(57)【要約】【課題】土砂崩れや土石流などで地中や水中に埋もれた遭難者を救助するに当たって土木機械や人力だけに頼らず、電子装置を用いて遭難者の埋没場所を知る事によって、一刻も早く救助すること。【解決手段】土木作業現場での土砂崩れや、大雨によって土石流が発生することが予知される事態において、予め作業者や地域住民に遭難信号発信機を携帯させておき、不幸にして災害に遭遇したときは、捜索者側と信号をやり取りすることで遭難者の位置および埋没の深さを特定する事。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
図１の回路においてコイルＬ１とキャパシタＣ１でなる共振回路と起動コイルＬ２と帰還コイルＬ３を装荷したバーアンテナＦＢと能動素子Ｔ１で構成され、電源投入状態では動作しない電子回路があって、バーアンテナが外部からの誘導磁界と結合すると共振回路が共振し、起動コイルＬ２に誘起した電圧で得たバイアス電圧を能動素子Ｔ１に印加することによって能動素子を活性化し自励発振が起動する発振回路。
【請求項２】
図３において上記発振回路を収容する筐体１の中心軸３でバーアンテナＦＢの中心を支持し、バーアンテナにＴ字型に結合された電子装置４のオモリ効果で、筐体のいかなる姿勢に拘わらずバーアンテナＦＢが水平を保つことの出来る構造を持った遭難信号発信機。
【請求項３】
図１の電子回路を起動するために、図５のごとくアンテナハウジング７と杭８で外形をなし、杭の内部に電池９、制御回路と発振器１０、回転機１１を収容し、送信用アンテナ１２から誘導磁界を全方位に張ることの出来る起動送信機。
【請求項４】
図７のごとく探索ロッド１５の先端にアンテナ支持枠１６が１８０度近く回転できるように取り付けられ、その支持枠の中心に受信アンテナ１４が１８０度近く回転できるように取り付けられた構造において、回転舵１９とハンドル２１の操作によって受信アンテナ１４があらゆる方向の誘導磁界に結合出来るようにし、受信した複数の信号がスペクトラム分析器の画面上で分解して観測できる遭難信号探索機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】この発明は、地震や大雨による、崖崩れ・建物崩壊・土石流などの自然災害や土木工事現場における不意の土砂崩れなどに遭遇した遭難者の救助に当たって、地上の捜索隊が発する救助信号に呼応して、遭難信号を送り返すことが出来る遭難信号発信器とそれを用いた遭難者救助システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】上記の遭難者の救助のために自衛隊や消防隊などによって構成される救助隊が土砂崩れや土石流の現場を捜索のために棒でつついたり、土砂をスコップで注意深く掘り返している場面を報道番組を通じて見聞きする事がある。救助隊の献身的な努力には敬意を表するが、この様な手作業での遭難者の救助活動が行われているのが現状である。
【先行技術文献】
【０００３】  参考資料１  電波利用ホームページ              （総務省）
参考資料２  フェライトコア                    （ＮＥＣ／ＴＯＫＩＮ）
参考資料３  リアルタイム音響振動解析システム  （小野測器）
【特許文献１】
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】土砂崩れ・建物崩壊・土石流・水難などで土砂や瓦礫に埋没した遭難者や水に溺れた行方不明者を一刻も早く救助するのが本発明の課題である。
【課題を解決するための手段】
【０００４】地震や大雨によって土砂災害が予測されるような場合や、土木工事現場で土砂崩れの危険が察知される場合などに、自治体や現場責任者の判断で後述する遭難信号発信機を携帯させ、不幸にして災害に遭遇したときに、遭難者と捜索隊の間で信号をやり取りして捜索隊が遭難者の位置と埋没の深さを知るようにする。【０００５】
【発明の効果】
【０００６】上記の手段によって、地中や瓦礫に埋没している遭難者、水中に沈んでいる遭難者の位置を知ることで早急な救助が可能になる。この様な遭難者の生存確率は事故が発生してから７２時間以内と言われるが、早急の救助によって身体的障害を著しく軽減でき生還後の健康がより良いものとなる。一方救助隊側の労力や救助費用なども劇的に軽減できる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】遭難信号発信機回路図
【図２】バーアンテナの指向性
【図３】遭難信号発信機の上面図
【図４】遭難信号発信機を装着した救命胴衣
【図５】起動送信機
【図６】磁界の結合の模様
【図７】遭難信号捜索機
【発明を実施するための形態】
【０００８】前述した本発明の課題を解決するために容易に考え付くことは、捜索隊の呼びかけに対して遭難者が応答するシステムを作り上げることである。前述した様々な災害では遭難者の生死は全く不明であるが、生死に関わらず救助するのは救助隊の使命である。そのため、捜索隊の呼びかけに対して遭難者の応答が生死に関わりなく行われる手段が必要である。
【０００９】上記の応答システムを構築するために必要なことは、捜索隊と遭難者との間で情報の伝達手段を得ることである。そこで土砂崩れ・土石流・水難等本発明が関心を持つ災害を物質的に見れば、水・土石・木材であり、比誘電率は高いが比透磁率は空気並みであるといえる。この事から誘電率に妨害されない電磁誘導による情報伝達手段が有効であることがわかる。上記災害のうち建物崩壊で鉄筋や鉄骨ほか多くの金属類を含む瓦礫の場合、別の情報伝達手段が必要かも知れない。しかし木造家屋石づくり・レンガ作りや土塀の家屋の崩壊に対しては土石流などと同様電磁誘導は有効である。
【００１０】しかし電磁誘導を用いる場合環境媒体の導電率の問題は無視できない。水・土石・木材の場合純粋な水分でない以上導電率による電磁界の減衰については配慮が必要である。ところで、超長波帯（波長１０〜１００Ｋｍ，周波数３〜３０ＫＨｚ）では水中での伝播が可能なため海底探査も可能である（参考資料１）。従ってこの周波数帯は本発明の目的にうってつけであると言える。以下この周波帯を使うものとして説明を続ける。そして本システムが使用する周波数を遭難者救助システム周波数、略してシステム周波数と呼ぶ。
【００１１】本発明の遭難者救助システムは、救助側・遭難者側の両方から説明しなければならないが、先ず遭難者が携帯するべき遭難信号発信機（以下本発信機と呼ぶ事がある）から説明する。図１は本発信機の回路図である。本例では発振のための能動素子としてエンハンスメント型のＭＯＳＦＥＴ（ＭＯＳ型電界効果トランジスタ）Ｔ１が用いられている。一方、共振コイルＬ１、起動コイルＬ２、帰還コイルＬ３は既述の周波数帯で高い誘磁率と低い損失をもつ磁心に巻かれ、バーアンテナＦＢを構成する。この種の磁心はすでに入手可能である（参考資料２）。共振コイルＬ１は共振キャパシタＣ１を伴って共振回路を構成し、その共振周波数はシステム周波数に設定されている。
エンハンスメント型のＭＯＳＦＥＴはゲート（Ｇ）ソース（Ｓ）間電圧が或る閾値以上にならないと能動状態にならない。ところが本図では電池ＢＴからゲート（Ｇ）にバイアス電圧が与えられていないので、この回路は不動作の状態になっている。
この状態ではドレイン（Ｄ）は共振回路Ｌ１，Ｃ１の負荷となっていない。一方起動コイルＬ２にも誘起電圧が掛かっていないから共振回路の負荷となっていないし、帰還コイルＬ３もゲート（Ｇ）がＯＰＥＮだから共振回路の負荷となっていない。つまり共振回路は無負荷状態でＱ値（周波数選択尖鋭度・感度）の高い状態となっている。
【００１２】そこで図５に示す捜索隊の起動送信機から救助信号（システム周波数）の電磁誘導磁界が発信されると本発信機のアンテナＦＢはこれに結合して共振する。すると共振特性で強められた誘起電圧が起動コイルＬ２に発生し、ダイオードＤ１で整流されキャパシタＣ２を充電する。ＭＯＳＦＥＴ  Ｔ１のゲートは非常に高い入力抵抗を持っているから，抵抗器Ｒ１には高い抵抗値を選ぶことが出来るので、同じ時定数を得るにしてもキャパシタＣ２の値は小さく採れる。つまり起動コイルＬ２とダイオードＤ１、キャパシタＣ２、抵抗Ｒ１でなる起動回路は共振回路Ｌ１，Ｃ１の負荷とならない。従って共振回路に発生した誘起磁界は、起動回路が動作しても、その強度は低下しない。起動回路で発生した直流電圧を起動電圧と呼ぶ。
【００１３】そこで、救助信号が十分強く、起動回路に発生した起動電圧がＭＯＳＦＥＴ  Ｔ１のゲート電圧の閾値よりも高くなるとＭＯＳＦＥＴ  Ｔ１は動作状態になり、システム周波数の自励発振が立ち上がる。一旦自励発振が立ち上がると、捜索隊の救助信号で受動的に発生した起動電圧よりもはるかに高い起動電圧が発生し、ＭＯＳＦＥＴを破壊する恐れがあるために、抵抗Ｒ２と定電圧ダイオードＤ２でゲートバイアス電圧を一定にすると共にソース（Ｓ）には抵抗Ｒ３か挿入されて直流的な負帰還をかけ、ＭＯＳＦＥＴ  Ｔ１の安定動作を図っている。キャパシタＣ３，Ｃ４，Ｃ５は発振周波数に対するバイパスである。
【００１４】別の起動法として、土石流中の大気圧の変化ないし流れの変化に着目した、圧力センサーや加速度センサーを用いる事も考えられよう。しかしこの方法では災害発生と同時に発振が立ち上がってしまう。
自然災害での救助活動は自然災害の活動がおさまったか、もしくは２次災害の危険がなくなった時点て行われるので、上記の方法では、この間に本発信機が電池切れとなる可能性がある。従ってこの方法は採用できない。本発明の起動法は、救助活動が開始した時点で行う方法であるから、救助活動前での電池切れの問題はない。もっとも、本発信機に用いる電池は救助活動中では電池切れを起こさないよう十分な容量を持っていなければならない。一方迅速な救助活動が望まれる。
【００１５】この自励発振によって本発信機は文字通りシステム周波数の誘導磁界を外に向かって張る（発信する）ことになる。本発信機は一旦発振を始めると電池ＢＴの電圧が一定以下になるまで発振を持続する。
【００１６】本発信機が発生する磁界は捜索隊側の受信アンテナに結合することによって情報伝達の目的を果たすことになるのだが、ここに一つ困難な問題が存在する。
それは図２に示すごとくバーアンテナが指向性を持っていることである。つまりバーアンテナの長軸（Ｘ軸）で感度０、Ｙ軸方向で最大感度を持っている。
遭難者が土砂崩れや土石流に遭遇することを想像すると、そこは轟々とした流れによる巻き込みや瓦礫の衝突の悲惨な現場であろう。従って土砂に埋没した遭難者の姿態は様々で、すべての姿態の遭難者が携帯する本発信機の誘導磁界が捜索隊の受信アンテナに結合することは限らない。
もし本発信機のバーアンテナＦＢの方向に３次元の自由度を許すならば、捜索隊側の起動送信機の機構が複雑になるのみか、受信アンテナで遭難者を捜索する方法が大変に複雑になり、速やかな捜索が困難となる。
【００１７】図３は本発信機の上部カバーをはずした状態の内部構造を示している。
この構造は、遭難者の姿態に関係なく、バーアンテナの方向の自由度を１次元減らす方法を提案するものである。高強度の非磁性非導電性材料で成型された筐体１の中央に回転軸３を設け、バーアンテナＦＢと電子装置４が図のようにＴ字形に結合され、バーアンテナの中央の穴に回転軸３を挿入することによって、Ｔ字形全体が筐体内を回転できるようになっている。電子装置４にはボタン電池ＢＴのほかすべての回路部品群５が搭載されているから、回転によって回路配線がよじれることは起こらない。なおボタン電池ＢＴは回路基板の端に設置されオモリとしての役目も果たす。この構造によって筐体１がどんな方向、つまり遭難者の姿態がどんな方向になってもバーアンテナＦＢのＸ軸は常に水平を保つことができる。従って捜索隊の起動発信機の機構設計や、遭難信号捜索機の機構設計並びに捜索方法は遭難信号発信機のバーアンテナＦＢが常に水平となっていることを前提として進めることが出来る。
【００１８】災害の発生が予知できる状況のとき、遭難に遭遇しそうな住民ないし土木現場作業者に本発信機を単体で配布するのは、適当な方法ではない。
それは普段着や作業服のポケットに入れた状態では、激しい土石流の中で紛失する可能性が大変高いためである。また配布した本発信機を実際に所持しているか、外目では確認できない。この様な問題を回避するため、図４に示すように本発信機を縫合用穴２を使ってしっかり装着した、管理者（自治体ないし作業現場監督）指定の救命胴衣を配布する方法を提案する。救命胴衣は浮力を持つものがあり、不幸にして土石流に巻き込まれた時には地表近くに浮上する確率が高く、救助が早くなる利点もある。
【００１９】次に捜索隊側の遭難者捜索手段について述べる。本捜索システムの方法では、遭難者を捜索する前に先ず遭難者が携帯しているであろう遭難信号発信機を起動しなければならない。図５はそのための起動用発信機（略して起動機と呼ぶ）である。この起動機は送信アンテナ１２を保護する非磁性非導電性ハウジング７、地面に突き刺し固定するための杭８で外形をなし、杭８の中には電池９、制御回路と送信用発振器１０、回転機１１などが収容されている。
起動機は捜索の最初に動作させるが、例えば１０秒間或る方向に誘導磁界を発信した後、回転機１１で送信アンテナ１２を９０度回転させてから１０秒間再度発信する．これで起動機を中心とした全方向にそれぞれ１０秒間だけ誘導磁界を張る（発信）ことが出来る。遭難信号発信機のアンテナは水平方向に揃えられているから、起動機の送信アンテナ１２も水平面だけの回転ですむ。
しかし遭難信号発信機のアンテナＦＢの方位によっては起動機の誘導磁界に結合しない場合があるが、３個以上の起動機を多角形に配置すればこの問題を回避できる。
【００２０】送信アンテナ１２が張る誘導磁界の強度は、遭難信号発信機の起動感度、到達距離、システム運用上の迅速性などを考慮して、実際面での検証から決定されるものである。また広大な土石流原での遭難者救助で迅速な救助活動を進めるには、複数個の起動機を或る一定間隔で平面的に配置して一斉に動作させることもあろう。この様な運用では起動機内の制御回路１０に起動時刻を教えておく方法も採られよう。
【００２１】上記の作業で遭難信号発信機が起動したとして、次に遭難者の捜索方法についてにべる。これはつまり遭難信号発信機の捜索に他ならない。起動した遭難信号発信機のアンテナＦＢは誘導磁界を張る（発信する）。
図６に地中に埋没した遭難信号発信機のアンテナＦＢが張る誘導磁界１３に地表の探索隊の受信アンテナ１４ａまたは１４ｂが結合する様子を示している。前述の提案によってアンテナＦＢは常に水平を維持しているから、水平以外の状態を考える必要はない。アンテナ１４ａはアンテナＦＢのＹ軸上に位置し、水平状態で最大結合（最大応答）を得ている。しかしアンテナ１４ｂの状態から分かるように、受信アンテナがアンテナＦＢのＹ軸から離脱すると、最大結合を得るためには受信アンテナの垂直面での回転が必要なことがわかる。
【００２２】またアンテナ１４ｂのＹ軸方向（ベクトルｂ）はアンテナＦＢの方向を指さないことが分かる（ベクトルは３次元表示である）。ただ言えることは、遭難者（アンテナＦＢ）はベクトルｂ側に居るという事だけある。逆にその反対側には居ないことである。なおベクトルｂはアンテナ１４ｂのＹ軸のうち地中を指す俯角の方向で、その反対方向の仰角をなす方向ではない。
この事は大変重要なことで、図６の単純な図面だけでなくアンテナＦＢが張る３次元の誘導磁界でも同様である。そこでベクトルｂが指し示す方向の水平成分（ベクトルｃ）の方向に小刻みに移動しながら受信アンテナの最大結合（最大応答）点を求めていくと、ついにアンテナＦＢのＹ軸つまり遭難者の真上にたどり着く事が出来る。
このときベクトルｂはきっちりと遭難者（アンテナＦＢ）の方向を向く。
一方小刻みに移動しないで先に受信アンテナの回転面が水平になる地点を見出したら、ベクトルｃの方向に移動して最大応答を求めることで、遭難者の真上に到達する方法もある。最後のこの移動では捜索者の受信アンテナの方位、回転面の調整は要らない。ただ移動しながら最大応答を求めるだけである。
最大応答地点に到達したら直前まで移動して来た方向と直角の方向にＤメートル移動して受信アンテナの方位に変化がなくアンテナの回転面が垂直になれば、先の最大応答地点が遭難者の真上で、深さがＤメートルであることが確認される。
【００２３】ではどの様な手段で上記を実現するかについて述べる。
図７は捜索隊用の遭難信号捜索機（捜索機）を示している。非磁性非導電性の捜索ロッド１５の前方に同材質のアンテナ支持枠１６があって、その中心の回転軸１７に受信アンテナ１４が取り付けられ約１８０度の方位回転が可能となっている。番号１８は高感度受信機である。アンテナ支持枠１６は捜索ロッド１５の先端で回転できるように取り付けられ、アンテナ１４の方位回転面を約１８０度回転できるようになっている。番号１９はアンテナ支持枠の回転舵で手動で操作する。番号２０は受信アンテナの方位回転用のベルトで、回転ハンドル２１につながれている。この両機能で受信アンテナは方位回転と回転面回転が可能となって、遭難信号発信機が張る誘導磁界に最適に結合できるようになっている。
この捜索機は図の面から垂直に伸びる突起２２，２３に装着されるつり革によって捜索者の肩に掛けられ運用される。つり革は図面の煩雑さを避けるため記入していない。突起２２，２３は必要十分に高くすることによって、捜索機全体の回転を抑えることが出来る。本捜索機を駆動する電池２６は捜索ロッド１５の手前に収められており、全体の重量バランスの役も果たす。
【００２４】次に克服すべき問題は、殆どの災害において遭難者は一人ではないことである。
特に土石流の場合多くの遭難者が流れの停留点に集まっている場合も考えられよう。これは一つの捜索機に複数の遭難者信号が受信されることを意味する。
ここで本システムに用いられるシステム信号は厳密な意味で単一周波数ではなくシステム周波数で代表される±数％の幅を持ったものである。個々の周波数は遭難信号発信機の製造段階で適当にばらつかせる事も可能だし、元々ＬＣ発振器だから数％の範囲で長期的な漂動もある。つまり上記捜索機に受信される周波数は数％の幅でばらついている訳で、複数成分の周波数の区別がつかなければ個々の遭難者の位置決定が不可能なほど困難になる。
そこで本捜索システムでは遭難者の信号を見分ける手段として。ハードウェア的なスペクトラム分析器ないしフーリエ変換によるスペクトラム分析器２４を用いている。この装置は図に見るごとく周波数を横軸に信号の強度を縦軸にして表示するから、受信信号を分けて見ることが出来る。
【００２５】遭難者の捜索を迅速に進め救助を早急に行うためには、多くの捜索者が関わることが必要であるが、この時近くの捜索者同士で連絡しあって、どのスペクトラム（信号）を誰が捜索するか決め、捜索のダブりや見過ごしが無いようにしなければならない。一人の捜索者は担当するスペクトラムだけに注目して移動し、その強弱の変化を見ながら遭難者を捜索しなければならない。他のスペクトラムに目を移すと混乱することになる。捜索の方法は図６で詳しく説明した。遭難者の位置、埋没の深さ情報はすぐさま救助担当者に報告され、早急な救助が行われる。
以上の手段により本発明の課題を解決できた。
【符号の説明】
【００２６】Ｔ１                電界効果トランジスタ
ＦＢ                バーアンテナ
Ｄ１                整流ダイオード
Ｄ２                定電圧ダイオード
Ｌ１                共振コイル
Ｌ２                起動コイル
Ｌ３                帰還コイル
Ｃ１                共振キャパシタ
Ｃ２                時定数回路キャパシタ
Ｃ３，Ｃ４，Ｃ５    バイパスキャパシタ
Ｒ１                時定数回路抵抗
Ｒ２                ゲートバイアス用抵抗
Ｒ３                直流負帰還抵抗
ＢＴ                電池
１                遭難信号発信機筐体
２                縫合用穴
３                中心軸
４                電子装置
５                回路部品群
６                遭難信号発信機付救命胴衣
７                送信アンテナハウジング
８                自立用杭
９                送信用電池
１０                制御回路および発振回路
１１                回転機
１２                送信アンテナ
ａ                受信アンテナ１４ａのＹ軸ベクトル
ｂ                受信アンテナ１４ｂのＹ軸ベクトル
ｃ                ベクトルｂの水平成分
１３                アンテナＦＢの張る誘導磁界
１４ａ              アンテナＦＢのＹ軸上の捜索機の受信アンテナ
１４ｂ              任意の位置の捜索機の受信アンテナ
１４                捜索機の受信アンテナ
１５                捜索ロッド
１６                アンテナ支持枠
１７                アンテナ支持枠の中心軸
１８                捜索用受信機
１９                回転舵
２０                アンテナ回転用ベルト
２１                回転用ハンドル
２２，２３          つり革用突起
２４                スペクトラム分析器
２５                スペクトラムのひとつ
２６                電池
【図１】
2015133682.tif 000003
【図２】
2015133682.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2015133682.tif 000008
【図７】
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