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－

2020 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 18K13975
• 研究機関: 熊本高等専門学校
• 研究代表者: 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, 助教 (30707914)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2022-03-31
• キーワード: 水道電界通信 / 数値計算 / 等価回路 / 環境電磁工学

研究実績の概要

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。
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予定していた水道水の流水速度による伝送特性への影響について検討を実施した。通常、水道網の末端である建築物の水道は、静水（蛇口を捻らない）、流水（蛇口を捻る、または漏水）、断水の３つの状態が考えられ、長時間通信路が確立しない場合は漏水または断水の可能性があるということであり、漏水や断水の検出のために重要な情報となる。
検討手法としては流量計を用いて瞬時流量を計測し、瞬時流量と水道管の断面積から流水速度を算出した。流水速度と受信電圧の関係をまとめたところ、流水速度の違いによる受信電圧の大きな変化はなく、受信電圧への流水速度の影響は小さいことがわかった。これは誘電分極による電荷の偏りが、流水速度よりも高速で行われているためではないかと思われる。検討結果はICICIC2020にて発表予定だったが、コロナ禍により中止となったため、今後の状況を注視しつつ、改めての発表を予定している。
また、導入した電磁界シミュレーションソフトウェアを使用して水道電界通信を模擬したシミュレーションモデルを制作し、数値計算による検討を開始した。詳細な検討は2021年度中に進める予定である。

現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

数値計算ソフトウェアの導入が遅れた影響もあり、研究期間の延長を申請したが、前年度に引き続き現在もコロナ禍により研究、特にシミュレーション以外の実験に注力できない状況が続いている。今後の状況次第では更に研究が遅れることも考えられる。

今後の研究の推進方策

予定されている研究のうち水道中の異物・流水速度の影響に関しては検討を終えることができている。上でも述べた通り現在シミュレーション以外の実験を進め難い状況にあるが、電磁界解析も開始しており、ネットワークアナライザで計測したSパラメータから等価回路を作成し、シミュレーションの結果と比較すれば電磁界解析および妥当性の評価ができるため、それを根拠として主にシミュレーションによって検討を進める方法に切り替えることも考慮している。

次年度使用額が生じた理由

当初の予定では当該年度に国際学会での発表を予定しており、その旅費を申請していたが、コロナ禍により中止となったため、旅費の使用が生じなかった。可能ならば今年度、改めて学会発表を実施する予定だが、これも今後の国内外の状況次第と考えている。