水道電界通信を用いた断水検出システムの構築に関する検討－水道網の電気等価回路化－

2021 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 18K13975
• Research Institution: National Institute of Technology, Kumamoto College
• Principal Investigator: 芳野 裕樹 熊本高等専門学校, 電子情報システム工学系TEグループ, 講師 (30707914)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 水道電界通信 / 数値計算 / 等価回路 / 環境電磁工学

Outline of Annual Research Achievements

震災などによる災害時、水道管の破損による漏水と、それに伴う断水が発生する場合がある。申請者は災害時の早期復旧を目的とし、水道を通信経路として利用して室外の水道メーターと室内無線LANを接続する水道電界通信に関する検討を実施している。これが実現した場合、水道メータが取得した情報を人が直接確認しに行く必要なく、インターネットを経由して水道局が取得することができる。本申請の研究は水道電界通信の実現に向けて、水道の等価回路化を行い、その伝送特性を明らかにすることを目的とする。
当該年度においては電磁界解析シミュレーションソフト(Sim4life)を用いた数値計算の妥当性について評価すべく、並行平板を用いた予備検討により、公式による計算、実験および電磁界シミュレーションによる数値計算によって求めた静電容量の値を比較した。その結果、シミュレーションによって求めた静電容量の値は公式・実験によって得られた値とよく一致し、数値計算による検討は妥当であることが示唆された。また、水道を模擬した数値計算モデルを用いて数値計算を行い、水道電界通信における水道中の電界の分布および送受信電極との電界的結合の様子を明らかにした。その結果、送信側の電極から印可された電界は水道と電界的に結合しており、水の電気定数を与えた誘電体中を伝送して受信側の電極と強く結合していることが示唆された。これらの検討結果はICICIC2022にて発表予定である。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

当該年度において予定ではSim4lifeのオプションであるmatch機能を用いて水道の等価回路を計算する予定であったが、match機能を導入し、試験を実施したところ、原因不明のエラーが発生した。メーカー・代理店協力の元現在原因の特定と修正に対応しているが、現時点で未だ導入に成功していない。sim4lifeの電磁気シミュレーションは問題なく動作しているため、当該年度は等価回路の計算が容易な並行平板電極を用いてシミュレーションと実験によって静電容量の比較を行った。両者はよく一致し、sim4lifeによる等価回路の計算は妥当な結果を得られることが示唆された。このため、match機能のエラーが修正されれば等価回路の設計は可能になると思われる。

Strategy for Future Research Activity

現在等価回路の作成に必要なsim4lifeのmatch機能の導入エラーに関してメーカー・代理店協力の元現在原因の特定と修正に対応している。解決の見通しが立たない場合、メーカー指定の別環境を用意してそちらに導入することを試験予定である。それでも原因が解決しない場合、本件におけるシミュレーション結果を代理店に共有し、match機能による等価回路の作成を代理店に依頼することで対応することを検討している。

Causes of Carryover

前年度より続くコロナ禍により、国際学会・県をまたいだ学会での発表が困難な状況が継続していること、また校内業務分担の増加したことで研究の実施に遅れが生じており、研究期間の再延長を申請したことにより、次年度使用額が生じる結果となった。今年度は前述の状況により行えなかった対外発表を予定しており、次年度に繰り越しとなった旅費の使用することになると思われるが、コロナ禍によりオンライン学会が増加しており、参加費以外の旅費に関しては予定額を下回る可能性がある。