远程状态监视系统及监视方法与流程

本发明涉及远程状态监视系统及监视方法。

背景技术：

自以往以来已知一种技术在构造物的预定部位进行计测，且监视构造物的状态，有利于供构造物的预防性维护。

在下述专利文献1中揭示一种状态监视系统，其设在桥墩，具有：测定加速度的加速度传感器；及根据解析加速度所得的振动波形来评估桥墩的健全性的信息处理装置。

在下述专利文献2中揭示一种计测系统，其具有：设在计测部位的子单元；及通过无线而与子单元作通信的主单元。子单元具有：计测应变、位移、加速度等物理量的传感器；将借由传感器被检测到的各物理量的信息传送至主单元的无线通信单元；及对传感器及通信单元供给电力的电池。

在下述专利文献3中揭示一种预防性维护监测系统，其具有：设置在构造物，检测位移的多个加速度传感器；根据借由加速度传感器被检测到的位移来评估疲乏的运算装置；及通过互联网网络而连接于运算装置，且显示运算结果的显示手装置。

先前技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2015-230206号公报

专利文献2：日本特开2008-234361号公报

专利文献3：日本特开2015-98686号公报

技术实现要素：

发明所欲解决的课题

在现有的远程状态监视系统中，使用3g或lte等移动电话线路，以远程传送表示构造物的状态的信息。如上所示的现有的移动电话线路虽然可靠性或可用性高，但是通话费与通信机器的成本高。在iot(internetofthings，物联网)中，进行通信的设备变多，因此有耗费在通信的成本昂贵的课题。

此外，借由现有的移动电话线路所为的通信为高消耗电力，因此内置于设备的电池容量变大，结果有设备本身变大的问题。

近来，以iot时代的次世代无线通信标准而言，以省电力型广域无线网服务备受瞩目，且进行实证实验。省电力型广域无线网服务为使用例如被称为lpwa(lowpowerwidearea)的无线通信技术的服务。借由使用省电力型广域无线网服务，可为低价格、低消耗电力、而且长距离通信。但是，所述无线通信服务传送速度低且所传送接收的数据尺寸小，因此有无法以远程传送全部表示构造物的状态的如现有所示的构造物信息的问题。

此外，关于在山区或离岛难以供电的共有的场所安定地传送数据，仍非为充分满足者。

本发明提供利用无线线路，可由远程良好地监视构造物的状态的远程状态监视系统及监视方法。

解决课题的手段

本发明的远程状态监视系统具有：信息收集单元，其设在构造物，收集关于构造物的状态的信息；及监视单元，其通过通信线路而与前述信息收集单元相连接，且以远程监视构造物，所述远程状态监视系统的特征为：前述通信线路为省电力型广域无线的通信线路，前述信息收集单元具有：传感器单元，其计测表示物理量的数据；数据处理单元，其处理前述传感器单元所计测到的数据；及第一通信单元，其将前述数据处理单元所处理的数据传送至前述监视单元，前述监视单元具有：第二通信单元，其接收前述信息收集单元的数据；存储单元，其存储前述第二通信单元所接收到的数据；及信息提取单元，其根据被存储在存储单元的数据，提取表示构造物的状态的信息，前述传感器单元包含计测应变量的应变传感器，信息提取单元为若前述应变量超过预定值，输出所述应变量或表示异常状态的信息中的至少一个。

本发明的监视方法为通过省电力型广域无线的通信线路，以远程监视构造物的远程状态监视方法，其特征为：具有：设在构造物的传感器单元计测表示物理量的数据的步骤；处理所计测出的数据的步骤；将所处理的数据传送至远程的监视单元的步骤；在远程单元接收所被传送出的数据的步骤；存储所接收到的数据的步骤；及根据所存储的数据，提取表示构造物的状态的信息的步骤，前述传感器单元包含计测应变量的应变传感器，提取信息的步骤为若前述应变量超过预定值，输出所述应变量或表示异常状态的信息中的至少一个。

本发明的远程状态监视系统具有：多个信息收集单元，其设在构造物，收集关于构造物的状态的信息；及监视单元，其通过通信线路而与前述信息收集单元相连接，且以远程监视构造物，所述远程状态监视系统的特征为：前述信息收集单元具有：传感器单元，其为计测应变量；加速度传感器单元，其为计测加速度；数据处理单元，其处理前述传感器单元及前述加速度传感器单元所计测到的数据；及第一通信单元，其将前述数据处理单元所处理的数据传送至前述监视单元，前述监视单元具有：第二通信单元，其接收前述多个信息收集单元的数据；存储单元，其存储前述第二通信单元所接收到的数据；及信息提取单元，其根据被存储在存储单元的数据，提取表示构造物的状态的信息，前述存储单元存储表示前述应变量与前述加速度的相关关系、前述应变量与温度的相关关系、或前述应变量与湿度的相关关系的至少一个的相关关系数据存储，前述信息提取单元分别比较前述多个信息收集单元中的前述相关关系数据，若所述相关关系数据间的背离超过预定值，输出所述相关关系数据或表示异常状态的信息中的至少一个。

发明的效果

借由本发明的远程状态监视系统及监视方法，可利用无线线路，由远程良好地监视构造物的状态。此外，即使有通信数据量少的无线通信方式的特有制约，也可将掌握构造物的状况所需数据传送至远程的监视单元。此外，即使在难以在远程地的供电的确保的场所，也可安定地将数据传送至监视单元。

此外，根据由信息收集单元所送来的预定时刻的数据，可掌握构造物的损伤、缺陷、或至所述为止的时期。因此，可快速对应修理(事后维护)，并且可拟定防患事故发生于未然的预防性维护的相关适当修缮计划。此外，关于保养(定期维护)的检查时期、检查项目、检查部位等计划性也提升。

附图说明

图1显示本实施方式的远程状态监视系统的构成的图。

图2显示使用远程状态监视系统的监视方法的流程的流程图。

具体实施方式

以下使用图示，说明远程状态监视系统及监视方法的实施方式。其中，并非为限定于以下实施方式者。

图1显示远程状态监视系统10的构成的图。远程状态监视系统10由远程监视建筑物、桥、隧道、设备机器、船舶、电线杆、交通管制设施、土制构造物、道路、配管、输油管等构造物(未图示)的状态的系统。所述系统被利用在构造物经年劣化的状态及进展的掌握、事故的防患未然、地震或灾害或火灾时的损伤状态或范围的掌握、事故防止、预防性维护、工程计划草拟等。以下将远程状态监视系统10仅记载为系统10。

系统10具有：设在构造物，收集关于构造物的状态的信息的信息收集单元12、及以远程监视构造物的监视单元14。信息收集单元12与监视单元14通过通信线路16而相连接。信息收集单元12为所谓iot设备，设置一个、或多个，将由各种传感器被输出的测定数据传送至监视单元14。

通信线路16有sigfox(注册商标)、lora(注册商标)、nb-iot、nb-fiprotocol、greenofdm、dash7、rpma、wi-sun、lte-mtc等省电力型广域无线的通信线路(lpwa(lowpowerwidearea))、bluetooth(注册商标)、wi-fi(注册商标)、enocean(注册商标)、zigbee(注册商标)等近距离无线通信方式、蜂窝系lpwa、通信3g或lte等移动电话线路的通信线路。例如sigfox传送距离为长距离，为数十千米，传送速度为超低速，为100bps(上行)，数据为12比特位组(上行)，且是ethernet(注册商标)数据的1/100以下的大小。

信息收集单元12包含：作为计测表示物理量的数据的传感器单元18的计测应变量的应变传感器28、与计测加速度的加速度传感器30、与计测温度的温度传感器32；处理传感器单元18所计测到的数据的数据处理单元20；将数据处理单元20所处理的数据传送至监视单元14的第一通信单元22；具有计时功能的计时器单元24；及对信息收集单元12内的各机器供给电力的电源单元26。

应变传感器28计测构造物的应变量，也就是应变或位移的物理量的传感器，例如应变计。加速度传感器30为计测构造物的振动信息的传感器，可检测微小振动的1轴、或多轴加速度计。温度传感器32为计测构造物的温度的传感器，例如热敏电阻。传感器单元18虽未图示，也可包含角度传感器、音响传感器、超音波传感器、湿度传感器、gps传感器、距离传感器。

数据处理单元20将传感器单元18所计测到的数据处理成可利用通信线路16的数据、而且可掌握构造物的状态的数据。具体而言，数据处理单元20提取预定时刻的应变量、加速度及温度。此外，若湿度也被计测出，数据处理单元20也提取预定时刻的湿度。

第一通信单元22具有构装有用以实现与通信线路16的通信的应用程序的芯片、及天线的通信接口。以一例而言，说明通信线路16为sigfox时的通信内容。sigfox现况1次的数据量为至12比特位组为止。本实施方式中表示物理量的各数据是应变量为3比特位组、1轴的加速度为2比特位组、温度为2比特位组，若包含通信时所附加的标头5比特位组，合计12比特位组。此时，可以1次通信将全部数据通信。此外，若另外使用2轴的加速度与湿度作为表示物理量的数据，则增加6比特位组。此时分为2次通信来传送全部数据。

计时器单元24可任意设定上述预定时刻，至成为所述时刻时即将控制讯号输出至数据处理单元20。预定时刻为可1天日夜2次，也可1天3次以上，也可为数天1次。

电源单元26为若可对数据处理单元20、第一通信单元22及计时器单元24供给电力即可，列举：由外部的能量将电力发电的发电功能与电池的组合、将构造物的振动转换成电力的压电元件、将热转换成电力的热转换元件、可安装卸下的干电池、太阳光电池、染料敏化太阳电池。电源单元26优选为不需要配线或充电的独立型电源。

接着，说明由远程监视构造物的装置。在监视单元14对利用所述系统的利用者的终端机(未图示)，通过有线或无线的通信线路而相连接，利用者可根据由监视单元14所输出的信息，来掌握构造物的状态。监视单元14具有：接收信息收集单元12的数据的第二通信单元34；存储第二通信单元34所接收到的数据的存储单元36；及根据被存储在存储单元36的数据，提取表示构造物的状态的信息的信息提取单元38。

第二通信单元34与第一通信单元22同样地，为具有构装有用以实现与通信线路16的通信的应用程序的芯片与天线的通信接口，接收来自第一通信单元22的数据。

存储单元36为hdd(harddiskdrive，硬盘驱动机)、ssd(solidstatedrive，固态驱动器)等储存装置。存储单元36存储由信息收集单元12被传送的上述各种数据。此外，若在传感器单元18包含温湿度传感器，也存储湿度的数据。此外，存储单元36可在由信息收集单元12被传送的数据之中，作为表示应变量与加速度的相关关系的相关关系数据，且将其存储。此外，存储单元36也可存储信息提取单元38的运算结果、os(operatingsystem，操作系统)、或各种应用程序等。

信息提取单元38运算被存储在存储单元36的各种数据，输出表示构造物的状态的信息。此外，信息提取单元38可将由信息收集单元12被传送的数据直接用在运算。

信息提取单元38为若应变量超过预定值，即输出所述应变量或表示异常状态的信息种的至少一个。预定值为在设有信息收集单元12的部位发生裂痕等缺陷的程度的应变量。表示异常状态的信息为利用者可辨识的信息，例如文字信息。由此，可在远程掌握已发生缺陷的情形。此外，若由过去的数据掌握到上述部位的损伤的进展程度时，也可将导致所述损伤之前的应变量设定为预定值。由此，可将事故防患于未然。

此外，信息提取单元38可根据应变量、及被存储在存储单元36的应变传感器28的量规长度来算出位移量。接着，信息提取单元38为若所述位移量超过预定值，也可输出所述位移量或表示异常状态的信息的至少一方。此时，预定值为在设有信息收集单元12的部位发生裂痕等缺陷的程度的位移量。位移量为被存储在存储单元36，可使用作为应变量的替代参数。

此外，信息提取单元38也可根据被存储在存储单元36的过去的应变量来算出近似曲线，且由所述曲线算出到达前述预定值的时期。借由掌握损伤程度与损伤时期，可拟定充裕而且无过与不足的修缮计划。

此外，信息提取单元38映射预定时刻中的应变量与温度的相关关系、应变量与湿度的相关关系、应变量与温湿度的相关关系、及应变量与加速度的相关关系且存储在存储单元36。所述动作为每逢由信息收集单元12新传送数据即进行，被覆写在各个的映射(mapping)。

接着，信息提取单元38为由信息收集单元12被送来的应变量与温度与过去的应变量与温度的相关关系相比，若有预定的背离，输出所述相关关系或表示异常状态的信息的至少一方。表示相关关系的信息系表、图表等。应变量通常依1天单位或季节单位的温度变化而改变。此外，因构造物经年劣化，应变量的变化量或变化的轨迹与过去不同，或应变量的变化区域的分布与过去不同。如上所示的不同为在相关关系的映射上设置临限值或区域，若最新数据超过所述所设定的预定值，作为预定的背离来处理，借由信息提取单元38输出作为表示异常状态的信息。作为预定背离的预定值为构造物固有者，因此在运用中，可借由分析至导致损伤为止的数据来任意设定。由此，可由远程掌握构造物已损伤的情形、或有导致损伤的危险性。此外，可使用湿度、或温湿度，来取代作为相关关系的参数的1的温度。应变量通常依1天单位或季节单位的湿度或温湿度变化而改变之故。信息提取单元38为与过去的应变量与湿度的相关关系、或过去的应变量与温湿度的相关关系相比，若有预定的背离，输出所述相关关系或表示异常状态的信息的至少一方。相关关系的映射上的临限值或区域的设定方法及表示异常状态的信息的输出方法为与参数为温度时相同。由此，可由远程掌握构造物已损伤的情形、或有导致损伤的危险性。

此外，信息提取单元38为若由信息收集单元12被送来的应变量与加速度，与过去的应变量与加速度的相关关系相比有预定的背离时，输出所述相关关系或表示异常状态的信息。表示相关关系的数据系表、图表等，所述数据(以下记载为相关关系数据)被存储在存储单元36。应变量与加速度有一定的相关关系，有若加速度大，应变量也变大的倾向。若构造物经年劣化，应变量与加速度的关系被标绘在与过去的相关关系的区域不同的区域。在过去的相关关系的区域的外缘设置临限值或境界线，若最新的相关关系数据超过所述所设定的预定值时，作为预定的背离来处理，信息提取单元38输出表示异常状态的信息。作为预定背离的预定值为构造物固有者，因此在运用中，可借由分析至导致损伤为止的相关关系数据来任意设定。由此，可由远程掌握构造物已损伤的情形、或有导致损伤的危险性。

此外，信息提取单元38分别比较多个信息收集单元12中的相关关系数据，若相关关系数据间的背离超过预定值，也可输出相关关系数据或表示异常状态的信息中的至少一个。在之前的段落中所说明的相关关系数据为关于相同的信息收集单元12所计测到的应变量与加速度者，信息提取单元38比较所述相关关系数据与过去的相同数据，且提取背离状况。另一方面，信息提取单元38也可分别比较各信息收集单元12中的相关关系数据，来提取背离状况。在各信息收集单元12中的相关关系数据中，也有一定的相关关系，若构造物经年劣化，在相关关系数据间的背离会产生变化。信息提取单元38为若所述背离超过预定值，输出表示异常状态的信息。作为预定背离的预定值为构造物固有者，因此在运用中，可借由分析至导致损伤为止的数据来任意设定。由此，可由远程掌握构造物的损伤状态、或推定未来的损伤。

具体而言，数据处理单元20为当所计测到的加速度为预定值以上时，检测地震的发生，且处理所述检测时刻中的计测数据而通信至监视单元14。

此外，数据处理单元20为在所被计测到的温度为预定值以上之时检测火灾发生，处理所述检测时刻中的计测数据而传送至监视单元14。其中，在所述态样中，也可以灾害检测为触发器而使计时器单元24进行动作，且以比平时为较短的跨距(span)，将详细数据定期作为计测数据而传送至监视单元14。

本发明的具特征的原理中的一个为利用构造物(固体材料)受到外力时的应力与应变(变形)的关系性者，将所述构造物所具有的力学上的特性与因温湿度或环境等所致的变化量数值化来进行比较。构造物的劣化一般借由外力、化学反应、蠕变、热等来进行。因此，利用劣化状态的变化量，也就是物理法则来继续监测变化量。如上所示，期待利用在对庞大而且长期的数据进行分析/解析而掌握、或推定损伤状态等各种用途。

以构造物而言，有混凝土、塑胶、金属。在精度提升方面，对施加振动等外力的构造物，使用应变量与加速度传感器的相关关系数据，对静置的构造物，使用应变量与温度或湿度的相关关系数据为佳。其中，应变传感器28为若在构造物表面被覆有涂布剂，在去除后，通过黏着剂而黏贴在构造物。

接着，使用图2，说明使用系统10的远程状态监视方法的一实施方式。

首先，在步骤s01中，设在构造物的传感器单元18计测表示物理量的数据。具体而言，应变传感器28计测应变量，加速度传感器30计测加速度，温度传感器32计测温度。

在步骤s02中，数据处理单元20处理被计测出的数据。具体而言，数据处理单元20提取预定时刻的应变量、加速度、温度。

接着，在步骤s03中，第一通信单元22将经处理的数据传送至远程的监视单元14，且在步骤s04中，在监视单元14中，第二通信单元34接收所被传送出的数据。接着，在步骤s05中，存储单元36存储被接收到的数据。

最后，在步骤s06中，信息提取单元38根据被存储在存储单元36的数据，提取表示构造物的状态的信息。具体而言，若应变量超过预定值，输出所述应变量或表示异常状态的信息。

本发明为若系统10具备可执行上述监视方法的功能即可，而非限定于图1所示的构成。上述一连串步骤可借由硬件来执行，也可借由软件来执行。此外，1个功能区块可由硬件单体所构成，也可由软件单体所构成，或者也可由所述的组合所构成。此外，本实施方式的监视单元14并非限定于上述构成，也可借由在利用者的终端机安装有至少一部分的功能的应用程序来进行动作。

也可在包含预定时刻的数分钟的时段，提取加速度的最大值。若加速度传感器30的检测轴数为3个，在各个轴中提取计测值。此时，由于通信数据量变多，因此第一通信单元22分为多次来进行通信。由此，在监视单元14中，可更详细地掌握构造物的状态。

此外，数据处理单元20可根据所被计测出的加速度，算出构造物的固有振动数，且将所述数据传送至监视单元14。在监视单元14中，可依因构造物的经年劣化或损伤所致的固有振动数的变化，来检测构造物的异常状态。

在本实施方式中，也可形成为可在第一通信单元22与第二通信单元34之间双向通信的构成。借由所述构成，可由监视单元14变更数据处理单元20的处理内容。此外，也可由监视单元14设定计时器单元24中的预定时刻。

在本实施方式中，利用者可针对所需信息或履历，借由在监视单元14进行存取来阅览或下载。由此，即使为构造物导致异常状态之前，利用者也可针对构造物的状态来掌握劣化的倾向。

附图标记：

10远程状态监视系统12信息收集单元14监视单元16通信线路18传感器单元20数据处理单元22第一通信单元24计时器单元26电源单元28应变传感器30加速度传感器32温湿度传感器34第二通信单元36存储单元38信息提取单元。