第４回社会インフラのモニタリング技術活⽤推進検討委員会
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
社会インフラ監視関連の研究開発
（独）情報通信研究機構
執⾏役 細川 瑞彦
平成２６年７年１１⽇
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⽬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⽤などを通じ 河川 橋梁 道路 建物等に配備される多様なセンサ データ利活用・社会還元 データ分析 データ伝送・蓄積 センサ 観測・デ タ収集 z モバイルワイヤレステストベッドの活⽤などを通じ、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、⾼度分析可能な⼤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⽬指します。 デ ー ソ ー シ ャ ル データ利活用・社会還元 データ分析 構造化 メタデータ作成 収集・登録 社会インフラの維持・管理 国際無線通信規格Wi-SUN 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 データ伝送・蓄積 センサー観測・データ収集 衛星通信 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 [構造物観測] 建造物 震災時 健全性を ー タ 観測・ 収 ル ビッ グ デ ー コンテクスト・アウェアネス 情報統合 横断検索 M2Mデータセンター 新世代通信網テストベッドJGN-X z 建造物の震災時の健全性を 評価 z 橋梁の平常時の長期劣化を 評価 [路面・路線観測] 収 集・ 伝送・ 蓄 ー タの 高 度 分 大規模データの蓄積と横 断的利活用 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 PANDA(フェーズドアレイレーダ＋ドップラーライダ) 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 [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 蓄 積・ 分析デ 分 析に よ る 新 防災・減災機能の強化 次世代のSDN、NFVを実現する ネットワーク基盤 ネットワーク仮想化基盤 航空機搭載合成開口レーダPi-SAR2 z 電力使用量や蓄電量に基づく 電力供給の制御 [河川観測] ータ の 流 れ 新 しい 価 値 の 新産業 雇用の創出 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 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 [河川観測] [気象観測] [運行観測] [環境観測] の 創造 新産業・雇用の創出 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 [農業観測] [屋内環境観測]NICTにおける「ソーシャルICT」推進の組織体制
zモバイルワイヤレスTB等を活用したデータ収集・伝送
新協議会（準備中）
民間企業
大学等
zモバイルワイヤレスTB等を活用したデ 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
z実用化研究開発等を産学官連携で推進
関係省庁
地方自治体
ソーシャルICT推進研究センター
z 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
MISSION
シャルICT
」をkey wordに
社会に貢献
z 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
実証
を実施
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・ビッグデータ利活⽤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 タを用いた水位 水害危険
インフラ保全分野
「プ グラ ブル構造物センサ ネ トワ ク設
z 「雨量・河川水位データを用いた水位・水害危険
度予測の研究開発」
（沖電気工業株式会社 他）
z 降水レーダーとセンサネットワークによる地域気
z 「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）
z 「構造物監視センサー活用実証実験」
降水レ ダ とセンサネットワ 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）
構造物監視センサ 活用実証実験」
（日本電気株式会社 他）
z 「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 タ ム 他）
（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・ビッグデータ利活⽤基盤技術の研究開発 （全7件のうち２件）
交通・運輸分野
インフラ保全分野
課題B 新たなソ シャル ビッグデ タ利活⽤基盤技術の研究開発 （全7件のうち２件）
z 「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）
z 「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）
9 全採択課題および詳細に関する情報は、Webページ（http://www.nict.go.jp/press/2014/06/19-1.html）を参照。Wi-SUN（ワイヤレス・スマートユーティリティ・ネットワーク）
z
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
分
バ
バシーやセキュリティに配慮して、情報収集、分析、⾒える化、フィードバック等を⾏う。
z
⼈を含む社会全体の健康状態をモニターすることにより、安全で安⼼な社会を構築する。
省エネ
ソーシャル
クラウド
サービスエリアの拡張が簡単
省エネ
（単3電池3個で10年間）
40 mm 20 m 試作 データ収集、分析、⾒ える化 フ ドバクラウド
試作 開発した無線 モジュール（マルチホップ通信）
m m豊富なオプションにより
様々な利⽤形態に対応可能
える化、フィードバッ ク（セキュリティ）各種センサーと連携可能
遠隔モニタリングの制御可能
様々な利⽤形態に対応可能
構造物監視、防災センサ プローブカー、 交通 農漁業⽤センサ 健康管理 スマートメーター鉄道路線のトンネル出⼝付近の⼟砂崩れ等による被害を防⽌するために 斜⾯に
鉄道防災⽤実証試験装置
鉄道路線のトンネル出⼝付近の⼟砂崩れ等による被害を防⽌するために、斜⾯に
センサーを設置して監視を⾏うとともに、分析の結果により予測等を⾏う。
実証実験のポイント
z 公共交通の安全運行支援システムと
路線
斜
雨量計 センサー拠点 カメラ拠点 監視カメラして、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。
z 災害発生そのものを未然に防いだり
転倒センサー 気温計 Wi-SUN 監視カメラ Wi-SUN基 地局z 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。
設置場所：京浜急行電鉄鉄道域内 Wi‐SUN基地局には転倒セン サ への通信機能 監視カメラ 斜面に設置されるWi-SUN転 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 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） 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。農業⽤実証試験装置
農作物の⽣産過程におけるきめの細かい品質管理を⾏うための農業⽤センサー
農作物の⽣産過程におけるきめの細かい品質管理を⾏うための農業⽤センサ
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 NICT サ バ コンテンツ管理・ 変換・送出ネットワーク構成
Wi-SUN Wi-SUN （Wi-SUN無線通 信機能付き） モバイル網 生産者用管理情報生産者情報、 サーバ 変換 送出 LTE/WiMAX等 子機 （カメラ） 子機 （センサー） モバイル網 生産者用管理情報 （センサーデータ） センサー情報管理基盤 （データセンタ、横須賀）実証実験のポイント
z 温度・湿度や日射量などの
デ
集
適
センサープ ラットフォーム （親機） 子機データを収集し、適切な温
度・水分管理や収穫次期等
の参考。
z 環境等の他のアプリケ ショ
画像、GPS、 温度・湿度、 気圧、日照、 赤外線 風速z 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。
設置場所： 神奈川県三浦市、北海道川上郡 赤外線、風速、 土壌水分、 土壌温度等 各種センサーに対応した子機構造物監視センサーネットワーク設備を利⽤した実証実験
z 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。 z 収集デ タを920MHz近距離無線通信で各橋梁内の構造物監視センサ ゲ トウェイ装置に送信し ３Ｇ通信に z 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 より⼤規模ストレージ設備へデータを格納する。 z 収集したデータを元に、振動データの計測原理と分析⼿法の検証を⾏う。実証実験のポイント
データの利用に関する NICT小金井 （大規模 ト ジ） センサー モジュール 管理サーバ データ分析実証実験のポイント
z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
デ タの利用に関する 協議会を設置予定 センサーゲートウェイ装 置（親機） （大規模ストレージ） 広域無線（3G）z３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
z無線機バッテリーを２年間もたせる条件下で、
センサ モジ ルパラメータ（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
¾ 例として サンプリング周波数40kHzでデータ計測時間 センサーモジュール （子機） ¾ 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（上⾯図）イメージ 近距離無線 （920MHz/出力10mW）…
接続可能台数 台(最大) 振動センサー 湿度センサー 車両通行方向 上り 親機 センサーと子機 振動 温湿度 振動 温湿度 25台(最大) 車両通行方向 下り 親機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
z
福島郡部を中⼼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。
z
データは、携帯キャリア公衆網を通じて⼤規模ストレージ設備に蓄積し、評価⽀援⽤のデータを⻑
期・継続的に算出し、標準点検要領の点検項⽬と⽐較しての活⽤可能性・活⽤範囲を検討。
z
無線センサーの⻑期連続動作により、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
証・改良。
⼤規模ストレージ設備 IEEE1888形式を扱うサーバ 計算機設備・計算サーバ 仮想マシン テム全体像＞ :NTTDの導⼊物対象設備構成品 IEEE1888実証実験のポイント
JGN-X※ （FIAPStorage） 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 観測値 ※JGN-X（JGN eXtreme） 新世代通信網テストベッド 構造物管理者z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。
z無給電による長期（２年程度）監視の
Internet 無線ヘッドエンド装置 構造物監視センサー装置 地震発生時 の振動無給電による長期（２年程度）監視の
可能性を評価
z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
重量車両通 過時の振動 周波数920MHz/出力25mW ・・・ 計測対象物（ビル） 構造物監視センサー設置設備 計測対象物（橋梁） 福島県西郷村の橋梁 （６箇所×２センサー） 福島県内の建物 （２箇所×７センサー）ものを対象。
z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
z 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 （６箇所×２センサー） （２箇所×７センサ ）リープ機能、トリガー機能により実現。
¾ 建物では、強い地震が発生の時。
¾ 橋梁では、１時間/１日の観測。
トリガ 値を２
３トン車に設定
マルチホップによるデータ収集 センサ からマルチホップでデ タを収集可能。 z 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。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。
河川監視センサーネットワーク設備を利⽤した実証実験
z 河川流域（２級河川以下）に河川監視センサーを設置し、河川⽔位及び流域⾬量のデータを収集。 収集デ タをマルチホ プ無線で市役所担当局内の設備に送信し デ タ解析及び⽔位予測（リアルタイムな可 z 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、データ解析及び⽔位予測（リアルタイムな可 視化）を実施。また、データは、⼤規模ストレージ設備に転送・蓄積し、『⽔位予測モデル』の検討に活⽤。 z ⾃治体職員が庁舎で居ながらにして「⽔⾨開閉タイミング」や「流域住⺠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 ｻｰﾊﾞ 920MHz帯無線機 (親局) z 超音波反射時間方式 z 測定分解能1cm 無効な経路 ﾃﾞｰﾀ管理用 ｻｰﾊﾞ 水位計変換処理器 水位計 z 雨量(0.5mm単位) GW L3SW ｻ ﾊ 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 量( 単位) z 累加雨量(0.5mm単位)Internet
揚水機場１ 揚水機場２ 市役所 揚水機場１から市役所まで５〜６km 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
Internet
揚水機場４ 揚水機場３ NICT小金井 （大規模ストレージ設備） 揚水機場５ 揚水機場６ 揚水機場４ ：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）局地的⼤⾬の予測⽬指すフェーズドアレイ気象レーダ開発
z 突発的・局所的気象災害の早期検知には、迅速な降⽔雲の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 ダ観測では時間分解能が対応しきれていないのが現状 17:36:16 17:38:16 8 km 17:40:16 （高度） 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。 z 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⽅式を採⽤し、開発。積乱雲の観測事例
12 km （高度） 淀川 （高度）観測データ取得後、
処理時間１分強で右
に⽰すような可視化
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 大阪湾 淀川 六甲山 ２０１２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）に⽰すような可視化
が可能
間雨量 72.5 mmを観測） 。青→緑→黄→赤色は雨の強さを表す。 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） 。レーダ開発とPANDAの
整備
レーダ レーダ ダ ライダー 60km z 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) NICT名護レーダ （COBRA） ライダー レーダ ライダ （2012) z 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大阪大学吹田 キャンパス NICT未来ICT 究所 NICT沖縄電磁 波技術センター 60km
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 ター（沖縄県恩納村）に整備（2014） 沖縄サイト 研究所 近畿サイト 60km Dual-Doppler 解析範囲
