(57)【要約】      （修正有）【課題】大規模な発信・受信設備を利用せず、一般の人でも入手が容易なRFIDタグとタグリーダを屋内などに設置することによって、違法に強い人工的電磁波の検出や地中で発生した電磁場変動の検出を可能ならしめる装置および方法を提供する。【解決手段】監視空間に設置されたｍ個（ｍ＞＝１）のRFIDタグから発生する電磁界をｎ個（ｎ＞＝１）のタグリーダで前記RFIDタグごとに識別しつつ測定し、ｍ×ｎ個の受信電界強度の変動の様子から地中で発生した電磁場変動を検出する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
監視空間に設置されたｍ個（ｍ＞＝１）のRFIDタグから発生する電磁界をｎ個（ｎ＞＝１）のタグリーダで前記RFIDタグごとに識別しつつ測定し、ｍ×ｎ個の受信電界強度の変動の様子から地中で発生した電磁場変動を検出する、電磁場変動検出装置。
【請求項２】
物体の移動による影響を算出する、請求項１に記載の電磁場変動検出装置。
【請求項３】
前記影響を前記電磁界から消去する、請求項２または３に記載の電磁場変動検出装置。
【請求項４】
物体の移動による影響を受けるRFIDタグとタグリーダ、および物体の移動による影響を受けないRFIDタグとタグリーダを備える、請求項１に記載の電磁場変動検出装置。
【請求項５】
前記影響が物体の移動による受信電界強度の変動分である、請求項２ないし４のいずれかに記載の電磁場変動検出装置。
【請求項６】
監視空間に設置されたｍ個（ｍ＞＝１）のRFIDタグから発生する電磁界をｎ個（ｎ＞＝１）のタグリーダで前記RFIDタグごとに識別しつつ測定し、ｍ×ｎ個の受信電界強度の変動の様子から地中で発生した電磁場変動を検出する、電磁場変動検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、監視空間に固定して配置された１枚以上のRFIDタグが発生する電界強度信号を同じく監視空間に固定して配置された１台以上のタグリーダによりタグごとに識別しつつ測定し、受信電界強度の変動の様子から異常な電磁場変動を検出するための装置および方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
地球の深さ50km程度まで花崗岩叉は玄武岩で出来ている事が知られている。この深さについては地域により様々である。花崗岩の成分は60％がケイ素で、その中には雲母を含む層もある。これに圧力が加わると、電磁波パルスが発生するとされており、大地震の前兆現象として知られている。近年、静的圧力による破壊実験を行ったグループがこの電磁波パルスを検出することに成功した（非特許文献１参照）。電波暗室で珪岩、花崗岩、斑レイ岩、玄武岩をそれぞれ圧縮機にかけ、周辺に300MHz、2GHz、22GHzのアンテナを設置したところ、全種の岩石が破壊前後に前記３つの周波数が観測された。
【０００３】
また、地中電磁波パルスを観測しているグループが２週間の間に発生したパルス波源の分布と同期間の有感地震の波源の分布を比較したところ、非常に高い相関があることが確認された（非特許文献２参照）。
【０００４】
非特許文献１、２では、非常に細いパルス幅の観測が可能な測定機器を使用している。こうした測定機器の進歩によって、これまで30kHz以下しか存在しないとされてきた地震の前兆の電磁波が、実は、ずっと高い周波数帯まで存在することが証明されつつある。
【０００５】
串田は、通常市販のFM受信機を用いて、地震等の地殻変動の際に電離層圏に一時的に形成されるプラズマ密度分布の異常圏を検出することにより、当該プラズマ密度分布異常圏の下方における地殻変動の位置、規模、時期等を判定する技術を開示した（特許文献１）。
【０００６】
早川らは、地震発生の予兆として発生する大気プラズマを、電波を用いて検出することにより、高信頼性を有する地震予知を行う技術を開示した（特許文献２）。
【０００７】
特許文献１、２では、人工的に電磁波を発生させて、地震が発生すると考えられるエリアを挟むように受信機を設置して、受信状態を観測することによって大気の伝搬経路の擾乱を発見している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】国際公開ＷＯ９６／３１７８９号公報
【特許文献２】特開平８−３３４５６９号公報
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】高野忠、他、「ものを壊すとマイクロ波が発生する」、MWWE2008 Microwave Workshop Digest、pp. 169-174
【非特許文献２】筒井稔、他、「地震源と地中励起電磁波パルスの波源位置との地理的関係」、The 7th Geberal Assembly of Asian Seismological Commission and The 2008 Fall meeting of Seismological Society of Japan, p.41
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
非特許文献１、２で使用された受信装置は非常に特殊な装置であり、地震パルスを観測する目的だけでは、全国的な普及は見込めない。また、特許文献１、２では、大電力の電磁波を放出する発信基地が必要であるため、法的な許可が必要である。よって一般の人は既存の基地局を利用することになるが、発信基地の設備変更などでデータが大きく変化するという問題があるにもかかわらず、発信基地の所有者には発信電波の状態を利用者に通知する義務がなく、所有者の都合で変更されたり、廃棄されたりと、観測網を利用者の制御下に置くことが不可能である。
【００１１】
現在、全国的な普及が見込まれていて、かつ利用者が電磁波の送・受信装置および信号の伝搬環境を制御下におけるものは、RFIDタグシステムである。この技術は元来、流通の分野で物品・在庫管理を目的に開発されてきたが、近年、福祉、防犯の分野へ適用しようという機運が高まり、病院、学校・幼稚園、刑務所への導入が進んでいる。
【００１２】
そのため、利用者が増大しているRFIDタグシステムを用いて、地中で発生する電磁場変動を検出する装置が好ましい。
【００１３】
このRFIDタグに利用されている電磁波の電界強度は、発信源から3 [m]の場所で500 [μV/m] 以下であり、周波数帯は、322MHz以下であるので、無免許で一般の人が利用できる。屋内でシステムを使用する場合には、利用者が他の発信源から3m以上離すことが出来るので、利用者自身で電波の伝搬環境を制御できる。すなわち、人やモノによる外乱が無い場合に、通常の通信状態から逸脱した場合には、違法に強い電波が生じているか、設置環境に電磁異常が生じていることを示している。しかしながら、これまでのRFIDタグシステムの一般的な装置構成や情報処理方法では、こうした電磁異常を抽出することができない。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、以上の事情に鑑みてなされ、従来の問題点を解消することのできる、監視空間に設置されたｍ個（ｍ＞＝１）のRFIDタグから発生する電磁界をｎ個（ｎ＞＝１）のタグリーダで前記RFIDタグごとに識別しつつ測定し、ｍ×ｎ個の受信電界強度の変動の様子から地中で発生した電磁場変動を検出する、電磁場変動検出装置および方法を提供する。
【００１５】
より具体的には、たとえば、監視可能空間に設置されたｍ個（ｍ＞＝１）のRFIDタグと、前記ｍ個のRFIDタグから発生する電界強度をRFIDタグごとに識別しつつ測定するｎ個（ｎ＞＝１）のタグリーダと、ｍ×ｎ個の電界強度の時系列データから特徴を計算する特徴抽出手段と、前記特徴と学習用の各状態における特徴データから統計処理により状態を識別する状態識別手段とを備える、環境電磁場変動検出装置および方法を提供する。
【００１６】
前記装置および方法は、物体の移動による影響を算出すること、前記影響を前記電磁界から消去すること、物体の移動による影響を受けるRFIDタグとタグリーダ、および物体の移動による影響を受けないRFIDタグとタグリーダを備えること、前記影響が物体の移動による受信電界強度の変動分であること、さらには、それら影響に関する算出や消去を実行する演算処理部を備えることなどをその特徴とする。
【００１７】
本発明によれば、大規模な発信・受信設備を利用せず、一般の人でも入手が容易なRFIDタグとタグリーダを屋内などに設置することによって、遠隔地にある制御不能な発信設備に依存することなく、違法に強い人工的電磁波の検出や地中で発生した電磁場変動の検出が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の地中で発生した電磁場変動を検出する装置の概略模式図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態による電磁場変動検出装置を地震の直前に起きた電磁場変動の検出に適用した時の設置状況の概略について説明するための図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態による電磁場変動検出装置の設置状況の概略について職場個人ブースを一例として説明するための図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態による電界強度値の変動の一例を監視空間内での人の行動と合わせて示した図である。
【図５】図３のうち、人の動きによる受信電界強度の変動の一例（下図）と環境による受信電界強度の変動の一例（上図）を抜粋した図である。
【図６】本発明の第１の実施の形態による電磁場変動検出装置を使用する方法の動作を示すフロー図である。
【図７】本発明の第２の実施の形態の電磁場変動検出装置を使用する方法の動作を示すフロー図である。
【図８】電磁場の活動範囲の時系列データの一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下に、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。
（実施の形態１）
【００２０】
本発明の第１の実施の形態による環境電磁場変動検出装置について、図面を参照しながら説明する。
【００２１】
図１は本発明の第１の実施形態において、強い電磁異常を検出する装置および方法の概略模式図を示すものである。特定の監視空間１にRFIDタグ２を一枚以上設置する。同空間１内に電界強度測定機能付きタグリーダ３を一台以上設置する。タグリーダ３は情報送受信手段４を介して、情報蓄積手段５に接続されている。情報蓄積手段５には特徴抽出手段６、状態判別手段７が内蔵されている。状態判別手段７は情報送信手段８を介して対処手段９に接続されている。特徴抽出手段６が使用する特徴情報は予め別途に与える他に、特徴情報を自動学習させてもよい。
【００２２】
今、例えば職場の屋内の個人ブースにて電磁環境の変化が起こったとき、RFIDタグ２から発信した電磁界のIDをタグリーダ３が検出、電界強度測定し、情報送受信手段４を経由して、情報蓄積手段５に収集された電界強度情報に対して特長抽出手段６が働き、状態判別手段７が電磁場変動を検出し、対処手段９に信号を送信する。
【００２３】
図２及び図３はその具体的な設置状況を示す図であって、各種屋内空間（図２）や職場の個人ブース（図３）への適用を一例として図示しており、タグリーダ３が安定な信号を受信できるような位置にRFIDタグ２を一枚以上設置する。ただし、電気スイッチ、コンセント口、配電盤の近傍に設置する場合には、人工的な電磁場の影響が大きいことを念頭に置くものとする。情報蓄積手段５、特徴抽出手段６、状態判別手段７、送信手段８、対処手段９は、監視空間１に設置する必要はなく、情報管理者のいる場所であればどこでもよい。
【００２４】
この場合において、RFIDタグ２はアクティブ型であり、１秒間隔で10ミリ秒の間だけID信号を発信している。タグリーダ３はRFIDタグ２からの信号を識別しつつ受信してその受信電界強度を算出する。外乱がある場合、この受信強度に大きな変動が生じる。
１．人や物体の動きが原因の場合、受信強度の変動幅が大きく、１秒ごとに不規  則に乱高下する。ただし、装置の利用者によって人が入っている時間を把握し  てデータから除去するか、人が入れないようにすることで、この要因を取り除  くことが可能である。
２．法律に違反した強い電磁波、あるいは、環境の電磁異常が原因の場合、受信  電界強度の変動幅が変わる。特に、電磁パルスの発生頻度が低い場合はRFIDタ  グ２の発信時間内にパルスが含まれる確率も低くなり、受信電界強度の変動は  あっても短期間である。電磁パルスの発生頻度が高い場合や連続的な電磁場変  動がある場合にはRFID信号に影響を及ぼし、タグリーダ３で受信されるため、  受信電界強度が長期にわたって基準変動幅から乖離する。
【００２５】
タグリーダ３は、情報送受信手段４であるシリアルケーブル、または有線LAN、または無線LAN、またはPLC等を通じて、情報蓄積手段５に接続されており、RFIDタグ２の受信電界強度情報を情報蓄積手段５のリクエストに応じて送信する。
【００２６】
対処手段９は、ランプや音声による連続もしくは断続的な発報、パソコンモニター上へのアラーム表示が考えられるが、その具体的方式については特に限定されるものではない。また、パソコンモニター上へのアラーム表示をする場合には、情報収集手段５、特徴抽出手段７、状態判別手段８、送信手段９、対処手段１０すべてが同一パソコン内にあっても構わない。
【００２７】
図４は2008年4月2日から2008年4月16日までにタグリーダ３が出力した電界強度値を示したものである。ここで、利用者が装置を停止させた期間と、装置を停止し忘れた期間をそれぞれ黒い四角、点線で囲った。本図からわかるように、監視空間１内に人がいる期間（点線）では、電界強度の変動の振幅が大きく小刻みである。それに対し、人がいない状況では、変動の振幅は小さくほとんど変化していない。特に注目したい波形は4月4日から4月7日にかけてである。この期間の変化の様子は独特で、短期的にみた場合、変動の幅は小さくほとんど変化していないが、長期的には大きなうねりが見られる。
【００２８】
図５は、人の動きによる電界強度値の変動(4月10日)と特異な変動(4月6日)を比較するためにそれぞれ一日だけ切り出したものである。合わせて３０分間を引き伸ばしたものも示した。ここで上図が4月6日、下図が4月10日の受信電界強度に対応する。本図からわかるように、人の動きが原因による受信電界強度の変動の振幅は10分間で10以上、時には30を超え、短期的大変動の頻度が大きい。これに対し、人が不在の間に起きた変動の振幅は10分間で常に10以下であり、短期的大変動はない。
【００２９】
表１は2008年4月2日から2008年4月16日までの日本におけるマグニチュード１以上の地震を示している。前述の図２におけるRFIDシステムは、測定時、茨城県つくば市で北緯36度4分、東経140度8分の地点にあり、受信周波数は315.1MHz帯であった。
【００３０】
今、地震の規模と電磁界のエネルギーが比例するとし、震源の近傍に波源があるダイポールモデルを仮定すると、観測点における放射界の強度は（エネルギー）÷（波源から観測点までの距離）、準静電界の強度は（エネルギー）÷（波源から観測点までの距離の３乗）で与えられる。
【表１】
2010237164.tif 000003
【００３１】
もし、315.1MHzの直接波が飛来しているとすると、波長が1mであり、波源から観測点までの距離が波長の５倍以上あるので、放射界の影響が最も大きくなる。そこで、放射界を計算し、強度が大きな順にソーティングし、強い順に10件を表２に示す。これによると4月4日の地震についで4月12日の北海道の地震の影響を受けるはずであるが、これは図２に現れていない。この原因が315MHzの電磁波は海水により大きく減衰することによるものとも考えられるが、ここではいまひとつのモデルを考察する。
【表２】
2010237164.tif 000004
【００３２】
315MHzの直接波の影響以外に、長い波長帯の準静電界の影響が強いと考え、強度が大きな準にソーティングし、強い順に10件を表３に示す。本表からわかるように、観測地点の準静電界が大きい時期が4/4と4/6になっている。この時期と図３に示した人の動き以外の原因で起きた受信電界強度の変動時期はほぼ一致しており、かつ、地震が起こった時刻に少なくとも１時間先駆けて受信状態の変動が現れている。
【表３】
2010237164.tif 000005
【００３３】
図６は環境電磁場変動検出装置の基本的な動作の一例を示すものである。
【００３４】
０：監視空間１に設置されたRFIDタグ２は、周期的に（例えば１秒に１回）固有のID情報をASKやFSKを使用して変調電磁波として発生させ、一方、タグリーダ３は、電磁波をIDごとに識別しつつ測定し続ける。
【００３５】
１：情報蓄積手段５を含有するパソコン等において、監視空間に配置したRFIDタグの数Ｎを設定し、Ｎ個のタグの無外乱状態の受信電界強度値とその揺らぎを設定する（ステップＳ０）。
【００３６】
２：1秒スリープしてから、異常状態検出フラグをオフ（DANGER = 0）に設定し、ステップＳ０で登録したRFIDタグのうち、最初のタグ番号に対応する番号０を変数Ｉにセットする（ステップＳ１）。
【００３７】
３：情報蓄積手段５を含有するパソコンは、タグＩの電界強度値をタグリーダ３から取得し、Ｅに代入する。タグＩの受信電界強度の一定期間ｘ（例えばｘ＝１０分）の変動量を算出し、Evolaに代入する。タグＩの無外乱状態の電界強度の揺らぎ幅をEstillに代入する。タグＩの無外乱状態の電界強度の平均値をEavに代入する。タグＩの異常状態用の閾値をEabnに代入する（以上ステップＳ２）。
【００３８】
４：物体の移動による影響がないか否かの判定をする（ステップＳ３）。具体的には、受信電界強度値の一定期間ｘの変動量Evolaが無外乱状態の揺らぎ幅Estillより小さければ、過去ｘ期間の電界強度に大きな変動が無いとして、特徴抽出手段６が物体の移動による影響はないと判断する。
【００３９】
５：物体の移動による影響がないと判断された場合、異常状態の判定をする（ステップＳ４）。具体的には、受信電界強度値Eと無外乱状態の平均値Eavの差の絶対値が閾値Eabnより大きいならば、なだらかで長期にわたる電界強度変化があるとして、特徴抽出手段６が異常状態であると判定する。
【００４０】
６：物体の移動による影響がないと判定されなかった場合、変数Ｉに次のタグ番号をいれてステップＳ２に戻る。
【００４１】
７：警報状態をオンにして警報フラグを立て（ステップＳ５）、変数Ｉに次のタグ番号をいれてステップＳ２に戻る。警報状態とは、個別廊下灯の点滅、および、管理センターの個別灯を点滅させる、また、警報アラームを発生させるなどの危険状態を報知する状態ならば何でもよい
【００４２】
８：前記手順３−７までをステップＳ０で登録したすべての環境タグについて行い、警報フラグがオン（DANGER == 1）になっていなければ、危険な状態から脱したと解釈して警報アラームをオフ状態にする（ステップＳ６）。
【００４３】
９：再び前記手順２を始める。これにより、1秒に1回、Ｎ個のタグの情報を取得する。
【００４４】
以上の機能は、集中管理システム用のコンピュータで行ってもよいが、マイクロコンピュータをタグリーダ３の回路に内蔵させてもよく、高精度にかつ自動で環境電磁場の異常を検知でき、かつ、警報を発する事が出来る。
【００４５】
次に、上述した特長抽出手段６および状態判別手段７の具体的な方法について説明する。
【００４６】
まず、図２及び図３に示すように監視空間１にRIFDタグ２を設置して、その電界強度を常時測定している場合、環境電磁場変動がない時、一定期間内（例えば１０分）の電界強度の上限値と下限値の幅は小さな値、Estill（例えば４）より小さくなる。すなわち電界強度値Eは以下のような式で表される。この時の電界強度の平均値をEavとする。
（式１）      E_low(外乱なし) < E < E_high(外乱なし)
（式２）      E_high(外乱なし) - E_low(外乱なし) < Estill
【００４７】
監視空間で人やモノの動きがある時、一定期間内（例えば10分）の電界強度の上限値と下限値の幅はEstill（例えば4）より大きくなる。すなわち電界強度値Eは以下のような式で表される。
（式３）      E_low(人・モノあり) < E < E_high(人・モノあり)
（式４）      E_high(人・モノあり) - E_low(人・モノあり) > Estill
【００４８】
さて、環境の電磁場が異常になる時、一定期間内（例えば10分）の電界強度の上限値と下限値の幅はEstill(例えば4)以下であるが、無外乱時の平均値Eavから閾値Eabn（例えば10）以上乖離する。すなわち電界強度値Eは以下のような式で表される。
（式５）      E_low(人・モノなし) < E < E_high(人・モノなし)
（式６）      E_high(人・モノなし) - E_low(人・モノなし) < Estill
（式７）      ｜E-Eav｜> Eabn
【００４９】
以上からわかるように、式３、式４のような状態では、環境の電磁場変動の検出は難しい。よって式１、式２を満たすような設置環境を保つことが確実である。この時、図６のフローチャートは有効に機能する。また、異常検出の閾値Eabnは予め実験により決定しておく必要がある。
（実施の形態２）
【００５０】
本発明の第２の実施の形態による環境電磁場変動検出装置について、図面を参照しながら説明する。
【００５１】
図７は本発明の第２の実施形態において、人・モノ以外が原因による広範囲な電磁場変動を検出する装置の基本的な動作の一例を示すものである。装置構成は第１の実施形態と同じであるが、同様の装置を別の監視空間に複数個設置し、複数の変動検出装置（監視装置群）からの結果を基に多数決で異常状態を判定するシステムとする。
【００５２】
図６のスキームでは、式３、式４の状態では警告状態はオンになることはない。これを図７のようにすることによって、人・モノの外乱が生じていない場所の情報が得られるようにする。つまり、一般家屋にこのシステムを導入する場合、トイレ、風呂場、居間、物置など各所に配置しておくと、住人が各所に同時に存在する確率は極めて小さく、部屋数よりも住人の数が少ない場合には少なくとも一つの部屋は人・モノによる外乱を受けない環境にあるということがいえる。
【００５３】
より具体的な動作説明は以下の通りである。
【００５４】
０：監視空間１に設置されたRFIDタグ２は、周期的に（例えば１秒に１回）固有のID情報をASKやFSKを使用して変調電磁波として発生させ、一方、タグリーダ３は、電磁波をIDごとに識別しつつ測定し続ける。これらRFIDタグ２及びタグリーダ３からなる監視装置を、複数の監視空間にそれぞれ設置する。
【００５５】
１：情報蓄積手段５を含有するパソコン等において、人が常駐しない場所に設置した監視装置の数Ｍ、および多数決決定の閾値ＬＩＭを設定する（ステップＳ０）。
【００５６】
２：1秒スリープしてから、異常状態を検出した装置数ＮＵＭを０に初期化して、ステップＳ０で登録した監視装置のうち、最初の装置番号に対応する番号０を変数Ｊに設定する（ステップＳ１）。
【００５７】
３：情報蓄積手段５を含有するパソコンは、監視装置Ｊから警報信号が出ているか、否かの判定をする（ステップＳ２）。具体的には、図６のステップＳ５がオン(DANGER = 1)になっているか否か(DANGER = 0)を判定する。
【００５８】
４：警報信号が出ていた場合、異常状態を検出した装置数ＮＵＭに１を加算する（ステップＳ３）。そして、変数Ｊに次の装置番号を代入し、最後の装置番号Ｍより小さい場合、再びステップＳ２を始める。
【００５９】
５：警報信号が出ていない場合、変数Ｊに次の装置番号を代入し、最後の装置番号Ｍより小さい場合、再びステップＳ２を始める。
【００６０】
６：変数Ｊが最後の装置番号Ｍより小さくない場合、異常を検出した装置数ＮＵＭが多数決決定の閾値ＬＩＭより大きいか、否かの判定をする（ステップＳ４）。
【００６１】
７：異常を検出した装置数ＮＵＭが閾値ＬＩＭより大きい場合、警報状態をオンにする（ステップＳ５）。
８：異常を検出した装置数ＮＵＭが閾値ＬＩＭより大きくない場合、警報状態をオフにする（ステップＳ６）。
９：ステップＳ１を始める。
【００６２】
また、日本各地に監視装置を多数設置する場合には、警告状態がオンになった装置の地理的分布を見ることで、電磁変動が強く起きている地域をリアルタイムで特定することができる。このためには、図７のＳ３の作業を「地図上にプロットする」に置き換え、同図Ｓ５の作業を「前回の地図に重ねてプロットする」に置き換え、同図のＳ６の作業を「地図のプロットを時刻付きファイルとして保存し、地図をクリアする」に置き換えるだけでよい。この作業により、電磁場の活動範囲を時系列データとして図８のような形態で蓄積することができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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