範囲に届く。その結果、歩道にある電話ＢＯＸ４００へも、マンホール５００の内部の無線タグ１００からの電波が到達し易くなる。
【００７０】
Ｂ−２．第２の変形例
図１１は、本第２実施形態の第２の変形例による、マンホール床面と４側面とからの反射があるマンホールの構成を示す模式図である。図１１において、マンホール５００には、天井５３０以外の床面５１０と全ての側面５２０Ａ、５２０Ｂ、５２０Ｃ、５２０Ｄに電波反射部材（塗料またはメッシュ）５１５が設置されている。
【００７１】
図９や、図１０と同様に、図１１の左側に展開図を示す。マンホール５００の床面５１０と全ての側面５２０Ａ、５２０Ｂ、５２０Ｃ、５２０Ｄに電波反射部材（塗料またはメッシュ）５１５を設置している。これにより、マンホール５００の内部に設置された無線タグ１００からの電波は、それらマンホール５００の床面５１０とそれら全ての側面５２０Ａ、５２０Ｂ、５２０Ｃ、５２０Ｄの電波反射部材（塗料またはメッシュ）５１５に反射してマンホール５００の上方となる地上へ電波の強度が増す。結果として、マンホール５００の上方にあたる範囲の地上へは、マンホール５００の内部の無線タグ１００からの電波が受信し易くなる。
【００７２】
従って、点検作業員は、マンホール５００の上方の地上でリーダ２００を所持して、マンホール５００の内部に設置された無線タグ１００からの電波を受信する際に、無線タグ１００から送信される電波の直接波の他にも、マンホール５００の床面５１０による電波の反射波、および全ての側面５２０Ａ、５２０Ｂ、５２０Ｃ、５２０Ｄによる反射波も合わせて受信する。このために、単に無線タグ１００からの電波の直接波のみを受信するレベルに比べ、床面５１０全ての側面５２０Ａ、５２０Ｂ、５２０Ｃ、５２０Ｄによる反射波の分も受信レベルが向上するため、より的確に無線タグ１００からの信号を受信できるようになる。
【００７３】
Ｂ−３．第３の変形例
図１２は、本第２実施形態の第３の変形例による、マンホール床面、天井、４側面とからの反射があるマンホールの構成を示す模式図である。図１２において、マンホール５００には、天井５３０を含む、床面５１０と全ての側面５２０Ａ、５２０Ｂ、５２０Ｃ、５２０Ｄに電波反射部材（塗料またはメッシュ）５１５が設置されている。なお、図１２の斜視図において、側面５２０Ｂ、５２０Ｄ、及び天井５３０に設置されている電波反射部材（塗料またはメッシュ）５１５については省略している。
【００７４】
図１１に示したマンホール５００が天井５３０以下の床面５１０と全ての側面５２０Ａ、５２０Ｂ、５２０Ｃ、５２０Ｄに電波反射部材（塗料またはメッシュ）５１５が設置されていたが、図１２に示すマンホール５００は、さらに、天井５３０にも、ライン状のスリット部５１６を除いて、電波反射部材（塗料またはメッシュ）５１５を設置する。マンホール５００の内部全体からみると、天井５３０のライン状のスリット部５１６が開いているように見える。該スリット部５１６の方向は、路上の車両３００の走行方向と一致している。
【００７５】
図９〜図１１と同様に、図１２の左側に展開図を示す。図１２の左側に示す展開図から明らかなように、マンホール５００の全ての面、つまり床面５１０と４つの側面５２０Ａ、５２０Ｂ、５２０Ｃ、５２０Ｄと天井５３０とに電波反射部材（塗料またはメッシュ）５１５が設置されている。但し、唯一、天井５３０の長手方向にスリット部５１６が切られており、該スリット部５１６の延長の方向に当たる側面５２０Ｂ、５２０Ｄにもスリットの端がある。これら天井５３０と側面５２０Ｂ、５２０Ｄのスリット部（端部）５１６とは、電波反射部材（塗料またはメッシュ）５１５がない範囲となっている。
【００７６】
そのため、マンホール５００の大部分の範囲である床面５１０、側面５２０Ａ、５２０Ｂ、５２０Ｃ、５２０Ｄ、及び天井５３０に設置した電波反射部材（塗料またはメッシュ）５１５で電波が反射され、マンホール５００の内側に戻される。そして、スリット部５１６を通じてのみ、無線タグ１００から送信された電波がマンホール５００の外部へと出る。さらに、マンホール５００の内側の様々な箇所で反射された電波も加わるため、そのスリット部５１６からマンホール５００の外側へ出る電波の送信レベルは強くなる。
【００７７】
言い換えると、マンホール５００の内部に設置された無線タグ１００の電波は、大部分の範囲でマンホール５００の内側に閉じ込められているが、唯一、そのスリット部５１６からのみマンホール５００の外側へと送出される状態にある。従って、無線タグ１００の電波がマンホール５００の上方に当たる地上で受信できる範囲は、スリット部５１６と一致する方向に拡張されることになり、路上を走行する車両３００に搭載したリーダ２００で受信する場合に、より速い速度で移動する車両３００でも、無線タグ１００の信号を受信することができる。
【００７８】
Ｂ−４．第４の変形例
図１３は、本第２実施形態の第４の変形例による、マンホール床面、天井、４側面とからの反射があるマンホールの構成を示す模式図である。図１３においても、図１２のように、マンホール５００の床５１０、全ての側面５２０Ａ、５２０Ｂ、５２０Ｃ、５２０Ｄ、一部を除く天井５３０に電波反射部材（塗料またはメッシュ）５１５が設置されている。なお、図１２の斜視図において、側面５２０Ｂ、５２０Ｄ、及び天井５３０に設置されている電波反射部材（塗料またはメッシュ）５１５については省略している。
【００７９】
本第４の変形例において、図１０に示す構成と異なる点は、図１３に示すように、天井５３０の一部に電波反射部材（塗料またはメッシュ）５１５が設置されていない開口部５１７を有していることにある。図１２では、道路を走行する方向に一致した形状のスリット部５１６であったが、本第４の変形例においては、図１３に示すように、天井５３０の隅の一箇所に、電波反射部材（塗料またはメッシュ）５１５を設置していない。
【００８０】
図９〜図１２と同様に、図１３の左側に展開図を示す。図１３の左側に示すように、マンホール５００の内側の殆ど全面、つまり床面５１０、４つの側面５２０Ａ、５２０Ｂ、５２０Ｃ、５２０Ｄ、大部分の天井５３０に電波反射部材（塗料またはメッシュ）５１５が設置されている。但し、マンホール５００において、天井５３０の一部分には、電波反射部材（塗料またはメッシュ）５１５がない、電波に対して透過な開口部５１７が形成されている。
【００８１】
マンホール５００の内部に設置した無線タグ１００からの電波は、マンホール５００の内側に設置された電波反射部材（塗料またはメッシュ）５１５により大部分が反射され、電波に対し透過な開口部５１７から唯一全てマンホール５００の外へと放出されることになる。従って、天井５３０の一部に形成された、電波反射部材（塗料またはメッシュ）５１５がない開口部５１７から送出される無線タグ１００からの電波の強度が強まることになる。天井５３０の電波反射部材（塗料またはメッシュ）５１５が設置されていない開口部５１７上に当たる地上での位置では、リーダ２００により無線タグ１００の電波を受信することができる。
【００８２】
上述した第２実施形態によれば、マンホール５００の床５１０に加えて、車両３００が地上の道路を走行する方向と平行な側面５２０Ａ、５２０Ｃにも、電波反射部材（塗料またはメッシュ）５１５を設置したり、あるいは、マンホール５００の床５１０や、側面５２０Ａ、５２０Ｂ、５２０Ｃ、５２０Ｄのいずれかに電波反射部材（塗料またはメッシュ）５１５を設置したりすることにより、特定の方向にだけ無線タグ１００からの電波（直接波、反射波）を送出し、道路を高速度で走行する車両３００や、道にある電話ＢＯＸ４００に設置したリーダ２００、あるいは、地上の真上で受信する場合においても、マンホール５００の無線タグ１００の電波を容易に、かつ確実に受信することができる。
【００８３】
また、マンホール５００の内側の床面５１０、全ての側面５２０Ａ〜５２０Ｄ、及び天井５３０の一部を除いた範囲に電波反射部材（塗料またはメッシュ）５１５を配置し、マンホール天井５３０の一部を、地上の道路での車両３００の走行方向に一致するスリット部５１６、あるいは開口部５１７とすることで、さらに高速度で走行する車両３００に搭載したリーダ２００、あるいはマンホール上にある地上にて作業員が持つリーダ２００にて、マンホール５００の無線タグ１００の電波を容易に、かつ確実に受信することができる。
【００８４】
Ｃ．第３実施形態
次に、本発明の第３実施形態について説明する。
図１４は、本第３実施形態による無線通信システムを用いたマンホール内の構成を示す概念図である。本第３実施形態では、無線タグ１００は、指向性を持つアンテナ１１０を有する。アンテナ１１０の指向性は、道路の車両３００が走行する方向へ沿って広く、垂直な方向には狭い。これは、図９や、図１２で説明したように、マンホール５００の床面５１０、側面５２０Ａ〜５２０Ｄ、さらに、天井５３０に電波反射部材（塗料またはメッシュ）５１５を配置したり、前述した第２実施形態と同じ効果がある。
【００８５】
すなわち、図１４に示すような、指向性のあるアンテナ１１０を、無線タグ１００に接続することで、同じ出力の送信電力の無線タグ１００を用いた場合、道路をより速い速度で走行する車両３００に搭載されたリーダ２００により、無線タグ１００の電波を受信しやすくなる。この指向性を持つアンテナ１１０の例としては、双指向性パッチ・スロット複合アンテナ（ＢＮＰＳＡ：Bidirectional Narrow Patch and Slot Antenna）がある。このＢＮＰＳＡは、双指向性スロットアンテナ（ＢＳＡ）と双指向性細幅パッチアンテナ（ＢＮＰＡ）とを組み合わせた構成である。
【００８６】
図１５（ａ）、（ｂ）は、本第３実施形態による指向性アンテナ１１０の構造と放射指向性を示す概念図である。図１５（ａ）は、ＢＮＰＳＡの構造であり、図１５（ｂ）は、該ＢＮＰＳＡの放射指向性である（参考文献１：長敬三，堀俊和，兎澤一“双指向性を有する偏波供用基地局アンテナ”、インターネット＜ＵＲＬ：http://ci.nii.ac.jp/naid/110003339814>）。図１５（ｂ）に示すように、アンテナの放射指向性は、ある直線方向（図１５（ｂ）では左右方向）に広く、その垂直方向（図１５（ｂ）では上下方向）に狭いという特徴を有する。
【００８７】
上述した第３実施形態によれば、マンホール５００の内部に設置される無線タグ１００に対して，そのアンテナを受信するリーダ２００の場所や、移動に合わせた指向性のあるものにすることで、地上のリーダ２００で無線タグ１００が送信する電波を受信しやすくできる。
【００８８】
Ｄ．第４実施形態
次に、本発明の第４実施形態について説明する。
前述した第１、第２実施形態では、電波反射部材５１５の１つとして、反射塗料について説明した。また、上述した第３実施形態では、指向性を有するアンテナ１１０を無線タグ１００に接続する例に付いて説明した。本第４実施形態は、該反射塗料の具体体例、及び指向性アンテナの他の例を示すものである。
【００８９】
図１６は、本第４実施形態による反射塗料の一例を示す概念図である。図１６には、反射塗料５１５ａが塗布された電子機器のパッケージ８００の内側を示している。図１６に示すように、電子機器から発生する電子ノイズをパッケージ８００内側の反射塗料５１５ａを塗布することにより外部漏れないようにしている。これと同じ反射塗料５１５ａをマンホール５００の床５１０や、側面５２０Ａ〜５２０Ｄ、あるいは天井５３０に塗布することにより、マンホール５００の内部に設置した無線タグ１００から送信する電波を反射することができる。反射塗料５１５ａの利点は、塗布する対象、この場合、マンホール５００の壁面形状に影響されることなく、一様に塗布することができる点にある。
【００９０】
図１７は、本第４実施形態による指向性アンテナの一例を示す概念図である。指向性アンテナとしては、図１５に示すパッチ・スロット複合アンテナ（ＢＮＰＳＡ）１１０の他に、図１７に示すように、コーリニアアンテナ１１０ａを用いたアクティブアレイ（参考文献２：アンテナの基礎から応用まで、インターネット＜ＵＲＬ：http://www.interq.or.jp/blue/rhf333/ANT-K.htm＞、参考文献３：進行波アンテナ 低在波アンテナ 周波数帯域特性 終端抵抗 共振状態 ロンビックアンテナ − １アマの無線工学 Ｈ１６年０８月期、インターネット＜ＵＲＬ：http://www.gxk.jp/elec/musen/1ama/H16/html/H1608A19_.html＞）がある。
【００９１】
上述した第４実施形態によれば、図１５や、図１７に示す様々な指向性を有するアンテナ１１０、１１０ａを、図１４に示すように、マンホール５００に設置する無線タグ１００に接続したり、反射塗料５１５ａをマンホール５００内の床面５１０や、側面５２０Ａ〜５２０Ｄ、さらに、天井５３０に塗布したりすることなどにより、地上のリーダ２００で無線タグ１００が送信する電波を受信しやすくできる。
【産業上の利用可能性】
【００９２】
本発明によれば、マンホール内の情報を簡便に地上で収集でき、マンホール設備の使用する電気・ガス・水道・通信など社会基盤に関係する各種機器の保守点検を容易にすることを可能にする。また、これによりマンホールの異常状態の予兆などを事前に検知できるようになる。
【符号の説明】
【００９３】
１００ 無線タグ
１１０ アンテナ
１１０ａ コーリニアアンテナ
２００、２００Ａ、２００Ｂ リーダ
３００ 車両
４００ 電話ＢＯＸ
５００ マンホール
５１０ 床
５１５ 電波反射部材
５１５ａ 反射塗料
５２０ 側面
５２０Ａ 側面Ａ
５２０Ｂ 側面Ｂ
５２０Ｃ 側面Ｃ
５２０Ｄ 側面Ｄ
５３０ 天井
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マンホール内に設置された無線タグから送信される情報（ＩＤ、及びマンホール内の状況）を地上のリーダで受信して、マンホールへ立入る作業を実施せずにマンホール内部の状況を把握し、マンホール自体や、内部の通信設備の現況調査をより効果的に行う無線通信システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
地中にあるマンホール内の情報を得る無線通信システムとしては、マンホールポンプの遠隔監視を行う小エリア無線を用いた長距離ワイヤレスモデムがある（例えば非特許文献１参照）。図１８は、従来技術による、マンホールポンプを遠隔で監視する無線通信システムの構成を示す模式図である。
【０００３】
図１８において、郊外にあるマンホール５００内の設備として設置されているマンホールポンプを遠隔で状態監視や管理を行う。マンホール５００内のマンホールポンプ５０１に対しては、ケーブルにより地上に設けられた現地制御装置６００に繋がり、その先の防水保護ケース６０１に収められた子機（無線部本体）６０２へマンホールポンプ５０１の情報が伝わる。子機６０２から１ｋｍ程度の距離の範囲で郊外の別の場所にある親機７００まで小エリア無線によりマンホールポンプ５０１の情報が送られ状態監視される。
【０００４】
また、逆方向に親機７００から子機６０２へ制御信号を送り、マンホールポンプ５０１を制御・管理することもできる。なお、その親子−子機間の小エリア無線については、通信方式が単信方式で半二重通信であり、使用周波数は、３４８．５６６２５〜３４８．８０００ＭＨｚを用いており、通信速度は、２４００ｂｐｓ、空中線電力は、０．１Ｗ／１Ｗ切り替えとなっている。
【０００５】
また、他のマンホール内の情報を得る技術として無線中継装置が提案されている（例えば特許文献１参照）。図１９は、従来技術による無線中継装置の動作を説明するための断面図である。図１９において、マンホール１内に設置した無線機５は、電波を送受信する。この無線機５から送信された電波は、このマンホール１内で蓋３の真下に設置された反射体（反射板）１０ａで反射される。この反射体１０ａで反射により、その無線機５からの電波の放射電力が強められ、地上の無線機（図１９では省略されている）へ伝えられる。
【０００６】
このように、反射体１０ａで無線機５からの電波が反射され、地上の無線機が受信し易くなることで、マンホール１内の情報を得ることができるようになる．また、逆に、地上の無線機からの電波が同じ反射板１０ａで反射されて無線機５に到達することで、マンホール１の外部、すなわち地上からの指示をマンホール１内へと送ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１０−５０８９９号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】長距離ワイヤレスモデム 形WM51 OMRON 小エリア無線により郊外１ｋｍの長距離通信を実現、インターネット＜ＵＲＬ：http://www.fa.omron.co.jp/data_pdf/cat/wm51_sgsa-012f-1.pdf＞
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上述した非特許文献１のように、マンホール５００の内外の情報をケーブル（有線）で送受信するケースでは、マンホール５００の天井や、壁に地上までケーブルを通すための穴が必要になる。このような穴は、マンホール５００の強度に影響があったり、マンホール５００内への浸水の増加を招く恐れがあったりという問題がある。また、ケーブルの敷設工事が必要となり、土木工事の費用が膨大になるという問題がある。
【００１０】
また、特許文献１のように、マンホール蓋３の下に反射板１０ａを設置する場合には、反射板１０ａを設置する位置から考えると、その設置工事、及びマンホール１内へ作業員が入る場合に困難が予想される。特に、ここでの反射板１０ａについては、無線機５から送信される電波の放射強度を増すために、大きなサイズが要求されると考えられる。
【００１１】
本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、その目的は、地上でのリーダにおけるマンホール内の無線タグからの電波の受信レベルを容易に向上させることができる無線通信システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上述した課題を解決するために、本発明は、マンホール内に設置されたタグと地上にあるリーダとの間で、無線で情報を送受信する無線通信システムであって、前記マンホールの全床面に設置された電波反射部材を備えることを特徴とする無線通信システムである。
【００１３】
本発明は、上記の発明において、前記電波反射部材は、前記マンホールの全床面に加えて、更に、前記マンホールの４つの側面のいずれかの全面に設置されることを特徴とする。
【００１４】
本発明は、上記の発明において、前記電波反射部材は、前記マンホールの全床面に加えて、更に、路上を走行する車両の走行方向と平行となる２つの側面の全面に設置されることを特徴とする。
【００１５】
本発明は、上記の発明において、前記電波反射部材は、前記マンホールの全床面に加えて、更に、路上を走行する車両の走行方向に直交する２つの側面の全面と車道側の側面との全面とに設置されることを特徴とする。
【００１６】
本発明は、上記の発明において、前記電波反射部材は、前記マンホールの全床面に加えて、更に、前記マンホールの全ての側面の全面に設置されることを特徴とする。
【００１７】
本発明は、上記の発明において、前記電波反射部材は、前記マンホールの全床面に加えて、全ての側面の全面、及び前記マンホールの天井の一部を除く全面に設置されることを特徴とする。
【００１８】
本発明は、上記の発明において、前記天井に設置された電波反射部材は、前記路上を走行する車両の走行方向に一致する方向に開口したスリット部を有することを特徴とする。
【００１９】
本発明は、上記の発明において、前記天井に設置された電波反射部材は、その一部に開口した開口部を有することを特徴とする。
【００２０】
本発明は、上記の発明において、前記電波反射部材は、金属製のメッシュ、または反射塗料のいずれかであることを特徴とする。
【００２１】
また、上述した課題を解決するために、本発明は、マンホール内に設置されたタグと地上にあるリーダとの間で、無線で情報を送受信する無線通信システムであって、前記タグは、前記リーダの場所、または移動に一致する指向性を有する指向性アンテナを備えることを特徴とする無線通信システムである。
【発明の効果】
【００２２】
この発明によれば、地上でのリーダにおけるマンホール内の無線タグからの電波の受信レベルを容易に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の第１実施形態による無線通信システムを用いたマンホール内部の構成を示す模式図である。
【図２】従来のマンホールでの電波状況の基本原理を説明するための概念図である。
【図３】本第１実施形態による無線通信システムでのマンホールでの電波状況の基本原理を説明するための概念図である。
【図４】本第１実施形態による無線通信システムでのマンホール床面反射を説明するための概念図である。
【図５】マンホール床面＆側面反射が殆どない場合を説明するための概念図である。
【図６】本第１実施形態による無線通信システムでのマンホール床面反射を説明するための概念図である。
【図７】マンホールにて床面での電波反射がある／なしの場合での受信レベルのシミュレーション結果を示す概念図である。
【図８】本第１実施形態による無線通信システムでのシミュレーション条件を説明するための概念図である。
【図９】本発明の第２実施形態による無線通信システムを用いたマンホール内の構成を示す模式図である。
【図１０】本第２実施形態の第１の変形例による、マンホール床面と３側面とからの反射があるマンホールの構成を示す模式図である。
【図１１】本第２実施形態の第２の変形例による、マンホール床面と４側面とからの反射があるマンホールの構成を示す模式図である。
【図１２】本第２実施形態の第３の変形例による、マンホール床面、天井、４側面とからの反射があるマンホールの構成を示す模式図である。
【図１３】本第２実施形態の第４の変形例による、マンホール床面、天井、４側面とからの反射があるマンホールの構成を示す模式図である。
【図１４】本第３実施形態による無線通信システムを用いたマンホール内の構成を示す概念図である。
【図１５】本第３実施形態による指向性アンテナ１１０の構造と放射指向性を示す概念図である。
【図１６】本発明の第４実施形態による反射塗料の一例を示す概念図である。
【図１７】本第４実施形態による指向性アンテナの一例を示す概念図である。
【図１８】従来技術による、マンホールポンプを遠隔で監視する無線通信システムの構成を示す模式図である。
【図１９】従来技術による無線中継装置の動作を説明するための断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。
【００２５】
Ａ．第１実施形態
まず、本発明の第１実施形態について説明する。
図１は、本発明の第１実施形態による無線通信システムを用いたマンホール内部の構成を示す模式図である。図１において、マンホール５００の内部に設置した無線タグ１００からの電波は、直接、地上へ向かう直接波のみでは、地上で作業員が所持するリーダ２００で受信できるレベルが低く確実に無線タグ１００からの情報を把握できない場合がある。
【００２６】
本第１実施形態では、図１に示すように、直接波に加え、無線タグ１００からの電波を床面５１０で反射させる（床面５１０での反射波の割合を強める）ことにより、上述した無線タグ１００の直接波のみの受信レベルが低くても、反射波が足し合わされて、地上（路上）にてリーダ２００で受信可能とする。
【００２７】
そこで、本第１実施形態では、マンホール５００の床面５１０で電波を反射させるため、電波反射部材５１５を床５１０の全面に設ける。電波反射部材５１５としては、金属の網（メッシュ）や、反射塗料などを用いる。金属の網は、電波の波長より短い網目を有し、設置する前のマンホール５００の内側への運搬に支障のないように畳むことが可能となっており、マンホール５００の床面５１０に設置するときに畳んだ網を展開するようになっている。
【００２８】
また、他方の反射塗料としては、例えば、電子機器のプラスチック製パッケージの内側に塗布されるものがある（電磁波シールドコーティング、導電塗料、インターネット＜ＵＲＬ：http://www.plascoat.co.jp/shield_det.html＞）。これは、金属フィラーの入った塗料をスプレーにより塗装することで、塗装対象となるものの表面に導電率の高いコーティング膜を形成し電磁波を反射する技術である。
【００２９】
ここで、マンホール内に設置した無線タグ１００から送信される電波について、地上へ直進して進む直接波と、マンホール５００の床面５１０で反射して地上へ届く反射波の２つの電波により、どのように地上での電波の受信強度に影響があるのか、また、マンホール５００の側面５２０での反射波が加わった場合には、どのような影響を及ぼすのか、それぞれに基本的な原理について説明する。
【００３０】
図２（ａ）、（ｂ）は、従来のマンホールでの電波状況の基本原理を説明するための概念図である。図２（ａ）には、通常のマンホール５００の床面５１０のみの反射波がある場合を示している。また、図２（ｂ）には、通常のマンホール５００の側面５２０からの反射波が加わる場合を示している。図２（ａ）において、マンホール５００の天井５３０は、地面から深さＤｍにあり、さらにＨｍ深い位置に床面５１０がある。このマンホール５００の内部に、その床面５１０から高さｈｔの位置に無線タグ１００が設置される。一方で、リーダ２００は、地上ｈｒの高さにある。
【００３１】
このような場合には、無線タグ１００からリーダ２００までの距離は、Ｈｍ−ｈｔ＋Ｄｍ＋ｈｒであり、この距離を無線タグ１００から送信された電波の直接波が伝わる。他方で、無線タグ１００から床面５１０を経由してリーダ２００までの距離は、Ｈｍ＋ｈｔ＋Ｄｍ＋ｈｒであり、この距離を床で反射した電波の反射波が進む。
【００３２】
反射波については、マンホール５００の床面５１０での反射率をγｍ（≪１）とすれば、反射波が地上に到達するまでの実質的な距離は、（Ｈｍ＋ｈｔ＋Ｄｍ＋ｈｒ）・１／γｍと考えられる。従って、反射波は、直接波に比べ、地上へ届いた際の受信強度が極めて弱いため、地上では、直接波のみの受信強度と変わらない。なお、図２（ａ）に示す直接波と反射波とを比較した検討では、マンホール天井５３０から地面までに当たる深さ（Ｄｍ）の土壌による、それぞれの電波の減衰については、直接波と反射波との双方とも同じで、比較においては相殺されていると考えている。
【００３３】
図２（ｂ）において、マンホール５００については、図２（ａ）と同様、地面から深さＤｍでマンホールの天井５３０、地上からＤｍ＋Ｈｍ深さがマンホールの床面５１０になり、Ｄｍ＋Ｈｍ−ｈｔの深さに無線タグ１００が設置され、地上高さｈｒにリーダ２００がある。また、このマンホール５００の幅はＷｍであり、そのマンホール５００での片方の側面５２０の位置からＷｔの距離に無線タグ１００に設置され、同じ側面５２０の位置からＷｒの距離にある地上にリーダ２００がある。
【００３４】
上述した構成において、まず、無線タグ１００からリーダ２００までの直線距離、つまりは、√｛（Ｗｒ−Ｗｔ）２＋（ｈｒ＋Ｄｍ＋Ｈｍ−ｈｔ）２｝を直接波Ａが進む。また、無線タグ１００からマンホール５００の床面５１０で反射してリーダ２００までの距離は、√｛（Ｗｒ−Ｗｔ）２＋（ｈｒ＋Ｄｍ＋Ｈｍ＋ｈｔ）２｝であり、床面５１０の反射波Ｂがこの距離を進む。
【００３５】
しかし、マンホール５００の床面５１０での電波の反射率は、γｍ（≪１）と僅かなため、この反射波Ｂが無線タグ１００からリーダ２００に到達するまでの実質的な距離は、１／γｍ・√｛（Ｗｒ−Ｗｔ）２＋（ｈｒ＋Ｄｍ＋Ｈｍ＋ｈｔ）２｝とみなして考えられる。さらに、無線タグ１００からの電波がマンホール５００の側面５２０で反射してリーダ２００に到達するための経路は、図２（ｂ）では２つあり、片方の距離は、√｛（Ｗｒ＋Ｗｔ）２＋（ｈｒ＋Ｄｍ＋Ｈｍ−ｈｔ）２｝であり、他方の距離は、√｛（２Ｗｍ−Ｗｒ−Ｗｔ）２＋（ｈｒ＋Ｄｍ＋Ｈｍ−ｈｔ）２｝である。
【００３６】
これらの距離を進む反射波Ｃ、及びＤは、マンホール５００の側面５２０で反射するため、その反射率は、γｍ（≪１）と僅かである。従って、上述した反射波Ｃ、及びＤの実質的な距離は、１／γｍ・√｛（Ｗｒ＋Ｗｔ）２＋（ｈｒ＋Ｄｍ＋Ｈｍ−ｈｔ）２｝、及び１／γｍ・√｛（２Ｗｍ−Ｗｒ−Ｗｔ）２＋（ｈｒ＋Ｄｍ＋Ｈｍ−ｈｔ）２｝となる。
【００３７】
上述した３つの反射波Ｂ、Ｃ、及びＤについては、リーダ２００による受信の強度を直接波Ａと比較すると、極めて小さいものとなる。従って、通常のマンホール５００では、床面５１０と側面５２０とによる反射波Ｂ、Ｃ、及びＤが直接波Ａに加わって地上のリーダ２００での電波の受信強度を高めるように期待はできない。
【００３８】
なお、図２（ａ）と同様に、図２（ｂ）に示す直接波Ａと３つの反射波Ｂ、Ｃ、Ｄを比較した検討においても、マンホール天井５３０と地面（Ｄｍ）間の土壌で各電波が減衰することについて、直接波Ａと３つの反射波Ｂ、Ｃ、Ｄが全て同じ条件で比べられており、そのＤｍ間の減衰を各電波の比較で全て同じ分を差し引いて考えている。
【００３９】
図３（ａ）、（ｂ）は、本第１実施形態による無線通信システムでのマンホールでの電波状況の基本原理を説明するための概念図である。図３（ａ）には、床面５１０で反射のあるマンホール５００を示している。また、図３（ｂ）には、床面５１０の反射に加え、側面５２０で反射のあるマンホール５００を示している。
【００４０】
図３（ａ）においては、図２（ａ）と同様に、地面から深さＤｍにマンホール５００の天井５３０、さらに深さＤｍ＋Ｈｍに床面５１０があり、そして深さＤｍ＋Ｈｍ−ｈｔのマンホール内に無線タグ１００が設置され、リーダ２００は、地上で高さｈｒにある。無線タグ１００からリーダ２００までがＨｍ−ｈｔ＋Ｄｍ＋ｈｒで、無線タグ１００から電波が送信され、直接波がリーダ２００に伝わる距離であり、加えて、床面５１０を経由した無線タグ１００からリーダ２００まではＨｍ＋ｈｔ＋Ｄｍ＋ｈｒであり、これは、床面５１０で反射した電波の反射波が進む距離である。
【００４１】
反射波については、マンホール５００の床面５１０に反射塗料の塗布や、金属製メッシュが設置されているので、その反射率は高く（ここでは、反射率≒１と仮定し）、この反射波が地上に到達する実質的な距離も、Ｈｍ＋ｈｔ＋Ｄｍ＋ｈｒと変わらない。ここで、マンホール５００の深さと床面５１０から天井５３０の高さと、さらに、地上にあるリーダ２００の高さとの合計に比べて、床面５１０から無線タグ１００までの高さが十分小さい（ｈｔ≪Ｈｍ＋Ｄｍ＋ｈｒ）ことも想定できるので、その反射波が地上へ届く距離が直接波と同程度であり、これら直接波と反射波とが合成され、リーダ２００での受信強度が向上されると期待される。
【００４２】
図３（ｂ）においては、図２（ｂ）と同様、地面から深さＤｍにマンホールの天井５３０、深さＤｍ＋Ｈｍに床面５１０があり、床面から高さｈｔに無線タグ１００、地上から高さｈｒにリーダがある。加えて、このマンホール５００の幅はＷｍで、無線タグ１００は、片方の側面５２０からＷｔの位置にあり、同じ側面５２０からＷｒの距離に地上のリーダ２００がある。この条件の下で、無線タグ１００からリーダ２００までを直接波ａが√｛（Ｗｒ−Ｗｔ）２＋（ｈｒ＋Ｄｍ＋Ｈｍ−ｈｔ）２｝の距離を、床面５１０での反射波ｂは、√｛（Ｗｒ−Ｗｔ）２＋（ｈｒ＋Ｄｍ＋Ｈｍ＋ｈｔ）２｝の距離を、それぞれ進む。
【００４３】
ここで、図３（ｂ）のマンホール５００の床面５１０には、反射塗料が塗布されたり、金属製メッシュが設置されたりしており、電波を殆ど反射する（反射率≒１）ため、この反射波ｂは√｛（Ｗｒ−Ｗｔ）２＋（ｈｒ＋Ｄｍ＋Ｈｍ＋ｈｔ）２｝を無線タグ１００からリーダ２００に到達するまでの実質的な距離となる（この点が先の図２（ｂ）に示した反射波Ｂとは異なる）。さらに、図３（ｂ）では、無線タグ１００から送信されマンホール５００の側面５２０で反射された電波が２つの経路によりリーダ２００に到達する。一方の距離が√｛（Ｗｒ＋Ｗｔ）２＋（ｈｒ＋Ｄｍ＋Ｈｍ−ｈｔ）２｝で、他方は、√｛（２Ｗｍ−Ｗｒ−Ｗｔ）２＋（ｈｒ＋Ｄｍ＋Ｈｍ−ｈｔ）２｝である。
【００４４】
これら距離を進む反射波ｃ、及びｄは、マンホール５００の側面５２０で反射するが、側面５２０には、反射塗料が塗布されたり、金属製メッシュが設置されたりしており、殆どの電波を反射する（反射率≒１）ため、反射波ｃ、及びｄについては、√｛（Ｗｒ＋Ｗｔ）２＋（ｈｒ＋Ｄｍ＋Ｈｍ−ｈｔ）２｝、及び√｛（２Ｗｍ−Ｗｒ−Ｗｔ）２＋（ｈｒ＋Ｄｍ＋Ｈｍ−ｈｔ）２｝が実質的な距離になる。これまでの説明から、直接波ａの進む無線タグ１００からリーダ２００までの距離と、３つの反射波ｂ、ｃ、及びｄが進む実質的な距離とは殆ど同じになる。
【００４５】
ここでの仮定として、マンホール５００の深さ、床面５１０から天井５３０の高さ、リーダ２００の地上高さの合計に対し、床面５１０から無線タグ１００の高さが十分小さい（ｈｔ≪Ｈｍ＋Ｄｍ＋ｈｒ）と想定できる。また、もう１つの仮定としては、無線タグ１００、及びリーダ２００が設置される位置は、マンホール５００の片方の側面からマンホール５００の幅の半分程度になる（Ｗｒ≒Ｗｔ≒Ｗｍ／２）。
【００４６】
つまり、マンホール５００の中央にあると想定される。よって、これら４つの電波、すなわち直接波ａと、反射波ｂ、ｃ、及びｄとでのリーダ２００による受信の強度は、それぞれ同程度である。従って、通常のマンホール５００では、床面５１０と側面５２０とによる反射波ｂ、ｃ、及びｄが、直接波ａに加わって、地上のリーダ２００での電波の受信強度を高めると期待できる。
【００４７】
図４は、本第１実施形態による無線通信システムでのマンホール床面反射を説明するための概念図である。図４においても、図１と同様にマンホール５００に設置された無線タグ１００の電波を、電波反射部材５１５が設けられた床面５１０で反射させる（反射波の強度を強くする）。無線タグ１００からの電波を床面５１０で反射させることにより、地上（路上）でリーダ２００の受信範囲を広げることができる。
【００４８】
この結果、走行する車両（自動車）３００に搭載されたリーダ２００が無線タグ１００の電波を受信することを考えると、車両３００の走行速度が速くても、無線タグ１００からの情報を車両３００に搭載されたリーダ２００で取得することができるようになる。
【００４９】
なお、マンホール５００の床面５１０で電波を反射させるために、上述したように、床面５１０に電波反射部材（反射塗料、電波の波長よりも短い網目となる金属製のメッシュ）を設けている。この反射塗料としては、図１において述べた電磁波シールドコーティング、導電塗料が好ましく、また、金属製のメッシュについては、設置前の運搬時に畳むことが可能で、使用時に展開することができるものが好ましい。
【００５０】
ここで、図５は、マンホール床面＆側面反射が殆どない場合を説明するための概念図である。図５においては、図４で示したように、マンホール５００の床面５１０で無線タグ１００の電波を反射させたこととは逆の状態で、マンホール５００の床面５１０はもちろん側面５２０での無線タグ１００からの電波の反射もない場合、あるいは電波の反射が床面５１０で仮にあったとしても僅かである場合を示している。
【００５１】
このような場合には、地上でのリーダ２００による無線タグ１００からの電波は、直進した電波のみ、あるいは床面５１０で反射された電波の割合が殆どなく大部分が直進の電波であるため、無線タグ１００からの電波の地上における受信レベルが弱くなる。そのために、無線タグ１００からの電波を地上でリーダ２００が受信できる範囲も狭い範囲に限られてしまう（実線の円）。つまり、マンホール５００に十分近距離に位置するリーダ２００Ａでは無線タグ１００からの電波を受信することができるが、マンホール５００から離れたリーダ２００Ｂでは、無線タグ１００からの電波を受信することができなくなる。
【００５２】
図６は、本第１実施形態による無線通信システムでのマンホール床面反射を説明するための概念図である。図６においては、図５と同じ場所の道路にあるマンホール５００を示しているが、マンホール５００の床面５１０で無線タグ１００からの電波を反射させている点、あるいは床面５１０で反射する電波が無線タグ１００から地上へと直進する電波と同程度の強度がある点で異なっている。
【００５３】
無線タグ１００が送信する電波は、地上へ直進する電波に加えて、マンホール５００の床面５１０に反射して地上へ伝わる電波もある。この結果、マンホール５００の床面５１０で反射した電波が加わる分、地上、すなわち道路上でのリーダ２００の受信範囲を拡張させられる。つまり、マンホール５００に十分近距離に位置するリーダ２００Ａでも、マンホール５００から離れたリーダ２００Ｂでも、無線タグ１００からの電波を受信することができる。
【００５４】
図７は、マンホールにて床面での電波反射がある／なしの場合での受信レベルのシミュレーション結果を示す概念図である。つまり、図７には、マンホール５００の床面５１０での反射がある／なしの場合で、それらの受信レベルの違いをシミュレーションにより求めて示したものである。図７に示すグラフの横軸は、無線タグ１００から送信された電波の受信レベルであり、縦軸は、マンホール５００の床面５１０からの高さで、受信アンテナの位置を示す。
【００５５】
図７に示すグラフの一点鎖線がマンホール５００の床面５１０がコンクリートの場合、つまり床面５１０での電波の反射が僅かであり、かつ電波を送信する無線タグ１００の位置がマンホール５００の床面５１０から２．０６ｍの場合を示している。また、実線は、マンホール５００の床面５１０が銅であり、かつ電波を送信する無線タグ１００の位置がマンホール５００の床面５１０から２．０６ｍの場合を示している。
【００５６】
また、点線は、マンホール５００の床面５１０が銅であり、かつ電波を送信する無線タグ１００の位置がマンホール５００の床面５１０から波長の１／４、つまり３．４ｃｍの高さにある場合を示している。さらに、破線が自由空間、つまりマンホール５００の床面５１０において全く電波の反射がなく、かつ電波を送信する無線タグ１００の位置がマンホール５００の床面５１０から２．０６ｍの場合を示している。
【００５７】
破線の自由空間に対して、点線のマンホール床面５１０に銅版を配置して送信アンテナを１／４波長の高さに設置した場合には、マンホール５００の床５１０から４ｍ以上、すなわち、地上１ｍ以上の高さに受信アンテナがあると、電波の受信レベルが何れも上回り、受信アンテナの位置が高いほど受信レベルの差が広がっている。
【００５８】
一点鎖線のコンクリートと比較して、実線のマンホール床面５１０に銅版を配置して送信アンテナを２．０６ｍの高さに設置した場合には、受信アンテナがマンホール５００の床面５１０から３ｍを若干超えている箇所と４〜６ｍにおいては、言い換えると、地上の僅かな高さの範囲と地上１〜３ｍにおいては、受信レベルが高くなっている。
【００５９】
また、点線で示す銅の床面で１／４波長の高さに置かれた送信アンテナに対して、実線で示す同じ銅の床面でも２．０６ｍの高さに送信アンテナが設置されている場合には、マンホール５００の床面５１０から３ｍの高さと４〜５ｍ前後、言い換えると、地上に近い範囲と地上１〜２ｍで受信レベルが高くなっている。
【００６０】
これらシミュレーション結果からは、マンホール５００の床面５１０に銅などの電波を反射する素材を配置することで、地上での受信レベルを向上できたり、送信アンテナの設置する高さを工夫することにより、受信レベルに違いが出たりすることが分かる。
【００６１】
図８は、本第１実施形態による無線通信システムでのシミュレーション条件を説明するための概念図である。図８には、図７に示すシミュレーションで用いたマンホールのサイズのパラメータなど状況を示している。まず、図８に示すように、マンホール５００には、蓋、出入り口、天井、側面，床面５１０があるが、最も強い反射の効果を簡単なシミュレーションで得るために、床面５１０のみがあることを想定している。そして、該床面５１０については、一般的なマンホール５００での材質であるコンクリート、電波反射部材５１５として反射塗料や、金属製のメッシュとして銅、また電波を全く反射しない状況として自由空間（床面が存在しない状況）をシミュレーションの条件例とした。
【００６２】
典型的なマンホール５００の床面の位置は、地上から深さ３ｍにあると考えればよい。このようなマンホール５００に対して、無線タグ１００を設置する位置は、床面５１０からの高さを決め、その無線タグ１００の位置は、送信アンテナ高とした。また、リーダ２００の高さを受信Ｒｘアンテナ高とし、この高さもマンホール５００の床面の基準としていることから、地上３ｍ以上の高さを確認すれればよい。
【００６３】
この受信Ｒｘアンテナの高さを変え、それぞれ受信Ｒｘアンテナの高さで上述した送信アンテナからの（直接波と反射波とを合わせた）電波の受信レベルを求める。このように、図８に示すシミュレーション条件で、図７に示すシミュレーション結果では、４つの例、すなわち床面５１０がコンクリート（送信アンテナ高さ＝２．０６ｍ）を一点鎖線、床面が銅（送信アンテナ高さ＝２．０６ｍ）を実線、同じく銅（送信アンテナ高さ＝３．４ｃｍ（１／４波長））を点線、自由空間（送信アンテナ高さ＝２．０６ｍ）を破線のそれぞれの例を示したものである。
【００６４】
上述した第１実施形態によれば、マンホール５００の内部に設置した無線タグ１００の電波を反射する電波反射部材（反射塗料、または金属製のメッシュ）５１５を、マンホール５００の床面５１０に設置するようにしたので、マンホール５００の内部から地上へのケーブルがなくてもマンホール内の情報収集と地上からの指示も容易にできる。
【００６５】
Ｂ．第２実施形態
次に、本発明の第２実施形態に付いて説明する。
図９は、本第２実施形態による無線通信システムを用いたマンホール内の構成を示す模式図である。本第２実施形態では、マンホール床面と側面で無線タグ１００からの電波を反射する。図９において、マンホール５００では、床面５１０と、道路上の車両３００が走行する方向と平行となる２つの側面５２０Ａ、５２０Ｃに電波を反射する電波反射部材（塗料またはメッシュ）５１５を設置する。
【００６６】
図９の左側には、マンホール５００の内面の展開図を示している。該展開図には、天井５３０の中央には出入口あり、また、床面５１０と時計回りに側面５２０Ａ、５２０Ｂ、５２０Ｃ、５２０Ｄが示されている。電波反射部材（塗料またはメッシュ）５１５は、床面５１０と、道路を車両３００が走行する方向と平行な側面５２０Ａ、５２０Ｃとに設置されている。
【００６７】
このように、電波反射部材（塗料またはメッシュ）５１５が設置されていることにより、マンホール５００の内部に設置された無線タグ１００から送信された電波としては、地上への直接波と、マンホール５００の床面５１０と上記２つの側面５２０Ａ、５２０Ｃによるそれぞれの反射波とが加わる。直接波に床面５１０と２つの側面５２０Ａ、５２０Ｃからの反射波とが加わることにより、車両３００が走行する方向に無線タグ１００の電波が到達する受信範囲が拡張される。
【００６８】
Ｂ−１．第１の変形例
図１０は、本第２実施形態の第１の変形例による、マンホール床面と３側面とからの反射があるマンホールの構成を示す模式図である。上述した図９に示すように、マンホール５００での床面５１０、及び車両３００の走行方向に平行な２つの側面５２０Ａ、５２０Ｃに電波反射部材（塗料またはメッシュ）５１５が設置されていることに対し、該第１の変形例では、図１０に示すように、マンホール５００での床面５１０、及び歩道方向を除く３方向の側面５２０Ａ、５２０Ｂ、５２０Ｄに電波反射部材（塗料またはメッシュ）５１５が設置されている。言い換えると、電波反射部材（塗料またはメッシュ）５１５は、車両３００の走行方向に直交する２つの側面５２０Ｂ、５２０Ｄと、車道側の側面５２０Ａとに電波反射部材（塗料またはメッシュ）５１５が設置されている。
【００６９】
図９と同様に、図１０の左側に展開図を示す。図１０において、天井５３０、床面５１０と側面５２０Ａ、５２０Ｂ、５２０Ｃ、５２０Ｄは、図９と同じ位置である。図１０においては、展開図にある床面５１０と側面５２０Ａ、５２０Ｂ、５２０Ｄに電波反射部材（塗料またはメッシュ）５１５を設置している。これにより、マンホール５００の内部に設置された無線タグ１００からの電波は、それらマンホール５００の床面５１０とそれらの３つの側面５２０Ａ、５２０Ｂ、５２０Ｄの電波反射部材（塗料またはメッシュ）５１５に反射し、歩道方向に広い範囲に届く。その結果、歩道にある電話ＢＯＸ４００へも、マンホール５００の内部の無線タグ１００からの電波が到達し易くなる。
【００７０】
Ｂ−２．第２の変形例
図１１は、本第２実施形態の第２の変形例による、マンホール床面と４側面とからの反射があるマンホールの構成を示す模式図である。図１１において、マンホール５００には、天井５３０以外の床面５１０と全ての側面５２０Ａ、５２０Ｂ、５２０Ｃ、５２０Ｄに電波反射部材（塗料またはメッシュ）５１５が設置されている。
【００７１】
図９や、図１０と同様に、図１１の左側に展開図を示す。マンホール５００の床面５１０と全ての側面５２０Ａ、５２０Ｂ、５２０Ｃ、５２０Ｄに電波反射部材（塗料またはメッシュ）５１５を設置している。これにより、マンホール５００の内部に設置された無線タグ１００からの電波は、それらマンホール５００の床面５１０とそれら全ての側面５２０Ａ、５２０Ｂ、５２０Ｃ、５２０Ｄの電波反射部材（塗料またはメッシュ）５１５に反射してマンホール５００の上方となる地上へ電波の強度が増す。結果として、マンホール５００の上方にあたる範囲の地上へは、マンホール５００の内部の無線タグ１００からの電波が受信し易くなる。
【００７２】
従って、点検作業員は、マンホール５００の上方の地上でリーダ２００を所持して、マンホール５００の内部に設置された無線タグ１００からの電波を受信する際に、無線タグ１００から送信される電波の直接波の他にも、マンホール５００の床面５１０による電波の反射波、および全ての側面５２０Ａ、５２０Ｂ、５２０Ｃ、５２０Ｄによる反射波も合わせて受信する。このために、単に無線タグ１００からの電波の直接波のみを受信するレベルに比べ、床面５１０全ての側面５２０Ａ、５２０Ｂ、５２０Ｃ、５２０Ｄによる反射波の分も受信レベルが向上するため、より的確に無線タグ１００からの信号を受信できるようになる。
【００７３】
Ｂ−３．第３の変形例
図１２は、本第２実施形態の第３の変形例による、マンホール床面、天井、４側面とからの反射があるマンホールの構成を示す模式図である。図１２において、マンホール５００には、天井５３０を含む、床面５１０と全ての側面５２０Ａ、５２０Ｂ、５２０Ｃ、５２０Ｄに電波反射部材（塗料またはメッシュ）５１５が設置されている。なお、図１２の斜視図において、側面５２０Ｂ、５２０Ｄ、及び天井５３０に設置されている電波反射部材（塗料またはメッシュ）５１５については省略している。
【００７４】
図１１に示したマンホール５００が天井５３０以下の床面５１０と全ての側面５２０Ａ、５２０Ｂ、５２０Ｃ、５２０Ｄに電波反射部材（塗料またはメッシュ）５１５が設置されていたが、図１２に示すマンホール５００は、さらに、天井５３０にも、ライン状のスリット部５１６を除いて、電波反射部材（塗料またはメッシュ）５１５を設置する。マンホール５００の内部全体からみると、天井５３０のライン状のスリット部５１６が開いているように見える。該スリット部５１６の方向は、路上の車両３００の走行方向と一致している。
【００７５】
図９〜図１１と同様に、図１２の左側に展開図を示す。図１２の左側に示す展開図から明らかなように、マンホール５００の全ての面、つまり床面５１０と４つの側面５２０Ａ、５２０Ｂ、５２０Ｃ、５２０Ｄと天井５３０とに電波反射部材（塗料またはメッシュ）５１５が設置されている。但し、唯一、天井５３０の長手方向にスリット部５１６が切られており、該スリット部５１６の延長の方向に当たる側面５２０Ｂ、５２０Ｄにもスリットの端がある。これら天井５３０と側面５２０Ｂ、５２０Ｄのスリット部（端部）５１６とは、電波反射部材（塗料またはメッシュ）５１５がない範囲となっている。
【００７６】
そのため、マンホール５００の大部分の範囲である床面５１０、側面５２０Ａ、５２０Ｂ、５２０Ｃ、５２０Ｄ、及び天井５３０に設置した電波反射部材（塗料またはメッシュ）５１５で電波が反射され、マンホール５００の内側に戻される。そして、スリット部５１６を通じてのみ、無線タグ１００から送信された電波がマンホール５００の外部へと出る。さらに、マンホール５００の内側の様々な箇所で反射された電波も加わるため、そのスリット部５１６からマンホール５００の外側へ出る電波の送信レベルは強くなる。
【００７７】
言い換えると、マンホール５００の内部に設置された無線タグ１００の電波は、大部分の範囲でマンホール５００の内側に閉じ込められているが、唯一、そのスリット部５１６からのみマンホール５００の外側へと送出される状態にある。従って、無線タグ１００の電波がマンホール５００の上方に当たる地上で受信できる範囲は、スリット部５１６と一致する方向に拡張されることになり、路上を走行する車両３００に搭載したリーダ２００で受信する場合に、より速い速度で移動する車両３００でも、無線タグ１００の信号を受信することができる。
【００７８】
Ｂ−４．第４の変形例
図１３は、本第２実施形態の第４の変形例による、マンホール床面、天井、４側面とからの反射があるマンホールの構成を示す模式図である。図１３においても、図１２のように、マンホール５００の床５１０、全ての側面５２０Ａ、５２０Ｂ、５２０Ｃ、５２０Ｄ、一部を除く天井５３０に電波反射部材（塗料またはメッシュ）５１５が設置されている。なお、図１２の斜視図において、側面５２０Ｂ、５２０Ｄ、及び天井５３０に設置されている電波反射部材（塗料またはメッシュ）５１５については省略している。
【００７９】
本第４の変形例において、図１０に示す構成と異なる点は、図１３に示すように、天井５３０の一部に電波反射部材（塗料またはメッシュ）５１５が設置されていない開口部５１７を有していることにある。図１２では、道路を走行する方向に一致した形状のスリット部５１６であったが、本第４の変形例においては、図１３に示すように、天井５３０の隅の一箇所に、電波反射部材（塗料またはメッシュ）５１５を設置していない。
【００８０】
図９〜図１２と同様に、図１３の左側に展開図を示す。図１３の左側に示すように、マンホール５００の内側の殆ど全面、つまり床面５１０、４つの側面５２０Ａ、５２０Ｂ、５２０Ｃ、５２０Ｄ、大部分の天井５３０に電波反射部材（塗料またはメッシュ）５１５が設置されている。但し、マンホール５００において、天井５３０の一部分には、電波反射部材（塗料またはメッシュ）５１５がない、電波に対して透過な開口部５１７が形成されている。
【００８１】
マンホール５００の内部に設置した無線タグ１００からの電波は、マンホール５００の内側に設置された電波反射部材（塗料またはメッシュ）５１５により大部分が反射され、電波に対し透過な開口部５１７から唯一全てマンホール５００の外へと放出されることになる。従って、天井５３０の一部に形成された、電波反射部材（塗料またはメッシュ）５１５がない開口部５１７から送出される無線タグ１００からの電波の強度が強まることになる。天井５３０の電波反射部材（塗料またはメッシュ）５１５が設置されていない開口部５１７上に当たる地上での位置では、リーダ２００により無線タグ１００の電波を受信することができる。
【００８２】
上述した第２実施形態によれば、マンホール５００の床５１０に加えて、車両３００が地上の道路を走行する方向と平行な側面５２０Ａ、５２０Ｃにも、電波反射部材（塗料またはメッシュ）５１５を設置したり、あるいは、マンホール５００の床５１０や、側面５２０Ａ、５２０Ｂ、５２０Ｃ、５２０Ｄのいずれかに電波反射部材（塗料またはメッシュ）５１５を設置したりすることにより、特定の方向にだけ無線タグ１００からの電波（直接波、反射波）を送出し、道路を高速度で走行する車両３００や、道にある電話ＢＯＸ４００に設置したリーダ２００、あるいは、地上の真上で受信する場合においても、マンホール５００の無線タグ１００の電波を容易に、かつ確実に受信することができる。
【００８３】
また、マンホール５００の内側の床面５１０、全ての側面５２０Ａ〜５２０Ｄ、及び天井５３０の一部を除いた範囲に電波反射部材（塗料またはメッシュ）５１５を配置し、マンホール天井５３０の一部を、地上の道路での車両３００の走行方向に一致するスリット部５１６、あるいは開口部５１７とすることで、さらに高速度で走行する車両３００に搭載したリーダ２００、あるいはマンホール上にある地上にて作業員が持つリーダ２００にて、マンホール５００の無線タグ１００の電波を容易に、かつ確実に受信することができる。
【００８４】
Ｃ．第３実施形態
次に、本発明の第３実施形態について説明する。
図１４は、本第３実施形態による無線通信システムを用いたマンホール内の構成を示す概念図である。本第３実施形態では、無線タグ１００は、指向性を持つアンテナ１１０を有する。アンテナ１１０の指向性は、道路の車両３００が走行する方向へ沿って広く、垂直な方向には狭い。これは、図９や、図１２で説明したように、マンホール５００の床面５１０、側面５２０Ａ〜５２０Ｄ、さらに、天井５３０に電波反射部材（塗料またはメッシュ）５１５を配置したり、前述した第２実施形態と同じ効果がある。
【００８５】
すなわち、図１４に示すような、指向性のあるアンテナ１１０を、無線タグ１００に接続することで、同じ出力の送信電力の無線タグ１００を用いた場合、道路をより速い速度で走行する車両３００に搭載されたリーダ２００により、無線タグ１００の電波を受信しやすくなる。この指向性を持つアンテナ１１０の例としては、双指向性パッチ・スロット複合アンテナ（ＢＮＰＳＡ：Bidirectional Narrow Patch and Slot Antenna）がある。このＢＮＰＳＡは、双指向性スロットアンテナ（ＢＳＡ）と双指向性細幅パッチアンテナ（ＢＮＰＡ）とを組み合わせた構成である。
【００８６】
図１５（ａ）、（ｂ）は、本第３実施形態による指向性アンテナ１１０の構造と放射指向性を示す概念図である。図１５（ａ）は、ＢＮＰＳＡの構造であり、図１５（ｂ）は、該ＢＮＰＳＡの放射指向性である（参考文献１：長敬三，堀俊和，兎澤一“双指向性を有する偏波供用基地局アンテナ”、インターネット＜ＵＲＬ：http://ci.nii.ac.jp/naid/110003339814>）。図１５（ｂ）に示すように、アンテナの放射指向性は、ある直線方向（図１５（ｂ）では左右方向）に広く、その垂直方向（図１５（ｂ）では上下方向）に狭いという特徴を有する。
【００８７】
上述した第３実施形態によれば、マンホール５００の内部に設置される無線タグ１００に対して，そのアンテナを受信するリーダ２００の場所や、移動に合わせた指向性のあるものにすることで、地上のリーダ２００で無線タグ１００が送信する電波を受信しやすくできる。
【００８８】
Ｄ．第４実施形態
次に、本発明の第４実施形態について説明する。
前述した第１、第２実施形態では、電波反射部材５１５の１つとして、反射塗料について説明した。また、上述した第３実施形態では、指向性を有するアンテナ１１０を無線タグ１００に接続する例に付いて説明した。本第４実施形態は、該反射塗料の具体体例、及び指向性アンテナの他の例を示すものである。
【００８９】
図１６は、本第４実施形態による反射塗料の一例を示す概念図である。図１６には、反射塗料５１５ａが塗布された電子機器のパッケージ８００の内側を示している。図１６に示すように、電子機器から発生する電子ノイズをパッケージ８００内側の反射塗料５１５ａを塗布することにより外部漏れないようにしている。これと同じ反射塗料５１５ａをマンホール５００の床５１０や、側面５２０Ａ〜５２０Ｄ、あるいは天井５３０に塗布することにより、マンホール５００の内部に設置した無線タグ１００から送信する電波を反射することができる。反射塗料５１５ａの利点は、塗布する対象、この場合、マンホール５００の壁面形状に影響されることなく、一様に塗布することができる点にある。
【００９０】
図１７は、本第４実施形態による指向性アンテナの一例を示す概念図である。指向性アンテナとしては、図１５に示すパッチ・スロット複合アンテナ（ＢＮＰＳＡ）１１０の他に、図１７に示すように、コーリニアアンテナ１１０ａを用いたアクティブアレイ（参考文献２：アンテナの基礎から応用まで、インターネット＜ＵＲＬ：http://www.interq.or.jp/blue/rhf333/ANT-K.htm＞、参考文献３：進行波アンテナ 低在波アンテナ 周波数帯域特性 終端抵抗 共振状態 ロンビックアンテナ − １アマの無線工学 Ｈ１６年０８月期、インターネット＜ＵＲＬ：http://www.gxk.jp/elec/musen/1ama/H16/html/H1608A19_.html＞）がある。
【００９１】
上述した第４実施形態によれば、図１５や、図１７に示す様々な指向性を有するアンテナ１１０、１１０ａを、図１４に示すように、マンホール５００に設置する無線タグ１００に接続したり、反射塗料５１５ａをマンホール５００内の床面５１０や、側面５２０Ａ〜５２０Ｄ、さらに、天井５３０に塗布したりすることなどにより、地上のリーダ２００で無線タグ１００が送信する電波を受信しやすくできる。
【産業上の利用可能性】
【００９２】
本発明によれば、マンホール内の情報を簡便に地上で収集でき、マンホール設備の使用する電気・ガス・水道・通信など社会基盤に関係する各種機器の保守点検を容易にすることを可能にする。また、これによりマンホールの異常状態の予兆などを事前に検知できるようになる。
【符号の説明】
【００９３】
１００ 無線タグ
１１０ アンテナ
１１０ａ コーリニアアンテナ
２００、２００Ａ、２００Ｂ リーダ
３００ 車両
４００ 電話ＢＯＸ
５００ マンホール
５１０ 床
５１５ 電波反射部材
５１５ａ 反射塗料
５２０ 側面
５２０Ａ 側面Ａ
５２０Ｂ 側面Ｂ
５２０Ｃ 側面Ｃ
５２０Ｄ 側面Ｄ
５３０ 天井
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マンホール内に設置されたタグと地上にあるリーダとの間で、無線で情報を送受信する無線通信システムであって、
前記マンホールの全床面に設置された電波反射部材を備えることを特徴とする無線通信システム。
【請求項２】
前記電波反射部材は、
前記マンホールの全床面に加えて、更に、前記マンホールの４つの側面のいずれかの全面に設置されることを特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。
【請求項３】
前記電波反射部材は、
前記マンホールの全床面に加えて、更に、路上を走行する車両の走行方向と平行となる２つの側面の全面に設置されることを特徴とする請求項２に記載の無線通信システム。
【請求項４】
前記電波反射部材は、
前記マンホールの全床面に加えて、更に、路上を走行する車両の走行方向に直交する２つの側面の全面と車道側の側面との全面とに設置されることを特徴とする請求項２に記載の無線通信システム。
【請求項５】
前記電波反射部材は、
前記マンホールの全床面に加えて、更に、前記マンホールの全ての側面の全面に設置されることを特徴とする請求項２に記載の無線通信システム。
【請求項６】
前記電波反射部材は、
前記マンホールの全床面に加えて、全ての側面の全面、及び前記マンホールの天井の一部を除く全面に設置されることを特徴とする請求項２に記載の無線通信システム。
【請求項７】
前記天井に設置された電波反射部材は、
前記路上を走行する車両の走行方向に一致する方向に開口したスリット部を有することを特徴とする請求項２、３または６に記載の無線通信システム。
【請求項８】
前記天井に設置された電波反射部材は、
その一部に開口した開口部を有することを特徴とする請求項６に記載の無線通信システム。
【請求項９】
前記電波反射部材は、
金属製のメッシュ、または反射塗料のいずれかであることを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載の無線通信システム。
【請求項１０】
マンホール内に設置されたタグと地上にあるリーダとの間で、無線で情報を送受信する無線通信システムであって、
前記タグは、
前記リーダの場所、または移動に一致する指向性を有する指向性アンテナを備えることを特徴とする無線通信システム。
【請求項１】
マンホール内に設置されたタグと地上にあるリーダとの間で、無線で情報を送受信する無線通信システムであって、
前記マンホールの全床面に設置された電波反射部材を備えることを特徴とする無線通信システム。
【請求項２】
前記電波反射部材は、
前記マンホールの全床面に加えて、更に、前記マンホールの４つの側面のいずれかの全面に設置されることを特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。
【請求項３】
前記電波反射部材は、
前記マンホールの全床面に加えて、更に、路上を走行する車両の走行方向と平行となる２つの側面の全面に設置されることを特徴とする請求項２に記載の無線通信システム。
【請求項４】
前記電波反射部材は、
前記マンホールの全床面に加えて、更に、路上を走行する車両の走行方向に直交する２つの側面の全面と車道側の側面との全面とに設置されることを特徴とする請求項２に記載の無線通信システム。
【請求項５】
前記電波反射部材は、
前記マンホールの全床面に加えて、更に、前記マンホールの全ての側面の全面に設置されることを特徴とする請求項２に記載の無線通信システム。
【請求項６】
前記電波反射部材は、
前記マンホールの全床面に加えて、全ての側面の全面、及び前記マンホールの天井の一部を除く全面に設置されることを特徴とする請求項２に記載の無線通信システム。
【請求項７】
前記天井に設置された電波反射部材は、
前記路上を走行する車両の走行方向に一致する方向に開口したスリット部を有することを特徴とする請求項２、３または６に記載の無線通信システム。
【請求項８】
前記天井に設置された電波反射部材は、
その一部に開口した開口部を有することを特徴とする請求項６に記載の無線通信システム。
【請求項９】
前記電波反射部材は、
金属製のメッシュ、または反射塗料のいずれかであることを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載の無線通信システム。
【請求項１０】
マンホール内に設置されたタグと地上にあるリーダとの間で、無線で情報を送受信する無線通信システムであって、
前記タグは、
前記リーダの場所、または移動に一致する指向性を有する指向性アンテナを備えることを特徴とする無線通信システム。
【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】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【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】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【公開番号】特開２０１１−２４３１７１（Ｐ２０１１−２４３１７１Ａ）
【公開日】平成２３年１２月１日（２０１１．１２．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１１７４７３（Ｐ２０１０−１１７４７３）
【出願日】平成２２年５月２１日（２０１０．５．２１）
【出願人】（０００００４２２６）日本電信電話株式会社 (13,992)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１２月１日（２０１１．１２．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年５月２１日（２０１０．５．２１）
【出願人】（０００００４２２６）日本電信電話株式会社 (13,992)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]