ピエゾ抵抗型水位センサーは、シンガポールの包括的な水管理戦略において不可欠な要素となり、「スマートウォーターグリッド」への移行を支えています。この記事では、洪水対策から貯水池管理、スマートウォーターネットワークまで、シンガポールの都市水道システム全体にわたるこれらの堅牢で高精度なセンサーの多様な用途について考察します。ピエゾ抵抗素子を介して水圧を電気信号に変換するこれらのセンサーは、シンガポール公益事業庁（PUB）に信頼性の高いリアルタイムデータを提供し、複雑な水道インフラにおける運用の最適化、システムのレジリエンス強化、そしてサービス提供の改善に貢献しています。
シンガポールの水道分野におけるピエゾ抵抗型センシングの紹介
シンガポールが水管理における世界的リーダーへと成長を遂げたのは、必要に迫られたからこそです。天然水資源が限られ、豪雨や海面上昇といった気候変動の影響に対して脆弱な小さな島国であるシンガポールは、革新的な水技術に多額の投資を行ってきました。中でも、ピエゾ抵抗型水位センサーは、同国の水質監視インフラの重要な構成要素として台頭し、多様な水域環境において比類のない信頼性と精度を提供しています。
ピエゾ抵抗型センサーは、特定の材料が機械的応力を受けると電気抵抗が変化するという原理に基づいて動作します。水位測定アプリケーションでは、これらのセンサーは水柱によって発生する静水圧を測定します。この静水圧は水位に正比例します。この物理的関係により、水の透明度、濁度、浮遊物質の有無といった要因に左右されることなく、正確な水位測定が可能になります。これらの要因は、超音波センサーや光学センサーなどの代替技術ではしばしば問題となります。
シンガポールの国営水道機関である公益事業庁（PUB）は、水管理の複数の分野にピエゾ抵抗型センサーを戦略的に導入しました。これらの導入は、シンガポール特有の課題、すなわち、豪雨に見舞われやすい熱帯気候における正確な洪水予測の必要性、多数の都市貯水池を擁する国土の乏しい国における正確な貯水池管理の必要性、そしてますます複雑化し相互接続性が高まる水道網を運用するための信頼性の高いデータの必要性といった課題に対応しています。
シンガポールの水事情は、水不足から水の安全保障への変革を物語っています。国の4つの国営水道（地域集水、輸入水、ニューウォーター、淡水化水）は、それぞれの構成要素を綿密に監視する必要がある多様な水供給戦略を表しています。ピエゾ抵抗型センサーは、4つの水道、特にシンガポールの国土面積の3分の2を占める地域集水システムにおける運用を最適化するために必要な、正確なリアルタイムデータを提供することで、この戦略に貢献しています。
ピエゾ抵抗型技術の採用は、シンガポールのより広範なスマートネーション構想に合致しており、あらゆるセクターにおいてデータに基づく意思決定を重視しています。水管理においては、これは測定値を提供するだけでなく、高度な分析プラットフォームとシームレスに統合し、予知保全、自動制御システム、早期警報機能を可能にするセンサーへと繋がります。ピエゾ抵抗型センサーは、生物付着、温度変動、長期設置にも関わらず精度を維持できる堅牢性を備えており、シンガポールの熱帯環境や、シンガポール公共事業局（PUB）のデータ品質とシステム信頼性に関する厳格な基準に特に適しています。
洪水監視および早期警報システム
シンガポールの熱帯気候は、排水システムを瞬く間に圧倒するほどの激しい降雨をもたらすため、都市のレジリエンス（強靭性）確保には堅牢な洪水監視が不可欠です。公益事業庁（PUB）は、洪水リスク管理戦略の一環として、ピエゾ抵抗型水位センサーの広範なネットワークを導入し、世界でも最先端の都市洪水警報システムの一つを構築しました。これらのセンサーは、シンガポールの密集した都市景観全体における洪水発生の予測、監視、対応に必要な重要なデータを提供します。
高リスク地域におけるセンサーの配備
PUBは、シンガポールの排水網全体にわたる約200箇所の主要地点に、特に低地と過去に洪水の多発地帯57に集中して、ピエゾ抵抗型センサーを戦略的に設置しました。これらのセンサーは、運河、排水路、河川の水位を継続的に監視し、PUBの中央制御システムにリアルタイムデータを送信します。ピエゾ抵抗型技術がこれらの用途に選ばれたのは、シンガポールの厳しい環境条件（高湿度、頻繁な豪雨、そして他の種類のセンサーを汚染する可能性のある土砂を含んだ洪水の可能性）において、卓越した信頼性を備えているためです。
これらのセンサーは、降雨レーダー、CCTVカメラ、水質モニターを含む統合洪水監視システムの一部です。しかし、ピエゾ抵抗型水位センサーは、特定の場所における実際の洪水リスクを最も直接的に測定する基盤要素として機能します。これらのセンサーの測定値は、上流のすべての水文学的プロセス（降雨強度、集水域の流出特性、排水システムの性能）の統合結果を、水深という単一の、かつ解釈しやすいパラメータで捉えることができるため、特に貴重です。
自動アラートメカニズム
シンガポールの洪水監視システムは、ピエゾ抵抗型センサーのデータを活用し、複数のチャネルを通じて自動警報を発します。水位が所定の閾値（通常は危険水深の50%、75%、90%、100%）に達すると、システムはSMS、MyWatersモバイルアプリケーション、そしてPUB内部の制御室ディスプレイ7を通じて通知を送信します。この段階的な警報アプローチにより、日常的な監視から緊急介入まで、段階的な対応が可能になります。
ピエゾ抵抗型センサーの高い精度（多くの設置においてフルスケールの±0.1%）により、正確な測定に基づいた警報が発せられ、誤報を最小限に抑えながら十分な警報時間を確保できます。住民や企業は、最大3か所のセンサー設置場所から警報を受信するよう登録できるため、特に懸念される地域に対して、パーソナライズされた洪水警報を発令できます7。このような高度なカスタマイズは、ピエゾ抵抗型センサーが公共事業局（PUB）と一般市民が信頼できる、一貫して信頼性の高いデータを提供しているからこそ可能になったのです。
洪水制御インフラとの統合
ピエゾ抵抗型センサーのデータは、警報システム以外にも、シンガポール各地の自動洪水対策インフラを直接制御しています。2010年と2011年に深刻な洪水に見舞われたショッピング街、オーチャードロードのような地域では、センサーデータに基づいて仮設の防潮堤が作動し、強力なポンプが作動して洪水を迂回させています5。センサーの高速応答時間（通常1秒未満）は、これらの用途にとって非常に重要であり、制御システムは洪水状態が深刻化する前に対応することができます。
注目すべき応用例の一つは、洪水多発地域の建物における「浸水対策」地下室プログラムです。このプログラムでは、地下駐車場に設置されたピエゾ抵抗型センサーが建物の警報システムに接続され、浸水の危険があると建物の管理者と居住者に直接警告を発します5。センサーの堅牢な構造により、部分的に水没した場合でも確実な動作が保証されます。これは、耐久性の低い技術ではよくある故障の原因です。
異常気象時のパフォーマンス
シンガポールのピエゾ抵抗型センサーネットワークは、複数の異常降雨事象においてその真価を実証してきました。例えば、2018年に4時間で約160mmの雨量を降らせた嵐（シンガポール史上最大級の降雨量の一つ）では、センサーネットワークはシンガポール公共事業局（PUB）に島全体の水位に関する分単位の最新情報を提供しました。このデータにより、洪水対策チームの的確な派遣と、最も危険にさらされている地域に関する正確な市民への情報発信が可能になりました。
センサーデータの事後分析は、PUBが排水システムのボトルネックを特定し、将来のインフラ投資を最適化するのにも役立っています。ピエゾ抵抗型センサーは、過酷な状況下でも正確な測定が可能であり、ピーク流量時にデータ欠落なく洪水事象の完全なハイドログラフを捕捉できるため、こうした法医学調査において特に貴重です。
貯水池と貯水管理
シンガポールの革新的な貯水・貯水池管理アプローチは、精密な水位監視に大きく依存しており、ピエゾ抵抗型センサーは、これらの重要な水資源の効率性と安全性を確保する上で中心的な役割を果たしています。島嶼国であり、天然水資源が限られているシンガポールは、都市景観を集水域として機能させるべく変革を遂げ、広大な貯水池ネットワークを構築しました。現在、これらの貯水池は国土面積の3分の2を占めています。これらの貯水池の管理には、正確かつリアルタイムの水位データが必要であり、ピエゾ抵抗型センサー技術はまさにこの要件を完璧に満たしています。
マリーナ貯水池システム監視
シンガポールで最も都市化された集水域であるマリーナ貯水池は、大規模貯水施設におけるピエゾ抵抗型センサーの高度な応用を実証する好例です。貯水池全体の異なる深度と場所に複数のセンサーが戦略的に配置され、全体の水位だけでなく、成層化の影響や局所的な変動も監視しています3。これらの測定は、運用上のいくつかの側面において非常に重要です。
- 水供給管理: 正確な水位データにより、不必要な水位低下を回避しながら供給を維持する最適な取水率が保証されます。
- 雨水捕捉: 降雨時に、センサーは貯水池が安全に吸収できる追加の流出水の量を判定するのに役立ちます。
- 塩分制御: マリーナ バラージでは、センサー データによってゲート操作が通知され、海水の浸入を防ぎながら適切な排出が可能になります。
マリーナ貯水池に搭載されているピエゾ抵抗型センサーは、淡水と海水が出会う汽水域の環境に耐えられるよう特別に設計されており、この過酷な環境下での耐腐食性を考慮した材料が選定されています。堅牢な構造により、常に水没し、変化する水質にさらされる状況でも、最小限のメンテナンスで継続的な運用が可能です。
分散型貯蔵タンク監視
主要な貯水池以外にも、ピエゾ抵抗型センサーはシンガポールの多数の分散型貯水タンクの水位を監視しています。これらの貯水タンクは、シンガポールの配水網全体の水圧と緊急時の備蓄量を維持するための重要なインフラです37。これらの用途は、センサーの汎用性を示しています。
- 都市の屋上タンク: 高層ビルでは、センサーが溢れを防ぎながら上層階への十分な給水を確保します。
- サービス貯水池: これらの中間貯蔵施設は、センサー データを活用して、ポンプのスケジュールとエネルギー使用を最適化します。
- 緊急時備蓄: 干ばつやインフラ障害のシナリオに備えて維持される戦略的備蓄は、準備状況が注意深く監視されています。
PUB は、さまざまなタンク形状にわたって一貫したパフォーマンスと、シンガポールの給水ネットワークを自動化する SCADA システムと直接インターフェイスできる機能を備えていることから、これらのアプリケーション向けにピエゾ抵抗型センサーを標準化しました。
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水センサーの詳細については 情報、
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投稿日時: 2025年6月27日