JP2008082941A - 積雪測定システム - Google Patents

Abstract

【目的】屋根における積雪重量の荷重分布を正確に測定することで、雪下しが必要な屋根の位置とその時期の判断を容易かつ正確に判断せしめる積雪測定システムを提供することを目的とする。
【構成】各々が自身に加わる荷重を示す荷重データ信号を生成し、前記荷重データ信号を変調して無線にて送信する複数の測定モジュールと、前記測定モジュールから受信した複数の受信信号を復調して複数の荷重データ信号を生成する復調手段と、前記複数の荷重データ信号に基づいて、2次元の荷重分布パターンを得る演算手段と、からなり、前記測定モジュールは、荷重センサと、前記荷重センサからのセンサ出力に対応した荷重データ部と前記荷重センサの固有の識別番号を表す識別データ部とからなるデータ信号を前記荷重データ信号とするデータ信号生成部と、を含んでいる。
【選択図】図1

Description

本発明は、積雪の重量を測定する測定システムに関する。

豪雪地帯では、冬季の積雪が数メールに及ぶため、家屋が雪の重みで倒壊する危険性が極めて高い。家屋の倒壊を防ぐためには、屋根上の積雪量の測定を行い、家屋の耐重量に達する前に除雪すなわち雪下しを行う必要がある。

しかしながら、屋根上の積雪量を直接的に測定するのは容易に行えないため、従来の測定方法は、測定者が屋根上の積雪量を目測で測定する方法、屋根上に設けられたメジャーの積雪に埋もれた目盛を読む方法又は、屋根に向かって超音波を照射し、積雪の表面で反射して戻るまでの時間により積雪量を測定する方法等の間接的な測定に限られていた。

かかる従来の積雪量の測定方法では、積雪の深さの測定は可能であるが、積雪の重量は測定ができない。しかしながら、新雪時の積雪の比重は軽く、降雪量が増えるにつれて積雪は、圧縮され比重が増加する。従って、積雪が深いことのみをもって一律に積雪量が多いと判断することはできないため、積雪の深さよりも、積雪の重量により雪下しの時期の判断をすることが重要となる。また、従来の積雪量の測定方法では、夜間等の視野の悪い状況では測定が出来ない問題があった。

そこで特許文献1には、屋根から流下する融雪水の水量を計測する装置と、屋根の近傍に設置し降水量を計測する装置と、その2つの装置から得られた測定値を演算処理する演算処理装置と、から構成される積雪荷重監視システムが開示されている。特許文献1に開示された積雪荷重監視システムは、雪下しの時期の判断に重要な積雪重量が測定可能であり、また夜間等の視野の悪い状況でも測定可能であるため、雪下しの時期をより容易に決定が可能である。
特開平7-19938号公報

特許文献1に記載の積雪荷重監視システムにおいて、積雪重量の測定は、屋根の積雪の流下する融雪水の水量と、屋根付近の降水量との測定値を基に演算装置により算出している。従って、従来の測定は間接的な測定のため、正確な測定は不可能である。

また、従来の積雪荷重監視システムは、屋根の各部分ごとの測定が不可能であるため、屋根上の積雪荷重分布を計測することが不可能である。従って、従来の積雪荷重監視システムでは、屋根全体の積雪は雪下しをする必要がなくても、屋根の一部ではすでに雪下しが必要な場合に、かかる雪下しの判断が不可能な問題がある。

さらに、積雪の温度変化により積雪が屋根から落下する可能性を判断することが不可能なことや、測定装置の導入、維持、管理等が高価である問題がある。

本発明は、以上の如き事情に鑑みてなされたものであり、屋根における積雪重量の荷重分布を正確に測定することで、雪下しが必要な屋根上の位置とその時期の判断を容易かつ正確に判断することを可能にする積雪測定システムを提供することを目的としている。

積雪測定システムであって、各々が自身に加わる荷重を示す荷重データ信号を生成し、前記荷重データ信号を変調して無線にて送信する複数の測定モジュールと、前記測定モジュールから受信した複数の受信信号を復調して複数の荷重データ信号を生成する復調手段と、前記複数の荷重データ信号に基づいて、2次元の荷重分布パターンを得る演算手段と、からなり、前記測定モジュールは、荷重センサと、前記荷重センサからのセンサ出力に対応した荷重データ部と前記荷重センサの固有の識別番号を表す識別データ部とからなるデータ信号を前記荷重データ信号とするデータ信号生成部と、からなることを特徴としている。

以下、本発明の実施例を図面を参照しつつ詳細に説明する。

図1は、本発明による積雪測定システムの概略を示す図である。図1から判るように、家屋10の屋根11の上には、自身に加わる荷重を測定する複数の測定モジュール12が固定されている。屋内には、屋根11全域を覆うように屋根裏から自身にまで配線されたループアンテナ13を介して、複数の測定モジュール12からの後述する複数の荷重データ信号を、収集するデータ収集部14が設けられている。

また、ループアンテナ13をデータ収集部14に内蔵し、データ収集部14を持ち運び自在なハンディタイプとしても良い。データ収集部14をハンディタイプにすることで、ループアンテナ13を設置する必要がなくなり、ループアンテナ13の設置工事等のコストを抑えることが可能となる。

次に図2を参照しつつ測定モジュール12の構成を説明する。

図2から判るように、測定モジュール12は、荷重信号を生成する荷重センサ21が設けられている。荷重センサ21は、自身に加わる荷重を検出して、その荷重に応じたアナログの荷重信号を生成する。荷重センサ21の一例としてロードセルとしても良い。

また、荷重センサ21は、屋根11にかかる正確な荷重を測定するために、垂直方向の荷重を計測する必要がある。しかしながら、積雪地域の屋根の構造は、基本的に屋根の積雪をおろしやすくするためにある程度の傾斜がある。従って、傾斜のある屋根に沿って測定モジュール12及び荷重センサ21を設置すると、屋根11に加わる正確な荷重の測定が望めなくなる。そこで、荷重センサ21は、測定モジュール12の取り付け時に荷重センサ21を加わる荷重に対して垂直に変更できる可変アングル構造を特徴としたセンサとしても良い。

さらに、荷重センサ21は、センサに加わる荷重の荷重加速度を3軸で分解し、センサ加わる荷重に対して垂直方向のみの荷重を取り出す構造を特徴とする3軸センサ機能を有するセンサとしても良い。かかる3軸センサは、取り付け角度を問わないため、設置時の取り付け角度を調整するための調整機構を必要としない。従って、かかる3軸センサは、前述した可変アングル構造のセンサに比べ単純な構成を用いることでき、調整機構が不要な点から垂直方向の荷重測定における長期的な安定性を保つことが可能である。

荷重センサで生成された荷重信号は、AD変換器22でアナログからデジタルの荷重信号に変換される。その後、かかる荷重信号は、後述するデータ送信用の荷重データ信号を生成するデータ信号生成部すなわち測定モジュール制御回路23に送信される。

測定モジュール制御回路23には、荷重センサの固有の識別番号及び配置位置情報を記憶させるための識別データ記憶装置24が接続されている。また、測定モジュール制御回路23には、かかる識別データ記憶装置24に固有の識別番号及び配置位置情報を設定するための識別データ入力装置25が接続されている。例えば、識別データ入力装置25は、0から9までの数字キー、ENTERキー及び演算キーを備えたテンキーとしても良い。

測定モジュール制御回路23は、荷重センサ21からの荷重信号と、識別データ記憶装置24に設定されている荷重センサの固有の識別番号と、から荷重データ信号を生成する。生成された荷重データ信号は、変調装置26で変調させてアンテナ27を介してデータ収集部14に無線にて送信される。

また、変調装置26は、後述するデータ収集部から送信されるデータ取得命令を復調し、データ取得命令信号を測定モジュール23に送信できる機能を有していても良い。

例えば、測定モジュール制御回路23、識別データ記憶装置24及び変調装置26は、それぞれの機能を有したRFIDタグとしてひとつに集積された装置としても良い。また、AD変換機22を内蔵したRFIDタグとしてもよい。

次に、測定モジュール制御回路23にて生成される荷重データ信号を図3及び図4を参照しつつ説明する。

図3から判るように、荷重データ信号は、識別データ部と荷重データ部と、から構成されている。また、識別データ部は、番号データ部及び配置位置データ部から構成されている。さらに、配置位置データ部は、X方向データ部及び、Y方向データ部から構成されている。

番号データ部は、各測定モジュール12に個別に設定された識別番号を含んでいる。また、X方向データ部及び、Y方向データ部は、屋根11を複数の区画に分けた場合のX方向、Y方向の区画番地を含んでいる。

例えば、図4のように、屋根11のX方向を左から昇順に1〜5の区画番地、屋根のY方向を上から昇順に1〜3の区画番地を設定し、合計15個の区画に分割する。各区画に1個ずつ測定モジュール12を配置する場合に、各測定モジュール12の識別番号を001〜015の通し番号のいずれかを重複しないように設定する。また、各測定モジュール12の配置位置データには、各測定モジュール12の配置された区画番地（X番地には1〜5、Y番地には1〜3）を設定する。

また、前述したように荷重データ部は、荷重センサ21からのセンサ出力である荷重信号を含んでいる。

次に図5を参照しつつデータ収集部14の構成を説明する。

図5から判るように、データ収集部14には、ループアンテナを介して測定モジュール12から受信した受信信号を復調して荷重データ信号を生成するための復調装置51が設けられている。例えば、復調装置51は、RFIDリーダとしても良い。

復調装置51により生成された荷重データ信号は、復調装置51と接続されているデータ収集部制御回路52に送信される。データ収集部制御回路52は、かかる荷重データ信号を記憶装置53に記録する。データ収集部制御回路52は、記憶装置53に記録した複数の荷重データ信号を、各荷重データ信号の番号データ部及び配置位置データ部から何れの測定モジュール12の荷重データかを判別する。データ収集部制御回路52は、複数の測定モジュール12の番号データ、配置位置データ及び荷重データから演算により、屋根11全体における荷重の2次元の荷重分布パターンを算出する。データ収集部制御回路52の演算によって算出された2次元の荷重分布パターンデータは、データ収集部制御回路52に接続された、表示部54による表示又は、外部出力装置55によってプリントアウト等される。

表示部54又は外部出力装置55による表示例として、図6及び図7を参照しつつ説明する。

図6の表示例には、屋根11の全体の平面図および区画番地が表示されている。かかる屋根11の平面図内には、屋根11の測定モジュール12が設置されている位置が示されている。図6の表示例は、各測定モジュール12の荷重値から、荷重値の等しい測定モジュール12実線で結んでいる分布図すなわち等荷重線分布を表示している。また、かかる等荷重線にはその値が表示されている。

また、図7の表示例には、左下部に表示の判例を示す欄を設け、かかる判例の上部に測定モジュール12ごとの測定データを表示している。測定モジュール12ごとの測定結果の配列は、屋根11の区画分割にあわせて表示することとする。図7には、図4に示した屋根の区画分割にあわせて、左から昇順にX方向の1〜5の区画番地、上から昇順にY方向の1〜3の区画番地を配列し、各測定モジュール12の測定結果が表示される。各測定モジュール12の測定データ表示には、左欄には識別番号が表示され、右欄には荷重が表示されている。

図6及び図7の表示例により、一画面にて屋根全体の荷重分布が把握することができるため、積雪時には屋根のいずれの場所から雪下しを行う判断を容易にすることができる。
また、図6と図7とを切り替えて表示させることとしても良い。

また、データ収集部制御回路12は、各測定モジュール12のいずれかの荷重が所定値を超えたときに、警告装置56に告知命令をする。積雪時において、警告装置56からの告知よって、屋根の積雪量が雪下しをする必要があると容易に知ることができる。

さらに、データ収集部制御回路12は、測定モジュール12にデータ取得命令信号を変調し送信することとしても良い。従って、復調装置51は、変復調の機能を有しても良い。

次に、本発明による積雪測定システムの荷重データ信号の通信フローの1例を図8を用いて説明する。

データ収集部14は、測定モジュール12の識別番号を指定し（例えば識別番号001）、かかる識別番号が設定された測定モジュール12aにデータ取得命令信号を変調して送信する（ステップS1）。かかる送信信号を復調してデータ取得命令信号を受信した測定モジュール12aは、荷重センサ21の荷重信号と識別データから荷重データ信号を生成する（ステップS2）。測定モジュール12aは、かかる荷重データ信号を変調してデータ収集部14に送信する（ステップS3）。データ収集部14は、測定モジュール12aからの送信信号を受信後、復調して生成された荷重データ信号の荷重データを記憶装置56に記録する（ステップS4）。

その後、データ収集部14は、他の測定モジュール12b（例えば識別番号002）を指定し、ステップS1〜ステップS4の処理内容を測定モジュール12bと行う。データ収集部14は、屋根11にあるすべての測定モジュール12とステップS1〜ステップS4の処理内容を行い、複数の荷重データ信号を取得する。

本発明による積雪測定システムの通信は、データ収集部14が指定した識別番号が設定された測定モジュール12と通信中において、他の測定モジュール12とは通信を行わない、例えばRFID通信を用いても良い。また、随時複数の測定モジュール12から荷重データ信号が送信されることとしても良い。

以上のように、本発明の上記実施例の積雪測定システムは、屋根に複数の測定モジュールを設け、かかる複数の測定モジュールの荷重データ信号に基づいて、2次元の荷重分布を得ることで、積雪時における屋根上の雪下しの場所が容易に判断することができる。

また、測定モジュールには、測定モジュール付近の温度測定を可能とする温度センサや、絶縁抵抗を測定する絶縁抵抗センサを設けても良く、その1例を図9を参照しつつ説明する。

図9から判るように、測定モジュール制御回路23は、AD変換器22を介して荷重センサ21、温度センサ81、絶縁抵抗センサ82が接続されている。

上述しているように荷重センサ21は、測定モジュール12に加わる荷重に応じた荷重信号を生成している。温度センサ81は、測定モジュール付近の温度に応じた温度信号を生成している。例えば、温度センサ81は、サーミスタとしても良い。温度センサ81で生成された温度データは、積雪時に積雪の温度を表し、積雪がない場合に外気温を表す。絶縁抵抗センサ82は、自身の絶縁抵抗に応じた絶縁抵抗信号を生成している。絶縁抵抗センサで生成された絶縁抵抗データの変化から、降雪、降雨、絶縁抵抗センサの汚れ等を判断することができる。

かかる3種類の信号は、AD変換器22を介して測定モジュール制御回路に入力される。測定モジュール制御回路23は、かかる3種類のセンサからの信号と、荷重センサの識別データと、から荷重信号データを生成する。かかる荷重データ信号の1例を図10に示す。荷重データ信号は、識別データ部、荷重データ部と、温度センサデータ部及び絶縁抵抗センサデータ部から構成されている。識別データ部及び荷重データ部は、図3で示された構成と同様である。従って、かかる荷重データ信号は、荷重センサのデータに温度センサ及び絶縁抵抗センサからのデータを荷重センサのデータに付加したデータ信号である。

測定モジュール制御回路23で生成された荷重データ信号は、変調装置26で変調されアンテナ27を介してデータ収集部14に送信される。

データ収集部14は、受信信号を変調し演算により各データを算出する。例えば、温度データは、図7の荷重データの下段に表示するとしても良い。また、データ収集部14は、絶縁抵抗データから降雪、降雨を判断し、かかる告知を警告装置56にて行うとしても良い。

以上のように、本発明の変形例において、温度センサを設けることで積雪時における積雪の温度を把握することができるため、屋根上の雪が解け始めて、屋根から落下する場所を容易に判断することできる。また、絶縁抵抗センサを設けることで、降雪、降雨の有無やセンサの汚れ等を容易に判断することができる。

本発明による積雪測定システムの概略を示す図である。 本発明の測定モジュールの構成を示すブロック図である。 本発明の荷重データ信号を示す図である。 屋根の区画番地の振り分けを示す図である。 本発明のデータ収集部の構成を示すブロック図である。 表示部におけて表示される画面例を示す図である。 表示部におけて表示される画面例を示す図である。 本発明による積雪測定システムの通信フローである。 本発明の変形例としての測定モジュールの構成を示すブロック図である。 本発明の変形例としての荷重データ信号を示す図である。

符号の説明

12 測定モジュール
14 データ収集部
21 荷重センサ
23 測定モジュール制御回路
24 識別データ記憶装置
25 識別データ入力装置
26 変調装置
51 復調装置
52 データ収集部制御回路
91 温度センサ
92 絶縁抵抗センサ

Claims (9)

1. 積雪測定システムであって、
   各々が自身に加わる荷重を示す荷重データ信号を生成し、前記荷重データ信号を変調して無線にて送信する複数の測定モジュールと、
   前記測定モジュールから受信した複数の受信信号を復調して複数の荷重データ信号を生成する復調手段と、
   前記複数の荷重データ信号に基づいて、2次元の荷重分布パターンを得る演算手段と、からなり、
   前記測定モジュールは、荷重センサと、前記荷重センサからのセンサ出力に対応した荷重データ部と前記荷重センサの固有の識別番号を表す識別データ部とからなるデータ信号を前記荷重データ信号とするデータ信号生成部と、からなることを特徴とする積雪測定システム。
2. 前記測定モジュールは、前記識別データ部に前記荷重センサの配置位置を表す位置データを含ませることを特徴とする請求項1に記載の積雪測定システム。
3. 前記測定モジュールは、前記荷重センサの各々の固有番号を操作入力によって設定する識別番号設定手段を有することを特徴とする請求項2に記載の積雪測定システム。
4. 前記測定モジュールは、前記荷重センサの各々の配置位置情報を操作入力によって設定する位置設定手段を有することを特徴とする請求項2又は3に記載の積雪測定システム。
5. 前記測定モジュールは、前記荷重センサの各々と各々が組をなす温度センサの複数を有し、前記温度センサからの温度信号を表す温度データ部を前記荷重データ信号に含ませることを特徴とする請求項1に記載の積雪測定システム。
6. 前記測定モジュールは、前記荷重センサの各々と各々が組をなす絶縁抵抗センサの複数を有し、前記絶縁抵抗センサからの絶縁抵抗を表す絶縁抵抗データ部を前記データ荷重信号に含ませることを特徴とする請求項1に積雪測定システム。
7. 前記測定モジュールは、受信手段を有し、前記演算手段からのデータ取得命令信号を受信した場合のみ、前記荷重データ信号を送信することを特徴とする請求項1に記載の積雪測定システム。
8. 前記荷重センサは、可変アングル構造を特徴とする請求項1に記載の積雪測定システム。
9. 前記荷重センサは、自身に加わる荷重の荷重加速度を3軸で分解可能とする3軸センサ機能を有することを特徴とする請求項1に記載の積雪測定システム。

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