関東森林研究 73 (2022)

論 文

林業における近接作業防止のための Bluetooth を用いた距離推定永野蒼志 1 ・亀山翔平 2 ・坂元伸幸 3 ・矢部和弘 2 ・今冨裕樹 2
１ 東京農業大学大学院
２ 東京農業大学
３ 株式会社 情報システムエンジニアリング
要旨：林業における労働災害の一因に近接作業があげられる。労働安全衛生規則等では，近接作業防止のため，伐木作業時と刈払作業時にそれぞれ危険区域を定めている。しかし森林内では視界が悪く，目視に頼らない接近検知手法が必要である。本研究では小型，省電力でスマートフォン等に搭載されている Bluetooth を用いて，伐倒作業，刈払作業を想定した接近検知試験を行った。電波特性から受信強度による距離の推定が可能と考え，障害物のない河川敷にて RSSI 値による距離推定の可能性を確認した。その後，演習林内にて距離を設定して受信強度の取得試験を行った。
その結果，距離条件 10 m では急傾斜地で-63 dbm，緩傾斜地で-57 dbm に RSSI 値を閾値として設定することで安全率95％の距離推定が可能と考えられた。
キーワード：林業，近接作業，Bluetooth，距離推定

Distance estimation using Bluetooth to close proximity work in forestry
Soshi NAGANO1, Shohei KAMEYAMA2, Nobuyuki SAKAMOTO3, Kazuhiro YABE2, Yuki IMATOMI2
1 Graduate school of Tokyo University of Agriculture
2 Tokyo University of Agriculture
3 Information System Engineering Inc.
Abstract: Close proximity work is a notable cause of industrial accidents in forestry. The Occupational Safety and HealthRegulations stipulate hazardous areas for logging and brush cutter operations in order to prevent close proximity work. However,visibility is often poor in forests, and there is a need for a method of detecting proximity that does not rely on visual observation. In
this study, we conducted an approach detection test using Bluetooth, which is a compact and power-saving technology used insmartphones and other devices, assuming logging and brush cutting operations. The use of radiofrequencies enables the estimationof distance based on the reception strength because of radio wave characteristics. We examined the potential in estimating thedistance using received signal strength indicator (RSSI) values in a riverbed without obstacles. Subsequently, we performed areception strength acquisition test by setting the distance in an exercise forest. Our results indicate that a distance estimation with a95% safety rate is possible by setting the threshold at -63 dbm for a steep slope and -57 dbm for a gentle slope at 10 m.
Key-word: Forestry, Close proximity work, Bluetooth, Distance estimation

あげられている（２）。近接作業について，労働安全衛生

Ⅰ はじめに林業における問題の１つに労働災害の発生数の多さが規則では，「伐倒作業を行う際は伐倒しようとする立木をあげられる。令和２年の労働者 1,000 人当たり１年間で中心として当該立木の高さの２倍に相当する距離を半径発生する死傷者数の割合を表す死傷千人率は全産業の中とする円形の内側に他の労働者を立ち入れさせてはならで最も高い。死傷災害は年々減少傾向にあるが，死亡災ない」と定めている（１）。また，林業・木材製造業労働害は近年，減少の傾向が見られない（４）。そのため労働災害防止規程では，「刈払機の操作者から５メートル以内災害防止のための対策が必要である。

を危険区域としこの区域に他の者が立ち入らないこと」

過去に発生した労働災害の事例を見ると，伐木作業時と定めている（３）。しかし，森林内では地形や植生等にや刈払作業時多く発生しており，原因として近接作業がより作業者間での目視による確認は難しく，結果として

－

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（受理日 2022 年 1 月 17 日）

近接作業を一因とする労働災害が発生している。そのため，近接作業防止のための目視に頼らない接近検知手法が有効と考えられる。その手立てとして位置推定手法や通信機器を用いて森林内で利用可能な距離推定手法の検討を行った。
現在，主な距離推定手法として，GPS，無線 LAN，RFID，等があげられる。しかし，森林内は立木や林冠，地形等の影響により，多くの場合「距離推定の精度が悪い」，「森林内での使用に適していない」といった課題があげられ

図-1. 河川敷に設定した試験地（出典：国土地理院）る。そのため，100 m 程度の近距離での通信が可能で，Fig.1 Test site set up in the Tamagawa riverbed.

携帯電話やスマートフォン等に搭載されていて入手が容易な小型でかつ省電力の近距離無線通信規格であるBluetooth を利用することを考えた。
フリスの伝達公式から，電波の特性として自由空間上では，距離が離れると距離の２乗に比例して電界強度が減衰することが明らかになっている。そのため，受信側の電界強度からデバイス間の距離を推定することが可能であると考えられる。
本研究は，伐木作業時と刈払作業時の近接作業防止に
図-2. 演習林に設定した試験地（出典：国土地理院）

向けて，樹高 25 m の立木の伐倒作業，刈払作業の複数による場合を想定した距離推定が目的である。そのため，Fig.2 Set up in the Okutama Experiment Forest, Tokyo

はじめに障害物のない平地にて電界強度による距離推定

University of Agricultureの可能性を確認する試験を行い，次に，森林内にて電界表-１. 試験地概要強度を取得する試験を行った。

Table.1 Test Site Outline

Bluetooth には，電波の最大出力や到達距離を規定した場所Class が存在する。本研究では，10 m と 50 m の距離推定

傾斜（度） 推定⽴⽊密度（本/ha） 胸⾼直径（cm）

河川敷

000を目的としているため，試験では規格上の最大出力が約試験地120450

29.2±0.078

100 mW で最大通信距離が約 100 m の Class1 を用いた。

試験地220957

38.1±0.085

試験地3401,200

24.6±0.092

試験地4401,18524.3±0.082

Ⅱ 方法（注：胸⾼直径は±標準偏差を⽰している。）

１．試験地 試験は図-１に示した多摩川河川敷（東京

計測項目は RSSI 値，温度，湿度，気圧の４項目とし都調布市：以下，河川敷）と，図-２に示した東京農業大

た。RSSI 値は事前に試験機を作成して測定した。試験機

学奥多摩演習林（東京都西多摩郡奥多摩町：以下，演習の仕様は Raspberry Pi 4，Bluetooth ドングル（BSBT4D100）林）とした。

である。
取得間隔は６ 秒／回，計測時間は６ 分とした。

試験地概要を表-１に示した。河川敷は障害物がなく見通RSSI 値の傾向を観測するために試験地に直線状に５ mしがきく平地で，直線状に 100 m の距離がとれる試験地と 10 m～100 m または 70 m までの 10 m 毎の距離を設定を設定した。演習林は試験機（電波の送信機と受信機）

し試験を行った。試験機は三脚を使用して成人男性の腰間の見通しがきき，直線状に 70 m の距離がとれる試験部の高さにあたる高さ１ m の位置に設置した。

地を４ヶ所設定した。設定した試験地は，傾斜や立木密温度および湿度はおんどとり（TR-72nW）を用いて，度が異なっている。

気圧は GFTB-200 を用い測定を行った。測定間隔は１ 分とした。

２．試験方法演習林において傾斜は傾斜計を用いて計測し，立木密

障害物のない河川敷において，電界強度の取得試験を

度は試験機同士を結んだ直線を縦軸として左右に 10 m行った。電界強度の指標として１ mW を基準で表したずつの，縦 70 m×横 20 m の範囲の毎木調査を行った。

RSSI 値（Receiver Signal Strength Indicator）を用いている。

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傾斜は下側を０ m，上側を 70 m とした。試験は斜面に斜の度合いによる RSSI 値への影響の大きさについてもよる電波への影響を想定して，各試験地において電波の明確にする必要があると考えられる。
距離条件 10 m における度数分布による分析結果を図-送信機を０ m 地点および 70 m 地点に設置した２パター

６，図-７に示した。データの取得数は急傾斜地および緩ンでそれぞれ１回ずつ試験を行った。
距離および試験地ごとの RSSI 値について Tukey 法に傾斜地ではともに 238 個である。全体的な傾向として大よる多重比較検定（α= 0.05）を行った。また，度数分布

きなピークが存在し，概ね正規分布に従う分布を表してによる RSSI 値の分析も行った。RSSI 値を度数分布するいる。また，図-６における RSSI 値の-61～-66 dbm のよために，試験地の傾斜が約 40 °の試験地を急傾斜地，うに，小さく固まって分布している場合もある。図-７で傾斜が約 20 °の試験地を緩傾斜地として２条件に分けは-49 dbm がピークになっているが，-46 dbm および-52た。そのため，度数分布による分析では急傾斜地，緩傾dbm をピークとした小さな分布が観測された。この小さ斜地においてそれぞれの４回の試験で得られたデータをな分布は試験地の立木密度による影響が異なることを表合算し最大 240 個のデータを用いる。

していると考えられる。つまり試験地による RSSI 値へ電波の特性として，自由空間における距離と受信強度の影響の違いが分布として表れていると考えた。そのたの関係は定まっており，RSSI 値のバラツキは環境によるめ，データ数を増やし試験地ごとの度数分布による分析ものと考えられる。したがって，RSSI 値の分布は正規分布に従うと予測される。そのため，検出確率を 95 %とし5て，得られた RSSI 値の受信強度が強い方から累積比率送信機からの距離（ｍ）
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100‐40.0

RSSI値(dbm)が 95 ％に当たる RSSI 値を判別のための閾値とすることにした。
Ⅲ 結果
河川敷における距離と RSSI 値を図-３に示した。試験

河川敷１
河川敷２

‐50.0
‐60.0
‐70.0‐80.0

を２回行ったため，１回目の実験を河川敷１，２回目の図-3. 河川敷における距離と RSSI 値

実験を河川敷２としている。試験機間の距離が離れるに

Fig.3 Distance and RSSI value in riverbed.

つれて RSSI 値が減衰している傾向が認められたため，
RSSI 値から距離推定ができる可能性を確認できたと判

5

断した。

‐40.0

試験地１
試験地２
試験地３
試験地４

RSSI値(dbm)

演習林において，送信機を０ m に設置した場合の試験結果を図-４，送信機を 70 m に設置した場合の試験結果を図-５に示した。全体の傾向として，受信距離が離れるにつれて RSSI 値も減衰しており，森林内においてもRSSI 値により距離の推定が可能と考えられる。RSSI 値

送信機からの距離（ｍ）
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100‐50.0‐60.0‐70.0‐80.0から距離を推定すると考えた場合，５ m～30 m 程度の図-4. 送信機が０ m にある時の距離と RSSI 値

近距離では各条件間の平均値に明確な差があり推定でき

Fig.4 Distance and RSSI value when installed at 0 m.

る可能性があるが，40 m 以上の遠距離では差は小さく推定は難しいと考えられる。また，多重比較検定の結果す5べての距離との間に有意差が認められたのは 10 m では

‐40.0
RSSI値(dbm)

全８試験のうち４試験，50 m では１試験であった。そのため，50 m において RSSI 値による距離の推定は難しいと判断した。原因として，距離が離れることで生じる
RSSI 値の差に対して，標準偏差が大きいため距離により‐50.0‐60.0

送信機からの距離（ｍ）
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

試験地１
試験地２
試験地３試験地４‐70.0生じる差が打ち消されていると考えられる。
‐80.0

試験地間で多重比較検定を行った結果，傾斜の異なる試験地間において有意差が認められた。そのため，傾斜図-5. 送信機が 70 m にある時の距離と RSSI 値による RSSI 値への影響があると考えられる。また，傾

Fig.5 Distance and RSSI value when installed at 70 m.

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で 10 m 以内への接近を検知できると考えられた。

を行う必要がある。
度数分布の傾向から，得られた RSSI 値の出現分布は

本研究における距離推定手法では，最大通信可能距離正規分布に従うと考えられる。そのため，距離条件 10 mより短い距離であっても，距離が離れるに従い距離の変において累積比率 95 ％に該当する，急傾斜地では-63動による RSSI 値の差は小さくなる。そのため，環境にdbm，緩傾斜地では-57 dbm が判別の閾値として考えられより変動した RSSI 値のばらつきで距離の変動により生た。

じた差が打ち消され，距離の推定が困難となった。
また，傾斜により 95 %に該当する RSSI 値が異なるのは，斜森林内では斜面や立木といった障害物により RSSI 値の面による電波の吸収や反射が起きたためと考えられる。

ばらつきが大きくなるためこの傾向が強くなると考えら

比較的平地に近い緩傾斜地の方が急傾斜地で観測された

れる。

RSSI 値に比べ全体的に強い RSSI 値が検出されているこ

度数分布による分析では，得られた RSSI 値を測定しとから，傾斜が急であるほど RSSI 値への影響は大きい

た試験地の傾斜ごとに分けた。RSSI 値は概ね正規分布にと考えられる。

近い分布を表したが，一部異なる分布を示した。
これは，

80%

累積⽐率

3060%

2040%

1020%とを表していると考えられる。そのため，傾斜ごとの度累積⽐率（％）

取得数

40取得数(回)試験地により RSSI 値が受ける影響の大きさが異なるこ

100%

50数分布だけでなく，試験地ごとの度数分布による分析を行う必要があると考えられる。
試験地間の多重比較検定の結果から傾斜による影響が考えられた。傾斜の度合いによる RSSI 値への影響の大0%

0

きさについて明確にするため，傾斜の異なる試験地にお‐41 ‐43 ‐45 ‐47 ‐49 ‐51 ‐53 ‐55 ‐57 ‐59 ‐61 ‐63 ‐65 ‐67 ‐69 ‐71 ‐73

RSSI値(dbm)いて同様の実験を行うことが必要と考えられる。

図-6. RSSI 値の取得数と累積比率 （急傾斜地，距離 10 m）

引用文献

Fig.6 Number and cumulative ratio of RSSI values (Steep(１) 中央労働災害防止協会 HP（2021）労働安全衛生

slopes, Distance 10 m)

規則.中央労働災害防止協会，オンライン.

50（https://www.jaish.gr.jp/anzen/hor/hombun/hor1-2/hor1-2-1-

取得数(回)

40

累積⽐率80%m-0.htm）Retrieved on Nov 5th,2021

3060%

2040%

1020%

累積⽐率（％）

100%
取得数(２)林業・木材製造業労働災害防止協会 HP（2021）
災害事例研究.林業・木材製造業労働災害防止協会，オンライン.（http://www.rinsaibou.or.jp/cont02/02_frm.html）
Retrieved on Nov 5th,2021

0%0‐41 ‐43 ‐45 ‐47 ‐49 ‐51 ‐53 ‐55 ‐57 ‐59 ‐61 ‐63 ‐65 ‐67 ‐69 ‐71 ‐73(３) 林業・木材製造業労働災害防止協会 HP（2017）

RSSI値(dbm)

林業・木材製造業労働災害防止規程（全文）.林業・木図-7. RSSI 値の取得数と累積比率 （緩傾斜地，距材製造業労働災害防止協会，オンライン.

離 10 m）（http://www.rinsaibou.or.jp/cont02/items02/pdf/saibokitei

Fig.7 Number and cumulative ratio of RSSI values (Gentle_291026_2.pdf）Retrieved on Nov 5th，2021

slope, Distance 10 m)(４) 林野庁 HP（2021）労働災害の現況.林野庁，オンライン.
（https://www.rinya.maff.go.jp/j/routai/anzen/iti.html）

Ⅳ 結論

Retrieved on Nov 5th,2021

伐木作業時と刈払作業時の接近検知手法として，Bluetooth を用いた距離推定について検討した。10 m と50 m の距離推定を目的として，河川敷と演習林にて試験を行った。結果として，50 m の距離推定は難しく，10 m
では距離推定の可能性がみられた。また，10 m における接近検知の場合，急傾斜地では-63 dbm，緩傾斜地では-57
dbm を判別の閾値に設定することにより，検出確率 95 %－124－