計測情報収集システム、計測情報収集方法、中継装置及びプログラム
【課題】列車に搭載された収集装置３００に少ない消費電力で計測情報を送信する。
【解決手段】計測装置１００−１〜１００−Ｎ及び中継装置２００は、同期してそれぞれの装置を所定の電力量で動作させる稼動状態に切り替え、計測装置１００−１〜１００−Ｎ、中継装置２００間で計測情報の伝送を行う。そして伝送終了後、計測装置１００−１〜１００−Ｎの切替部１０１及び中継装置２００の切替部２０１は、それぞれの装置を所定の電力量より小さい電力量で動作させる省電力状態に切り替える。また、中継装置２００は、検出部２０４が収集装置３００を搭載した列車の近接を検出した場合に、切替部２０１は、自装置を稼動状態に切り替えて中継装置２００、収集装置３００間で計測情報の伝送を行う。そして伝送終了後、中継装置２００の切替部２０１は、自装置の状態を、省電力状態に切り替える。
【解決手段】計測装置１００−１〜１００−Ｎ及び中継装置２００は、同期してそれぞれの装置を所定の電力量で動作させる稼動状態に切り替え、計測装置１００−１〜１００−Ｎ、中継装置２００間で計測情報の伝送を行う。そして伝送終了後、計測装置１００−１〜１００−Ｎの切替部１０１及び中継装置２００の切替部２０１は、それぞれの装置を所定の電力量より小さい電力量で動作させる省電力状態に切り替える。また、中継装置２００は、検出部２０４が収集装置３００を搭載した列車の近接を検出した場合に、切替部２０１は、自装置を稼動状態に切り替えて中継装置２００、収集装置３００間で計測情報の伝送を行う。そして伝送終了後、中継装置２００の切替部２０１は、自装置の状態を、省電力状態に切り替える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄道沿線の各種設備に関する計測情報の計測情報収集システム、計測情報収集方法、中継装置及びプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、鉄道沿線のトンネル、橋、レールなどの各種設備の状態を監視するため、通信機能を有する複数のセンサ（計測装置）を用いてこれら設備の計測情報を収集する計測情報収集システムが提案されている（非特許文献１を参照）。このようなシステムを運用する場合、システムの設置場所において必ずしも外部電源が利用できるとは限らない。そのため、計測情報収集システムには省電力性が求められている。
計測情報収拾システムの消費電力を抑える方法として、それぞれのセンサが同期して省電力状態と稼動状態との状態遷移を繰り返す方法が知られている（例えば、特許文献１を参照）。
【０００３】
また、センサから計測情報を収集する手段として、車両などの移動体を用いる方法が提案されている。この方法によれば、計測情報の収集装置を移動体に搭載し、当該移動体がセンサまたは計測情報を集約したゲートウェイ装置に接近したか否かを検知する検知装置を備える。そして、検知装置が、移動体がセンサまたはゲートウェイ装置に接近したことを検知したときに、センサまたはゲートウェイ装置が、計測情報を移動体に搭載された収集装置に送信する。そして、収集装置は、移動体によって計測情報の利用箇所に受信した計測情報を運搬する。
この方法は、センサまたはゲートウェイ装置が設置された場所において携帯電話回線を用いた通信など他の通信手段が利用できない場合に特に効果を発揮する。
【０００４】
また、特許文献２には、監視対象の構造物上を車両が走行することにより、構造物の疲労の検査を補完する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−３０６４７２号公報
【特許文献２】特開２００８−２０９２８３号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】小林裕介、平井力、センサネットワークで構造物を監視する、「Railway Research Review」、財団法人研友社、２００９年１１月、p.p.２−５
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上述したように移動体を用いて計測情報を収集する場合、センサまたはゲートウェイ装置は、いつ移動体が通過するかを予測することが困難であるという問題がある。なお、移動体が一定のスケジュールにしたがって移動するもの（例えば、ダイヤグラムに従って移動する列車など）であったとしても、様々な要因によって通過タイミングがずれる可能性がある。
従来は、移動体が無線電波を発し、センサまたはゲートウェイ装置が当該無線電波を捕捉することで移動体の到着を監視する手法が用いられている。しかし、この方法では、無線通信により消費電力が増えてしまい、バッテリが短時間で枯渇してしまうという問題がある。
【０００８】
また、移動体の通過タイミングにあわせてセンサの状態を稼動状態に切り替えることで計測情報の送信を行うことも考えられる。しかし、省電力状態と稼動状態とを切り替える頻度が低い場合、すなわち省電力状態の時間が長い場合、システムの省電力を図ることはできるが、省電力状態の間に移動体がセンサまたはゲートウェイ装置の設置箇所を通過してしまう可能性が高い。他方、省電力状態と稼動状態とを切り替える頻度が高い場合、すなわち省電力状態の時間が長い場合、省電力状態の間に移動体が通過してしまう可能性が低くなるが、消費電力が増大してしまうという問題がある。
【０００９】
また、特許文献２に記載の方法を用いて計測情報を収集することも考えられるが、特許文献２に記載の方法では、圧電素子による発電時に計測を行うため、移動体の通過時刻以外の計測情報が収集できない。また、圧電素子を用いなければ計測を行うことができない。
本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、列車に搭載された収集装置に少ない消費電力で計測情報を送信する計測情報収集システム、計測情報収集方法、中継装置及びプログラムを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、計測対象物の物理量を計測する複数の計測装置と、列車に搭載され、前記計測装置による計測情報を収集する収集装置と、前記計測装置による計測結果を前記収集装置に送信する中継装置とを備える計測情報収集システムであって、前記計測装置は、他の計測装置及び中継装置と同期して、自装置を所定の電力量で動作させる稼動状態に切り替える稼動部と、前記稼動部が自装置を前記稼動状態に切り替えた場合に、計測対象物の物理量を計測し、当該物理量を示す計測情報を生成する計測部と、前記計測部が生成した計測情報を前記中継装置に送信する送信部と、前記送信部が前記計測情報を送信した後に、自装置を所定の電力量より低い電力量で動作させる省電力状態に切り替える省電力部とを備え、前記中継装置は、前記計測装置と同期して、自装置を前記稼動状態に切り替える第１の稼動部と、前記第１の稼動部が自装置を前記稼動状態に切り替えた場合に、前記計測装置から計測情報を受信する受信部と、前記収集装置を搭載された列車の近接を検出する検出部と、前記検出部が前記列車の近接を検出した場合に、自装置を前記稼動状態に切り替える第２の稼動部と、前記第２の稼動部が自装置を稼動状態に切り替えた場合に、前記受信部が受信した計測情報を前記収集装置に送信する送信部と、前記受信部が前記計測情報を受信した後、及び前記送信部が前記計測情報を送信した後に、自装置を前記省電力状態に切り替える省電力部とを備えることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明において、前記中継装置の検出部は、列車の走行による振動を検出する圧電素子により列車の近接を検出することを特徴とする。
【００１２】
また、本発明は、前記中継装置の検出部の圧電素子に生じた起電力を自装置の駆動に用いることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明は、計測対象物の物理量を計測する複数の計測装置と、列車に搭載され、前記計測装置による計測情報を収集する収集装置と、前記計測装置による計測結果を前記収集装置に送信する中継装置とを備える計測情報収集システムを用いた計測情報収集方法であって、前記計測装置の稼動部及び前記中継装置の第１の稼動部は、同期して自装置を所定の電力量で動作させる稼動状態に切り替え、前記計測装置の計測部は、計測対象物の物理量を計測して当該物理量を示す計測情報を生成し、前記計測装置の送信部は、前記計測装置の計測部が生成した計測情報を前記中継装置に送信し、前記中継装置の受信部は、前記計測装置から計測情報を受信し、前記計測装置の省電力部は、前記計測装置の送信部が前記計測情報を送信した後に、自装置を所定の電力量より低い電力量で動作させる省電力状態に切り替え、前記中継装置の省電力部は、前記中継装置の受信部が前記計測情報を受信した後に、自装置を前記省電力状態に切り替え、前記中継装置の検出部は、前記収集装置を搭載された列車の近接を検出し、前記中継装置の第２の稼動部は、前記中継装置の検出部が前記列車の近接を検出した場合に、自装置を前記稼動状態に切り替え、前記中継装置の送信部は、前記中継装置の第２の稼動部が自装置を稼動状態に切り替えた場合に、前記中継装置の受信部が受信した計測情報を前記収集装置に送信し、前記中継装置の省電力部は、前記中継装置の送信部が前記計測情報を送信した後に、自装置を前記省電力状態に切り替えることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明は、計測対象物の物理量を計測する複数の計測装置が送信する計測結果を、列車に搭載され、前記計測装置による計測情報を収集する収集装置に送信する中継装置であって、前記計測装置と同期して、自装置を前記稼動状態に切り替える第１の稼動部と、前記第１の稼動部が自装置を前記稼動状態に切り替えた場合に、前記計測装置から計測情報を受信する受信部と、前記収集装置を搭載された列車の近接を検出する検出部と、前記検出部が前記列車の近接を検出した場合に、自装置を前記稼動状態に切り替える第２の稼動部と、前記第２の稼動部が自装置を稼動状態に切り替えた場合に、前記受信部が受信した計測情報を前記収集装置に送信する送信部と、前記受信部が前記計測情報を受信した後、及び前記送信部が前記計測情報を送信した後に、自装置を前記省電力状態に切り替える省電力部とを備えることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明は、計測対象物の物理量を計測する複数の計測装置が送信する計測結果を、列車に搭載され、前記計測装置による計測情報を収集する収集装置に送信する中継装置を、前記計測装置と同期して、自装置を前記稼動状態に切り替える第１の稼動部、前記第１の稼動部が自装置を前記稼動状態に切り替えた場合に、前記計測装置から計測情報を受信する受信部、前記収集装置を搭載された列車の近接を検出する検出部、前記検出部が前記列車の近接を検出した場合に、自装置を前記稼動状態に切り替える第２の稼動部、前記第２の稼動部が自装置を稼動状態に切り替えた場合に、前記受信部が受信した計測情報を前記収集装置に送信する送信部、前記受信部が前記計測情報を受信した後、及び前記送信部が前記計測情報を送信した後に、自装置を前記省電力状態に切り替える省電力部として機能させるためのプログラムである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、計測装置及び中継装置は、同期してそれぞれの装置を所定の電力量で動作させる稼動状態に切り替え、計測装置及び中継装置の間で計測情報の伝送を行う。そして伝送終了後、計測装置及び中継装置は、それぞれの装置を所定の電力量より小さい電力量で動作させる省電力状態に切り替える。これにより、計測装置及び中継装置は、少ない消費電力で計測情報の伝送を行うことができる。
また、中継装置は、検出部が収集装置を搭載した列車の近接を検出した場合に、自装置を所定の電力量で動作させる稼動状態に切り替えて中継装置、収集装置間で計測情報の伝送を行う。これにより、中継装置は、確実に収集装置に計測信号の伝送ができるときに、稼動状態に切り替わり、計測信号の送信を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施形態による計測情報収集システムの構成図である。
【図２】計測情報収集システムの動作を示すシーケンス図である。
【図３】計測装置及び中継装置の状態の遷移を示す図である。
【図４】電力消費レベルの推移を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳しく説明する。
図１は、本発明の一実施形態による計測情報収集システムの構成図である。
計測情報収集システムは、計測装置１００−１〜１００−Ｎ（以下、計測装置１００−１〜１００−Ｎを総称する場合は計測装置１００と表記する）、中継装置２００、収集装置３００を備える。
計測装置１００は、計測対象物の物理量を計測して計測情報を生成し、当該計測情報を中継装置２００に送信する。
中継装置２００は、計測装置１００から計測情報を受信し、当該計測情報を無線で収集装置３００に送信する。
収集装置３００は、列車に搭載され、中継装置２００から無線で計測情報を受信する。
【００１９】
計測装置１００は、切替部１０１（稼動部、省電力部）、計測部１０２、送信部１０３を備える。
切替部１０１は、予め決められた時刻（以下、稼動時刻と呼ぶ）に、自装置の状態を所定の電力量で動作させる稼動状態に切り替える。具体的には、切替部１０１は、内部メモリに１つまたは複数の稼動時刻を記憶しており、当該稼動時刻と自装置の内蔵時計が示す時刻とを比較し、一致するものが存在した場合に状態を稼動状態に切り替える。なお、全ての計測装置１００の切替部１０１は、それぞれ同期して同時刻に自装置を稼動状態に切り替える。すなわち、計測装置１００それぞれの切替部１０１の内部メモリは、稼動時刻として同一の時刻を記憶する。
また、切替部１０１は、送信部１０３が測定情報を中継装置２００に送信すると、自装置の状態を稼動状態の電力量より低い電力量で動作させる省電力状態に切り替える。
計測部１０２は、切替部１０１が自装置の状態を稼動状態に切り替えると、計測対象物の物理量を計測し、当該物理量を示す計測情報を生成する。ここで、計測部１０２が計測する計測対象物の物理量としては、例えば、トンネルの内空変位やひび割れ、レールの温度などが挙げられる。
送信部１０３は、計測部１０２が生成した計測情報を中継装置２００に送信する。
【００２０】
中継装置２００は、切替部２０１（第１の稼動部、第２の稼動部、省電力部）、受信部２０２、記憶部２０３、検出部２０４、送信部２０５を備える。
切替部２０１は、現在時刻が稼動時刻になったとき、及び検出部２０４が列車の近接を検知したときに、自装置の状態を所定の電力量で動作させる稼動状態に切り替える。なお、切替部２０１は、計測装置１００の切替部１０１と同様に、内部メモリに１つまたは複数の稼動時刻を記憶しており、当該稼動時刻に基づいて状態を切り替える。このとき、切替部２０１の内部メモリが記憶する稼動時刻は、計測装置１００の切替部１０１が記憶する稼動時刻と同一の時刻である。
また、切替部２０１は、受信部２０２が全ての計測装置から計測情報を受信し終えたとき、及び送信部２０５が計測情報を収集装置３００に送信したときに、自装置の状態を稼動状態の電力量より低い電力量で動作させる省電力状態に切り替える。
受信部２０２は、切替部２０１が時刻に基づいて自装置の状態を稼動状態に切り替えると、計測装置１００のそれぞれから計測情報を受信し、当該計測情報を記憶部２０３に記録する。
記憶部２０３は、計測装置１００が計測した計測情報を記憶する。
【００２１】
検出部２０４は、列車の近接を検出し、切替部２０１及び送信部２０５に列車の近接を通知する。本実施形態では、検出部２０４は、圧電素子を備え、当該圧電素子が列車の走行による振動を検出することで、列車の近接を検出する。また、圧電素子は、電力の供給無しで動作するため、検出部２０４は、自装置の状態が省電力状態のときにも列車の近接を検出することができる。
送信部２０５は、切替部２０１が列車の近接により自装置の状態を稼動状態に切り替えると、記憶部２０３が記憶する計測情報を収集装置３００に送信する。
【００２２】
そして、本実施形態による計測情報収集システムは、概略以下に示す動作を実行する。
まず、計測装置１００の切替部１０１及び中継装置２００切替部２０１は、同期してそれぞれの装置を所定の電力量で動作させる稼動状態に切り替える。次に、計測装置１００の計測部１０２は、計測対象物の物理量を計測して当該物理量を示す計測情報を生成し、送信部１０３は、計測部１０２が生成した計測情報を中継装置２００に送信する。次に、切替部１０１は、送信部１０３が計測情報を送信した後に、自装置を所定の電力量より低い電力量で動作させる省電力状態に切り替える。
他方、中継装置２００の受信部２０２は、計測装置１００から計測情報を受信する。そして、切替部２０１は、受信部２０２が計測情報を受信した後に、自装置を前記省電力状態に切り替える。
【００２３】
また、中継装置２００の検出部２０４は、収集装置３００を搭載された列車の近接を検出し、これにより切替部２０１は、自装置を前記稼動状態に切り替える。次に、送信部２０５は、切替部２０１が自装置を稼動状態に切り替えた場合に、受信部２０２が受信した計測情報を収集装置３００に送信する。そして、切替部２０１は、送信部２０５が計測情報を送信した後に、自装置を省電力状態に切り替える。
これにより、列車に搭載された収集装置３００に、少ない消費電力で計測情報を送信することができる。
【００２４】
次に、本実施形態による計測情報収集システムの具体的な動作を説明する。
まず、通常時の計測情報収集システムの動作を説明する。
図２は、計測情報収集システムの動作を示すシーケンス図である。
計測情報収集システムの運用を開始すると、計測装置１００の切替部１０１は、内部メモリから稼動時刻を読み出し、当該稼動時刻と自装置の内蔵時計が示す現在時刻とが一致するか否かを判定する（ステップＳ１０１）。切替部１０１は、稼動時刻と現在時刻とが一致しないと判定した場合（ステップＳ１０１：ＮＯ）、稼動時刻と現在時刻とが一致するまでステップＳ１０１の判定処理を繰り返し実行する。他方、切替部１０１は、稼動時刻と現在時刻とが一致すると判定した場合（ステップＳ１０１：ＹＥＳ）、自装置の状態を稼動状態に切り替える（ステップＳ１０２）。なお、計測装置１００の稼動状態への切り替えは、切替部１０１が自装置のＣＰＵのクロック周波数及び電源電圧を所定の値に上げ、無線通信機能及びセンシング機能を稼動することで行う。
【００２５】
また、中継装置２００の切替部２０１は、計測装置１００の切替部１０１と同様に、内部メモリから稼動時刻を読み出し、当該稼動時刻と自装置の内蔵時計が示す現在時刻とが一致するか否かを判定する（ステップＳ２０１）。切替部２０１は、稼動時刻と現在時刻とが一致すると判定した場合（ステップＳ２０１：ＹＥＳ）、自装置の状態を稼動状態に切り替える（ステップＳ２０２）。なお、中継装置２００の稼動状態への切り替えは、切替部２０１が自装置のＣＰＵのクロック周波数及び電源電圧を所定の値に上げ、無線通信機能を稼動することで行う。次に、受信部２０２は、計測装置１００からの計測情報の受信を待機する（ステップＳ２０３）。
【００２６】
ステップＳ１０２で計測装置１００が稼動状態となると、計測装置１００の計測部１０２は、計測対象物の物理量を電気信号に変換することで、計測対象物の物理量を計測する（ステップＳ１０３）。次に、計測部１０２は、変換して得られた電気信号の電圧値または電流値から計測対象物の物理量を算出し、当該物理量を示す計測情報を生成する（ステップＳ１０４）。
【００２７】
次に、送信部１０３は、計測部１０２が生成した計測情報を中継装置に送信する（ステップＳ１０５）。このとき、送信部１０３は、自装置が他の計測装置１００を介して中継装置２００と接続している場合、当該他の計測装置１００を介して中継装置に計測情報を送信する。次に、切替部１０１は、自装置の状態を省電力状態に切り替える（ステップＳ１０６）。なお、計測装置１００の省電力状態への切り替えは、切替部１０１が自装置のＣＰＵのクロック周波数及び電源電圧を下げ、無線通信機能及びセンシング機能を停止することで行っても良いし、ＣＰＵ及びセンサへの給電を停止することで行っても良い。
【００２８】
他方、ステップＳ２０３で中継装置２００の受信部２０２が受信待機を開始し、ステップＳ１０５で計測装置１００が計測情報を送信すると、受信部２０２は、計測装置１００から計測情報を受信する（ステップＳ２０４）。次に、受信部２０２は、受信した計測情報を記憶部２０３に記録する（ステップＳ２０５）。このとき、受信部２０２は、受信元の計測装置の識別情報及び受信日時に関連付けて計測情報を記録しておくことが望ましい。
【００２９】
次に、受信部２０２は、計測情報を全ての計測装置１００から受信したか否かを判定する（ステップＳ２０６）。当該判定は、例えば、受信部２０２が予め全ての計測装置１００の識別情報を示すリストを記憶しておき、計測情報の受信毎に当該リストから受信元の識別情報を削除し、当該リストが空であるか否かを判定することで実行することができる。
【００３０】
受信部２０２は、計測情報を受信していない計測装置１００が存在すると判定した場合（ステップＳ２０６：ＮＯ）、ステップＳ２０４に戻り、残りの計測情報の受信を行う。他方、受信部２０２が計測情報を全ての計測装置１００から受信したと判定した場合（ステップＳ２０６：ＹＥＳ）、切替部２０１は、自装置の状態を省電力状態に切り替える（ステップＳ２０７）。なお、中継装置２００の省電力状態への切り替えは、切替部２０１が自装置のＣＰＵのクロック周波数及び電源電圧を下げ、無線通信機能を停止することで行う。なお、中継装置２００は、列車接近を検知してただちに稼動状態に遷移する必要があるため、計測装置１００のように、ＣＰＵへの給電を停止することで省電力状態に遷移することは好ましくない。
これにより、中継装置２００は、計測装置１００が測定した計測情報を集約することができる。
【００３１】
他方、切替部２０１がステップＳ２０１で、稼動時刻と現在時刻とが一致しないと判定した場合、検出部２０４は、収集装置３００を搭載した列車が自装置に近接しているか否かを判定する（ステップＳ２１１）。具体的には、検出部２０４は、レールの側面に設けられた圧電素子に接続され、当該圧電素子から列車の走行による振動により発生する起電力を入力する。そして、圧電素子の起電力が所定の閾値を上回ったときに、検出部２０４は、収集装置３００を搭載した列車が自装置に近接していると判定する。
また、検出部２０４は、圧電素子から入力された起電力を二次電池またはコンデンサに充電し、充電された電力を以降の自装置の駆動の補助に用いる。これにより、中継装置２００は、電源からの消費電力量を削減することができる。
なお、圧電素子の設置場所は、レールの側面に限られず、例えば、まくら木や軌道路盤など、列車の走行による振動を検知できる場所であれば良い。
【００３２】
検出部２０４が、収集装置３００を搭載した列車が自装置に近接していないと判定した場合（ステップＳ２１１：ＮＯ）、ステップＳ２０１に戻り、現在時刻と稼動時刻との比較を継続する。
他方、検出部２０４が、収集装置３００を搭載した列車が自装置に近接していると判定した場合（ステップＳ２１１：ＹＥＳ）、切替部２０１は、自装置の状態を稼動状態に切り替える（ステップＳ２１２）。
【００３３】
次に、送信部２０５は、記憶部２０３が記憶する計測情報を、収集装置３００に送信する（ステップＳ２１３）。送信部２０５が、計測情報の送信を完了すると、切替部２０１は、自装置の状態を省電力状態に切り替える（ステップＳ２１４）。
また、ステップＳ２１３で送信部２０５が計測情報を送信すると、収集装置３００は、当該計測情報を受信する（ステップＳ３０１）。これにより、中継装置２００は、計測装置１００から受信した情報を収集装置３００に転送することができる。
そして、収集装置３００は、列車の移動に伴い、計測情報の利用箇所（例えば、センターサーバなど）に受信した計測情報を運搬する。これにより、計測装置１００及び中継装置２００が設置された場所において携帯電話回線を用いた通信など他の通信手段が利用できない場合にも、計測情報の利用箇所へ確実に計測情報を出力することができる。
【００３４】
次に、本実施形態における計測装置１００及び中継装置２００の状態の遷移について説明する。
図３は、計測装置及び中継装置の状態の遷移を示す図である。
図３に示すように、計測装置１００、中継装置２００ともに、現在時刻が所定の稼動時刻になった時点で省電力状態から稼動状態に遷移し、計測装置１００から中継装置２００に計測情報を送信する。そして、計測情報の送受信が終了した時点で、計測装置１００、中継装置２００ともに、省電力状態に遷移する。
また、中継装置２００は、上述した稼動時刻に基づく状態遷移に加え、列車検知により稼動状態に遷移する。このときは、各計測装置１００から事前に（一定周期毎の稼動状態時に）受信して記憶部２０３に記録した計測情報を、収集装置３００に送信する。そして、計測情報の送信が終了した時点で、中継装置は省電力状態に遷移する。
【００３５】
図４は、電力消費レベルの推移を示す図である。
図４に示すように、列車が近接していない場合は、計測装置１００及び中継装置２００は、稼動時刻毎に計測装置１００から中継装置２００への計測情報の伝送が行われ、これにより消費電力が上がる。列車が近接した場合は、計測装置１００から収集した計測情報をまとめて収集装置３００に送信するため、中継装置２００のみ消費電力が上がる。
【００３６】
このように、本実施形態によれば、計測装置１００及び中継装置２００は、同期してそれぞれの装置を所定の電力量で動作させる稼動状態に切り替え、計測装置１００及び中継装置２００間で計測情報の伝送を行う。そして伝送終了後、計測装置１００及び中継装置２００は、それぞれの装置を所定の電力量より小さい電力量で動作させる省電力状態に切り替える。これにより、計測装置１００及び中継装置２００は、少ない消費電力で計測情報の伝送を行うことができる。
また、中継装置２００は、検出部２０４が収集装置３００を搭載した列車の近接を検出した場合に、自装置を所定の電力量で動作させる稼動状態に切り替えて中継装置２００及び収集装置３００間で計測情報の伝送を行う。これにより、中継装置２００は、確実に収集装置３００に計測信号の伝送ができるときに、稼動状態に切り替わり、計測信号の送信を行うことができる。
【００３７】
以上、図面を参照してこの発明の一実施形態について詳しく説明してきたが、具体的な構成は上述のものに限られることはなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲内において様々な設計変更等をすることが可能である。
例えば、本実施形態では、計測装置１００の切替部１０１及び中継装置２００の切替部２０１が、それぞれ内部メモリに１つまたは複数の稼動時刻を記憶し、当該稼動時刻に基づいて状態を稼動状態に切り替える例を説明した。しかし、これに限られず、例えば、計測装置１００の切替部１０１及び中継装置２００の切替部２０１は、前回自装置の状態を稼動状態に切り替えた時刻からの経過時間を計時し、当該経過時間が所定のインターバル時間と一致したときに再度稼動状態に切り替えるようにしても良い。
【００３８】
但し、この場合、中継装置２００の切替部２０１は、計測装置１００と同時刻に状態の切り替えを行うために、列車の近接により状態を切り替えた時刻からの経過時間の計時を行わない。つまり、上述したステップＳ２０２によって稼動状態となった場合には経過時間の計時を行い、ステップＳ２１２によって稼動状態となった場合には経過時間の計時を行わない。
【００３９】
また、本実施形態では、中継装置２００の検出部２０４が受動型センサである圧電素子を備える場合を説明したが、これに限られない。例えば、検出部２０４が圧電素子の代わりに、例えば車軸センサなどの能動型センサを備え、中継装置２００に供給される電源と別の電源から当該能動型センサへ電力を供給することで、同様の効果を得ることができる。
【００４０】
このとき、検出部２０４が備える能動型センサは、計測装置１００や中継装置２００の消費電力より少ない消費電力で動作するものを用いることが望ましい。また、能動型センサを用いる場合、検出部２０４は、列車の運行情報を記憶しておき、列車が通過すると見込まれる時刻より所定の時間前の時刻から能動型センサを動作させることで、能動型センサの消費電力を削減することができる。
また、検出部２０４が備えるセンサとしては、圧電素子や車軸センサに限られず、加速度センサなどの他の機械式センサなどを用いても良い。但し、検出部２０４が備えるセンサとしては、圧電素子を用いることが好ましい。その理由は、列車の走行による振動を検出することから他のセンサより早く列車の近接を検出でき、さらに、受動型センサであり、発生した起電力を自装置の駆動に用いることができるためである。
【００４１】
また、本実施形態では、計測装置１００と中継装置２００とがそれぞれ正確な時計を有し、時刻のズレが生じない前提で説明を行ったが、実際には装置間で時刻のズレが生じる。そのため実際には、中継装置２００は、稼動状態中に所定の通信の終了後、計測装置１００に時刻情報を送信し、計測装置１００は、中継装置２００から受信した時刻情報に基づいて時刻あわせを行う。なお、ネットワークを介した時刻あわせには、ＮＴＰ（Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｔｉｍｅ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）などを用いられることが多いが、これに限られず、より簡易なプロトコルを用いて時刻合わせを行っても良い。
【００４２】
また、本実施形態では、収集装置３００が、列車の移動に伴い、計測情報の利用箇所に受信した計測情報を運搬する場合を説明したが、これに限られず、例えば、収集装置３００は、鉄道沿線のうち携帯電話圏外で計測情報を受信し、列車の移動に伴い、携帯電話圏内に移動した際に、当該計測情報をすみやかに送信するようにしても良い。
【００４３】
上述の計測装置１００、中継装置２００、収集装置３００は内部に、コンピュータシステムを有している。そして、上述した各処理部の動作は、プログラムの形式でコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記憶されており、このプログラムをコンピュータが読み出して実行することによって、上記処理が行われる。ここでコンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、半導体メモリ等をいう。また、このコンピュータプログラムを通信回線によってコンピュータに配信し、この配信を受けたコンピュータが当該プログラムを実行するようにしても良い。
【００４４】
また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良い。さらに、前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であっても良い。
【符号の説明】
【００４５】
１００、１００−１〜１００−Ｎ…計測装置 １０１…切替部 １０２…計測部 １０３…送信部 ２００…中継装置 ２０１…切替部 ２０２…受信部 ２０３…記憶部 ２０４…検出部 ２０５…送信部 ３００…収集装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄道沿線の各種設備に関する計測情報の計測情報収集システム、計測情報収集方法、中継装置及びプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、鉄道沿線のトンネル、橋、レールなどの各種設備の状態を監視するため、通信機能を有する複数のセンサ（計測装置）を用いてこれら設備の計測情報を収集する計測情報収集システムが提案されている（非特許文献１を参照）。このようなシステムを運用する場合、システムの設置場所において必ずしも外部電源が利用できるとは限らない。そのため、計測情報収集システムには省電力性が求められている。
計測情報収拾システムの消費電力を抑える方法として、それぞれのセンサが同期して省電力状態と稼動状態との状態遷移を繰り返す方法が知られている（例えば、特許文献１を参照）。
【０００３】
また、センサから計測情報を収集する手段として、車両などの移動体を用いる方法が提案されている。この方法によれば、計測情報の収集装置を移動体に搭載し、当該移動体がセンサまたは計測情報を集約したゲートウェイ装置に接近したか否かを検知する検知装置を備える。そして、検知装置が、移動体がセンサまたはゲートウェイ装置に接近したことを検知したときに、センサまたはゲートウェイ装置が、計測情報を移動体に搭載された収集装置に送信する。そして、収集装置は、移動体によって計測情報の利用箇所に受信した計測情報を運搬する。
この方法は、センサまたはゲートウェイ装置が設置された場所において携帯電話回線を用いた通信など他の通信手段が利用できない場合に特に効果を発揮する。
【０００４】
また、特許文献２には、監視対象の構造物上を車両が走行することにより、構造物の疲労の検査を補完する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−３０６４７２号公報
【特許文献２】特開２００８−２０９２８３号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】小林裕介、平井力、センサネットワークで構造物を監視する、「Railway Research Review」、財団法人研友社、２００９年１１月、p.p.２−５
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上述したように移動体を用いて計測情報を収集する場合、センサまたはゲートウェイ装置は、いつ移動体が通過するかを予測することが困難であるという問題がある。なお、移動体が一定のスケジュールにしたがって移動するもの（例えば、ダイヤグラムに従って移動する列車など）であったとしても、様々な要因によって通過タイミングがずれる可能性がある。
従来は、移動体が無線電波を発し、センサまたはゲートウェイ装置が当該無線電波を捕捉することで移動体の到着を監視する手法が用いられている。しかし、この方法では、無線通信により消費電力が増えてしまい、バッテリが短時間で枯渇してしまうという問題がある。
【０００８】
また、移動体の通過タイミングにあわせてセンサの状態を稼動状態に切り替えることで計測情報の送信を行うことも考えられる。しかし、省電力状態と稼動状態とを切り替える頻度が低い場合、すなわち省電力状態の時間が長い場合、システムの省電力を図ることはできるが、省電力状態の間に移動体がセンサまたはゲートウェイ装置の設置箇所を通過してしまう可能性が高い。他方、省電力状態と稼動状態とを切り替える頻度が高い場合、すなわち省電力状態の時間が長い場合、省電力状態の間に移動体が通過してしまう可能性が低くなるが、消費電力が増大してしまうという問題がある。
【０００９】
また、特許文献２に記載の方法を用いて計測情報を収集することも考えられるが、特許文献２に記載の方法では、圧電素子による発電時に計測を行うため、移動体の通過時刻以外の計測情報が収集できない。また、圧電素子を用いなければ計測を行うことができない。
本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、列車に搭載された収集装置に少ない消費電力で計測情報を送信する計測情報収集システム、計測情報収集方法、中継装置及びプログラムを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、計測対象物の物理量を計測する複数の計測装置と、列車に搭載され、前記計測装置による計測情報を収集する収集装置と、前記計測装置による計測結果を前記収集装置に送信する中継装置とを備える計測情報収集システムであって、前記計測装置は、他の計測装置及び中継装置と同期して、自装置を所定の電力量で動作させる稼動状態に切り替える稼動部と、前記稼動部が自装置を前記稼動状態に切り替えた場合に、計測対象物の物理量を計測し、当該物理量を示す計測情報を生成する計測部と、前記計測部が生成した計測情報を前記中継装置に送信する送信部と、前記送信部が前記計測情報を送信した後に、自装置を所定の電力量より低い電力量で動作させる省電力状態に切り替える省電力部とを備え、前記中継装置は、前記計測装置と同期して、自装置を前記稼動状態に切り替える第１の稼動部と、前記第１の稼動部が自装置を前記稼動状態に切り替えた場合に、前記計測装置から計測情報を受信する受信部と、前記収集装置を搭載された列車の近接を検出する検出部と、前記検出部が前記列車の近接を検出した場合に、自装置を前記稼動状態に切り替える第２の稼動部と、前記第２の稼動部が自装置を稼動状態に切り替えた場合に、前記受信部が受信した計測情報を前記収集装置に送信する送信部と、前記受信部が前記計測情報を受信した後、及び前記送信部が前記計測情報を送信した後に、自装置を前記省電力状態に切り替える省電力部とを備えることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明において、前記中継装置の検出部は、列車の走行による振動を検出する圧電素子により列車の近接を検出することを特徴とする。
【００１２】
また、本発明は、前記中継装置の検出部の圧電素子に生じた起電力を自装置の駆動に用いることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明は、計測対象物の物理量を計測する複数の計測装置と、列車に搭載され、前記計測装置による計測情報を収集する収集装置と、前記計測装置による計測結果を前記収集装置に送信する中継装置とを備える計測情報収集システムを用いた計測情報収集方法であって、前記計測装置の稼動部及び前記中継装置の第１の稼動部は、同期して自装置を所定の電力量で動作させる稼動状態に切り替え、前記計測装置の計測部は、計測対象物の物理量を計測して当該物理量を示す計測情報を生成し、前記計測装置の送信部は、前記計測装置の計測部が生成した計測情報を前記中継装置に送信し、前記中継装置の受信部は、前記計測装置から計測情報を受信し、前記計測装置の省電力部は、前記計測装置の送信部が前記計測情報を送信した後に、自装置を所定の電力量より低い電力量で動作させる省電力状態に切り替え、前記中継装置の省電力部は、前記中継装置の受信部が前記計測情報を受信した後に、自装置を前記省電力状態に切り替え、前記中継装置の検出部は、前記収集装置を搭載された列車の近接を検出し、前記中継装置の第２の稼動部は、前記中継装置の検出部が前記列車の近接を検出した場合に、自装置を前記稼動状態に切り替え、前記中継装置の送信部は、前記中継装置の第２の稼動部が自装置を稼動状態に切り替えた場合に、前記中継装置の受信部が受信した計測情報を前記収集装置に送信し、前記中継装置の省電力部は、前記中継装置の送信部が前記計測情報を送信した後に、自装置を前記省電力状態に切り替えることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明は、計測対象物の物理量を計測する複数の計測装置が送信する計測結果を、列車に搭載され、前記計測装置による計測情報を収集する収集装置に送信する中継装置であって、前記計測装置と同期して、自装置を前記稼動状態に切り替える第１の稼動部と、前記第１の稼動部が自装置を前記稼動状態に切り替えた場合に、前記計測装置から計測情報を受信する受信部と、前記収集装置を搭載された列車の近接を検出する検出部と、前記検出部が前記列車の近接を検出した場合に、自装置を前記稼動状態に切り替える第２の稼動部と、前記第２の稼動部が自装置を稼動状態に切り替えた場合に、前記受信部が受信した計測情報を前記収集装置に送信する送信部と、前記受信部が前記計測情報を受信した後、及び前記送信部が前記計測情報を送信した後に、自装置を前記省電力状態に切り替える省電力部とを備えることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明は、計測対象物の物理量を計測する複数の計測装置が送信する計測結果を、列車に搭載され、前記計測装置による計測情報を収集する収集装置に送信する中継装置を、前記計測装置と同期して、自装置を前記稼動状態に切り替える第１の稼動部、前記第１の稼動部が自装置を前記稼動状態に切り替えた場合に、前記計測装置から計測情報を受信する受信部、前記収集装置を搭載された列車の近接を検出する検出部、前記検出部が前記列車の近接を検出した場合に、自装置を前記稼動状態に切り替える第２の稼動部、前記第２の稼動部が自装置を稼動状態に切り替えた場合に、前記受信部が受信した計測情報を前記収集装置に送信する送信部、前記受信部が前記計測情報を受信した後、及び前記送信部が前記計測情報を送信した後に、自装置を前記省電力状態に切り替える省電力部として機能させるためのプログラムである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、計測装置及び中継装置は、同期してそれぞれの装置を所定の電力量で動作させる稼動状態に切り替え、計測装置及び中継装置の間で計測情報の伝送を行う。そして伝送終了後、計測装置及び中継装置は、それぞれの装置を所定の電力量より小さい電力量で動作させる省電力状態に切り替える。これにより、計測装置及び中継装置は、少ない消費電力で計測情報の伝送を行うことができる。
また、中継装置は、検出部が収集装置を搭載した列車の近接を検出した場合に、自装置を所定の電力量で動作させる稼動状態に切り替えて中継装置、収集装置間で計測情報の伝送を行う。これにより、中継装置は、確実に収集装置に計測信号の伝送ができるときに、稼動状態に切り替わり、計測信号の送信を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施形態による計測情報収集システムの構成図である。
【図２】計測情報収集システムの動作を示すシーケンス図である。
【図３】計測装置及び中継装置の状態の遷移を示す図である。
【図４】電力消費レベルの推移を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳しく説明する。
図１は、本発明の一実施形態による計測情報収集システムの構成図である。
計測情報収集システムは、計測装置１００−１〜１００−Ｎ（以下、計測装置１００−１〜１００−Ｎを総称する場合は計測装置１００と表記する）、中継装置２００、収集装置３００を備える。
計測装置１００は、計測対象物の物理量を計測して計測情報を生成し、当該計測情報を中継装置２００に送信する。
中継装置２００は、計測装置１００から計測情報を受信し、当該計測情報を無線で収集装置３００に送信する。
収集装置３００は、列車に搭載され、中継装置２００から無線で計測情報を受信する。
【００１９】
計測装置１００は、切替部１０１（稼動部、省電力部）、計測部１０２、送信部１０３を備える。
切替部１０１は、予め決められた時刻（以下、稼動時刻と呼ぶ）に、自装置の状態を所定の電力量で動作させる稼動状態に切り替える。具体的には、切替部１０１は、内部メモリに１つまたは複数の稼動時刻を記憶しており、当該稼動時刻と自装置の内蔵時計が示す時刻とを比較し、一致するものが存在した場合に状態を稼動状態に切り替える。なお、全ての計測装置１００の切替部１０１は、それぞれ同期して同時刻に自装置を稼動状態に切り替える。すなわち、計測装置１００それぞれの切替部１０１の内部メモリは、稼動時刻として同一の時刻を記憶する。
また、切替部１０１は、送信部１０３が測定情報を中継装置２００に送信すると、自装置の状態を稼動状態の電力量より低い電力量で動作させる省電力状態に切り替える。
計測部１０２は、切替部１０１が自装置の状態を稼動状態に切り替えると、計測対象物の物理量を計測し、当該物理量を示す計測情報を生成する。ここで、計測部１０２が計測する計測対象物の物理量としては、例えば、トンネルの内空変位やひび割れ、レールの温度などが挙げられる。
送信部１０３は、計測部１０２が生成した計測情報を中継装置２００に送信する。
【００２０】
中継装置２００は、切替部２０１（第１の稼動部、第２の稼動部、省電力部）、受信部２０２、記憶部２０３、検出部２０４、送信部２０５を備える。
切替部２０１は、現在時刻が稼動時刻になったとき、及び検出部２０４が列車の近接を検知したときに、自装置の状態を所定の電力量で動作させる稼動状態に切り替える。なお、切替部２０１は、計測装置１００の切替部１０１と同様に、内部メモリに１つまたは複数の稼動時刻を記憶しており、当該稼動時刻に基づいて状態を切り替える。このとき、切替部２０１の内部メモリが記憶する稼動時刻は、計測装置１００の切替部１０１が記憶する稼動時刻と同一の時刻である。
また、切替部２０１は、受信部２０２が全ての計測装置から計測情報を受信し終えたとき、及び送信部２０５が計測情報を収集装置３００に送信したときに、自装置の状態を稼動状態の電力量より低い電力量で動作させる省電力状態に切り替える。
受信部２０２は、切替部２０１が時刻に基づいて自装置の状態を稼動状態に切り替えると、計測装置１００のそれぞれから計測情報を受信し、当該計測情報を記憶部２０３に記録する。
記憶部２０３は、計測装置１００が計測した計測情報を記憶する。
【００２１】
検出部２０４は、列車の近接を検出し、切替部２０１及び送信部２０５に列車の近接を通知する。本実施形態では、検出部２０４は、圧電素子を備え、当該圧電素子が列車の走行による振動を検出することで、列車の近接を検出する。また、圧電素子は、電力の供給無しで動作するため、検出部２０４は、自装置の状態が省電力状態のときにも列車の近接を検出することができる。
送信部２０５は、切替部２０１が列車の近接により自装置の状態を稼動状態に切り替えると、記憶部２０３が記憶する計測情報を収集装置３００に送信する。
【００２２】
そして、本実施形態による計測情報収集システムは、概略以下に示す動作を実行する。
まず、計測装置１００の切替部１０１及び中継装置２００切替部２０１は、同期してそれぞれの装置を所定の電力量で動作させる稼動状態に切り替える。次に、計測装置１００の計測部１０２は、計測対象物の物理量を計測して当該物理量を示す計測情報を生成し、送信部１０３は、計測部１０２が生成した計測情報を中継装置２００に送信する。次に、切替部１０１は、送信部１０３が計測情報を送信した後に、自装置を所定の電力量より低い電力量で動作させる省電力状態に切り替える。
他方、中継装置２００の受信部２０２は、計測装置１００から計測情報を受信する。そして、切替部２０１は、受信部２０２が計測情報を受信した後に、自装置を前記省電力状態に切り替える。
【００２３】
また、中継装置２００の検出部２０４は、収集装置３００を搭載された列車の近接を検出し、これにより切替部２０１は、自装置を前記稼動状態に切り替える。次に、送信部２０５は、切替部２０１が自装置を稼動状態に切り替えた場合に、受信部２０２が受信した計測情報を収集装置３００に送信する。そして、切替部２０１は、送信部２０５が計測情報を送信した後に、自装置を省電力状態に切り替える。
これにより、列車に搭載された収集装置３００に、少ない消費電力で計測情報を送信することができる。
【００２４】
次に、本実施形態による計測情報収集システムの具体的な動作を説明する。
まず、通常時の計測情報収集システムの動作を説明する。
図２は、計測情報収集システムの動作を示すシーケンス図である。
計測情報収集システムの運用を開始すると、計測装置１００の切替部１０１は、内部メモリから稼動時刻を読み出し、当該稼動時刻と自装置の内蔵時計が示す現在時刻とが一致するか否かを判定する（ステップＳ１０１）。切替部１０１は、稼動時刻と現在時刻とが一致しないと判定した場合（ステップＳ１０１：ＮＯ）、稼動時刻と現在時刻とが一致するまでステップＳ１０１の判定処理を繰り返し実行する。他方、切替部１０１は、稼動時刻と現在時刻とが一致すると判定した場合（ステップＳ１０１：ＹＥＳ）、自装置の状態を稼動状態に切り替える（ステップＳ１０２）。なお、計測装置１００の稼動状態への切り替えは、切替部１０１が自装置のＣＰＵのクロック周波数及び電源電圧を所定の値に上げ、無線通信機能及びセンシング機能を稼動することで行う。
【００２５】
また、中継装置２００の切替部２０１は、計測装置１００の切替部１０１と同様に、内部メモリから稼動時刻を読み出し、当該稼動時刻と自装置の内蔵時計が示す現在時刻とが一致するか否かを判定する（ステップＳ２０１）。切替部２０１は、稼動時刻と現在時刻とが一致すると判定した場合（ステップＳ２０１：ＹＥＳ）、自装置の状態を稼動状態に切り替える（ステップＳ２０２）。なお、中継装置２００の稼動状態への切り替えは、切替部２０１が自装置のＣＰＵのクロック周波数及び電源電圧を所定の値に上げ、無線通信機能を稼動することで行う。次に、受信部２０２は、計測装置１００からの計測情報の受信を待機する（ステップＳ２０３）。
【００２６】
ステップＳ１０２で計測装置１００が稼動状態となると、計測装置１００の計測部１０２は、計測対象物の物理量を電気信号に変換することで、計測対象物の物理量を計測する（ステップＳ１０３）。次に、計測部１０２は、変換して得られた電気信号の電圧値または電流値から計測対象物の物理量を算出し、当該物理量を示す計測情報を生成する（ステップＳ１０４）。
【００２７】
次に、送信部１０３は、計測部１０２が生成した計測情報を中継装置に送信する（ステップＳ１０５）。このとき、送信部１０３は、自装置が他の計測装置１００を介して中継装置２００と接続している場合、当該他の計測装置１００を介して中継装置に計測情報を送信する。次に、切替部１０１は、自装置の状態を省電力状態に切り替える（ステップＳ１０６）。なお、計測装置１００の省電力状態への切り替えは、切替部１０１が自装置のＣＰＵのクロック周波数及び電源電圧を下げ、無線通信機能及びセンシング機能を停止することで行っても良いし、ＣＰＵ及びセンサへの給電を停止することで行っても良い。
【００２８】
他方、ステップＳ２０３で中継装置２００の受信部２０２が受信待機を開始し、ステップＳ１０５で計測装置１００が計測情報を送信すると、受信部２０２は、計測装置１００から計測情報を受信する（ステップＳ２０４）。次に、受信部２０２は、受信した計測情報を記憶部２０３に記録する（ステップＳ２０５）。このとき、受信部２０２は、受信元の計測装置の識別情報及び受信日時に関連付けて計測情報を記録しておくことが望ましい。
【００２９】
次に、受信部２０２は、計測情報を全ての計測装置１００から受信したか否かを判定する（ステップＳ２０６）。当該判定は、例えば、受信部２０２が予め全ての計測装置１００の識別情報を示すリストを記憶しておき、計測情報の受信毎に当該リストから受信元の識別情報を削除し、当該リストが空であるか否かを判定することで実行することができる。
【００３０】
受信部２０２は、計測情報を受信していない計測装置１００が存在すると判定した場合（ステップＳ２０６：ＮＯ）、ステップＳ２０４に戻り、残りの計測情報の受信を行う。他方、受信部２０２が計測情報を全ての計測装置１００から受信したと判定した場合（ステップＳ２０６：ＹＥＳ）、切替部２０１は、自装置の状態を省電力状態に切り替える（ステップＳ２０７）。なお、中継装置２００の省電力状態への切り替えは、切替部２０１が自装置のＣＰＵのクロック周波数及び電源電圧を下げ、無線通信機能を停止することで行う。なお、中継装置２００は、列車接近を検知してただちに稼動状態に遷移する必要があるため、計測装置１００のように、ＣＰＵへの給電を停止することで省電力状態に遷移することは好ましくない。
これにより、中継装置２００は、計測装置１００が測定した計測情報を集約することができる。
【００３１】
他方、切替部２０１がステップＳ２０１で、稼動時刻と現在時刻とが一致しないと判定した場合、検出部２０４は、収集装置３００を搭載した列車が自装置に近接しているか否かを判定する（ステップＳ２１１）。具体的には、検出部２０４は、レールの側面に設けられた圧電素子に接続され、当該圧電素子から列車の走行による振動により発生する起電力を入力する。そして、圧電素子の起電力が所定の閾値を上回ったときに、検出部２０４は、収集装置３００を搭載した列車が自装置に近接していると判定する。
また、検出部２０４は、圧電素子から入力された起電力を二次電池またはコンデンサに充電し、充電された電力を以降の自装置の駆動の補助に用いる。これにより、中継装置２００は、電源からの消費電力量を削減することができる。
なお、圧電素子の設置場所は、レールの側面に限られず、例えば、まくら木や軌道路盤など、列車の走行による振動を検知できる場所であれば良い。
【００３２】
検出部２０４が、収集装置３００を搭載した列車が自装置に近接していないと判定した場合（ステップＳ２１１：ＮＯ）、ステップＳ２０１に戻り、現在時刻と稼動時刻との比較を継続する。
他方、検出部２０４が、収集装置３００を搭載した列車が自装置に近接していると判定した場合（ステップＳ２１１：ＹＥＳ）、切替部２０１は、自装置の状態を稼動状態に切り替える（ステップＳ２１２）。
【００３３】
次に、送信部２０５は、記憶部２０３が記憶する計測情報を、収集装置３００に送信する（ステップＳ２１３）。送信部２０５が、計測情報の送信を完了すると、切替部２０１は、自装置の状態を省電力状態に切り替える（ステップＳ２１４）。
また、ステップＳ２１３で送信部２０５が計測情報を送信すると、収集装置３００は、当該計測情報を受信する（ステップＳ３０１）。これにより、中継装置２００は、計測装置１００から受信した情報を収集装置３００に転送することができる。
そして、収集装置３００は、列車の移動に伴い、計測情報の利用箇所（例えば、センターサーバなど）に受信した計測情報を運搬する。これにより、計測装置１００及び中継装置２００が設置された場所において携帯電話回線を用いた通信など他の通信手段が利用できない場合にも、計測情報の利用箇所へ確実に計測情報を出力することができる。
【００３４】
次に、本実施形態における計測装置１００及び中継装置２００の状態の遷移について説明する。
図３は、計測装置及び中継装置の状態の遷移を示す図である。
図３に示すように、計測装置１００、中継装置２００ともに、現在時刻が所定の稼動時刻になった時点で省電力状態から稼動状態に遷移し、計測装置１００から中継装置２００に計測情報を送信する。そして、計測情報の送受信が終了した時点で、計測装置１００、中継装置２００ともに、省電力状態に遷移する。
また、中継装置２００は、上述した稼動時刻に基づく状態遷移に加え、列車検知により稼動状態に遷移する。このときは、各計測装置１００から事前に（一定周期毎の稼動状態時に）受信して記憶部２０３に記録した計測情報を、収集装置３００に送信する。そして、計測情報の送信が終了した時点で、中継装置は省電力状態に遷移する。
【００３５】
図４は、電力消費レベルの推移を示す図である。
図４に示すように、列車が近接していない場合は、計測装置１００及び中継装置２００は、稼動時刻毎に計測装置１００から中継装置２００への計測情報の伝送が行われ、これにより消費電力が上がる。列車が近接した場合は、計測装置１００から収集した計測情報をまとめて収集装置３００に送信するため、中継装置２００のみ消費電力が上がる。
【００３６】
このように、本実施形態によれば、計測装置１００及び中継装置２００は、同期してそれぞれの装置を所定の電力量で動作させる稼動状態に切り替え、計測装置１００及び中継装置２００間で計測情報の伝送を行う。そして伝送終了後、計測装置１００及び中継装置２００は、それぞれの装置を所定の電力量より小さい電力量で動作させる省電力状態に切り替える。これにより、計測装置１００及び中継装置２００は、少ない消費電力で計測情報の伝送を行うことができる。
また、中継装置２００は、検出部２０４が収集装置３００を搭載した列車の近接を検出した場合に、自装置を所定の電力量で動作させる稼動状態に切り替えて中継装置２００及び収集装置３００間で計測情報の伝送を行う。これにより、中継装置２００は、確実に収集装置３００に計測信号の伝送ができるときに、稼動状態に切り替わり、計測信号の送信を行うことができる。
【００３７】
以上、図面を参照してこの発明の一実施形態について詳しく説明してきたが、具体的な構成は上述のものに限られることはなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲内において様々な設計変更等をすることが可能である。
例えば、本実施形態では、計測装置１００の切替部１０１及び中継装置２００の切替部２０１が、それぞれ内部メモリに１つまたは複数の稼動時刻を記憶し、当該稼動時刻に基づいて状態を稼動状態に切り替える例を説明した。しかし、これに限られず、例えば、計測装置１００の切替部１０１及び中継装置２００の切替部２０１は、前回自装置の状態を稼動状態に切り替えた時刻からの経過時間を計時し、当該経過時間が所定のインターバル時間と一致したときに再度稼動状態に切り替えるようにしても良い。
【００３８】
但し、この場合、中継装置２００の切替部２０１は、計測装置１００と同時刻に状態の切り替えを行うために、列車の近接により状態を切り替えた時刻からの経過時間の計時を行わない。つまり、上述したステップＳ２０２によって稼動状態となった場合には経過時間の計時を行い、ステップＳ２１２によって稼動状態となった場合には経過時間の計時を行わない。
【００３９】
また、本実施形態では、中継装置２００の検出部２０４が受動型センサである圧電素子を備える場合を説明したが、これに限られない。例えば、検出部２０４が圧電素子の代わりに、例えば車軸センサなどの能動型センサを備え、中継装置２００に供給される電源と別の電源から当該能動型センサへ電力を供給することで、同様の効果を得ることができる。
【００４０】
このとき、検出部２０４が備える能動型センサは、計測装置１００や中継装置２００の消費電力より少ない消費電力で動作するものを用いることが望ましい。また、能動型センサを用いる場合、検出部２０４は、列車の運行情報を記憶しておき、列車が通過すると見込まれる時刻より所定の時間前の時刻から能動型センサを動作させることで、能動型センサの消費電力を削減することができる。
また、検出部２０４が備えるセンサとしては、圧電素子や車軸センサに限られず、加速度センサなどの他の機械式センサなどを用いても良い。但し、検出部２０４が備えるセンサとしては、圧電素子を用いることが好ましい。その理由は、列車の走行による振動を検出することから他のセンサより早く列車の近接を検出でき、さらに、受動型センサであり、発生した起電力を自装置の駆動に用いることができるためである。
【００４１】
また、本実施形態では、計測装置１００と中継装置２００とがそれぞれ正確な時計を有し、時刻のズレが生じない前提で説明を行ったが、実際には装置間で時刻のズレが生じる。そのため実際には、中継装置２００は、稼動状態中に所定の通信の終了後、計測装置１００に時刻情報を送信し、計測装置１００は、中継装置２００から受信した時刻情報に基づいて時刻あわせを行う。なお、ネットワークを介した時刻あわせには、ＮＴＰ（Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｔｉｍｅ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）などを用いられることが多いが、これに限られず、より簡易なプロトコルを用いて時刻合わせを行っても良い。
【００４２】
また、本実施形態では、収集装置３００が、列車の移動に伴い、計測情報の利用箇所に受信した計測情報を運搬する場合を説明したが、これに限られず、例えば、収集装置３００は、鉄道沿線のうち携帯電話圏外で計測情報を受信し、列車の移動に伴い、携帯電話圏内に移動した際に、当該計測情報をすみやかに送信するようにしても良い。
【００４３】
上述の計測装置１００、中継装置２００、収集装置３００は内部に、コンピュータシステムを有している。そして、上述した各処理部の動作は、プログラムの形式でコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記憶されており、このプログラムをコンピュータが読み出して実行することによって、上記処理が行われる。ここでコンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、半導体メモリ等をいう。また、このコンピュータプログラムを通信回線によってコンピュータに配信し、この配信を受けたコンピュータが当該プログラムを実行するようにしても良い。
【００４４】
また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良い。さらに、前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であっても良い。
【符号の説明】
【００４５】
１００、１００−１〜１００−Ｎ…計測装置 １０１…切替部 １０２…計測部 １０３…送信部 ２００…中継装置 ２０１…切替部 ２０２…受信部 ２０３…記憶部 ２０４…検出部 ２０５…送信部 ３００…収集装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
計測対象物の物理量を計測する複数の計測装置と、列車に搭載され、前記計測装置による計測情報を収集する収集装置と、前記計測装置による計測結果を前記収集装置に送信する中継装置とを備える計測情報収集システムであって、
前記計測装置は、
他の計測装置及び中継装置と同期して、自装置を所定の電力量で動作させる稼動状態に切り替える稼動部と、
前記稼動部が自装置を前記稼動状態に切り替えた場合に、計測対象物の物理量を計測し、当該物理量を示す計測情報を生成する計測部と、
前記計測部が生成した計測情報を前記中継装置に送信する送信部と、
前記送信部が前記計測情報を送信した後に、自装置を所定の電力量より低い電力量で動作させる省電力状態に切り替える省電力部と
を備え、
前記中継装置は、
前記計測装置と同期して、自装置を前記稼動状態に切り替える第１の稼動部と、
前記第１の稼動部が自装置を前記稼動状態に切り替えた場合に、前記計測装置から計測情報を受信する受信部と、
前記収集装置を搭載された列車の近接を検出する検出部と、
前記検出部が前記列車の近接を検出した場合に、自装置を前記稼動状態に切り替える第２の稼動部と、
前記第２の稼動部が自装置を稼動状態に切り替えた場合に、前記受信部が受信した計測情報を前記収集装置に送信する送信部と、
前記受信部が前記計測情報を受信した後、及び前記送信部が前記計測情報を送信した後に、自装置を前記省電力状態に切り替える省電力部と
を備えることを特徴とする計測情報収集システム。
【請求項２】
前記中継装置の検出部は、列車の走行による振動を検出する圧電素子により列車の近接を検出することを特徴とする請求項１に記載の計測情報収集システム。
【請求項３】
前記中継装置の検出部の圧電素子に生じた起電力を自装置の駆動に用いることを特徴とする請求項２に記載の計測情報収集システム。
【請求項４】
計測対象物の物理量を計測する複数の計測装置と、列車に搭載され、前記計測装置による計測情報を収集する収集装置と、前記計測装置による計測結果を前記収集装置に送信する中継装置とを備える計測情報収集システムを用いた計測情報収集方法であって、
前記計測装置の稼動部及び前記中継装置の第１の稼動部は、同期して自装置を所定の電力量で動作させる稼動状態に切り替え、
前記計測装置の計測部は、計測対象物の物理量を計測して当該物理量を示す計測情報を生成し、
前記計測装置の送信部は、前記計測装置の計測部が生成した計測情報を前記中継装置に送信し、
前記中継装置の受信部は、前記計測装置から計測情報を受信し、
前記計測装置の省電力部は、前記計測装置の送信部が前記計測情報を送信した後に、自装置を所定の電力量より低い電力量で動作させる省電力状態に切り替え、
前記中継装置の省電力部は、前記中継装置の受信部が前記計測情報を受信した後に、自装置を前記省電力状態に切り替え、
前記中継装置の検出部は、前記収集装置を搭載された列車の近接を検出し、
前記中継装置の第２の稼動部は、前記中継装置の検出部が前記列車の近接を検出した場合に、自装置を前記稼動状態に切り替え、
前記中継装置の送信部は、前記中継装置の第２の稼動部が自装置を稼動状態に切り替えた場合に、前記中継装置の受信部が受信した計測情報を前記収集装置に送信し、
前記中継装置の省電力部は、前記中継装置の送信部が前記計測情報を送信した後に、自装置を前記省電力状態に切り替える
ことを特徴とする計測情報収集方法。
【請求項５】
計測対象物の物理量を計測する複数の計測装置が送信する計測結果を、列車に搭載され、前記計測装置による計測情報を収集する収集装置に送信する中継装置であって、
前記計測装置と同期して、自装置を前記稼動状態に切り替える第１の稼動部と、
前記第１の稼動部が自装置を前記稼動状態に切り替えた場合に、前記計測装置から計測情報を受信する受信部と、
前記収集装置を搭載された列車の近接を検出する検出部と、
前記検出部が前記列車の近接を検出した場合に、自装置を前記稼動状態に切り替える第２の稼動部と、
前記第２の稼動部が自装置を稼動状態に切り替えた場合に、前記受信部が受信した計測情報を前記収集装置に送信する送信部と、
前記受信部が前記計測情報を受信した後、及び前記送信部が前記計測情報を送信した後に、自装置を前記省電力状態に切り替える省電力部と
を備えることを特徴とする中継装置。
【請求項６】
計測対象物の物理量を計測する複数の計測装置が送信する計測結果を、列車に搭載され、前記計測装置による計測情報を収集する収集装置に送信する中継装置を、
前記計測装置と同期して、自装置を前記稼動状態に切り替える第１の稼動部、
前記第１の稼動部が自装置を前記稼動状態に切り替えた場合に、前記計測装置から計測情報を受信する受信部、
前記収集装置を搭載された列車の近接を検出する検出部、
前記検出部が前記列車の近接を検出した場合に、自装置を前記稼動状態に切り替える第２の稼動部、
前記第２の稼動部が自装置を稼動状態に切り替えた場合に、前記受信部が受信した計測情報を前記収集装置に送信する送信部、
前記受信部が前記計測情報を受信した後、及び前記送信部が前記計測情報を送信した後に、自装置を前記省電力状態に切り替える省電力部
として機能させるためのプログラム。
【請求項１】
計測対象物の物理量を計測する複数の計測装置と、列車に搭載され、前記計測装置による計測情報を収集する収集装置と、前記計測装置による計測結果を前記収集装置に送信する中継装置とを備える計測情報収集システムであって、
前記計測装置は、
他の計測装置及び中継装置と同期して、自装置を所定の電力量で動作させる稼動状態に切り替える稼動部と、
前記稼動部が自装置を前記稼動状態に切り替えた場合に、計測対象物の物理量を計測し、当該物理量を示す計測情報を生成する計測部と、
前記計測部が生成した計測情報を前記中継装置に送信する送信部と、
前記送信部が前記計測情報を送信した後に、自装置を所定の電力量より低い電力量で動作させる省電力状態に切り替える省電力部と
を備え、
前記中継装置は、
前記計測装置と同期して、自装置を前記稼動状態に切り替える第１の稼動部と、
前記第１の稼動部が自装置を前記稼動状態に切り替えた場合に、前記計測装置から計測情報を受信する受信部と、
前記収集装置を搭載された列車の近接を検出する検出部と、
前記検出部が前記列車の近接を検出した場合に、自装置を前記稼動状態に切り替える第２の稼動部と、
前記第２の稼動部が自装置を稼動状態に切り替えた場合に、前記受信部が受信した計測情報を前記収集装置に送信する送信部と、
前記受信部が前記計測情報を受信した後、及び前記送信部が前記計測情報を送信した後に、自装置を前記省電力状態に切り替える省電力部と
を備えることを特徴とする計測情報収集システム。
【請求項２】
前記中継装置の検出部は、列車の走行による振動を検出する圧電素子により列車の近接を検出することを特徴とする請求項１に記載の計測情報収集システム。
【請求項３】
前記中継装置の検出部の圧電素子に生じた起電力を自装置の駆動に用いることを特徴とする請求項２に記載の計測情報収集システム。
【請求項４】
計測対象物の物理量を計測する複数の計測装置と、列車に搭載され、前記計測装置による計測情報を収集する収集装置と、前記計測装置による計測結果を前記収集装置に送信する中継装置とを備える計測情報収集システムを用いた計測情報収集方法であって、
前記計測装置の稼動部及び前記中継装置の第１の稼動部は、同期して自装置を所定の電力量で動作させる稼動状態に切り替え、
前記計測装置の計測部は、計測対象物の物理量を計測して当該物理量を示す計測情報を生成し、
前記計測装置の送信部は、前記計測装置の計測部が生成した計測情報を前記中継装置に送信し、
前記中継装置の受信部は、前記計測装置から計測情報を受信し、
前記計測装置の省電力部は、前記計測装置の送信部が前記計測情報を送信した後に、自装置を所定の電力量より低い電力量で動作させる省電力状態に切り替え、
前記中継装置の省電力部は、前記中継装置の受信部が前記計測情報を受信した後に、自装置を前記省電力状態に切り替え、
前記中継装置の検出部は、前記収集装置を搭載された列車の近接を検出し、
前記中継装置の第２の稼動部は、前記中継装置の検出部が前記列車の近接を検出した場合に、自装置を前記稼動状態に切り替え、
前記中継装置の送信部は、前記中継装置の第２の稼動部が自装置を稼動状態に切り替えた場合に、前記中継装置の受信部が受信した計測情報を前記収集装置に送信し、
前記中継装置の省電力部は、前記中継装置の送信部が前記計測情報を送信した後に、自装置を前記省電力状態に切り替える
ことを特徴とする計測情報収集方法。
【請求項５】
計測対象物の物理量を計測する複数の計測装置が送信する計測結果を、列車に搭載され、前記計測装置による計測情報を収集する収集装置に送信する中継装置であって、
前記計測装置と同期して、自装置を前記稼動状態に切り替える第１の稼動部と、
前記第１の稼動部が自装置を前記稼動状態に切り替えた場合に、前記計測装置から計測情報を受信する受信部と、
前記収集装置を搭載された列車の近接を検出する検出部と、
前記検出部が前記列車の近接を検出した場合に、自装置を前記稼動状態に切り替える第２の稼動部と、
前記第２の稼動部が自装置を稼動状態に切り替えた場合に、前記受信部が受信した計測情報を前記収集装置に送信する送信部と、
前記受信部が前記計測情報を受信した後、及び前記送信部が前記計測情報を送信した後に、自装置を前記省電力状態に切り替える省電力部と
を備えることを特徴とする中継装置。
【請求項６】
計測対象物の物理量を計測する複数の計測装置が送信する計測結果を、列車に搭載され、前記計測装置による計測情報を収集する収集装置に送信する中継装置を、
前記計測装置と同期して、自装置を前記稼動状態に切り替える第１の稼動部、
前記第１の稼動部が自装置を前記稼動状態に切り替えた場合に、前記計測装置から計測情報を受信する受信部、
前記収集装置を搭載された列車の近接を検出する検出部、
前記検出部が前記列車の近接を検出した場合に、自装置を前記稼動状態に切り替える第２の稼動部、
前記第２の稼動部が自装置を稼動状態に切り替えた場合に、前記受信部が受信した計測情報を前記収集装置に送信する送信部、
前記受信部が前記計測情報を受信した後、及び前記送信部が前記計測情報を送信した後に、自装置を前記省電力状態に切り替える省電力部
として機能させるためのプログラム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１１−１９３２５４（Ｐ２０１１−１９３２５４Ａ）
【公開日】平成２３年９月２９日（２０１１．９．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−５７９１７（Ｐ２０１０−５７９１７）
【出願日】平成２２年３月１５日（２０１０．３．１５）
【出願人】（０００１７３７８４）公益財団法人鉄道総合技術研究所 (1,666)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年９月２９日（２０１１．９．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月１５日（２０１０．３．１５）
【出願人】（０００１７３７８４）公益財団法人鉄道総合技術研究所 (1,666)
【Ｆターム（参考）】
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