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1 第 4 回社会インフラのモニタリング技術活 推進検討委員会 資料 3 NICT ソーシャル ICT 分野における 社会インフラ監視関連の研究開発 平成 26 年 7 年 11 ( 独 ) 情報通信研究機構執 役細川瑞彦

2 さまざまな地域 社会の課題の解決に貢献するソーシャルICTの取り組み z NICTは ソーシャルICT をキーワードとして様々な分野での社会貢献を 指した研究開発を推進しています z モバイルワイヤレステストベッドの活 などを通じ 河川 橋梁 道路 建物等に配備される多様なセンサ モバイルワイヤレステストベッドの活 などを通じ 河川 橋梁 道路 建物等に配備される多様なセンサー 多様な容量のデータを収集 伝送する有無線ネットワーク 度分析可能な 規模データセンターによって地域 や社会の課題の解決 新たな価値の創出を 指します 国際無線通信規格Wi-SUN データ観測 収集 伝送 蓄積 分析データの流れ 家庭内 農業用 構造物モニタ/センサのための 省電力無線通信リンクの確立 データ分析 データ伝送 蓄積 衛星通信 データ利活用 社会還元 社会インフラの維持 管理 メタデータ作成 海洋 宇宙での高速衛星通信により グローバルな通信環境を提供 構造化 収集 登録 情報統合 横断検索 コンテクスト アウェアネス M2Mデータセンター 新世代通信網テストベッドJGN-X ソーシャルICTのための広域のネットワーク テストベッド環境を提供 大規模データの蓄積と横 断的利活用 PANDA(フェーズドアレイレーダ ドップラーライダ) [構造物観測] z 建造物の震災時の健全性を 建造物 震災時 健全性を 評価 z 橋梁の平常時の長期劣化を 評価 [路面 路線観測] [路面 路線観測] z 路面 路線や状態の見える化 z 土砂崩れ 老朽化等の異常 検知 [電力制御] z 電力使用量や蓄電量に基づく 電力供給の制御 ゲリラ豪雨 竜巻の防災 減災へ 降雨の3次元構造を30秒で観測 ネットワーク仮想化基盤 次世代のSDN NFVを実現する ネットワーク基盤 防災 減災機能の強化 航空機搭載合成開口レーダPi-SAR2 電波を使って 昼夜を問 わず 曇や噴煙があって も地表面を観測 地域分散無線ネットワークNerveNet 高い自律性により災害に強い地域 ネットワークを実現 大規模オープン テストベッドJOSE 利用者が専有 カスタマイズ可能な実験 環境を提供 [河川観測] [気象観測] [運行観測] [環境観測] 新産業 雇用の創出 新産業 雇用の創出 ソーシャルビッグデータの高度分析による新しい価値の創造 センサ 観測 デ タ収集 センサー観測 データ収集 [農業観測] [屋内環境観測] 2

3 NICT における ソーシャル ICT 推進の組織体制 民間企業 地方自治体 新協議会 ( 準備中 ) モバイルワイヤレス TB 等を活用したデータ収集 伝送蓄積 分析等のビッグデータ系のアプリケーション実証 実用化研究開発等を産学官連携で推進 大学等 関係省庁 ソーシャル ICT 推進研究センター MISSION NICTは モバイル ワイヤレスネットワークとビッグデータで分野横断的に ソーシャル ICT を key word に社会に貢献 補正予算の関連施設を中核に自主研究 委託研究 共同研究等を連携させ多様な研究開発 実証実験を実施し 社会に貢献する技術の確立 制度的課題の実証を実施 協議会等を通じ積極的に多様な機関と連携し 産業融合 分野融合を推進 3

4 平成 26 年度委託研究採択課題 ( 社会インフラのモニタリング技術関連 ) 課題 A ソーシャル ビッグデータ利活 アプリケーションの研究開発 ( 全 15 件のうち 5 件 ) 防災 減災 観光分野 雨量 河川水位データを用いた水位 水害危険水害危険度予測の研究開発 ( 沖電気工業株式会社他 ) 降水レーダーとセンサネットワークによる地域気象観測 予測と防災 エネルギーマネージメント (NPO 法人中央コリドー情報通信研究所他 ) インフラ保全分野 プログラマブル構造物センサーネットワーク設備を利用した実証実験 ( 株式会社 NTTデータ他 ) 構造物監視センサー活用実証実験 ( 日本電気株式会社他 ) はたらく車プロジェクト~ 公用車等の徹底活用によるビッグデータ利活用モデルの構築 ~ ( 株式会社ゼンリンデータコム他 ) 課題 B 新たなソーシャル ビッグデータ利活 基盤技術の研究開発 ( 全 7 件のうち 2 件 ) 交通 運輸分野 鉄道等の社会インフラが抱える課題解決を支える通信ネットワーク基盤の開発 ( 三菱電機株式会社他 ) インフラ保全分野 道路付帯構造物のセンシングおよび診断方法の研究 ( 株式会社 NTT データ他 ) 全採択課題および詳細に関する情報は Web ページ ( を参照 4

5 Wi-SUN( ワイヤレス スマートユーティリティ ネットワーク ) 各種メータ カメラ等のセンサ 屋内外の様々な機器が柔軟に無線ネットワークを構成し プライバシーやセキュリティに配慮して 情報収集 分析 える化 フィードバック等を う バ を含む社会全体の健康状態をモニターすることにより 安全で安 な社会を構築する ソーシャルクラウド データ収集 分析 える化 フィードバック ( セキュリティ ) 試作 試作 40 mm 開発した無線モジュール 20 mm 省エネ ( 単 3 電池 3 個で10 年間 ) サービスエリアの拡張が簡単 ( マルチホップ通信 ) 豊富なオプションにより様々な利 形態に対応可能 各種センサーと連携可能遠隔モニタリングの制御可能 構造物監視 防災センサ プローブカー 交通 農漁業 センサ 健康管理 スマートメーター 5

6 鉄道防災 実証試験装置鉄道路線のトンネル出 付近の 砂崩れ等による被害を防 するために 斜 にセンサーを設置して監視を うとともに 分析の結果により予測等を う 実証実験のポイント 公共交通の安全運行支援システムとして 路線周辺の斜面地のセンサー監視システムにより監視 検証を行う 災害発生そのものを未然に防いだり 災害規模の縮減が期待でき 耐災害コストの低減化が期待できる 転倒センサー センサー拠点 Wi-SUN 設置場所 : 京浜急行電鉄鉄道域内 カメラ拠点 監視カメラ 雨量計気温計 Wi-SUN 基地局 斜面に設置されるWi-SUN 転倒センサー ( マルチホップ機能によりWi- SUN 親機に情報を伝送 ) Wi SUN 基地局には転倒センサーへの通信機能 監視カメラ 雨量計 温湿度計を搭載 Wi SUNにより伝送されたセンサーからの情報はWi SUN 基地局内で3G/LTEの信号に変換されクラウド ( 横須賀 ) に情報を伝送 6

7 農業 実証試験装置 農作物の 産過程におけるきめの細かい品質管理を うための農業 センサーネットワーク実証試験装置 ネットワーク構成 親機 (Wi-SUN 無線通信機能付き ) コンテンツ管理 変換 送出 LTE/WiMAX 等 NICT サーバ Wi-SUN 子機 ( センサー ) Wi-SUN 子機 ( カメラ ) モバイル網 センサー情報管理基盤 ( データセンタ 横須賀 ) 生産者情報 生産者用管理情報 ( センサーデータ ) センサープラットフォーム ( 親機 ) 画像 GPS 温度 湿度 気圧 日照 赤外線 風速 土壌水分 土壌温度等 設置場所 : 神奈川県三浦市 北海道川上郡 子機 各種センサーに対応した子機 実証実験のポイント 温度 湿度や日射量などのデータを収集し 適切な温度 水分管理や収穫次期等の参考 環境等の他のアプリケーションに対し 屋外センサー情報を提供 7

8 構造物監視センサーネットワーク設備を利 した実証実験 橋梁に構造物監視センサーを設置し 振動及び温湿度のデータを収集する 収集データを 920MHz 近距離無線通信で各橋梁内の構造物監視センサーゲートウェイ装置に送信し 3G 通信により 規模ストレージ設備へデータを格納する 収集したデータを元に 振動データの計測原理と分析 法の検証を う センサーモジュール管理サーバ NICT 小金井 ( 大規模ストレージ ) 広域無線 (3G) 近距離無線 (920MHz/ 出力 10mW) データ分析 センサーゲートウェイ装置 ( 親機 ) センサーモジュール ( 子機 ) 実証実験のポイント データの利用に関する協議会を設置予定 鋼橋 PC 橋など橋梁の材質や橋梁自身の新旧の違いを考慮して設置場所を選定 3 箇所の異なる橋梁に計 75 式のセンサーモジュールを設置 無線機バッテリーを2 年間もたせる条件下で パラメータ ( 伝送速度 計測時間 データ送信タイミング サンプリング周波数 センシング感度 ) を選定 例として サンプリング周波数 40kHz でデータ計測時間 10 秒 /1 回 /1 日 また100Hzの場合で10 分 /1 回 /1 日 振動センサー設置場所 ( 上 図 ) イメージ 振動センサー 接続可能台数 25 台 ( 最大 ) 湿度センサー 上り車両通行方向下り センサーと子機親機親機 振動温湿度振動温湿度 8

9 プログラマブル構造物センサーネットワーク設備を利 した実証実験 福島郡部を中 として建造物および橋梁に無線センサーを設置し それらの振動データを収集 データは 携帯キャリア公衆網を通じて 規模ストレージ設備に蓄積し 評価 援 のデータを 期 継続的に算出し 標準点検要領の点検項 と 較しての活 可能性 活 範囲を検討 無線センサーの 期連続動作により 通信安定性 動作安定性 電池稼働性 屋外耐久性等を検証 改良 テム全体像 > :NTTD 対象設備構成品の導 物 仮想マシン 無線ヘッドエンド管理 データ処理ソフトウェア 無線ヘッドエンド装置 構造物監視センサー装置 構造物監視センサー設置設備 計算機設備 計算サーバ 重量車両通過時の振動 計測対象物 ( 橋梁 ) マルチホップによるデータ収集 IEEE1888 JGN-X Internet 規模ストレージ設備 観測値 IEEE1888 形式を扱うサーバ (FIAPStorage) 構造物管理者 JGN-X(JGN extreme) 新世代通信網テストベッド 周波数 920MHz/ 出力 25mW 計測対象物 ( ビル ) 地震発生時の振動 福島県西郷村の橋梁 福島県内の建物 (6 箇所 2 センサー ) (2 箇所 7センサー ) 親機は 建造物 橋梁共に1 箇所に1 台ですべてのセンサーからマルチホップでデータを収集可能タを収集可能 親機は 小型のため電柱に設置可能であり 屋外設置時の電源や敷地の確保の問題を解決 実証実験のポイント 構造物の健全性 ( 橋梁 建造物 ) の評価および橋梁の長期劣化を評価 無給電による長期 (2 年程度 ) 監視の可能性を評価 建物は 8 階建てのオフィスビルと3 階建ての町役場 橋梁は村の小さなものを対象 子機のバッテリー寿命の長期化をサンプリング周波数 100Hzの下で スリープ機能 トリガー機能により実現 建物では 強い地震が発生の時 橋梁では 1 時間 /1 日の観測 トリガー値を 2 3 トン車に設定し 1 時間の内で10 回を越える場合はその日の観測を終了 親機センサーと子機構造物センサー設置のイメージ 9

10 河川監視センサーネットワーク設備を利 した実証実験 河川流域 (2 級河川以下 ) に河川監視センサーを設置し 河川 位及び流域 量のデータを収集 収集データをマルチホップ無線で市役所担当局内の設備に送信し データ解析及び 位予測デタ解析及び 位予測 ( リアルタイムな可視化 ) を実施 また データは 規模ストレージ設備に転送 蓄積し 位予測モデル の検討に活 治体職員が庁舎で居ながらにして 開閉タイミング や 流域住 への避難勧告発信時期 を適切かつタイムリーに判断できるような情報配信システムの開発及び実証 水位 雨量データのデータ送信に関する技術 NW 管理用サーハ 920MHz 帯無線機 ( 親局 ) 無効な経路 超音波反射時間方式 測定分解能 1cm 水位計変換処理器 水位計 テ ータ管理用サーハ GW L3SW 920MHz 帯無線機 ( 中継局 ) 920MHz 帯無線機 ( 子局 ) 雨量データロガー雨量計 市役所 ( サーバ施設 ) データを IPv6 パケットでマルチホップ伝送 雨量 (0.5mm 単位 ) 累加雨量 (0.5mm 単位 ) 揚水機場 1 揚水機場 2 Internet 市役所 揚水機場 1 から市役所まで 5 6km 揚水機場 3 揚水機場 4 NICT 小金井 ( 大規模ストレージ設備 ) :920MHz 無線機 (12 箇所 16 式 出力 20mW) : 水位センサー (6 箇所 9 式 ) : 雨量センサー (1 箇所 1 式 10 分間隔 ) 揚水機場 5 揚水機場 6 10

11 局地的 の予測 指すフェーズドアレイ気象レーダ開発 突発的 局所的気象災害の早期検知には 迅速な降 雲の3 次元構造の把握が重要であるが 従来のCバンドやX バンドのレーダ観測では時間分解能が対応しきれていないのが現状 従来のパラボラレーダから発想を転換し 縦を1 度に測るフェーズドアレイ 式を採 し 開発 積乱雲の観測事例観測データ取得後 処理時間 1 分強で右に すような可視化が可能 8 km ( 高度 ) 17:36:16 17:38:16 17:40: 年 7 月 26 日にけいはんな ( 京都府精華町 ) 付近に発生した積乱雲にともなう局地的大雨の成長を北東方向から2 分毎に見た鳥瞰図 高度 4~6 km に現れたゲリラ豪雨の卵が上昇流で急激に成長している ( 黄色丸印 ) 六甲山 12 km ( 高度 ) 淀川 大阪湾 2012 年 7 月 22 日,18 時過ぎに北摂山系で発生した局地的大雨の3 次元構造を南西から見た鳥瞰図 ( 京都府園部アメダスで2 時間雨量 72.5 mm を観測 ) 青 緑 黄 赤色は雨の強さを表す レーダ開発と PANDA の整備 初号機 :NICT 委託研究 次世代ドップラーレーダ技術の研究開発 にて大阪大学 ( 株 ) 東芝が開発し 大阪大学吹田キャンパスに設置 (2012) 2 号機 3 号機 : 初号機と同型のレーダをドップラーライダーとの融合システム PANDA: Phased Array weather radar and Doppler Lidar Network fusion DAta system としてNICT 未来 ICT 研究所 ( 神戸市岩岡 ) NICT 沖縄電磁波技術セン レーダ ライダー 60km レーダ 大阪大学吹田キャンパス レーダ ライダー NICT 沖縄電磁波技術センター NICT 名護レーダ (COBRA) NICT 未来 ICT 60km 研究所 60km Dual-Doppler 近畿サイト沖縄サイト解析範囲ター ( 沖縄県恩納村 ) に整備 (2014) 11

12 まとめ NICT のモニタリング関連実証実験の紹介 モバイルワイヤレステストベッドでのモニタリング関連研究 鉄道線路の法 のセンサーネットワーク技術 農業 センサーのネットワーク技術 橋梁と建物のセンサーネットワーク技術 河川 位モニタリングのセンサーネットーク技術 フェーズドアレイ 式の気象レーダを使った 迅速な降 雲の3 次元構造のモニタリング技術 社会インフラモニタリングについて NICTでは 主研究 委託研究などによりソーシャルICT 関連の研究開発を開始 モニタリング関連はその柱の つ 国交省の施策と連携して効果をより きくしていきたい きた 12

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