テレメトリー

テレメトリとは、遠隔地で測定値やその他のデータをその場で 収集し、監視のために受信装置（電気通信）に自動的に送信することです。 ^{[1]この単語は、}ギリシャ語のtele（遠く）とmetron （測定）に由来しています。動作するために外部からの指示とデータを必要とするシステムには、テレメトリに対応するtelecommandが必要です。^[2]

この用語は一般的に無線データ転送メカニズム（例：無線、超音波、赤外線システムの使用）を指しますが、電話やコンピュータ ネットワーク、光リンク、電力線搬送などの他の有線通信などの他のメディアを介して転送されるデータも含まれます。多くの最新のテレメトリ システムは、テレメトリ データの送受信に SMS を使用することで、 GSMネットワークの低コストと普及率を活用しています。

テレメータは遠隔測定に使用される物理的な装置である。これは、センサー、伝送路、および表示装置、記録装置、または制御装置から構成される。電子装置は遠隔測定に広く使用されており、無線または有線、アナログまたはデジタルである。機械式、油圧式、光学式などの他の技術も可能である。^[3]

テレメトリは、固定フレーム内で複数のデータ ストリームを送信できるように切り替えられる場合があります。

産業用テレメトリの始まりは蒸気時代に遡るが、当時はセンサーはテレメータと呼ばれていなかった。 ^[4]例としては、ジェームズ・ワット（1736-1819）が蒸気機関に水銀圧力計やフライボール調速機など（近距離からの）監視装置を追加したことが挙げられる。^[4]

元々のテレメーターは測距装置（距離測定テレメーター）を指していたが、19世紀後半までに同じ用語が電気技術者によって広く使用され、距離以外の多くの量を測定する電気作動装置を指すようになった（例えば、「電気テレメーター送信機」の特許^[5]）。一般的なテレメーターには、熱電対（トーマス・ヨハン・ゼーベックの研究による）、抵抗温度計（ハンフリー・デービーの研究に基づくウィリアム・シーメンスによる）、電気ひずみゲージ（機械的ひずみを受けた導体は抵抗が変化するというケルビン卿の発見に基づく）などのセンサーや、サミュエル・モールスの電信音響器やリレーなどの出力装置が含まれていた。1889年、このことから土木技術者協会の議事録の著者は、距離測定テレメーターの用語をタキオメーターに置き換えることを提案した。^[6]

1930年代には電気テレメータの使用が急速に増加しました。電気ひずみゲージはロケットや航空研究で広く使用され、ラジオゾンデは気象測定用に発明されました。第二次世界大戦の勃発により産業発展が促進され、それ以来これらのテレメータの多くが商業的に実現可能になりました。^[7]

ロケット研究に続き、宇宙探査が始まると無線テレメトリが日常的に使用されるようになった。宇宙船は物理的な接続が不可能な場所にあるため、テレメトリの唯一の実行可能な選択肢は無線または他の電磁波（赤外線レーザーなど）である。有人宇宙ミッション中は、宇宙船のパラメータだけでなく、宇宙飛行士の健康状態や生命維持も監視するために使用される。^[8]冷戦中、テレメトリはスパイ活動に使用された。米国の諜報機関は、無線信号を傍受する独自のテレメータを構築することでソ連のミサイルテストからのテレメトリを監視でき、ソ連の能力について多くのことを知ることができることを発見した。^[9]

テレメータは遠隔測定に使用される物理的な装置である。これは、センサー、伝送路、および表示装置、記録装置、または制御装置から構成される。電子装置は遠隔測定に広く使用されており、無線または有線、アナログまたはデジタルである。機械式、油圧式、光学式などの他の技術も可能である。^[10]

有線による遠隔測定情報の起源は 19 世紀に遡る。最初のデータ伝送回路の 1 つは、1845 年にロシア皇帝の冬宮殿と陸軍本部の間で開発された。1874 年、フランスの技術者がモンブランに気象および積雪深センサーのシステムを構築し、リアルタイムの情報をパリに送信した。1901 年、米国の発明家 C. ミハルケが、同期回転情報を遠距離に送信する回路であるセルシンの特許を取得した。1906 年には、ロシアのプルコヴォ天文台への遠隔測定機能を備えた一連の地震観測所が建設された。1912 年、コモンウェルス エジソンは、電力網の電気負荷を監視する遠隔測定システムを開発した。パナマ運河(1913 ～ 1914 年に完成) では、閘門と水位を監視するために広範な遠隔測定システムが使用されていた。^[11]

無線テレメトリは、1930年にフランスのロバート・ビューロとロシアのパベル・モルチャノフによって同時に開発されたラジオゾンデで早くから登場しました。モルチャノフのシステムは、温度と圧力の測定値を無線モールス信号に変換して変調しました。ドイツのV-2ロケットは、「メッシーナ」と呼ばれる原始的な多重化無線信号システムを使用して4つのロケットパラメータを報告しましたが、信頼性が低かったため、ヴェルナー・フォン・ブラウンはかつて、ロケットを双眼鏡で観察する方が有用であると主張しました。

米国とソ連では、メッシーナシステムはより優れたシステムにすぐに置き換えられた。どちらの場合も、パルス位置変調(PPM) に基づいていた。^[12] 1940年代後半に開発された初期のソ連のミサイルおよび宇宙テレメトリシステムは、PPM (例: OKB-MEI が開発した Tral テレメトリシステム) またはパルス幅変調(例: NII-885 が開発した RTS-5 システム) のいずれかを使用していた。米国では、初期の作業で同様のシステムが採用されていたが、後にパルスコード変調(PCM) に置き換えられた (例: 火星探査機マリナー 4 )。その後のソ連の惑星間探査機は冗長無線システムを使用し、デシメートル帯域の PCM とセンチメートル帯域の PPM でテレメトリを送信した。^[13]

テレメトリは 1920 年以来、気象データを送信するために気象気球によって使用されてきました。

テレメトリは、井戸を掘削するときに、掘削メカニズムと地層評価情報をリアルタイムで坑井に送信するために使用されます。これらのサービスは、掘削中の測定と掘削中のログ記録として知られています。掘削中に地下数千フィートで取得された情報は、掘削孔を介して地表センサーと復調ソフトウェアに送信されます。圧力波 (sana) は、DSP とノイズ フィルターの後で有用な情報に変換されます。この情報は、地層評価、掘削最適化、およびジオステアリングに使用されます。

テレメトリは現代のモーター レースの重要な要素であり、レース エンジニアはテストやレース中に収集されたデータを解釈し、それを使用して車を適切に調整して最適なパフォーマンスを実現できます。F1 などのシリーズで使用されるシステムは、車の潜在的なラップ タイムを計算できるレベルまで進化しており、このタイムがドライバーに求められるものです。レース カーの測定例には、3 軸の加速度 ( G フォース)、温度の読み取り、ホイール速度、サスペンションの変位などがあります。F1 では、ドライバーの入力も記録されるため、チームはドライバーのパフォーマンスを評価でき、(事故が発生した場合) FIA はドライバーのエラーが原因である可能性を判断または除外できます。

その後の開発には双方向テレメトリがあり、エンジニアは車のキャリブレーションをリアルタイムで（たとえ車がトラック上にあっても）更新することができる。F1では、双方向テレメトリは1990年代初頭に登場し、チームが更新できるダッシュボード上のメッセージ表示で構成されていた。その開発は2001年5月まで続き、初めて車での使用が許可された。2002年までに、チームは車がトラック上にある間にピットからエンジンマッピングを変更し、エンジンセンサーを非アクティブ化できるようになった。^[要出典] 2003年シーズン、FIAはF1での双方向テレメトリを禁止した。^[14]ただし、この技術は他の種類のレースやロードカーで使用される可能性がある。

一方向テレメトリ システムは、エンジン RPM、電圧、温度、スロットルなどの車のセンサーから情報を取得するために、 R/C レーシング カーにも適用されています。

輸送業界では、テレメトリは車両内のセンサーからデータを収集することで、車両やドライバーのパフォーマンスに関する有益な情報を提供します。これは、スタッフのコンプライアンス監視、保険評価から予知保全まで、さまざまな目的で行われます。

テレメトリは交通量計とデータレコーダーをリンクして交通量や車両の長さや重量を測定するために使用されます。^[15]

鉄道業界では、テレメトリは線路の健全性を測定するために使用されています。これにより、最適化され集中した予測的および予防的メンテナンスが可能になります。通常、これは、ネットワークレールが英国で使用しているニューメジャーメントトレインなどの専用列車で行われ、ゲージの問題やレールの変形などの線路の欠陥をチェックできます。^{[16]日本では、}ドクターイエローという愛称で呼ばれる同様のより速い列車が使用されています。^{[17]このような列車は、線路をチェックするだけでなく、}架空電力供給装置（カテナリー）が設置されている場所に問題があるかどうかを確認することもできます。スペリーレールなどの専用のレール検査会社^[18]は、レーザー、超音波、誘導（レールに電気を流すことによって生じる磁場を測定）などのさまざまな方法を使用して欠陥を見つけるカスタマイズされた鉄道車両とレールホイールを備えた台車を所有しています。^[19]

健全な作物と良好な収穫量に関連するほとんどの活動は、気象データと土壌データがタイムリーに入手できるかどうかにかかっています。そのため、無線気象ステーションは、病気の予防と精密灌漑において重要な役割を果たします。これらのステーションは、気温と相対湿度、降水量と葉の湿り具合（病気予測モデル用）、太陽放射と風速（蒸発散量の計算用）、水不足ストレス（WDS）葉センサー、土壌水分（灌漑の決定に重要）など、意思決定に必要なパラメータを基地局に送信します。

地域の微気候は大きく異なる可能性があるため、このようなデータは作物の内部から取得する必要があります。監視ステーションは通常、地上無線でデータを送信しますが、衛星システムが使用されることもあります。ステーションを電力網から独立させるために、太陽光発電が使用されることがよくあります。

テレメトリは水質や流量測定機能を含む水管理において重要です。主な用途には、AMR（自動メーター読み取り）、地下水モニタリング、配水管の漏水検知、機器監視などがあります。ほぼリアルタイムでデータを利用できるため、現場での出来事に迅速に対応できます。テレメトリ制御により、エンジニアはポンプなどの資産に介入し、状況に応じてポンプのオン/オフを遠隔で切り替えることができます。流域テレメトリは、水管理システムを実装するための優れた戦略です。 ^[20]

テレメトリは、効率的で安全な操作に必要な自動監視、警告、記録保存を可能にするため、ミサイル、RPV、宇宙船、石油掘削装置、化学工場などの複雑なシステムで使用されています。NASA 、ISRO、欧州宇宙機関(ESA) などの宇宙機関やその他の機関は、テレメトリや遠隔コマンド システムを使用して、宇宙船や衛星からデータを収集しています。

ミサイル、衛星、航空機の開発では、システムがテスト中またはテスト後に破壊される可能性があるため、テレメトリが不可欠です。エンジニアは、システムのパフォーマンスを分析 (および改善) するために重要なシステム パラメータを必要とします。テレメトリがなければ、このデータは利用できないことがよくあります。

テレメトリは、有人または無人の宇宙船によるデータ伝送に使用されます。例えば、ボイジャー 1 号では、100 億キロメートルを超える距離がカバーされています。

ロケット工学において、遠隔測定装置はロケット射場資産の不可欠な部分を形成し、打ち上げロケットの位置と状態を監視して射場の安全飛行終了基準を決定するために使用されます（射場の目的は公共の安全です）。問題には、極端な環境（温度、加速度、振動）、エネルギー供給、アンテナの位置合わせ、（宇宙飛行などの長距離での）信号移動時間などがあります。

今日では、ほぼすべての種類の航空機、ミサイル、宇宙船が試験時に無線テレメトリシステムを搭載しています。^[21]航空モバイルテレメトリは、飛行試験中のパイロットと地上の人々の安全のために使用されます。機内に搭載された飛行試験計器システムからのテレメトリは、有人および無人の航空機の試験中に送信されるリアルタイムの測定およびステータス情報の主な情報源です。^[22]

ソ連のミサイル実験の際、傍受されたテレメトリは米国と英国にとって重要な情報源であった。この目的のため、米国はイランに情報収集拠点を設置していた。最終的に、ロシアは米国の情報収集ネットワークを発見し、ミサイル実験のテレメトリ信号を暗号化した。テレメトリはソ連にとっても情報源となり、ソ連はカーディガン湾で聴取船を運用し、その地域で行われた英国のミサイル実験を盗聴していた^[要出典]。

工場、ビル、住宅では、 HVACなどのシステムのエネルギー消費が複数の場所で監視され、関連するパラメータ (温度など) がワイヤレス テレメトリを介して中央の場所に送信されます。情報は収集および処理され、エネルギーを最も効率的に使用できるようになります。このようなシステムは、予測メンテナンスにも役立ちます。

多くのリソースを広範囲に分散させる必要があります。テレメトリは、物流システムが必要な場所にリソースを誘導し、それらの資産のセキュリティを確保できるため、このような場合に便利です。主な例としては、乾物、液体、粒状のバルク固体などがあります。

包装された商品などの乾物は、RFIDセンシング システム、バーコード リーダー、光学式文字認識(OCR) リーダー、またはその他のセンシング デバイス (テレメトリ デバイスと連動)によって追跡およびリモート モニタリング、追跡、在庫管理され、商品、パッケージ、または (大型商品や大量出荷の場合) 輸送コンテナや車両に貼り付けられたRFID タグ、バーコードラベル、またはその他の識別マーカーを検出します。これにより、バーコード ラベルの付いた商品が小売店の POS システムのチェックアウト リーダーでスキャンされたときのように、商品の場所がわかり、状態や処分を記録することができます。固定式または手持ち式のバーコードRFIDスキャナー、またはリモート通信機能付きの光学式リーダーを使用すると、店舗、倉庫、出荷ターミナル、輸送業者、工場での在庫追跡と在庫数えを迅速化できます。^{[23] [24] [25]}

タンクに貯蔵されている液体は、常時商用テレメトリの主な対象です。これには通常、ガソリン精製所や化学工場のタンクファームの監視が含まれます。また、分散型または遠隔地のタンクは、空になったら補充する必要があり（ガソリンスタンドの貯蔵タンク、家庭用暖房用オイルタンク、農場の農薬タンクなど）、満杯になったら空にする必要があります（油井からの生産、蓄積された廃棄物、新しく生産された液体など）。^{[26]テレメトリは、}空気圧、静水圧、差圧によって液体の動きや量を検出するフローセンサーとタンクレベルセンサー、タンク限定の超音波、レーダー、ドップラー効果エコー、または機械式または磁気式センサーのさまざまな測定値を通信するために使用されます。^{[26] [27] [28]}

バルク固体のテレメトリは、穀物や家畜飼料容器、粉末または粒状の食品、製造用の粉末やペレット、砂や砂利、その他の粒状バルク固体の容積状態や状態を追跡し報告するために一般的に使用されています。液体タンクの監視に関連する技術は、部分的に粒状バルク固体にも適用されますが、バルク固体の物理的特性はより複雑で変化に富んでいるため、容器全体の重量やその他の総特性や状態の報告が必要になる場合があります。^{[29] [30]}

テレメトリーは、通常、冠状動脈疾患集中治療室において、異常な心臓活動のリスクがある患者（バイオテレメトリー）に使用されます。テレメトリーの専門家は、病院内の多くの患者を監視するために使用されることがあります。 ^{[31]このような患者には、測定、記録、送信デバイスが装備されています。データログは}、医師による患者の状態の診断に役立ちます。アラート機能により、患者が急性（または危険な）状態に陥っている場合に 看護師に警告することができます。

心臓病を除外するためのモニタリングや、アミオダロンなどの抗不整脈薬に対する反応をモニタリングするためのシステムが、外科看護の分野で利用可能です。

テレメトリの新しい用途として、神経生理学、または神経テレメトリの分野が挙げられます。神経生理学は、自発的または刺激された生体電気活動の記録を通じて中枢神経系と末梢神経系を研究する学問です。神経テレメトリ (NT) では、患者の脳波(EEG) は、登録された EEG 技術者が高度な通信ソフトウェアを使用して遠隔で監視します。神経テレメトリの目的は、身体的な兆候や症状が現れる前に患者の状態の低下を認識することです。

ニューロテレメトリーはリアルタイムの連続ビデオ EEG モニタリングと同義で、てんかんモニタリング ユニット、神経 ICU、小児 ICU、新生児 ICU で応用されています。連続 EEG モニタリングは労働集約的な性質があるため、NT は通常、R.EEG 技術者、IT サポート スタッフ、神経科医、神経生理学者、モニタリング サポート担当者を含む院内プログラムを使用して、大規模な大学教育病院で実施されます。

最新のマイクロプロセッサ速度、ソフトウェア アルゴリズム、ビデオ データ圧縮により、病院は複数の重篤患者の継続的なデジタル EEG を同時に集中的に記録および監視できます。

神経テレメトリーと継続的な EEG モニタリングにより、脳機能に関する動的な情報が得られ、神経学的状態の変化を早期に検出できるようになります。これは、臨床検査が限られている場合に特に役立ちます。

テレメトリーは野生動物の研究に利用されており、^[32]絶滅危惧種を個体レベルで監視するのに役立っています。研究対象の動物には、温度、潜水深度と潜水時間（海洋動物の場合）、速度と位置（GPSまたはArgosパッケージを使用）を測定するセンサーを含む計測タグを装着できます。テレメトリータグは、研究者に動物の行動、機能、環境に関する情報を提供します。この情報はその後保存されるか（アーカイブタグを使用）、タグから衛星または携帯型受信デバイスに情報を送信（または伝送）できます。^[33]野生動物を捕獲してマーキングすると、ある程度のリスクが生じる可能性があるため、これらの影響を最小限に抑えることが重要です。^[34]

2005 年にラスベガスで開催されたワークショップでは、自動販売機が販売データや在庫データをルート トラックや本部に送信できるようにするテレメトリ機器の導入についてセミナーで取り上げられました。 ^[要出典]このデータは、在庫を配達する前に補充が必要な商品を確認するためにドライバーが最初に出向く必要がなくなるなど、さまざまな目的に使用できます。

小売業者は、在庫を追跡し、万引きを防止するためにもRFIDタグを使用します。これらのタグのほとんどは RFID リーダー (レジなど) に受動的に応答しますが、位置情報を定期的にベース ステーションに送信するアクティブ RFID タグも利用できます。

テレメトリ ハードウェアは、法執行機関で人物や財産を追跡するのに便利です。保護観察中の受刑者が足首に付ける首輪は、許可された境界を外れたり、許可されていない場所を訪れたりするなど、仮釈放の条件に違反した場合に当局に警告することができます。テレメトリは、警察がカメラや追跡装置を車に取り付け、盗まれそうな場所に置いておくおとり車も可能にします。盗難されると、テレメトリ装置が車両の位置を報告し、対応した警官が車両を停止させたときに、警察がエンジンを停止してドアをロックできるようにします。

一部の国では、消費された電気エネルギーの量を測定するためにテレメトリが使用されています。電気メーターはコンセントレータと通信し、コンセントレータはGPRSまたはGSM を介して情報をエネルギー プロバイダーのサーバーに送信します。テレメトリは、変電所とその機器のリモート モニタリングにも使用されます。データ伝送には、30 ～ 400 kHz の周波数で動作する位相線路搬送システムが使用されることがあります。

鷹狩りにおいて、「テレメトリー」とは、猛禽類が携帯する小型無線送信機を意味し、これにより、猛禽類が視界から外れた場合でも、飼い主が追跡できるようになります。

テレメトリは、人間にとって危険な敵対的な環境のテストに使用されます。例としては、軍需品保管施設、放射能汚染施設、火山、深海、宇宙などがあります。

テレメトリは、多くのバッテリー駆動型ワイヤレス システムで使用され、バッテリー電力が低下し、最終製品に新しいバッテリーが必要になると監視担当者に通知します。

鉱業では、テレメトリは主に2つの目的を果たします。鉱山機器の主要パラメータの測定と安全対策の監視です。^[35]主要パラメータの収集と分析によって得られる情報により、非効率的な操作、安全でない対策、不適切な機器の使用の根本原因を特定し、生産性と安全性を最大化することができます。^[36]この技術をさらに応用することで、組織全体で知識とベストプラクティスを共有することができます。^[36]

ソフトウェアでは、テレメトリは、アプリケーションおよびアプリケーション コンポーネントの使用状況とパフォーマンスに関するデータを収集するために使用されます。たとえば、特定の機能の使用頻度、起動時間と処理時間の測定、ハードウェア、アプリケーションのクラッシュ、一般的な使用状況の統計、および/またはユーザーの行動などです。場合によっては、個々のウィンドウ メトリック、使用された機能の数、個々の機能のタイミングなど、非常に詳細なデータが報告されます。

この種のテレメトリは、ソフトウェア開発者にとって、社内ですべてをテストすることは不可能なさまざまなエンドポイントからデータを受信するだけでなく、特定の機能の人気度や、それらの機能を優先させるか削除を検討するかに関するデータを取得するために不可欠です。ソフトウェア テレメトリはユーザーのプロファイルに簡単に使用できるためプライバシーに関する懸念があるため、ユーザー ソフトウェアのテレメトリは多くの場合ユーザーの選択であり、通常はオプトアウト機能 (無効にするには明示的なユーザー アクションが必要) として提示されるか、ソフトウェアのインストール プロセス中にユーザーが選択できます。

他の通信分野と同様に、テレメトリ機器とソフトウェアには国際標準が存在します。国際標準の作成団体には、宇宙機関向けの宇宙データシステム諮問委員会(CCSDS)、ミサイル射場向けの射場間計測グループ(IRIG)、国際テレメトリ財団の組織であるテレメトリ標準調整委員会 (TSCC) などがあります。

ウィキメディア・コモンズには、無線テレメトリに関連するメディアがあります。

• 国際テレメータリング財団
• IRIG 106 — デジタルテレメトリ規格
• 欧州テレメータ協会