Silviase/jgov_v1.4_full_ann huggingface dataset:
もほぼ同位置のものについて分けると，大体次のようになる。

タイプ	産業	組織率	集中度
イ）	化学,鉄鋼	上位	中位
石油	//	下位
繊維,紙・パルプ	中位	下位
ロ）	精密機器,電気機器	中位	上位
窯業	下位	上位
食料品,一般機械	下位	中位
ハ）	輸送機器,ゴム	上位	上位
非鉄	中位	中位
金属製品,木材	下位	下位

次に産業別の相関係数についてみよう。第2)

—7表

第2)—7表 組織率と集中度の相関係数

産業	C3	ΔC3
食料品	U	0.8490	ΔU	0.2089
繊維	U	-0.3787	ΔU	-0.2465
木材	U	0.1438	ΔU	-0.0193
紙・パルプ	U	-0.1677	ΔU	0.4302
化学	U	-0.9092	ΔU	-0.2991
石油	U	-0.8086	ΔU	-0.1047
冨ム	U	-0.0089	ΔU	-0.0378
窯業	U	0.2181	ΔU	-0.1133
鋼	U	0.4644	ΔU	-0.2237
非鋏	U	-0.3413	ΔU	0.5279
金属	U	-0.8838	ΔU	0.0044
一般機械	U	-0.8686	ΔU	-0.2131
電気機器	U	-0.5869	ΔU	-0.1194
輸送機器	U	-0.6068	ΔU	-0.4013
精密機器	U	0.1995	ΔU	0.2155

レベルでみた相関係数は，順相関より逆相関を示すものが多い。特に，食料品以外は相関係数も低く，反対に逆相関関係の認められるものは，化学，金属製品，一般機械などで，これらは組織率が上昇している一方，集中度が低下していることによるものである。

差分でみた相関係数では，係数の符号がいずれにあっても，無相関に近いことを示している。

3) 賃金と組織率・集中度・有効求人倍率との相関関係

賃金は，一貫して上昇しており，特に40年以降，額，率とも高まる傾向にあり，組織率は35年から40年にかけて急上昇し，以降，横ばいもしくは循環しながら若干上昇し，一方集中度は中だるみまたは低下傾向にあるなど，全体的には，これら各指標の動きは，それぞれ異った傾向をたどっている。また，有効求人倍率の動きは第3）一1表に示すとおりである。次に産業別にみた賃金と組織率，集中度，有効求人倍率との相関係数は，第3）一2表のとおりである。

賃金と有効求人倍率は各産業とも相関係数が高く，産業による差は少ない。組織率では，食料品，木材，化学，石油の相関は高く，特に組織率水準の低い産業の相関が高い反面，繊維，窯業にみられるように符号がマイナスのものもある。集中度については，相関のあるものと逆相関の高いものとに分割される傾向にある。鉄鋼，精密機器，食料，ゴム等は順相関があり，非鉄，石油，窯業，金属製品では逆相関である。組織率，集中度とも相関のあるものは，食料品，鉄鋼のみで，石油，金属製品，化学は組織率の相関が高く，集中度は逆相関が高く，反対の動きを示している。

賃金を上昇率（ドット），組織率，集中度を差分でとった相関では，まず組織率との相関は，順相関のある産業はなく，非鉄，一般機械，電気機器では逆相関があるなど，一段と相関度は低くなる。また集中度でも化学以外に相関のある産業はなく，他の産業はすべて無相関である。この結果，化学，非鉄，一般機械，電気機器以外の産業は両係数とも無相関となっている。次に各変数の年別にみたクロス・セクションでの相関係数についてみよう。なお，クロス・セクションでは，労働需給状況を示す代理指標として産業別常用雇用指数を使用している。第3)—2表がそれである。

レベルでの賃金水準と組織率の間には,0.6とわずかの相関はみられるものの,集中度は無相関,常用雇用指数ではマイナスの相関があり,年々その傾向を強めている。これは雇用増が若年層中心であるため,平均年令を引下げ,賃金
第3)—1表 一般職業紹介狀況（新規学卒を除く）

年	求 職	求 人	就職件数(C)	有効求人倍率(B)(A)	充足率(C)(B)	就職率(C)(A)
新規求職申込件数	月間有効求職者数(A)	新 規求人数	月間有効求 人 数(B)
昭和35年平均	千件	千人	千人	千人	千件	倍	%	%
372	1,109	308	649	187	0.6	28.9	16.9
36	356	1,077	331	799	183	0.7	22.9	17.0
37	363	1,139	315	771	170	0.7	22.0	14.9
38	365	1,277	360	893	164	0.7	18.3	12.8
39	351	1,292	393	1,030	162	0.8	15.7	12.5
40	352	1,249	309	794	148	0.6	18.6	11.8
41	348	1,214	361	892	149	0.7	16.7	12.3
42	331	1,162	437	1,158	151	1.0	13.0	13.0
43	327	1,122	444	1,251	153	1.1	12.3	13.7
44	319	1,083	493	1,403	156	1.3	11.1	14.4
45	325	1,070	521	1,507	158	1.4	10.5	14.8
46	353	1,178	453	1,315	156	1.1	11.9	13.3
47	343	1,210	516	1,402	156	1.2	11.2	12.9
48	320	1,113	687	1,963	157	1.8	8.0	14.1
(318)	(1,100)	(685)	(1,961)	(156)	(1.8)	(8.0)	(14.2)
49	340	1,186	477	1,425	146	1.2	10.2	12.3
50	350	1,536	339	943	122	0.6	13.0	8.0

資料出所 勞働省「職業安定業務統計」

(注) 48年以降は沖縄を含む数字である。ただし，48年平均の（）内は沖縄を除く数字である。

第3)—2表 賃金と組織率，集中度との単相関係数

U	C3	SD	ΔU	ΔC3
食 料 品	W	0.8916	0.8597	0.8331	W	0.2649	0.2260
繊 維	W	-0.5831	0.7592	0.8336	W	0.0356	-0.3846
木 材	W	0.8749	0.2423	0.8492	W	0.3208	-0.1499
紙・パルプ	W	-0.3017	0.8231	0.8429	W	-0.4687	-0.1212
化 学	W	0.8659	-0.6874	0.8475	W	-0.2689	0.8307
石 油	W	0.8184	-0.9146	0.8650	W	0.0099	-0.2591
ゴ ム	W	0.1016	0.7844	0.8412	W	0.2185	-0.0068
窯 業	W	-0.5223	-0.8122	0.8521	W	0.0628	0.1831
鉄 鋼	W	0.7497	0.9037	0.8772	W	-0.5468	0.4746
非 鉄	W	0.4908	-0.9408	0.8567	W	-0.7088	-0.4746
金 属	W	0.7550	-0.7560	0.8636	W	-0.5836	-0.1340
一 般 機 械	W	0.4878	-0.6471	0.8720	W	-0.8025	-0.0942
電 気 機 器	W	0.4727	-0.5194	0.8497	W	-0.6002	0.5802
輸 送 機 器	W	0.7653	-0.2985	0.8452	W	0.1436	0.4528
精 密 機 器	W	0.3685	0.8371	0.8627	W	-0.1571	-0.0735
Serial No. 93

March 2002

# 消防研究所报告

通 卷 93 号

2002年3月

## 目次

横須賀市における消防活動支援情報システムの通信実験について

田村 裕之，細川 直史，座間 信作，遠藤 真，志賀 崇，牛尾 修一 ……(1)

小規模建物階段室火災における熱気流の数値シミュレーション

阿部 伸之，山田 常圭，箭内 英治，鈴木 健，関沢 愛 ……(12)

消防活動支援情報システムの開発（英文）

座間 信作，細川 直史，畑山 健，遠藤 真，松原 美之

田村 裕之，関沢 愛，高梨 健一 ……(25)

石油タンク底部の腐食損傷評価におけるAE法の適用

山田 實，真家 敦子，神谷 篤志，杉山 高英

湯山 茂徳，李 正旺，中田 勝康 ……(36)

所外発表論文 ……(45)

独立行政法人消防研究所
# REPORT OF NATIONAL RESEARCH INSTITUTE OF FIRE AND DISASTER

Serial No. 93

March 2002

## —Contents—

Field Study on Wireless Communication of Information System for Support of Fire-Fighting Activities in Yokosuka City

H. Tamura, M. Hosokawa, S. Zama, M. Endo, T. Shiga, and S. Ushio ..... 1

Numerical Simulation of Thermal Flow in a Small-Scale Building

N. Abe, T. Yamada, E. Yanai, T. Suzuki, and A. Sekizawa .....12

Development of an Information System for Support of Fire-Fighting Activities in a Large Scale Disaster

S. Zama, M. Hosokawa, K. Hatayama, M. Endo, Y. Matsubara,

H. Tamura, A. Sekizawa, and K. Takanashi .....25

Application of AE Monitoring Method to Bottom Plates in Oil Storage Tank

M. Yamada, A. Maie, A. Kamiya, T. Sugiyama, S. Yuyama, Z. Li, and K. Nakata .....36

Articles of Staff of NRIFD published by Outside Organizations……45

Published by

National Research Institute of Fire and Disaster

14-1, Nakahara 3-chome, Mitaka, Tokyo 181-8633, Japan
# 横須賀における消防活動支援情報システムの通信実験について

田村 裕之，細川 直史，座間 信作，遠藤 真，志賀 崇 $ ^{*} $ ，牛尾 修一 $ ^{**} $

(平成14年2月5日受理)

大規模な災害が発生した時に、災害現場から被災情報を消防本部に送信したり、消防本部から延焼予測や消防力の最適配置などの情報を災害現場に送信することのできる消防活動支援情報システムを開発した。このシステムの通信部分は、既に我々が開発した「統合化した消防防災通信システム(FiReCos (Fire-fighting and Rescue Communication System))」を組み込んでいる。これにより、災害時にも消防独自の通信網が確保できる。今回、その実用化を目指して無線LANを多段に組み合わせたネットワークを構築し、横須賀市において通信実験を行い、以下のことが確認できた。

(1) 3段までの無線LANを経由してのパケット通信が行える。

(2) FiReCos中継機の屋外での通信エリアは、半径約150mである。

(3) 移動型の無線LANを用意した場合、アンテナ間が見通せれば、600m以上の通信距離を確保することが可能である。

(4) 3段の無線LAN（DS方式が2段、FH方式が1段）を経由して通信した場合、音声通信は、音声データ通信量が通信速度の30%程度で限界となる。

### 1. はじめに

甚大な被害のでた兵庫県南部地震では、消防等公設防災機関にあっても十分な要員の確保が困難なため、応急対策のための情報がほとんどない情報の空白期間が生じた。このような状況の中では、いかに適切に被害状況を把握するか、また被害情報を踏まえいかに消防活動を効率良く実施するかが重要となる。我々は、

(1) どのように災害現場の情報を収集するか、

(2) その情報をいかに確実に消防本部等に伝えるか、

(3) その情報をいかに消防活動に活用するか、

という3つの観点からFig.1に示すイメージの消防活動支援情報システム $ ^{1)} $ を構築している。

地震災害時に各種情報を収集するシステムとして横浜市リアルタイム地震防災システム $ ^{2)} $ 、神戸市総合防災通信ネットワーク（こうべ防災ネット） $ ^{3)} $ 、兵庫県広域災害・救急医療情報システム $ ^{4)} $ などが運用されている。地震の震度分布、被害推定、被害情報収集、医療機関の被災などの情報を消防本部等の防災拠点で共有することができる。ネットワークとしては、専用通信回線、電話回線、消防
Fig.1 Image of Information System for Support of Fire-Fighting Activities

防災無線などを使用して情報の収集、伝達を行っている。発災後には電話回線や消防防災無線は、通話人数の増加や消防活動の活発化で通話量が極端に増加し、輻軫してしまうことが予想できる。また、これらのシステムは、災害現場の情報をデータベースに登録する方法として、本部に音声で連絡して本部の人間がデータベースに登録するか、情報収集した本人が本部に戻りデータベースに登録する方法をとっている。そのため、リアルタイムな被害情報の更新が行われにくいという問題点がある。

被災現場の情報のリアルタイム性を確保しながら、その情報を、災害後の混乱した状況の中で確実に消防本部等に伝達するには、輻軋する恐れのある携帯電話や有線電話の利用を避け、独自の無線通信網を構築しておくことが有効である。そこで、消防活動支援情報システムでは、独自の無線通信網を構築できる無線通信システム「統合化した消防防災通信システム（以下、FiReCos（Firefighting and Rescue Communication Systemの略）と表す。） $ ^{5)} $ 」を用いてデータ通信を行うこととした。このFiReCosは、PHS（Personal Handy-phone Systemの略。簡易型携帯電話。）を基盤技術としてイーサネット LAN（最も一般的なLANの規格）で中継機（cell station）を展開して通信エリアを広げる通信システムである。また、FiReCosは、音声をデジタル変換し、デジタルデータのパケットにしてネットワークの中を通信するVoIP（Voice over IPの略。TCP/IPネットワークを使って音声データを送受信する技術。）の技術を利用したシステムである。そのため、データ通信を行うことが容易である。

被災現場と消防本部等の距離は、FiReCosの中継機単体の通信エリアを大きく超え数kmに及ぶことになるため、ネットワークを広げる手段を検討しなければならない。そこで、実災害を念頭において、FiReCosのネットワーク範囲を広げるために、無線LANでイーサネット LANの範囲を拡大することを検討し、屋外での長距離無線LANを取り入れた通信実験を横須賀で行ったので、その実験内容と結果から明かとなった性能について報告する。

### 2. 実験地の選定

災害の発生する場所の地形は、ビルが立ち並ぶ都市や海や山に近い地域、平たんな地形や起伏に富んだ地形など、様々である。電波により通信を行う場合、ビルや崖での反射やノイズとなる電波の存在などにより通信状態が大きな影響を受ける。このような通信環境の中でのFiReCosの有効性・問題点を把握するために、地形が起伏に富み高層の
建物もあり、米軍基地内の無線局なども近隣にあり電波ノイズも比較的多いと予想される横須賀市を実験地として選定した。

### 3. 実験機器の構成

### 3.1 無線LANの概要

比較的安価で通信距離が数km確保でき屋外でも使用可能で、通信速度が数Mbps以上で、TCP/IP (Transmission Control Protocol / Internet Protocol の略。インターネットなどで標準的に使われている通信手順）が使える機器ということで、周波数2.4GHz帯のSS（Spread Spectrumの略。デジタル信号を拡散符号で広い帯域に拡散し、秘話性や耐ノイズ性を高めた通信方式。）無線LANを用いネットワークを構築した。SS無線LANには広帯域に信号を拡散する直接拡散方式のDS（Direct Sequence）方式と通信する周波数を短時間で変更する周波数ホッピング方式のFH（Frequency Hopping）方式がある。DS方式は、周波数帯域幅全体を使って、信号を拡散させて通信を行うため、通信速度を大きくすることができるが、DS方式の混在では混信しやすい。通信速度は最大で約11Mbpsである。FH方式は、送信周波数を短時間に切り替えながら通信を行う。切り替えパターンが何種類もあり混信に強いが、瞬間の通信では周波数帯域幅が狭いため通信速度が小さい。通信速度は最大で約2Mbpsである。建物間の固定的な通信にはDS方式で太い基幹とし、建物周辺や移動する子機側にはFH方式を用い混信を避けられるようにした。建物間では指向性アンテナを用い外来ノイズの影響を少なくした。また、建物周辺をカバーするアンテナには無指向に近い特性のものを用い移動しながらの通信が可能なようにした（Fig.2およびFig.4参照）。今回使用したすべての無線機は、電波法施行規則第6条の免許を要しない無線局（特定小電力無線局）である。

### 3.2 機器構成

今回の横須賀市におけるフィールドテストでは、横須賀市消防本部を起点として、横須賀市役所を経由して中央図書館までを無線LANネットワークで結んだ。さらに中央図書館周辺にバッテリー駆動の移動型無線LAN局を用意し中央図書館と結び実験用の無線LANネットワークを構成した。各建物の位置関係とネットワーク構成をFig.2に、機器の配置をFig.3に示す。消防本部と市役所の間（距離650m）と、市役所と中央図書館の間（距離800m）はDS方式無線LANでつないだ。図書館とその周辺の移動型無線LANの間ではFH方式無線LAN

Fig.2 Network structure and arrangement of buildings in Yokosuka
Fig.3 Experiment system construction in Yokosuka

Fig.4 Setup antennas of wireless LAN and cell station of FiReCos on the rooftop of the central library
を用いた。各建物の屋上に無線LANのアンテナとFiReCosの中継機アンテナを置いた。DS方式無線LANのアンテナは、妨害電波の影響を小さくし通信速度を上げられるように指向性のある多素子型の八木・宇田アンテナを用いた。FH方式無線LANのアンテナは、屋上の固定用には水平方向に無指向になるよう線条型のダイポールアンテナを、移動型には指向性があり小型にできる平面型のパッチアンテナを用いた。各建物の屋上と移動型無線LANにはそれぞれスイッチングハブを置きFiReCos中継機をつないだ。アンテナと無線LANユニットの設置状況をFig.4に示す。消防本部にはFiReCosを制御する回線コントローラーとデータ通信に必要なPIAFSサーバーを置いた。今回使用した無線LANとスイッチングハブの型番と製造社名はそれぞれ以下の通りである。

(1) DS方式無線LAN 型番：SB-1100（アイコム(株)）

(2) FH方式無線LAN 型番：AP-10D, WB-10D (CTC-SP(株))

(3) スイッチングハブ 型番：8624XL, 8216XL (アライドテレシス(株))

### 4. 実験

通信ネットワークを構築する際に基礎となる以下の(1)～(3)の情報を取得することを主眼に、4.1～4.5に示す実験1～5を行った。

(1) 屋外無線LANの組み合わせ段数による通信速度の確認

(2) 無線LANおよびFiReCos中継機の通信エリアの測定

(3) 無線LANを介した時のFiReCos子機の可能通話数の確認

### 4.1 実験1：無線LANネットワーク部分の通信速度の測定

無線LANネットワークを構築した際に、無線LANのみでの通信状態を、ping（Packet Internet Groperの略。TCP/IPネットワークを診断するプログラムで、32バイトのデータを4回送信し相手のコンピュータからの返信を観測してコンピュータが接続されているかどうかを診断する。）によるパケットロスと遅延の確認とFTP（File Transfer Protocolの略。TCP/IPネットワークでファイルを転送するときに使われるプロトコル。）を用いた5.12Mbyteのファイル転送での実効通信速度で確認した。2台のノートパソコンを下記の(1)から(5)の組み合わせの2地点に設置し、それぞれの区間の測定を行った。カッコ内は2地点間に含まれる無線LANの種類と段数である。

(1) 消防本部—市役所（DS1段）

(2) 市役所一図書館（DS1段）

(3) 消防本部—図書館（DS2段）

(4) 図書館一図書館周辺（FH 1 段）

(5) 消防本部—図書館周辺（DS2段+FH1段）

4.2 実験 2：FiReCos中継機の通信エリアの調査

FiReCos中継機の通信エリアは、FiReCos子機の受信感度表示を利用して評価した。FiReCos子機の液晶画面には、FiReCos中継機からの電波の受信感度がアンテナマークの立ち具合で表示される。アンテナマークは、感度が強い順にアンテナ3本、アンテナ2本、アンテナ1本、アンテナ0本、圏外の5段階で表示される。以下の建物の周辺を、建物からの距離約400mの範囲について計測した。

(1) 消防本部（屋上4ヶ所にFiReCos中継機を設置した。）

(2) 市役所（屋上1ヶ所にFiReCos中継機を設置した。）

(3) 図書館（屋上4ヶ所にFiReCos中継機を設置した。）

### 4.3 実験 3：図書館付近での移動型無線LAN（FH）の通信エリア調査

図書館周辺で、FiReCos中継機の通信エリア外でFH方式無線LANの通信エリアを評価した。FH方式無線LAN本体には、相手のFH方式無線LAN装置からの電波の受信感度を示すLED表示がついている。LED表示は、受信感度が強い順にH、M、L、圈外の4段階である。これを利用し、通信エリアを計測した。

4.4 実験 4：FH方式無線LANを起動したときのFiReCos中継機の通信エリアの広がり具合の調査FH方式無線LANで図書館から離れた場所にネッ
トワークを延ばし、そこにFiReCos中継機を置き、FiReCos中継機の通信エリアを、実験2と同様に、FiReCos子機の液晶画面に表示される受信感度表示を用いて計測した。

### 4.5 実験 5：無線LANを経由してのFiReCosの通話回線数の限界調査

多段の無線LANを経由した際の最大通話回線数を計測した。下記の2つの組み合わせにおいて、2地点間でFiReCos子機を順番に接続させて行き、通信品質を観測した。最大12通話分の子機を用意した。カッコ内は2地点間に含まれる無線LANの種類と段数である。

(1) 図書館と消防本部間（DS2段）

(2) 図書館周辺と消防本部間（FH 1 段＋DS 2 段）

### 5. 結果と考察

### 5.1 実験 1：無線LANネットワーク部分の通信速度の測定

すべての経路で、伝送パケットの欠落や遅延は認められなかった。また、5回のファイル転送での通信速度は、以下のようになった。カッコ内は2地点間に含まれる無線LANの種類と段数である。

(1) 消防本部－市役所（DS1段）

通信速度は、平均2.94Mbpsで、5回の内で最小が2.86Mbps、最大が3.08Mbpsであった。

(2) 市役所－図書館（DS1段）

通信速度は、平均3.80Mbpsで、5回の内で最小が3.51Mbps、最大が3.96Mbpsであった。

(3) 消防本部－図書館（DS2段）

通信速度は、平均2.39Mbpsで、5回の内で最小が2.34Mbps、最大が2.48Mbpsであった。

(4) 図書館－図書館周辺（FH1段）

通信速度は、平均1.88Mbpsで、5回の内で最小が1.85Mbps、最大が1.89Mbpsであった。

(5) 消防本部－図書館周辺（DS2段＋FH1段）

通信速度は、平均1.34Mbpsで、5回の内で最小が1.25Mbps、最大が1.39Mbpsであった。

実験地域の選定の際に電波ノイズが多いのではないかと予想されたが、スペクトラムアナライザによる調査で無線LAN使用周波数帯にノイズとなる日立った電波は観測されなかったため、それぞれの経路での5回の測定での通信速度の変動は少なかった。

アンテナ間が直接見通せたとしても、フレネルゾーン $ ^{6)} $ に建物が入ってくると受信感度が落ちる。電波通信を行う場合、電波はアンテナ間距離と電波の波長に関係したある広がりをもって伝播する。この広がりはラグビーボール状をしており、この空間をフレネルゾーンという。消防本部と市役所の間のフレネルゾーンを考えると、アンテナから消防本部方向の庁舍屋上の縁までの距離を約20m、この縁から消防本部までを約630mとすると、1次回折波の通る空間としては、アンテナ同士を結ぶ線から庁舎の縁までの距離が1.54m必要となる。しかし、市役所屋上での設置状況を調べると、庁舎の縁をかすめるようにぎりぎりアンテナ同士が見通せる状態にあるため、1m程度しか余裕がない。そのため、距離の近い消防本部と市役所間よりも、距離の長い市役所と図書館間の方が通信速度が良かったと考えられる。

また、(4)と(5)の結果から、DS方式が安定していると、通信速度が低いFH方式でさらにネットワークを拡大させても、総合的な伝送速度はそれほど悪化しないことが確かめられた。

5.2 実験 2：FiReCos中継機の通信エリアの調査

FiReCos子機の液晶画面に表示される受信感度表示のアンテナマークの立ち具合（アンテナ3本～0本、圏外の5段階）をプロットしながら各建物の周辺を歩いた。通信エリアの測定結果を、消防本部付近についてFig.5に、市役所付近についてFig.6に、図書館付近についてFig.7に示す。FiReCos中継機を設置した建物を中心として図中に同心円を描いているが、この円は半径50mごとに大きくなっている。

屋上に設置したFiReCos中継機の出力は10mWと小さいが、受信地点から屋上のアンテナを直接見ることができる場合、図書館周辺の例のように450m離れていても通信することができた。建物の陰などは不感地帯になりやすいが、屋外でもおおむね半径150mの範囲は通信エリアになることが確
Fig.5 Measured communication area of cell station around the fire department

Fig.6 Measured communication area of cell station around the municipal office
認された。市役所屋上に置いたFiReCos中継機は、屋上の縁から2mほど内側の手すりに取り付けたため、市役所庁舎真下付近では不感地帯になっている。庁舎から100mほど離れると受信感度が上がってくる。

### 5.3 実験 3：図書館付近での移動型無線LAN（FH）の通信エリア調査

図書館周辺で、FiReCos中継機の通信エリア外で、FH方式無線LANの通信エリアを計測した。図書館屋上の無線LANのアンテナはダイポールアンテナで、移動型無線LANのアンテナはパッチアンテナである。見通せる条件であれば600m離れた場所での通信ができることが確認された。この時の移動型無線LANに装備された受信感度を表示するLEDは、受信品質が「中程度」のMと「低い」のLとを行ったり来たりする状態であったため、距離をもう少し離すことが可能であることも分かった。FH方式無線LANを、固定されたFH無線LANのアンテナから数百m離れた場所にバッテリーを装備させた状態で設置し、FiReCos中継機をこれに接続して、FiReCosの通信エリアを拡大させることが可能であることが確かめられた。

5.4 実験 4 : FH方式無線LANを起動したときのFiReCos中継機の通信エリアの広がり具合の調査図書館から約600m離れた場所に、バッテリーとFH方式無線LAN、FiReCos中継機、ハブをセットにした移動型の中継機を設置した。このFireCos中継機の通信エリアを実験2と同様な方法で計測した。その結果をFig.8に示す。FiReCos中継機から見て北東側や西側は切り立った崖や雑木林があり、通信エリアを広げることはできなかった。南東側は標高が下がっているため、200m以上の通信エリアを確保できた。

実験2と実験4の結果より、屋外におけるFiReCos中継機の通信エリアは、約半径150mの範囲であることが確認できた。

### 5.5 実験 5：無線LANを経由してのFiReCosの通話回線数の限界調査

## (1) 図書館と消防本部間

この区間は、DS方式無線LANが2段で構成されている。通信速度は実験1の結果のように2.39Mbpsであるが、今回用意した12回線分の通話は問題なく行えた。

TCP/IPのパケット通信では1パケットあたり最大1500byteのデータを送っている。しかし、FiReCosで用いているVoIPでは約200byteの小さなパケットにしているため、パケットの数に比例して、パケット間の空白時間の増大や相手先のIP情報などの音声データと関係ない情報量が増大するため、実質のデータ通信量は、FTPで計測した通信速度より小さくなる。FiReCosの1通話は理論的には41.35Kbps程度であり、12通話では単純に掛け算をすると496.2Kbpsになる。それでも2.39Mbpsに対して20%ほどであり、DS方式無線LAN機器が有するパケット処理能力に対し余裕があったものと考えられる。

## (2) 図書館周辺と消防本部間

この区間はFH方式無線LAN1段とDS方式無線LAN2段で構成されている。通信速度は実験1の結果のように1.34Mbpsであったが、8回線分の通話は問題なく行えた。9通話目では、下り方向（消防本部から図書館へ）の音声は問題ないが、上り方向の音声がとぎれがちな状態になった。音声通話のデータ量の理論値は、9通話で372.15Kbpsで、1.34Mbpsに対し28%ほどになる。VoIPパケット通信で利用できる通信速度は、FH方式無線LANを経由した場合には通信速度の30%程度が限界と考えられる。

また、9通話目で図書館から消防本部への音声がとぎれがちになったが消防本部から図書館への音声は普通であった原因としては、DS方式無線LANとFH方式無線LANとでは、公称通信最大速度が11Mbpsと2Mbpsと違うため、パケット処理スピードに違いが存在する。これにより、DS方式無線LAN側からFH方式無線LAN側への通信ではパケットを処理しきれるが、逆方向では処理しきれないという状態になったと思われる。

### 6. 今後の課題

市町村内での地震等大規模災害時における消防
Fig.7 Measured communication area of cell station around the central library

Fig.8 Measured communication area of cell station around the mobile wireless LAN unit
活動支援情報システムの通信部分としての設置を想定すると、数km離れた災害地と情報のやり取りをすることになり、今回よりもより多段の中継を考える必要がある。この時には、通信速度が今回よりも落ちると考えられ、通話できる通信速度の限界がどの程度であるかを把握しておく必要がある。

今回のような直列なネットワークでは、1ケ所が不通になるとそこから先は通信ができないことになってしまう。その対策として、ネットワークを円環状に組み、ネットワークの一部が破壊されたとしても迂回路を設定することで情報伝達が行えるようにするスパニングツリー（spanning tree）構造を取り入れる必要がある。

FH方式の移動型無線LANを運用する場合において、ある固定側無線LANの通信エリアから隣の固定側無線LANの通信エリアに移動型無線LANが移動することが予想される。この時、移動側が通信する固定側無線LANの切り替えが可能であるかどうかと、この切り替えが与える通信への影響を確認する必要がある。

### 7. まとめ

大規模な災害が発生した時に、災害現場の被災情報を消防本部に送ったり、延焼予測や消防力の最適配置などの情報を災害現場に送ることのできる消防活動支援情報システムを開発した。このシステムの通信部分には、統合化した消防防災通信システム（FiReCos（Fire-fighting and Rescue Communication Systemの略））を組み込んでいる。これにより、災害時にも独自の通信網が確保できることが期待される。今回、実用化を目指して無線LANを多段に組み合わせたネットワークを構築し、横須賀市において通信実験を行った。その結果、以下のことが確認できた。

(1) 3段までの無線LANを経由してのパケット通信が行える。

(2) FiReCos中継機の屋外での通信エリアは、半径約150mである。

(3) 移動型の無線LANを用意した場合、アンテナ間が見通せれば、600m以上の通信距離を稼ぐことが可能である。

(4) 3段の無線LAN（DS方式が2段、FH方式が1段）を経由して通信した場合、音声通信は、音声データ通信量が通信速度の30%程度で限界となる。

今後、4段以上の無線LANの多段中継、スパニングツリーの構築などを確認できる実験を行う予定である。

## 謝 辞

今回の実験では、横須賀市消防局、横須賀市役所、横須賀市中央図書館の職員の皆様に多大な御協力をいただきました。ここに記して感謝の意を表します。

## 参考文献

1）座間信作、細川直史、畑山健、遠藤真、松原美之、田村裕之、関沢愛、高梨健一：“消防活動支援情報システムの開発”、地域安全学会梗概集、10、pp.145-148（2000）

2）阿部進：“横浜市のリアルタイム地震防災システム”、消防研修、64、pp.148-165、（1998）

3）飯田晴彦：“神戸市総合防災通信ネットワークシステム（こうべ防災ネット）について”、消防研修、64、pp.133-139、(1998)

4）兵庫県健康福祉部医療課：“兵庫県広域災害・救急医療情報システムについて”、消防研修、64、pp.140-146、(1998)

5）田村裕之、松原美之、細川直史、高梨健一、志賀崇、白井達郎、吉澤信一：“統合化した消防防災通信システム（FiReCos）の開発”、消防研究所報告、89、pp.11-25（2000）

6）三輪進、加来信之："アンテナおよび電波伝搬"、pp.96-107、東京電機大学出版局（1999）
# Field Study on Wireless Communication of Information System for Support of Fire-Fighting Activities in Yokosuka City

(Abstract)

Hiroyuki Tamura, Masafumi Hosokawa, Shinsaku Zama, Makoto Endo, Takashi Shiga $ ^{*} $ and Shuuiti Ushio $ ^{**} $

(Received February 5, 2002)

We have been developing an information system for supporting fire-fighting activities. This system can collect and transmit immediately actual disaster information to headquarters, and can analyze the disaster information and transmit the useful information to fire brigades in a large-scale disaster for rational fire-fighting activities. FiReCos (Fire-fighting and Rescue Communication System) that we developed is installed in the information system as a means of communication. Therefore, a unique communication network is secured. For making practicable, we constructed a network with several wireless LAN units and field communication tests were carried out.

The conclusions are as follows:

(1) Voice and data communication can be done via three wireless LAN units.

(2) Communication area is within approximately 150m radius from the cell station of FiReCos.

(3) Communication range of mobile wireless LAN unit is over 600m when an antenna is visible from the other antenna.

(4) In the case of voice communication via three wireless LAN units (two DS-type wireless LAN units and one FH-type wireless LAN unit), voice communication becomes difficult when quantity of voice data is about 30% of through put
# 小規模建物階段室火災における熱気流の数値シミュレーション

阿部 伸之，山田 常圭，箭内 英治，鈴木 健，関沢 愛

(平成14年2月5日受理)

2001年9月1日、東京新宿にある4階建て小規模建物の明星56ビルで火災が発生し、44名もの人命が失われた。著者らはこのような小規模建物の消防・避難対策を考える上で、本火災の煙流動の把握が重要であると考え、各階各室の扉等開閉条件を合わせて小規模建物階段室火災の数値シミュレーションを行った。その結果、3階居室入りロドアが常に開放の場合、熱気流は3階居室に流れ込み、次第に4階居室にも流れ込むことがわかった。そのドアを閉塞し特定の時刻で開放した計算結果から、熱気流は階段室上方に溜まってから4階居室に流れ込み、ドア開放とともに3階居室にも流れ込むことより、ドア開放時刻が熱気流の動きを支配する要因になっていると言える。

### 1. はじめに

2001年9月1日午前1時ごろ発生した東京新宿・明星56ビル火災では、44名もの多数の死者を出すという大惨事に至った。これは、我が国の建築火災において、大阪・千日デパートビル火災（死者118名）、熊本・大洋デパート火災（死者100名）、そして、栃木・川治プリンスホテル火災（死者45名）に次ぐ多数の死者を伴う火災となった。この原因として、避難経路確保の障害や火災報知設備が機能しなかったことが指摘されているが、さらに注目すべきこととして、死者の大半は一酸化炭素（CO）中毒が直接の死因であると考えられている $ ^{1} $ 。今回の4階建て小規模建物である明星56ビルの火災では、1つしかない階段区画内で出火したことが、その後の火災の燃焼性状、煙の流動性状に大きな影響を与えたと考えられる。そこで著者らは、本火災のような小規模建物階段室火災の現象把握が今後の消防・避難対策を考える上で、重要であると考え、各階各室の扉等開閉条件を合わせて熱気流解析から温度やCO濃度などの分布性状を調べることにした。

本研究では解析手法として数値シミュレーションを用いた。数値シミュレーションはコストや労力の問題から頻繁に行うことの出来ない実大実験に対して現象の予測や実験での測定場所の絞り込みに用いられ、実験後には実験結果との比較による検証に用いられる。本研究では、米国商務省国立標準技術研究所（NIST）により開発された計算コードであるFire Dynamics Simulator（FDS）による数値シミュレーションを行った。その結果から小規模建物階段室火災での熱気流の定性的な評価をし、著者らが予定している実大実験の参考資料を得ることを目的とする。
### 2. 小規模建物階段室の数値解析手法

### 2.1 Fire Dynamics Simulator (FDS) $ ^{2)} $

本研究で用いた計算コードであるFDSは、有限体積法を計算手法とし、ラージ・エディ・シミュレーション（LES）により計算を行う。有限体積法とは物理空間の微小領域（コントロール・ボリューム）での質量や運動量などの物理量の保存を意識して、積分形の支配方程式を離散化する計算手法である。LESとは乱流場の計算格子では解像できない高波数群の渦運動をサブグリッド・スケール（SGS）モデルとしてモデル化し、そのモデルの効果を加味しながら計算格子で解像できる低波数群の渦運動を計算する乱流解析手法の1つである。FDSではSGSモデルとして散逸効果が優れているため工学的に広く用いられている。Smagorinskyモデル³）を採用している。FDSでのSmagorinsky定数 $ C_{Smag} $ の既定値は0.14である。Smagorinsky定数 $ C_{Smag} $ はSGS渦粘性係数 $ \nu_{SGS}=(C_{Smag}\bar{\Delta})^{2}(2\bar{S}_{ij}\bar{S}_{ij})^{1/2} $ の大きさを決めるパラメータである。ここで、Δはフィルタ幅（計算格子幅）、 $ \bar{S}_{ij} $ はひずみ速度テンソル（ $ =\frac{1}{2}\left(\partial\bar{u}_{i}/\partial x_{j}+\partial\bar{u}_{j}/\partial x_{i}\right) $ ）、 $ \bar{u}_{i} $ は低波数群渋の速度（グリッド・スケール速度）、下付き添え字 $ _{i,j} $ （=1,2,3）はデカルト座標系の各座標軸方向を表す。燃焼モデルはMixture Fractionモデル⁴-⁶）を用いている。Mixture Fractionモデルでは燃料や酸素の質量分率の保存方程式を混合分率の保存方程式として組み合わせ、各コントロール・ボリュームにおいて混合分率から燃焼に関与する燃料や酸素を求める。現在、燃焼過程の詳細は空間的・時間的な解像の限界があるため、FDSではMixture Fractionモデルを採用している。また、計算では放射熱を考慮している。FDSを使用する場合、本研究では入力データとして、計算空間寸法、計算格子数、壁や階段などの障害物の形状の座標、計算終了時刻、火源の発熱速度Q、FDSデータベースによる可燃物の種類の指定、そして、ユーザーが注目している参照面や参照点の座標などを与える。出力データとして温度、CO濃度、見透し距離Dなどの参照面分布データや参照点時系列データが得られる。

### 2.2 支配方程式と離散化

本研究で用いたLESの支配方程式は質量保存式、化学種保存式、運動量保存式、エネルギー保存式から成り、支配方程式の空間微分項の離散化には2次精度中心差分法、支配方程式の対流項には1次精度風上差分法を適用している。十分に小さな计算格子幅を用いた場合、支配方程式の対流項の離散化には中心差分法を用いればよいが、実用上、計算格子幅を小さくすることができない場合には風上差分法を用いる。風上差分は中心差分に数値粘性を加えたものに等しく、1次精度風上差分は2次精度中心差分に過大な数値粘性を加えたもので、流れ場の変動を過減衰させてしまう。一般的には、SGS応力による乱流粘性より1次精度風上差分を用いたことによる数値粘性の方が流れ場に与える影響が強くなるため $ ^{7} $ 、支配方程式の非線形項の離散化に改善の余地がある。

### 2.3 計算条件

計算空間をFig.1に示す。デカルト座標系で計算空間の寸法は長手（x）方向×幅（y）方向×高さ（z）方向=20.0m×8.0m×15.0mである。明星56ビルの実際の寸法は公表されていないため、計算空間の中に現実に近い寸法の明星56ビルを模した小規模建物が入っているように計算格子を等間隔格子で設計した。計算格子点数は64（x）×32（y）×64（z）=131,072点である。建物は地上4階建てで塔屋があり、各階に店舗などが入る居室が1つ、階段室、エレベーターシャフトで構成されている。

計算開始時の初期温度は20℃である。計算開始と出火時刻は同一とし、計算は出火開始から時刻 $ t=1,200s $ まで行った。

### 2.4 境界条件

境界条件となる建物のすべての壁面は、壁面上の壁面に沿う風速を0にしたnon-slip条件及び断熱条件で厚みは0.2mである。Fig.2及びTable 1に示すように、窓や扉などの開口部は完全に開放されている場合と閉塞されている場合のどちらかであり、隙間はないものとする。建物1階では道路か
Fig.1 The domain of the computation (Outline)

ら建物への入り口（1FL-A（Fig.2））のみ開放している。2階では居室入り口を含めてすべてのドア、扉、窓を閉塞している。3階では後述するように居室入り口ドアは時間依存条件とし、特定の時刻で閉塞状態から開放状態とする。道路に面したドア（3FL-E（Fig.2））と反対側の窓（3FL-C（Fig.2））は開放してある。4階では居室入り口ドアは常に開放し、他のドア、扉、窓は閉塞してある。屋上の塔屋のドア等はすべて閉塞している。

建物の外側にある計算空間の境界領域には、下面は地面であるから建物壁面と同様にnon-slip条件及び断熱条件とし、上面と側面は大気開放条件とする。

### 2.5 火源条件

Table 2に示すように可燃物を木材、発泡スチロールの2種類とした。FDSでは、火源の発熱速度Qは(1)式に示す時刻tの関数で与えられ、時刻t=240s以降の発熱速度はQ=2,700 kW（一定）としている。

$$ Q=\left\{\begin{aligned}&0.0469t^{2}kW&t=0\sim240s\\ &2,700kW&t=240s\sim\end{aligned}\right. $$

火源設置位置はFig.3に示すように明星56ビル3階エレベーターホールのガスメーターが設置されている位置を想定した場合（火源位置Ⅰ）と階段手すり付近に火源を設置した場合（火源位置Ⅱ）を考えた。火源寸法は火源位置Ⅰ、Ⅱの場合ともに0.5m×0.5mである。

Fig.2 Schema of the Myoujou 56 building and openings (windows, doors, etc.)
Table 1 Open ratios (windows, doors, etc.) in each floor (0: Close, 1: Open, —: Nothing). The capital letters from “A” to “I” correspond to the marks of openings in Fig.2.

1FL	2FL	3FL	4FL	5FL
A	Room doorway	—	0	1	1	0
B	Elevator doorway	0	0	0	0	0
C	Window	0	0	1	0	—
D	Window	0	0	0	0	—
E	Door	—	0	1	0	—
F	Door	0	0	0	0	0
G	Entrance	1	—	—	—	—
H	1FL. office doorway	0	—	—	—	—
I	3FL. kitchen doorway	—	—	1	—	—

Table 2 Heat sources as set parameters for FDS

C_{a}H_{3}O_{γ} + V_{O_{2}O_{2}} \rightarrow V_{CO_{2}}CO_{2} + V_{H_{2}O}H_{2}O + V_{CO}CO + V_{Soot}Soot
Wood	Styrene foam
y_{s}	0.01	0.164
y_{CO}	0.473	0.06
Ideal stoichiometric coefficients	v_{O_{2}}	3.7	10
v_{CO_{2}}	3.4	8
v_{H_{2}O}	3.1	4

$ y_{s} $ : The fraction of fuel mass converted into smoke particulate $ y_{co} $ : The fraction of fuel mass converted into carbon monoxide

Fig.3 Positions of heat sources (A,B) on the 3rd floor elevator hall

### 2.6 3階居室入りロドアの時間依存境界条件

明星56ビル火災のシナリオ8-9を想定し、Fig.2及びTable 1に示す3階居室入りロドア(3FL-A)を特定の時間に閉塞状態から開放状態に条件設定した場合の数値シミュレーションも行った。この条件は明星56ビル火災の「3階マージャン店店長が入り口のドアを開けた瞬間、黒い煙が店内に流れ込んできた」との証言に対応する。ただし、実際の火災では出火時期が特定されていないことを考え、出火時から時刻t=60s、120s、180s、240s、300s後に閉塞されていたドアが開放されるという5種類の3階居室入りロドアに対する時間依存境界条件を設定した。

Fig.4 Reference points (a*,b*,c*) and planes (y*)

### 3. 結果と考察

### 3.1 温度分布と一酸化炭素濃度分布

Fig.4は取得データの参照点（a*、b*、c*）及び参照面（y*）を示す。Fig.4のy2平面における、計算開始から時刻t=300s及び900s後の木材、発泡
Fig.5 Contours of temperature in the y2-plane (cf. Fig.4) at t=300s and t=900s

スチロールの場合の温度分布図をFig.5に示す。(1)式で設定した発熱速度Qは時刻t=240s以降で一定としたから、時刻t=300sに注目した。また、時刻t=300sの場合と比較するため、さらに10分後である時刻t=900sの場合についても注目した。火源位置をFig.3に示す火源位置Ⅰとし、3階居室入り口(3FLA(Fig.2))は計算開始時から開放している。いずれの火源の場合も等値線間隔は35.3℃である。Fig.5を見ると、木材と発泡スチロールで時刻t=300s及び900sの場合の階段室の温度分布に時間的変化はない。また、居室の時間的温度変化も時刻t=300～900sではほとんどないと考えられる。時刻t=900sの時点でも建物1、2階の階段室及び居室では初期条件と同じ20℃のままである。可燃物の種類に係わらず、同じ発熱速度Q(1)式)を与えているので、木材と発泡スチロールの場合の温度分布はほぼ同じである。

Fig.6はy2平面（Fig.4）での時刻t=300s及び900sにおけるCO濃度分布である。時刻t=300s及び900sの時の分布性状はどの火源の場合を比較しても変わらない。Fig.6（a）の木材の場合は4階居

Fig.6 Contours of CO concentration in the y2-plane (cf. Fig.4) at t=300s and t=900s

Table 3 Temperatures and CO concentrations in the rooms (c3, c4 (Fig.3)) at t=900s

Temperature( $ ^\circ $ C)	CO concentration (ppm)
c3	c4	c3	c4
Wood	129	55.1	656	470
Styrene foam	119	51	4,460	4,000

室よりも3階居室のCO濃度が若干高くなるものの、どの火源の場合でも概ね3階と4階の居室において、ほぼ同じ速度でCO濃度が上昇しているのがわかる。時刻t=300sではCO濃度分布が層状であるのに対し、時刻t=900sではCOが居室全体に一様に分布している。ただし、分布性状は種々の火源の場合で同様ではあるが、CO濃度最大値は5,164ppmの発泡スチロールの方が667ppmの木材よりも高い。

Table 3は3、4階居室のc3、c4参照点（Fig.4）における時刻t=900sでの温度及びCO濃度である。温度に関して、どの火源の場合でも3階居室の方が4階居室よりも温度が高い。CO濃度に関して、