Nakanishi, Isao

Suwaki, Takumi

Tottori University Research Result Repository

地域環境データ自動集計のためのモバイルセンサーの開発中西 功*1,洲脇 匠*2江ヽobile Sensor for Automaic Environment〔工D ta Colleciolsao NAKANISHI*1,Takumi SUWAKI*2キーワード :地域環境データ,自動データ集計,モバイルセンサーKey WVords i Autonlatic Environmcntal Data Collection,?lobile Sensor1。 まえがき環境と共生しながら地域の持続的発展を図るためには,地域環境に関するデータを集計し,それに基づき地域の特性を理解することが重要となる。ただし,気温や雨量,日照量,風速などの地域環境に関するデータは,測定日時が異なれば,天侯も異なるため,国や自治体が提供する統計的なデータを用いるだけでは信頼性の高い比較・検討が困難である。そのため,より正確に地域環境を理解するためには,共通した条件の下で測定を行う必要が生じる。しかしながら,共通した条件下で測定を行うには人手と労力が必要となる。例えば,若らは鳥取砂丘での風力発電の可能性を調査するため,砂丘内に風向計と風速計を設置し,測定データが自動記録されるシステムを導入しているが,デー タの回収は RAMカードの手作業による交換で行つている叱 この場合は一箇所での測定であったが,測定箇所が多点かつ遠方になる場合,手作業でのデータ回収は大きな手間となる。加えて,環境データの場合,人里離れた場所に測定器を設置する場合もあり,その場合,電源確保の問題も生じる。そこで,測定データを自動的に集計用コンピュー タに送信することができれば,効率的な測定が可能となり,直接コンピュー タでデータを処理することもできる。また,測定器も今日の携帯電話程度の消費電力であれば,電池による数日間の連続測定が可能となる。本論文ではこのような機能をもつシステムを,「モバイルセンサー」と呼ぶことにする。モバイルセンサーを用いた自動データ集計システムの概念を図1に示す。測定データを集計用コンピュー タに送信する方法としては,有線や無線のネットワー ク(LAN)を用いることも考えられるが,有線LANの場合はケーブル長に制限があるため,測定器の設置場所の自由度が低くなる。一方,無線LANの場合も電波の至I達距離が短いために設置場所が限られる。本論文で定義するモバイルセンサーとは設置場所に関する自由度が高いものを指す。以下,2章では自動データ集計システムにおいて核となるモバイルセンサーの機能について検討する。3章では2章で明らかにした機能を実機の組み合わせにより構成できることを示す。また,自動送信用の制御用プログラムを開発し,実機を動作させることにより機能の検証を行う。そして,最後に4章でまとめとする。鳥取大学 教育地域科学部 地域設計学講座 助教授鳥取大学 教育学部 総合科学課程 理数情報コー ス (平成14年度卒業)????中西 功・洲脇 匠 :地域環境データ自動集計のためのモバイルセンサーの開発モバイルセンサーインター ネット毛男生山/集計用コンピューター課山″図1モバイルセンサーを用いた自動データ集計システムの概念図2.モノミイルセンサーデータの自動計測・送信機能を実現したシステムは既にいくつか提案されている。CttRaceは気温データの教育利用法を探ることを目的に開発されたもので,気温の自動連続計測とそのデータの自動送信を行うシステムである囲。市販の温度記録器をRS 232Cを通じてコンピュー タにより制御し,測定されたデータはコンピュー タにより電話回線(パソコン通信またはインター ネット)を通してデータ集計用サーバーに送信される仕組みとなつている。土砂災害の監視用に開発されたシステムもある団。測定器ならびに送信部分は小型ソー ラー システムでの長期稼働が可能なように低消費電力設計となっている。通信には免許申請不要な特定小電力無線を用いており,送信距離があまり長くない(見通し約 2～5km)ため,近場にインター ネット回線が必要となる。NTTドコモが提供するDoPaというパケット通信網を利用して,運輸車両の車両位置確認や配送状況報告システム,自動販売機の販売売上データ通信システムなどが提供されている。モバイルアークと呼ばれる専用通信機やDoPa対応の携帯電話などを用いて通信を行うため,サー ビスエリア内であれば場所を選ばず,移動も容易であるという特徴を持つ。スマートダストは現在カリフォルニア大学で開発中の無線通信機能がついた超小型センサーである岡。体積は現時点で約 100立方ミリメー トル,完成品は1立方ミリメー トル以下になるという。この超小型のデバイスは,20メートルの無線通信機能を持ち,他のスマートダストとネットワー クを構築し,サー バーコンピュータヘデータを送信することができる。モバイルセンサーの将来的な形として期待される。以上の既存の技術・システムの比較から,モバイルセンサーとしての必須の機能が見いだされる。すなわち,目的となるデータを取得するための測定部,デー タ送信のための無線通信部,そしてこれらの機能を制御する制御部の3つである。それぞれの機能の関係を図2に示す。メモリは測定データを一時的に保持しておくバンフアとして機能する。制御部は測定部に一定時間ごと鳥取大学教育地域科学部紀要 地域研究 第5巻 第1号に測定命令を出し,メモリに預J定データが蓄えられる。一方,蓄えられたデータは一定間隔毎に読み出され,無線通信部を通して送信される。特に,モバイルセンサーであるためには広範囲での通信能力を有していることが求められる。図2モバイルセンサーの機能説明図3.システム実現前章で見いだしたモバイルセンサーの機能を,既存のシステムを組み合わせることにより実現し,その動作を確認する。3.1ハードウェア構成3.1.1測定器測定器は制御器と接続するためのインター フェー スを有する必要がある。今回測定器には計測技研社のSp?ngDAQを使用した。これは,後述する制御器専用の測定器であり,PCカード・インター フェー スを用いて接続される。図31こは温度センサーを取り付けた場合の写真を示す。SpttngDAQはセンサー部分を変更することイこより様々なデータの測定に対応できる。?ー??????ー?議u図3温度センサーを取り付けた狽1定器中西 功・洲脇 匠 :地域環境データ自動集計のためのモバイルセンサーの開発3.1,2制御器制御器は,測定器,通信機の双方にアクセスできるインター フェー スを持ち,それぞれが自動的に制御できなければならない。また,測定器からのデータを送信するまでの間,一時的に記憶しておくメモリ機能も必要である。さらに,モバイルセンサーとしては,機器の大きさや消費電力も考慮する必要がある。そこで,今回はHandsp?ng社のⅥSORというPDAを使用した。PDAとは,PersOnal Digital Asstttantの略で,河ヽ型 ,省電力を特徴とする携帯用情報端末である。機器の写真を図41こ示す。ⅥSORでは Pamosと呼ばれるOSが動作し,プログラム開発環境も提供されているため,使用者が独自のプログラムを作成し,実行させることが可能である。制御器がプログラム機能を有することにより,様々 な目的に応じて柔軟に計測内容を変更することができる。図4制御器としてのPDA3。1.3通信機モバイルセンサーにおける通信機としては無線による通信が必須である。無線通信は大別すると,専用の無線システムを用いる方法と,携帯電話等の既存の無線通信網を利用する方法に分かれる。前者は,遠距離で使用するには大きな電力が必要となり(消費電力は通信距離の2乗から4乗に比例),コスト,保守の面で課題が残る。例えば,前章で示した KGA 301システムは太陽電池で動作する専用の長距離無線データ転送システムを用いているが,送信距離は5km程度であり,モバイルセンサーとしては不十分である。一方,公衆回線を使用する方法は,通信網が使用地ザ点をカバーしている必要があり,回線使用料も必要になるが,安価で,消費電力も少ない送信装置が実現できる。また,インター ネットを利用すれば,通信範囲は全世界規模に広がる。以上のことから,モバイルセンサーの通信には,既存の無線通信網を利用することにした。具体的には,小型で低消費電力である汎用の携帯電話を通信機とし,携帯電話の回線を経由してインター ネットに接続し,電子メー ル機能により測定データを送信する。また,制御器であるⅥSORと通信機である携帯電話とのインター フェー スにはIrGEARという赤外線通信機能を使用する。ただし,携帯電話は標準では赤外線通信機能を有していないため,赤外線通信アダプタを導入した。これは,使用したⅥSORにインター フェー ス用のPCカードスロットが1つしかなく,それを測定器とのインター フエー スに使用したためである。通信機の機能として赤外線通信が必須である訳ではない。制御器が複数のPCカード・インター フ鳥取大学教育地域科学部紀要 地域研究 第5巻 第1号ェースを有するか,もしくは,通信機と接続可能な別なインター フェースを有していれば良い。以上の機器を組み合わせて構成したモバイルセンサーの実現例を図5に示す。また,その実際の写真を図6に示す。携帯電話の下部に見えるのは赤外線通信用のアダプタである。戸携帯電話(通信器)SpringDAQ(測定器) IrGEAR(VISORとの通信)VISOR(制御器)図5モバイルセンサーの実現例図6モバイルセンサーの実機による構成3.2制御プログラム本節ではモバイルセンサーを制御するためのプログラムについて述べる。プログラムが必要となるのは,測定器を制御して自動測定を行う部分と,通信機を制御して自動的にデータを送信する部分の2つである。□?????ー?ェー????中西 功・洲脇 匠 :地域環境データ自動集計のためのモバイルセンサーの開発・ 自動測定用プログラムー定時間ごとに測定器に対して自動的に測定命令を出し,測定結果であるデータを制御器内のメモリに保存することが要求される。ただし,この部分は今回測定器に使用したSp?nDAQに付属しているため,それを使用することで対応できる。・ 自動送信用プログラム制御器内に蓄えられた測定データを一定時間ごとに電子メー ル機能を用いてインターネット上の集計用のコンピュータ(メー ル・サーバ)へ送信するため,測定データをメー ルサーバーが扱うことのできる形式(プロトコル)に変換することが要求される。この部分のプログラムは独 自に開発する必要がある。プログラムの開発言語としては,MetrOwerk社のCodewa?or Lhe for P』mOS(P』mOS上で動作するプログラムをWindOws上で開発するためのツール)を用いた“'飼。自動送信用プログラムのフロー チャートを図7に示す。以下に処理の流れを説明する。・ メインループ処理プログラムが起動されると,初期設定(画面表示処理など)を行い,メイン画面が表示される。この画面では,メー ル送信のためのアドレスと送信する時間間隔を設定する。これらの処理は待機処理にて行われる。終了処理が割り込まれると,待機処理を終了し,プログラムを終了する。・ 待機処理アドレス,送信時間間隔等の設定を行い,設定時間ごとにメー ルを送信する。イベント(何か入力が行われるか,設定した時間が経過)が発生するまで処理を待機しておく。ここで,入力としては 2通り存在する。SMTPサーバー(電子メー ルを送信する際に経由させるサーバー)名,送信先アドレス等の文字情報と,メー ル送信の間隔を決める送信時間情報である。文字情報が入力された場合,その入力事項が保持され,メー ルの送信時に利用される。送信時間が設定されると,InteⅣal変数に設定時間値が代入される。この変数は時間経過の判定において参照される。入力処理が終了すれば再度待機状態に戻る。設定時間が経過すればメー ル送信の処理が行われる。・ メー ル送信処理メー ル送信処理では,まず携帯電話の回線を通してダイヤルアップ接続によリインターネットヘ按続される。次に待機処理において設定されたSMTPサーバーヘ状態確認が行われる。異常が生じたならば処理を中断してインターネットを切断し,待機処理に戻る。正常であれば SMTPサーバーに接続し,測定データを読み出し,電子メー ルとして送信を行う。最後に,メー ルを送信した後,インターネットを切断して待機処理に戻る。自動送信用プログラムはこの流れを繰り返し,定期的に測定データの記されたメー ルを集計用コンピュータに送信する。鳥取大学教育地域科学部紀要 地域研究 第5巻 第1号図7自動送信プログラムの流れ図3.3動作の検証実機による構成と開発した制御プログラムを用いて実際に動作の確認を行つた。ただし,自動測定用のプログラムは製品版であり,検証は不要であることから,今回は,独自に開発したデータの自動送信部分だけを検証した。自動送信プログラムのメイン画面における設定項目の説明は以下の通りである。メー ル送信インター ネット接続MTPサーバの返メー ルの送信インター ネット切断入力事項保持終了命令は出ていないか待機ルージ・ SMTPi    送信メー ルサーバーの設定・  To:・ From:・  Subj:・  Intervali・ TestBody:・ TestSendi中西 功・洲脇 匠 :地域環境データ自動集計のためのモバイルセンサーの開発送信先アドレスの設定送信者アドレスの設定メー ルの題名の設定自動送信の時間の間隔を設定。ボタンにはlm,lh,ld,orがあり それぞれ1分,1時間,1日,自動送信しないが選択できる。メー ルの本文を記述する部分テスト用の送信ボタン動作検証は SMTPが設定できるメー ルアカウントを取得し,そのアカウントを用いて行つた。設定を行つたメイン画面例を図81こ示す。なお,画面例では時間設定前のため, InteⅣ』はOFFとなっている。図9はhteⅣ』 に“lm"を設定した場合に集計用コンピュータにおいてメー ルを受信した画面である。画面右端の受信時間欄を見ると1分ごとにメー ルが受信されていることがわかる。図8メイン画面による設定例ぬ teuWヨkЮ●●meoュicx凸 tsuwakilnc●me口山こx凸 tsuWakiFtcaneon cx亡凸tSuWakiocomeon cx勘 tSuWakiocomeon cx凸 tsuwakioc●neon cx027r02/25123502胞2抱5123602珀2/25123702/02カ5123802珀2/25123902/02抱51240「??「???ョ図9集計用コンピュータに自動送信されたメー ル(デー タ)鳥取大学教育地域科学部紀要 地域研究 第5巻 第1号また,TestBodyに記述された内容がメー ルの本文として表示されている。ただし,測定データはメイン画面で書き込むものではなく,本来は制御器 VISORのあるメモリ領域に格納されているものを,メー ル・フォーマットに組み入れて送信することにより実現されるものである。しかしながら,どのメモリ領域に格納されるのかという情報が公開されていないために今回は検証できなかつた。測定データのメー ル化については今後の課題である。4。 まとめ地域環境データの自動集計システムにおいて核となるモバイルセンサーの機能について検討を行い,既存システムの組み合わせで実現できることを示した。また,デー タの自動送信のためのプログラムを作成し,実際に動作させることによりその実現性について検証を行つた。今回の提案システムで用いた測定器(SpAngDAQ)は単4アルカリ乾電池2本で連続駆動の場合なら70時間動作する。制御器としてのVISORは,単4アルカリ電池2本で連続 15時間動作する。通信機である携帯電話は連続動作させる必要はなく,通信時のみ動作させれば良いため,消費電力は少なくて済む。今回は既存のシステムを組み合わせることで実現したため,不必要な機能(例えば,液晶表示)を含んでいる。専用のシステムとして実現することにより電池による数日間の動作が可能になると期待される。また,電池とともに小型の太陽電池パネルを補助的あるいは相補的に用いることでより長期間の観測が可能になる。最後に,システムの大きさは,図6の写真からも分かるように現状でも十分に携帯性に優れたものになつている。消費電力と同様,不必要な機能を取り除き,専用のシステムを開発することで,より′卜型化が実現できると考える。今後は,今回未検証だった測定データのメー ルヘの自動出力機能の実現と,沢J定からデータ送信、さらには、データの自動集計までを含めたシステム全体の動作確認が課題である。参考文献[1]若良二,林農,原豊,劉薇,“鳥取砂丘における風力発電の可能性に関する調査研究,"鳥取大学教育地域科学部紀要 地域研究, 第1巻, 第2号, pp.6582, Feb.2000[2] http://、w名ハIw―SCi.edu.kagoshina―u.ac.jp/catrace/[3] http://、w、ww.acna?.ne.jp/～keisoku/new/new.htm[4] http://rObotics.eecs.berkeley.edu/%7Epister/SmartDust/[5]Ndl Rhodes,Jdic MCKeehan共著,青柳龍也 監訳,佐藤信彦 訳, P』mプログラミングPalm/WorkPadアプリケーション開発ガイド, Dec.1999[6] 3Com著,オー パス・ワン 訳,山田達司 監訳, P』m oSバイブル PDAアプリケーション開発のすべて, M訂,1999

Mobile Sensor for Automatic Environmental Data Collection

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